DE19751677A1 - Belastungssensor für Sitze, insbesondere KFZ-Sitze - Google Patents

Belastungssensor für Sitze, insbesondere KFZ-Sitze

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Belastungssensor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Gattungsgemäße Sensoren dienen in Kraftfahrzeugen dazu, festzustellen, ob ein Sitz besetzt ist oder nicht. In Abhängigkeit von der ermittelten Information kann der Sensor dann unterschiedliche Steuersignale erzeugen, die z. B. der Minimierung von eventuellen Unfallfolgen dienen, also zur passiven Sicherheit des Kraftfahrzeuges beitragen. So ist es z. B. möglich, daß bei besetztem Sitz und nicht angelegtem Gurt ein entsprechendes Warnsignal erzeugt wird, das daran erinnert, den Gurt anzulegen.
Weiterhin kann der Sensor Signale zur Airbagsteuerung erzeugen. So kann z. B. sichergestellt werden, daß bei einem Unfall der Airbag nur dann gezündet wird, wenn der ihm zugeordnete Sitz besetzt ist und wenn zusätzlich die darauf sitzende Person ein Erwachsener ist. Sitzt dort ein Kind, so muß, um das erhebliche Verletzungsrisiko durch den Airbag zu vermeiden, ebenfalls eine Zündung vermieden werden bzw. darf eine Zündung nur in abgeschwächter Form erfolgen. Herkömmliche Belastungssensoren weisen daher einen Schwellwertvergleich auf dergestalt, daß erst oberhalb eines Gewichts von 30 kg auf dem Sitz eine Airbagzündung erfolgen kann.
Gattungsgemäße Belastungssensoren weisen mehreren unterschiedlichen Positionen in der Sitzfläche zugeordnete Meßeinrichtungen auf, die das jeweils in den einzelnen Positionen die Sitzfläche belastende Gewicht ermitteln. Die einzelnen Meßergebnisse werden dann im Rechner des Belastungssensors zu einem Gesamtgewicht addiert. Bei den Meßeinrichtungen handelt es sich in der Regel um unter z. B. Federspannung von unten an der Sitzfläche anliegende Elemente, deren Verschiebung gegen die Federkraft gemessen werden kann und anhand von entsprechenden Eichwerten in das jeweilige belastende Gewicht umgerechnet wird.
Ein Nachteil bei gattungsgemäßen Belastungssensoren ist, daß aus Kostengründen nur eine begrenzte Anzahl Meßeinrichtungen hauptsächlich im Zentralbereich der Sitzfläche vorgesehen sind, die eine exakte Gewichtsermittlung nur dann liefern, wenn eine optimale Sitzposition (mittige Sitzposition) eingenommen wird. Wird der Sitz dagegen im vorderen bzw. den seitlichen Bereichen belastet, wo nur wenige bzw. keine Meßeinrichtungen vorgesehen sind, dann kann es zu verfälschten gemessenen Gewichtswerten kommen. Dies ist insbesondere dann krititsch, wenn diese verfälschten gemessenen Gewichtswerte im Schwellwertbereich liegen, da der Belastungssensor dann nicht mehr in der Lage wäre, mit absoluter Sicherheit zwischen einem Erwachsenen und einem Kind zu differenzieren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Belastungssensor zu schaffen, der eine genauere und sicherere Ermittlung des Gewichtes auf der Sitzfläche auch bei nicht optimaler Sitzposition ermöglicht.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Belastungssensor, der die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die z. B. der Sitzfläche zugeordneten Meßeinrichtungen durch mit der Sitzfläche bewegungsverbundene Lichtleitfasern gebildet sind. Zur Messung der Transmissionswerte werden die Lichtleitfasern an ihrem einen Ende mit Licht beaufschlagt und an ihrem anderen Ende die übertragene Lichtmenge (Transmissionswert) ermittelt. Der Transmissionswert von solchen Lichtleitfasern ist am größten im gestreckten geraden Zustand. Ist die Faser dagegen bereichsweise gekrümmt, so kommt es zu Lichtverlusten, die den Transmissionswert herabsetzen.
Diesen Effekt kann man sich bei der Messung von Flächenbelastungen zunutze machen. Denkbar ist z. B., daß die Lichtleitfasern im entlasteten Zustand wellenförmig verlaufen und bei Belastung die Wellen bereichsweise nivelliert werden, wodurch der Transmissionswert steigt. Es ist allerdings auch möglich, die Fasern im entlasteten Zustand gerade verlaufen zu lassen und bei Belastung die infolge der Verformung der Fasern eingetretene Abnahme des Transmissionswertes zu messen und aufgrund von Eichwerten in entsprechende Gewichtsangaben umzurechnen.
Im Gegensatz zu den gattungsgemäßen Belastungssensoren, die mit punktförmig arbeitenden Meßeinrichtungen arbeiten, ist es nun erfindungsgemäß möglich, die Sitzfläche mittels der als Meßeinrichtungen eingesetzten Lichtleitfasern in besonders einfacher Weise flächendeckend zu vermessen. Die gemessenen Transmissionswerte können in einem angeschlossenen oder integrierten Rechner in einfacher Weise durch Vergleich mit Eichwerten bzw. über ihre zeitabhängige Veränderung etc. ausgewertet werden, um den Ort und Grad einer Belastung der Sitzfläche zu bestimmen.
Denkbar wäre es z. B., daß ein Netz von parallelen Lichtleitfasern auf bzw. direkt unter dem Bezug angeordnet bzw. in ein flächiges textiles unterhalb der Sitzfläche angeordnetes Element eingewebt wird. Man könnte so in einfacher Weise die gesamte Sitzfläche abdecken. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht nur auf die Sitzfläche von KFZ-Sitzen beschränkt. Genausogut können die erfindungsgemäß eingesetzten Lichtleitfasern auch in der Rückenlehne eingesetzt werden, um dort z. B. festzustellen, ob sich eine Person anlehnt oder frei sitzt.
Die Lichtleitfasern können mit bekannter Position bzw. mit bekanntem Verlauf in der Sitzfläche verlegt werden. Bei bekanntem Verlauf lassen sich Änderungen im Transmissionsverhalten einzelner Fasern in einfacher Weise Orten in der Sitzfläche zuordnen. Der einfachste Fall wäre, die Fasern parallel mit vorgegebenen Abständen zueinander anzuordnen.
Es ist aber auch möglich, die Lichtleitfasern mit nicht bekanntem Verlauf anzuordnen. In diesem Fall müßte einmalig die Sitzfläche vor dem ersten Einsatz des Sensors segmentweise belastet und dabei ermittelt werden, welche Fasern bei Belastungen in den einzelnen Segmenten ansprechen. Die jeweiligen Zuordnungen könnten dann in einem Rechner als Vergleichsdaten zur Bestimmung des Belastungsortes abgelegt werden.
Verwendet man Fasern, die lediglich in einer Richtung verlaufen, so kann man anhand des Transmissionswertes bei entsprechender Eichung errechnen, wie groß das über die gesamte Meßlänge der Faser auf diese bzw. die Sitzfläche einwirkende Gewicht ist. Man kann damit die Belastung senkrecht zur Faserrichtung ermitteln. Es ist allerdings nicht möglich, den genauen Ort der Gewichtsbelastung auf der Faser zu ermitteln. Deswegen sieht eine weitere Ausgestaltung der Erfindung vor, daß zwei Gruppen von Fasern der Sitzfläche zugeordnet werden, wobei die Fasern innerhalb der Gruppen jeweils zueinander parallel und die Faserrichtungen in den beiden Gruppen untereinander einen Winkel bilden. Erfolgt eine Belastung der Sitzfläche, so ändert sich der Transmissionswert in mindestens jeweils einer Faser beider Gruppen, wobei der Ort der größten Belastung (zumindest theoretisch) im Bereich des Schnittpunktes dieser beiden im Winkel zueinander verlaufenden Fasern zu finden ist. Man erhält so zusätzlich zu der Information über das tatsächlich auf dem Sitz lastende Gewicht auch noch eine Angabe über den Belastungsort. Sinnvollerweise, aber nicht zwingend werden die Fasern dabei senkrecht zueinander verlaufend ausgerichtet.
Die zuletzt beschriebene Ausgestaltung führt zu einer Art Fasermatte, wie sie bereits schon bei sogenannten Sicherheitsmatten verwendet wird. Solche Sicherheitsmatten werden z. B. vor Geräten angeordnet, in deren Bereich hohes Verletzungsrisiko besteht. Betritt jemand die Matte, so kommt es zu einem automatischen Maschinenstop. Weitere Anwendungen, insbesondere auch die erfindungsgemäße Anwendung bei KFZ-Sitzen, sind bislang nicht bekannt bzw. nahegelegt worden.
Wie oben angesprochen, ist es erforderlich, den Belastungssensor zu eichen, wobei dann auch ein Nullwert für einen unbelasteten Sitz vorgegeben wird. Bei längerer Benutzung des Sitzes bzw. hoher Beanspruchung oder auch nach Temperaturänderungen kann es dazu kommen, daß sich dieser Nullwert verschiebt und eine erneute Nullwerteinstellung erforderlich, die z. B. automatisch an die Zentralverriegelung des Fahrzeuges gekoppelt erfolgen kann oder aber auch immer dann, wenn über einen längeren Zeitraum für keinen der Sitze eine Änderung der Transmissionswerte erfolgt ist.
Eine manuelle bzw. automatische Nullwerteinstellung bzw. -angleichung ist insbesondere dann unbedingt erforderlich, wenn z. B. auf einem Vordersitz ein Kindersitz installiert ist. Das Gewicht des Kindersitzes muß nämlich als Tara in den Nullwert des Sitzes hineingerechnet werden und darf keinesfalls zu dem Gewicht des Kindes addiert werden. Bei Nichteinrechnen des Kindersitzes in den Nullwert bestünde die Gefahr, daß das gemeinsame Gewicht von Kind und Kindersitz den Schwellenwert überschreitet und eine unerwünschte Airbagzündung möglich wird. Daher ist es erforderlich, daß das Gewicht des Kindersitzes wie oben beschrieben berücksichtigt wird z. B. im Wege einer automatischen regelmäßigen Nullwerteinstellung bei verlassenem Fahrzeug.
Wie oben bereits angesprochen, gibt es eine Reihe von unterschiedlichen Möglichkeiten, die Lichtleitfasern zu verlegen. Wichtig ist in allen Fällen lediglich, daß die Fasern bewegungsverbunden mit der Sitzfläche sind, d. h., daß sie bei Verformung der Sitzfläche ebenfalls eine - bereichsweise - Verlaufsänderung erfahren, was im Grenzfall auch einschließen soll, daß sie auf der Sitzfläche angeordnet sind bzw. einen Teil davon bilden. Beispielsweise könnte man die Fasern z. B. als Matte auf oder in der Sitzfläche bzw. direkt darunter anordnen. Denkbar wäre es auch, sie in das Bezugsmaterial bzw. in ein in der Sitzfläche bzw. darunter anordenbares flächiges textiles Element einzuweben. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit bestünde schließlich darin, die Lichtleitfasern mit einer Sitzheizung zu einer kostengünstig zu montierten Einheit zu integrieren.
Im folgenden soll die Erfindung anhand einer Abbildung näher beschrieben werden.
Die Abbildung zeigt von oben einen Fahrzeugsitz 10 mit einer Sitzfläche 11 und einer Rückenlehne 12. Im Bereich der Sitzfläche 11 ist ein Belastungssensor 13 angeordnet, der zwei Gruppen von jeweils zueinander im Winkel verlaufenden Fasern 14a-14h und 15a-15k aufweist. In der Abbildung sind die Fasern 14a, 14h und 15a-15k so dargestellt, als würden sie oberhalb der Sitzfläche 11 verlaufen. Dies geschah nun aus Deutlichkeitsgründen. Im tatsächlichen Anwendungsfall werden die Fasern, um Beschädigungen zu vermeiden, eher unterhalb des Bezuges der Sitzfläche 11 verlaufen.
Der Belastungssensor weist weiterhin den Fasern 14a, 14h und 15a-15k zugeordnete Lichtquellen 16 und 17 sowie jeweils an den anderen Faserenden vorgesehene Lichtdetektiereinheiten 18 und 19 zur Ermittlung der oben angesprochenen Transmissionswerte auf.
Man erkennt zunächst, daß sich mit einem derartigen Belastungssensor die Belastung der Sitzfläche 11 flächendeckend in allen möglichen Orten vermessen läßt. Dabei kann nicht nur das Gewicht insgesamt ermittelt werden. Es läßt sich darüber hinaus auch der bzw. die Belastungsorte ausmachen. Bei einer Belastung im Punkt A könnte man dessen Position in der Sitzfläche 11 daraus ableiten, daß eine Änderung des Transmissionswertes - Eigenschaften (Transmissionswerte), die einer im wesentlichen übereinstimmenden Gewichtsbelastung entsprechen, - in der Lichtleitfaser 14f und 15c auftritt, da diese beiden Fasern in unmittelbarer Nähe des Ortes A verlaufen.
Wie oben bereits angesprochen, ist es mit dem erfindungsgemäßen Sensor, insbesondere in der dargestellten Ausführungsform, möglich, die auf die Sitzfläche 11 wirkenden Gewichtsbelastungen, auch wenn sie in unterschiedlichen Bereichen auftreten, über die Fläche zu integrieren und daraus ein absolutes Gesamtgewicht zu errechnen. Wird, wie in diesem Fall, die Ermittlung eines absoluten Gewichtes ermittelt (insbesondere im Hinblick auf die Schwellwertnorm von 30 kg), so ist es allerdings erforderlich, daß jedem Transmissionswert bzw. jeder Transmissionswertänderung gegenüber einem Nullwert ein Gewichtswert zugeordnet werden kann. Hierzu muß der in dem Sitz eingebaute Belastungssensor zuvor geeicht werden, was für den Fachmann jedoch kein Problem darstellt.

Claims (4)

1. Belastungssensor für Sitze, insbesondere KFZ-Sitze, mit mehreren, unterschiedlichen Positionen mindestens der Sitzfläche zugeordneten Sensoreinrichtungen, die das jeweils in den einzelnen Positionen die Sitzfläche belastende Gewicht ermitteln, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtungen mit der Sitzfläche (11) bewegungsverbundene Lichtleitfasern (14a-g; 15a-g) aufweisen mit Einrichtungen (16, 17, 18, 19) zur Bestimmung des momentanen Transmissionswertes.
2. Belastungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor aus den für die Lichtleitfasern gemessenen Transmissionswerten jeweils die örtliche Belastung der Sitzfläche ermittelt.
3. Belastungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern parallel zur Sitzfläche und zueinander verlaufen.
4. Belastungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern in zwei Gruppen aufgeteilt sind, wobei die Fasern in einer Gruppe jeweils parallel zueinander verlaufen und wobei die Faserrichtungen in den beiden Gruppen untereinander einen Winkel bilden.
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