DE19720012B4

DE19720012B4 - Aktives Aufhängungssystem für Fahrzeugsitze und Verfahren zum Begrenzen von Fahrzeugsitzbewegungen

Info

Publication number: DE19720012B4
Application number: DE19720012A
Authority: DE
Inventors: L. John Milan Koutsky; Cole T. Brodersen
Original assignee: Sears Manufacturing Co
Current assignee: Sears Manufacturing Co
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1997-05-13
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-05-14
Also published as: GB2313214A; GB9708084D0; JPH10203221A; GB2313214B; US6059253A; DE19720012A1

Abstract

Aktives Aufhängungssystem (10) zur Begrenzung der Bewegungen eines Fahrzeugsitzes (90) relativ zur Bewegung eines Fahrzeugs, aufweisend:
eine Anzahl von Sitzstellelementen (C1-C6), die operativ mit dem Fahrzeugsitz (90) verbunden sind, um den Sitz (90) relativ zum Fahrzeug zu bewegen;
Sensoren (23, 31, 35) zum Überwachen der Bewegung des Fahrzeugs und der Sitzstellelemente; und
ein Steuersystem (ECM) zum Lenken der Bewegung der Sitzstellelemente (C1-C6) als Reaktion auf Feedback seitens der Sensoren (23, 31, 35), wodurch die Sitzbewegung relativ zum Erdboden als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzstellelemente (C1-C6) die Fahrzeugsitzbewegung in zwei oder mehr Richtungen steuern und dass die Sitzstellelemente (C1-C6) auch die mechanische Abstützung für den Fahrzeugsitz (90) bewirken.

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein aktives Aufhängungssystem für einen Fahrzeugsitz sowie ein Verfahren zum Begrenzen von Fahrzeugsitzbewegungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Aufhängungssystem der Art, daß es die Fahrzeugbewegung durch Steuern der Sitzbewegung in sechs getrennten Richtungen kompensieren kann.
Herkömmliche Fahrzeugsitz-Aufhängungssysteme steuern typischerweise die Bewegung des Sitzes in einer vertikalen Richtung unter Benutzung mechanischer oder elektromechanischer Dämpfungssysteme. Solche Systeme wenden typischerweise sekundäre Verbindungssysteme wie etwa Scheren- oder Parallelngrammverbindungen an, um eine strukturelle Unterstützung für den Sitz zu schaffen, getrennt und vom Hauptaufhängungssystem beabstandet, das für das Kompensieren der Vertikalbewegung konstruiert ist. Stoßdämpfer und/oder Federn werden ebenfalls typischerweise benutzt, um zu versuchen, die Sitzbewegung in horizontaler oder vertikaler Richtung abzuschwächen oder zu dämpfen.

Aktive Sitz-Aufhängungssysteme unterscheiden sich von den üblicheren, oben beschriebenen passiven Systemen dadurch, daß ein aktives System auf Fahrzeugbewegungen durch aktives Bewegen des Fahrzeugsitzes in einer oder mehreren Richtungen reagiert, und zwar in einem Grade, der ausreicht, die Fahrzeugbewegung zu kompensieren. Die Aufgabe eines aktiven Sitz-Aufhängungssystems besteht also darin, den Fahrzeugsitz „bewegungslos" zu halten, was die vom sitzenden Bediener wahrgenommene Bewegung anbetrifft.

Aus dem Stand der Technik bekannte Sitzaufhängungssysteme sind zum Beispiel in DE 43 39 674 C2 oder DE 42 28 061 C1 beschrieben und offenbart.

Kein bekanntes aktives Sitzaufhängungssystem versucht, in zwei oder mehr Richtungen die Sitzbewegung als Reaktion auf die Fahrzeugbewegung zu steuern. Auch sind keinerlei derartige Systeme bekannt, bei denen die Sitzbetätigungselemente auch als strukturelle Träger für den Fahrzeugsitz dienen, was ein Flachprofil-Aufhängungssystem ermöglicht. Ein solches aktives Aufhängungssystem für Fahrzeugsitze würde den. Sitzkomfort eines Bedieners wesentlich verbessern, und es würde innerhalb der oft eingeengten Grenzen einer Fahrzeugkabine verwendbar sein.

Es ist demgemäß ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein aktives Aufhängungssystem sowie ein Verfahren zur Bewegungsbegrenzung von Sitzen zu schaffen, das einen Fahrzeugsitz als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen in mehr als einer Richtung bewegt.

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein aktives Aufhängungssystem zu schaffen, das einen Fahrzeugsitz als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen in mehr als einer Richtung aktiv bewegt.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, Bewegungssteller zu schaffen, die in zweifacher Eigenschaft arbeiten, nämlich sowohl als strukturelle Halterung für den Sitz als auch als aktives Aufhängungssystem für den Sitz.

Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeugsitz-Aufhängungssystem zu schaffen, das kein sekundäres Verbindungssystem erfordert, um die Sitzlast zu tragen und/oder dieselbe zu stabilisieren.

Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein aktives Flachprofil-Aufhängungssystem für einen Fahrzeugsitz zu schaffen.

Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines aktiven Aufhängungssystems für einen Fahrzeugsitz unter Verwendung von Mehrfachsitz-Stellelementen, von denen jedes der Stellelemente bei jeder Fahrzeugsitzbewegung mitwirkt.

Diese und weitere Ziele werden durch die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 22 definiert ist, erreicht, welche die Nachteile der herkömmlichen Sitz-Aufhängungssysteme überwindet und neue Vorteile bietet, die bei solchen Systemen bisher nicht vorkommen.

Die vorliegende Erfindung ist auf ein aktives Aufhängungssystem zur Begrenzung der Bewegung eines Fahrzeugsitzes relativ zu einem Fahrzeug gerichtet. Die Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Sitzstellelementen, die mit dem Fahrzeugsitz verbunden sind, zum Bewegen des Sitzes in zwei oder mehr Richtungen relativ zum Fahrzeug. Die Sitzstellelemente sorgen auch für die teilweise oder gesamte mechanische Abstützung des Fahrzeugsitzes. Sensoren werden benutzt, um die Bewegungen des Fahrzeugs und der Sitzstellelemente zu überwachen. Alternativ könnten die Sensoren die Bewegung des Fahrzeugsitzes und der Sitzstellelemente überwachen (was auf indirekte Weise durchgeführt werden könnte). Ein Steuersystem lenkt die Bewegung der Sitzstellelemente als Reaktion auf das von den Sensoren gelieferte Feedback, wodurch die Sitzbewegung als Reaktion auf die Fahrzeugbewegung begrenzt wird. Vorzugsweise wird ein „Flachprofil"-Aufhängungssystem angewandt, das eine Höhe von weniger als etwa 3,05 dm aufweist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform können die Elemente des aktiven Aufhängungssystems den Fahrzeugsitz in irgendeiner Richtung oder mehr als sechs Richtungen bewegen, einschließlich der vertikalen Richtung, der lateralen. Richtung, der Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, der Roll- bzw. Querneigungsrichtung, der Nickbewegungsrichtung und der Gierbewegungsrichtung. Weiter kann ein sekundäres, mechanisches Tragsystem, wie etwa eine einzelne oder mehrere Luftfedern verwendet werden, falls gewünscht wird, die Sitzstellelemente bei der mechanischen Halterung des Fahrzeugsitzes zu unterstützen.

Bei einer Ausführungsform kann das Steuersystem einen Mikroprozessor umfassen, der elektrisch an die Sitzbewegungssteller und an die Sensoren angeschlossen ist. Spannungsdetektoren werden zur Überwachung der Bewegung der Sitzstellelemente verwendet. Die Sensoren können lineare Wandler für variable Verschiebung und/oder Beschleunigungsmesser oder andere Fühlereinrichtungen umfassen, die Fachleuten bekannt sind.

Bei der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Sitzstellelemente aus sechs hydraulischen Zylindern, die an einen oberen und einen unteren steifen Rahmen angeschlossen sind. Der obere Rahmen ist starr mit dem Fahrzeugsitz verbunden, während der untere Rahmen starr mit dem Boden der Fahrzeugkabine verbunden werden kann. Anstelle der Fahrzeugzylinder können die Sitzstellelemente auch unterschiedliche andere Formen annehmen, einschließlich Luftzylinder oder lineare Steller (wie etwa ein Motor und Antriebsschnecken). Die Sitzstellelemente können auch elektromagnetisch gespeist werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sperrt das Steuersystem die Sitzstellelemente zeitweilige und bewirkt, daß sie in vorbestimmten Positionen bleiben, wenn das Fahrzeug extreme Bewegungszustände erfährt, da solche Zustände durch das Steuersystem vorbestimmt sind. Während solcher extremer Bewegungszustände des Fahrzeugs kann ein sekundäres, passives Fahrzeugsitz-Halterungssystem (wie etwa eines, das Luftfedern verwendet) aktiviert werden oder es kann weiterarbeiten.

Bei einer alternativen Ausführungsform kann das aktive Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung auch dazu benutzt werden, eine Fahrzeugkabine aufzuhängen. Die Sitzstellelemente sind so bemessen, daß sie als Kabinen- Stellelemente zum Steuern der Bewegung der Kabine relativ zum Fahrzeug arbeiten. Die Kabinen-Stellelemente können auch die Funktion der mechanischen Abstützung der Kabine übernehmen, wenngleich auch sekundäre mechanische Träger (wie etwa Luftfedern oder andere Träger) verwendet werden können. Wiederum können eine Anzahl von Sensoren zur Überwachung der Bewegung des Fahrzeugs und der Kabinen-Stellelemente (oder, alternativ, der Fahrzeugkabine und der Kabinen-Stellelemente) eingesetzt werden. Ein Steuersystem wird auch dazu benutzt, die Bewegung der Kabinen-Stellelemente als Reaktion auf das von den Sensoren gelieferte Feedback zu lenken, um dadurch die Kabinenbewegung als Reaktion auf die Fahrzeugbewegung zu begrenzen.

Ein Verfahren zur Benutzung des aktiven Aufhängungssystems zwecks Begrenzung der Fahrzeugsitz- oder Fahrzeugkabinenbewegung ist ebenfalls Bestandteil der vorliegenden Erfindung. In bezug auf den Fahrzeugsitz weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf: Vorsehen der Sitzstellelemente zum Steuern der Bewegung des Fahrzeugsitzes relativ zum Fahrzeug (und oder Bereitstellen der mechanischen Halterung für den Fahrzeugsitz); Vorsehen von Sensoren zur Überwachung der Bewegung des Fahrzeugs und der Sitzstellelemente (und/oder des Fahrzeugsitzes und der Sitzstellelemente); und Vorsehen eines Steuersystems zum Empfangen des von den Sensoren gelieferten Feedbacks, zum Verarbeiten des Sensor-Feedbacks und zum reaktionsmäßigen Lenken der Sitzstellelemente zwecks Begrenzung der Sitzbewegung als Reaktion auf die Fahrzeugbewegung.

Die neuen Merkmale, die für die vorliegende Erfindung kennzeichnend sind, sind in den beigefügten Ansprüchen spezifiziert. Die Erfindung selbst wird jedoch, zusammen mit weiteren Zielen und zugehörigen Vorteilen, am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden. Darin ist:
1 eine Draufsicht, teilweise im Querschnitt, der Sitzstellelemente, die bei einer bevorzugten Ausführungsform des aktiven Aufhängungssystems der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
2 eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der 1;
3 eine teilweise Vorderansicht der 1;
4 eine schematische Ansicht des elektronischen Steuermoduls, der Ventilanordnungen und der zugehörigen Hydraulik sowie der Verdrahtung für eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 eine vergrößerte, schematische Ansicht einer der Ventilanordnungen (V1) und der zugehörigen Hydraulik, dargestellt in 4;
6 eine Seitenansicht, ähnlich der von 2, einer Ausführungsform des aktiven Aufhängungssystems der vorliegenden Erfindung, dargestellt bei der Montage eines Fahrzeugsitzes;
7 eine Vorderansicht, ähnlich der von 3, der in 6 dargestellten Ausführungsform; und
8 eine schematische Ansicht, die sechs mögliche Richtungen der Fahrzeugsitzbewegung veranschaulicht.
Das aktive Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung kann zur Steuerung der Fahrzeugsitzbewegung in beliebiger Richtung verwendet werden, bei gleichzeitiger Kompensation der Fahrzeugbewegung und dadurch Herbeiführen einer Fahrt mit dem Fahrzeug, die im Rahmen der Steuerparameter des Systems extrem sanft sein kann, bei nur geringfügiger oder gar keiner Bewegung des Fahrzeugsitzes relativ zum Erdboden. Um dies zu erreichen, wird eine neuartige Aufhängungssystemkonfiguration verwendet, die Sitzstellelemente benutzt, welche sowohl als strukturelle Abstützung für den Fahrzeugsitz dienen, als auch dem Fahrzeugsitz gleichzeitig Fahreigenschaften in Form der Bewegungskompensation gegenüber dem Fahrzeugsitz als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen verleihen. Bewegungssensoren, die mit dem Fahrzeug und/oder dem Fahrzeugsitz verbunden sind, und Positionssensoren, die mit den Sitzstellelementen verbunden sind, werden verwendet, um die Bewegung des Fahrzeugs, des Fahrzeugsitzes und der Sitzstellelemente kontinuierlich zu überwachen. Ein Controller verarbeitet automatisch die von den Sensoren übermittelten Informationen und sendet Steuersignale an das Stellersystem, um eine Kompensationsbewegung des Fahrzeugsitzes in einem kontinuierlichen Prozeß zu bewirken.
Bezugnehmend auf die 1 bis 3 wird das aktive Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung allgemein mit 10 bezeichnet. Das Aufhängungssystem 10 umfaßt eine Anzahl von Sitzstellelementen zum Bewegen des Sitzes in jeder beliebigen Richtung. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden sechs hydraulische Zylinder C1-C6 verwendet und sind jeweils entlang von Segmenten AB, BC, CD, DE, EF und FA positioniert. Eine obere und eine untere starre, allgemein dreieckige Montage- oder Halterungsplatte 20 und 22 sind durch Zylinder C1-C6 miteinander verbunden, um, von oben gesehen, eine sternförmige Geometrie zu bilden. Alternativ können Platten in jeder beliebigen geometrischen Form (wie etwa hexagonal) vorgesehen werden, vorausgesetzt, daß die Montageplatten die Zylinderbewe gungen nicht stören. Die sechs Enden oder Apizes (Apizes A-E) der Halterungsplatten 20 und 22 sind an jeden Zylinder und seine zugehörige Kolbenstange (P1-P6) angeschlossen, wie dargestellt. Vorzugsweise besitzen die Zylinder gleiche Länge, und die Halterungsplatten sind parallel zueinander angeordnet.
Kugelgelenkverbindungen A1, A2, B1, B2 etc. sind zum schwenkbaren Befestigen der Zylinder C1-C6 an den Montageplatten 20 und 22 dargestellt. Es können aber auch alternative Verbindungen verwendet werden, wie etwa flexible Gummigelenke oder Kreuzgelenke. Vorzugsweise ermöglichen die benutzten Gelenkverbindungen eine adäquate Präzision, da zu viel Spiel in den Gelenken Resonanz- oder gesteigerte Geräuschprobleme verursachen kann.
Die kinematische Gestaltung der Zylinder C1-C6 und der Montageplatten 20, 22 bildet die mechanische und aufhängungsmäßige Basisabstützung für den Fahrzeugsitz, und stellt zugleich den Mechanismus bereit, durch den die Sitzbewegung regelbar eingestellt wird, als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen, wie weiter unten erläutert wird. Die kinematische Gestaltung ermöglicht auch die Verwendung eines Flachprofil-Aufhängungssystems, das (beispielsweise) annähernd 10-12 Inches Höhe aufweisen kann oder weniger.
Bezugnehmend auf 8 werden nun die möglichen Richtungen der Fahrzeug- oder Sitzbewegung definiert. Dementsprechend verlaufen: die "vertikale" Bewegung entlang der "z"-Achse oder Koordinate; die "beidseitige" oder "laterale" Bewegung entlang der "x"-Achse; die "Vorwärts-Rückwärts"-Bewegung entlang der "y"-Achse; das "Gieren" als Drehbewegung um die "z"-Achse; das "Nicken" als Drehbewegung um die "x"-Achse; und das "Rollen" als Drehbewegung um die "y"-Achse. Somit arbeiten alle sechs Zylinder C1-C6 in Harmonie, um die Sitzbewegung in jeder dieser sechs Richtungen durchzuführen, wie weiter unten erläutert wird.
Jetzt ist auch verständlich, daß die gewünschte Bewegung des Fahrzeugsitzes durch das gleichzeitige Ausfahren oder Einziehen der genannten Zylinderstangen durchgeführt werden kann. Die Verwendung von sechs Zylindern in der dargestellten Konfiguration ermöglicht die Bewegung des Fahrzeugsitzes in jeder der sechs unterschiedlichen Richtungen, um die Fahrzeugbewegung zu kompensieren.
Bezugnehmend auf 4 weist jeder Zylinder C1-C6 eine entsprechende Ventilanordnung V1-V6 auf, die mit ihm verbunden ist. (Wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, nehmen drei Ventilblöcke oder -gruppen 70 die Ventile V1-V6 auf.) Zusätzlich bezugnehmend auf 5 gleitet der Ventilmechanismus 30 entlang. des Solenoids S in Richtung der Pfeile. (Anstelle eines Solenoids kann auch ein Schritt- oder Servomotor, oder eine Wechselbewegungsvorrichtung verwendet werden.) Wenn sich das Ventil 30 in der in 5 dargestellten Position befindet, kann das hydraulische Fluid durch die hydraulische Leitung Ha und in die hydraulische Leitung Hc in Richtung der Pfeile strömen, wodurch die Kolbenstange P1 in den Zylinder C1 zurückgezogen wird. Wenn das Ventil 30 nach rechts hin verschoben wird (nicht dargestellt), fließt das hydraulische Fluid von der Leitung Ha zur Leitung Hd, was die Kolbenstange P1 veranlaßt, auszufahren. Natürlich stellt die in den 4 und 5 dargestellte Ventilanordnung nur ein Beispiel dar. Für Fachleute ist klar, daß unterschiedliche andere Ventilanordnungen und Konfigurationen verwendet werden können.
Nach wie vor auf 4 bezugnehmend kann ein elektronischer Steuermodul (ECM), der die Form eines Hochgeschwindigkeits-Mikroprozessors annehmen kann (beispielsweise ein 32 Bit- oder 64 Bit-Controller) verwendet werden, um das Aufhängungssystem zu steuern. Der ECM ist durch die dargestellte Verdrahtung W elektrisch an den Operator Control Module ("OCM", das beispielsweise eine Tastatur und einen Computerbildschirm aufweisen kann) sowie an die Ventilanordnungen V1-V6 angeschlossen. Wenngleich ein elektronisches Steuersystem bevorzugt wird, können alternativ auch andere Steuersystemtypen verwendet werden, wie etwa pneumatische oder gemischtelektronische und/oder hydraulische oder pneumatische Steuerungen.
Positionssensoren 23 sind ebenfalls mit dem ECM verbunden und werden benutzt, um die Zylinderstangenbewegung zu überwachen, so daß die genaue Ortslage der Zylinderstange in bezug auf jeden entsprechenden hydraulischen Zylinder jederzeit überwacht werden kann. Spannungsdetektoren können zu diesem Zweck verwendet werden, derart, daß (beispielsweise) 1 Volt den voll zurückgezogenen Zustand anzeigen würde und 10 Volt die voll ausgefahrene Position; so daß Zwischenvoltpegel es erlauben würden, die Ortslage jeder Kolbenstange in jedem Zeitpunkt nahezu präzise zu bestimmen. Bei einer alternativen Ausführungsform könnten Positionssensoren mit einer unterschiedlichen Form dazu benutzt werden, jederzeit die genaue Menge an hydraulischem Fluid innerhalb jedes Zylinders zu überwachen und somit indirekt die Zylinderstangenbewegung zu überwachen.
Die Bewegungssensoren zur Überwachung der Bewegung des Zylinders und des Fahrzeugsitzes sind ebenfalls an den ECM angeschlossen. Beispiele für Sensoren, die verwendet werden können, sind lineare Wandler 31 zur Erfassung von variablen Verschiebungen und/oder Dreiachsen-Beschleunigungsmesser 35. Als Beispiel können sechs oder mehr Beschleunigungsmesser (nicht dargestellt), oder alternativ, zwei oder mehr Dreiachsen-Beschleunigungsmesser 35 (die die Beschleunigung in drei Richtungen messen) verwendet werden, um die Fahrzeugbewegung und die Fahrzeugsitzbewegung in sechs Richtungen zu überwachen. Diese Sensoren können auf dem Fahr zeugsitz, an seiner Basis oder an entfernten Positionen in der Kabine montiert werden, um es dem aktiven Aufhängungssystem zu ermöglichen, auf Fahrzeugbewegungen zu reagieren.
Wenn das Fahrzeug im Betrieb auf eine holprige Stelle trifft, liefern die Bewegungssensoren für das Fahrzeug und den Fahrzeugsitz ein diese Bewegung betreffendes Feedback an den ECM. Der ECM tritt mit einer Datei in Verbindung, welche die präzisen Positionen jeder Zylinderstange auf der Basis der von den Positionssensoren gelieferten Feedbacks speichert und kontinuierlich aktualisiert. Auf der Basis der von den Positionssensoren gelieferten und aktualisierten Daten sendet der ECM elektronische Steuersignale an die Ventile V1-V6, welche die hydraulischen Zylinder betätigen, um den Fahrzeugsitz als Reaktion auf den Stoß zu bewegen, wodurch jede vom sitzenden Bediener wahrgenommene Fahrzeugsitzbewegung begrenzt oder beseitigt wird. Geeignete Software kann entwickelt werden, um das Auftreten dieser Operationen zu ermöglichen. Vorzugsweise wird die Software einen Bedieneralarm auslösen, falls die Positionssensoren beispielsweise eine Zylinderstörung anzeigen. In diesem Falle kann das Aufhängungssystem abgeschaltet werden.
Zusätzlich zur Verwendung von Positionssensoren zwecks kontinuierlicher Erfassung und Aktualisierung der Position der Sitzstellelemente (d.h. der hydraulischen Zylinder bei der bevorzugten Ausführungsform), kann ein funktionierendes aktives Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung geschaffen werden, wenn die Bewegungssensoren auch zur Überwachung der Bewegungen entweder des Fahrzeugs oder des Fahrzeugsitzes benutzt werden. Jedoch werden vorzugsweise Bewegungssensoren für das gleichzeitige Überwachen sowohl der Fahrzeugbewegungen, als auch der Fahrzeugsitzbewegungen vorgesehen, da dies das genaueste Aufhängungssystem zur Folge hat.
Natürlich kann das offenbarte aktive Fahrzeugsitz-Aufhängungssystem modifiziert werden, um die Verwendung einer Luftfeder 40, zusammen mit einem zugeordneten Kompressor 42 und Ventilen 44 zu umfassen, wie in den Zeichnungen dargestellt ist, so daß eine zweite Einrichtung zur Halterung des Fahrzeugsitzes geschaffen wird, falls erwünscht. Wie dargestellt kann die Luftfeder zentral zwischen der Basishalterung und dem Sitz angeordnet werden, und sie kann beim Tragen der Sitzlast helfen, was die Verwendung weniger leistungsstarker Steller ermöglicht. Ein Abschnitt der Luftfeder ist vorzugsweise von einer Elastomerhülle 46 umgeben, die ebenfalls eine gewisse Halterung in horizontalen Richtungen bewirkt. Alternativ kann eine mechanische Feder (beispielsweise konisch) verwendet werden. Wenn der hydraulische Druck in den Zylindern ausreicht, braucht natürlich keine Sekundärhalterungsstruktur verwendet werden.
Aus dem Gesagten wird verständlich, daß anders als bei Fahrzeugsitz-Aufhängungssystemen des Standes der Technik, zweckbestimmte, einzelachsige Sitzstellelemente nicht verwendet werden. Vielmehr bewegt jedes der Sitzstellelemente (bei der beschriebenen Ausführungsform die sechs hydraulischen Zylinder in den Zeichnungen) harmonisch mit den anderen, und alle sind an der Fahrzeugsitzbewegung in jeder Richtung und in jedem gegebenen Zeitpunkt beteiligt.
Darüber hinaus besteht keinerlei Bedarf nach einem getrennten Verbindungsgestänge (wie etwa das üblicherweise verwendete Parallelogramm- oder Scherengestänge), wie es bei Fahrzeugsitz-Aufhängungssystemen der Fall ist. Das Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung dient also als die "mechanische Abstützung" für den Fahrzeugsitz. Der Ausdruck "mechanische Abstützung", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Abstützung, die zum mechanischen Positionieren, Tragen und Ausrichten des Sitzes relativ zur Basis dient. Diese Aufgabe wurde herkömmlicherweise gemäß dem Stande der Technik durch Scheren- oder Parallelogramm-Verbindungsgestänge, und dergleichen, wahrgenommen, wie in den US-Patenten Nr. 4,709,896, 4,856,763, 4,943,037 und 5,125,631 beschrieben ist, wobei diese Druckschriften durch Bezugnahme in diese Beschreibung einbezogen werden. Wenngleich nicht erforderlich, kann jedes der in den genannten Patenten offenbarten mechanischen Abstützungssysteme in Verbindung mit dem aktiven Aufhängungssystem der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Bei einer alternativen Ausführungsform können die hydraulischen Zylinder durch Luftzylinder ersetzt werden. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß wenn Geländefahrzeuge oder landwirtschaftliche Fahrzeuge in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, diese Fahrzeuge typischerweise ein leistungsstarkes hydraulisches System aufweisen, das angezapft werden kann, um eine bequeme Leistungsquelle für ein hydraulisch betriebenes System bereitstellen. (Es sollte verstanden werden, daß es natürlich erforderlich ist, das hydraulische System des Fahrzeugs von (beispielsweise) 2.800 p.s.i. auf ein Niveau herunterzuregeln, das innerhalb der Kabine und in der Nähe eines Bedieners sicher benutzt werden kann.) Bei einer noch weiteren alternativen Ausführungsform können statt der hydraulischen Zylinder elektromagnetische Steller verwendet werden. Beispielsweise können elektromagnetische Hochleistungs-Lautsprecherspulen verwendet werden, um die Bewegung der metallischen Stellerstangen durch magnetische Induktion zu steuern.
Bei einer noch weiteren alternativen Ausführungsform können statt der hydraulischen Steller lineare Steller (wie etwa ein Motor und eine Antriebsschnecke (beispielsweise eine Kugelumlaufspindel)) oder eine Hochgeschwindigkeits-Doppelhelix-Kegelspindel verwendet werden, die durch einen einzel nen Hochleistungsmotor angetrieben werden. Bei anderen alternativen Ausführungsformen können auch servo-elektronische oder servo-hydraulische Motoren verwendet werden, um die Sitzstellelemente zu betätigen.
Die 6 und 7 zeigen einen Fahrzeugsitz 90, der auf dem aktiven Aufhängungssystem 10 der vorliegenden Erfindung montiert ist. Wie ersichtlich ist die obere Tragplatte 20 starr an einem unteren Abschnitt des Fahrzeugsitzes befestigt.
Bei jedem Aufhängungssystem können Fahrzeugbewegungen auftreten, wie etwa scharfe Gefällesprünge, die in Anbetracht der Systembeschränkungen (beispielsweise des Vorhandenseins eines "Flachprofil"-Aufhängungssystems mit einer begrenzten Zylinderhublänge) durch adäquate Bewegung des Sitzes nicht kompensiert werden können. Daher kann der ECM so programmiert werden, daß er die Bewegung der Sitzbewegungssteller beendet, wenn scharfe Fahrzeugbewegungen über bestimmte Reichweiten hinaus auftreten. Alternativ kann das System, falls das "aktive" Aufhängungssystem außer Funktion gesetzt wird, wenn eine extreme Bewegung auftritt, so konstruiert sein, daß auf ein sekundäres passives System zurückgegriffen wird (wie etwa die oben besprochene Luftfeder-Ausführungsform), um dem sitzenden Bediener einen größtmöglichen Schutz gegen Ruckbewegungen und Stöße zu bieten. Bei extremen Bedingungen kann der ECM auch so programmiert werden, daß er die Zylinder bremst, wenn sie ihren gedämpften Endanschlag erreichen, unabhängig vom Sensor-Feedback. Sollte ein Zylinder ausfallen, kann der ECM so programmiert werden, daß er das Aufhängungssystem "abschaltet". Auch Fehlersuchsysteme oder Stecker können verwendet werden, um den Bediener mit Anzeigen über Systemprobleme zu versorgen, wenn sie auftreten.
Es kann auch wünschenswert sein, das Sitz-Aufhängungssystem zu modifizieren, um den Zugang zum Sitz und das Verlassen desselben zu erleichtern. Hierzu könnte der ECM beispielsweise so programmiert werden, daß, wenn der Bediener den Sitz verläßt, der Sitz sich automatisch dreht, was den Zugang erleichtert, wenn der Sitz das nächste Mal benutzt wird. Wenn er nicht benutzt wird, kann der Sitz auch in eine gesperrte Position gebracht werden.
Für Fachleute ist klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen an den dargestellten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung so modifiziert werden, daß sie als aktives Aufhängungssystem für die Kabine eines Fahrzeugs dient. Die sich ergebende "aufgehängte Kabine" weist dann die gleichen Vorteile wie der Fahrzeugsitz der vorliegenden Erfindung auf. Natürlich kann diese Ausführungsform eines aktiven Aufhängungssystems für eine "aufgehängte Kabine" zusammen mit sekundären mechanischen Abstützungssystemen verwendet werden, wie etwa Luftfedern, aber auch mit der offenbarten Ausführungsform eines aktiven Fahrzeugsitz-Aufhängungssystems. Alle diese Modifikationen und Änderungen sollen durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sein.

Claims

Aktives Aufhängungssystem (10) zur Begrenzung der Bewegungen eines Fahrzeugsitzes (90) relativ zur Bewegung eines Fahrzeugs, aufweisend: eine Anzahl von Sitzstellelementen (C1-C6), die operativ mit dem Fahrzeugsitz (90) verbunden sind, um den Sitz (90) relativ zum Fahrzeug zu bewegen; Sensoren (23, 31, 35) zum Überwachen der Bewegung des Fahrzeugs und der Sitzstellelemente; und ein Steuersystem (ECM) zum Lenken der Bewegung der Sitzstellelemente (C1-C6) als Reaktion auf Feedback seitens der Sensoren (23, 31, 35), wodurch die Sitzbewegung relativ zum Erdboden als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzstellelemente (C1-C6) die Fahrzeugsitzbewegung in zwei oder mehr Richtungen steuern und dass die Sitzstellelemente (C1-C6) auch die mechanische Abstützung für den Fahrzeugsitz (90) bewirken.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) die Fahrzeugsitzbewegung in sechs Richtungen steuern.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, das weiter eine oder mehrere Federn (40) aufweist, die mit dem Fahrzeugsitz (90) verbunden sind, um die Sitzstellelemente (C1-C6) bei der mechanischen Abstützung des Fahrzeugsitzes (90) zu unterstützen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) die einzige mechanische Abstützung für den Fahrzeugsitz (90) bilden.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem das Steuersystem (ECM) einen Controller enthält, der elektrisch mit den Sitzstellelementen (C1-C6) und den Sensoren (23, 31, 35) verbunden ist.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 5, bei dem der Controller einen Mikroprozessor enthält.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 5, bei dem der Controller so programmiert werden kann, dass, wenn der Bediener den Sitz (90) verlässt, der Sitz (90) sich automatisch dreht, was den Zugang erleichtert, wenn der Sitz (90) erneut benutzt wird.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sensoren zum Überwachen der Fahrzeugbewegung an entfernten Stellen relativ zu den Sensoren (23, 31, 35) positioniert sind, die zur Überwachung der Fahrzeugsitzbewegung dienen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) hydraulische Zylinder umfassen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 9, das weiter Ventilmechanismen (V1-V6) aufweist, die mit den hydraulischen Zylindern verbunden sind und auf das Steuersystem (ECM) reagieren, wobei Steuersignale an die Ventilmechanismen (V1-V6) die hydraulischen Zylinder betrieblich steuern.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) sechs hydraulische Zylinder umfassen, die mit starren oberen und unteren Rahmen (20, 22) verbunden sind, wobei der obere Rahmen (20) starr mit dem Fahrzeugsitz (90) verbunden ist.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) Luftzylinder umfassen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) lineare Steller umfassen, die einen Motor und eine Mehrzahl von Antriebsspindeln aufweisen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem die Sitzstellelemente (C1-C6) elektromagnetisch angetrieben werden.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 1, bei dem das Steuersystem (ECM) die Sitzstellelemente (C1-C6) zeitweilig außer Betrieb setzt und sie veranlasst, in vorbestimmten Positionen zu bleiben, wenn das Fahrzeug extreme Bewegungszustände antrifft, wie sie durch das Steuersystem (ECM) bestimmt werden.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 15, bei dem während extremer Bewegungszustände des Fahrzeugs ein sekundäres, passives Fahrzeugsitz-Abstützungssystem aktiviert wird oder seinen Betrieb fortsetzt.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem Bewegungssensoren (31, 35) zum Überwachen der Bewegung des Fahrzeugsitzes und Positionssensoren (23) zum Überwachen der Bewegung der Sitzstellelemente vorgesehen sind.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 17, bei dem die Bewegungssensoren lineare Wandler (31) zur Erfassung variabler Verschiebungen. aufweisen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 17, bei dem die Bewegungssensoren Beschleunigungsmesser (35) umfassen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach Anspruch 17, bei dem die Positionssensoren (23) Spannungsdetektoren umfassen.
Aktives Aufhängungssystem (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Aufhängungssystem (10) aus Flachprofilen gebildet ist und wobei die Sitzstellelemente (C1-C6) unter dem Fahrzeugsitz (90) angebracht sind und eine Höhe aufweisen, die niedriger als etwa 0,31 m (1 Fuß) ist.
Verfahren zum Begrenzen von Bewegungen eines Fahrzeugsitzes (90) als Reaktion auf Bewegungen eines Fahrzeugs, unter Benutzung eines aktiven Aufhängungssystems (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 21, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorsehen einer Anzahl von Sitzstellelementen (C1-C6) die operativ mit dem Fahrzeugsitz (90) verbunden sind, um die Bewegung des Sitzes (90) relativ zum Fahrzeug zu steuern, wobei die Sitzstellelemente (C1-C6) auch die mechanische Abstützung des Fahrzeugsitzes (90) bewirken; Vorsehen einer Anzahl von Sensoren (23, 31, 35) zum Überwachen der Bewegung des Fahrzeugs, des Fahrzeugsitzes (90) und der Sitzstellelemente (C1-C6); Vorsehen eines Steuersystems (ECM) in elektrischer Verbindung mit den Sensoren (23, 31, 35) und den Sitzstellelementen (C1-C6); und wobei das Steuersystem (ECM) das von den Sensoren gelieferte Bewegungs-Feedback empfängt, das Sensor-Feedback verarbeitet, und als Reak tion darauf die Bewegung der Sitzstellelemente (C1-C6) lenkt, um so die Sitzbewegung in zwei oder mehr Richtungen als Reaktion auf Fahrzeugbewegungen zu begrenzen.