DE19807751C1

DE19807751C1 - Sitzprüfkörper für Schwingungsmessungen an Sitzen

Info

Publication number: DE19807751C1
Application number: DE19807751A
Authority: DE
Inventors: Karl Pfahler; Eberhard Faust; Gunther Stellmach
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: US6116102A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sitzprüfkörper für Schwingungsmessungen an Sitzen, mit einer in Prüflage nach unten weisenden, auf ein Sitzpolster eines zu prüfenden Sitzes aufsetzbaren Gesäßnachbildung und mit einer damit verbundenen, in Prüflage an ein Lehnenpolster eines zu prüfenden Sitzes anlegbaren Rücknachbildung, wobei der Sitzprüfkörper bezüglich seiner unterseitigen Form und der Weichheit in soweit, seines Gewichtes und der resultierenden Sitzdruckverteilung etwa den entsprechenden Kriterien einer durchschnittlich schweren Person entspricht. Um mit einem solchen Sitzprüfkörper das Schwingungsverhalten von Menschen unabhängig von der Sitzkonstruktion und der Sitzhaltung realitätsnah simulieren, insbesondere im höherfrequenten Bereich quantitativ zutreffend wiedergeben zu können, ist erfindungsgemäß an dem Sitzprüfkörper ein dreidimensional schwingungsfähiges Feder-Dämpfer-Masse-System angebracht, in dem mindestens eine Schwingmasse von einem Feder-Dämpfer-Medium so umgeben ist, daß sie in allen drei Raumrichtungen schwingen kann.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sitzprüfkörper für Schwingungsmes sungen an Sitzen, mit einer in Prüflage nach unten weisenden, auf ein Sitzpolster eines zu prüfenden Sitzes aufsetzbaren Ge säßnachbildung und mit einer damit verbundenen, in Prüflage an ein Lehnenpolster eines zu prüfenden Sitzes anlegbaren Rücken nachbildung, wobei der Sitzprüfkörper bezüglich seines Gewich tes und seiner Massenverteilung etwa dem Einsitzgewicht und der Massenverteilung einer durchschnittlich schweren Person ent spricht.

Bei der Entwicklung von Sitzen, insbesondere von Fahrzeugsitzen geht es auch um einen hohen Sitzkomfort, weil gerade auf Fahr zeugsitzen die Insassen und vor allem der Fahrer u. U. viele Stunden bei geringer Bewegung auf dem Sitz verharren müssen. Hier spielen unter anderem auch Fragen eines guten Schwingungs verhaltens des Sitzes eine Rolle. Es werden im Laufe einer Sit zentwicklung unterschiedliche Sitz- und Polsterkonstruktionen als Versuchsmuster angefertigt und diese müssen untereinander objektiv und reproduzierbar hinsichtlich verschiedener Prüf- und Bewertungskriterien, vor allem hinsichtlich Komfort und Schwingungsverhalten, verglichen werden, um danach das beste Versuchsmuster auswählen zu können. Es werden nicht nur neue Versuchsmuster einer aktuellen Sitzentwicklung, sondern auch verschiedene Testsitze anderer Provenienz z. B. Sitze früherer Sitzgenerationen, gebrauchte Sitze oder Sitze aus fremden Ent wicklungs- oder Fabrikationsstätten in beliebiger Paarung mit einander verglichen.

Zur Schwingungsprüfung wird der Sitz mit einer darauf sitzenden Testperson oder mit einem darauf abgesetzten Sitzprüfkörper zu Vertikalschwingungen angeregt und es werden die Antwortschwingungen des Prüfkörpers bzw. der Testperson gemessen. Bei den Schwingungs messungen werden flach kissenförmige Beschleunigungssensoren in die Kontaktzone des Gesäßes zur Oberfläche des Sitzpolsters aufgelegt und diese Schwingung als Antwortschwingung gemessen. Die gewonnenen Antwortschwingungen werden als spektrale Verteilung der Schwingungs amplituden im Verhältnis zur entsprechenden Anregungsamplitude in einem Diagramm aufgetragen. Diese sog. Übertragungskurven werden - beginnend mit einer sehr langsamen, quasi-statischen Anregung - bis in den Bereich von etwa 30 Hertz ermittelt. Typischerweise beginnen diese Übertragungskurven bei einem Wert von 1,0 und weisen dann im Bereich von etwa 5 Hz eine deutliche Resonanzstelle auf; danach fällt sie in der Regel deutlich unter den Wert von 1 ab und verläuft - in einem Bereich der Sitzdämmung - mit zunehmender Anregungsfrequenz leicht abfallend.

Aus der DE 41 03 374 C1 ist ein Sitzprüfkörper bekannt, der aus mehreren vertikal schwingungsfähigen, gedämpften Feder/Masse- Systemen zur Simulation der Vertikal-Schwingungsneigung von Körperteilen und Körperregionen besteht, wobei die Feder/Masse- Systeme in ihrem Gewicht und in Ihrer Massenverteilung etwa dem Einsitzgewicht einer durchschnittlich schweren Person entsprechen. Vor einer Schwingungsprüfung eines Sitzes mittels des bekannten Sitzprüfkörpers wird dieser lose auf das Sitzpolster des Sitzes aufgesetzt und an das Lehnenpolster angelehnt.

Es wurden von der Anmelderin Vergleichsmessungen mit dem bekannten Sitzprüfkörper einerseits und natürlichen Testpersonen andererseits an verschiedenen Sitzen durchgeführt. Der Vergleich der Messungen zeigt, daß die Messungen nur im Bereich der Resonanzüberhöhung, und dort auch nur tendenziell richtige Aussagen bringen; die von der Anmelderin mit dem bekannten Sitzprüfkörper ermittelte Resonanz überhöhung entsprach quantitativ nicht den mit natürlichen Test personen gemessenen Werten. Noch viel weniger sind nach den Er fahrungen der Anmelderin die Meßergebnisse des bekannten Sitzprüf körpers im Bereich der Sitzdämpfung vergleichbar: oberhalb von etwa 7 Hz verläuft die mit dem Sitzprüfkörper ermittelte Übertragungs kurve ansteigend und erreicht gegen Ende des Meßbereiches sogar Überhöhungswerte, die z. T. deutlich über der Resonanzüberhöhung liegen, wogegen die Testperson-Messungen einen Abfall der Über tragungswerte bis unter 0,5 zeigten. Ein Vergleich gut dämpfender Sitz gegen weniger gut dämpfender Sitz zeigt, daß der bekannte Sitzprüfkörper im Bereich der Sitzdämpfung nicht einmal in der Tendenz brauchbare Meßwerte liefert. Diese Gegenüberstellung macht deutlich, daß - zumindest nach den Erfahrungen der Anmelderin - der bekannte Sitzprüfkörper nur sehr eingeschränkt vergleichbare Aussagen zu Testperson-Schwingungsmessungen liefern und diese Art der Messung nicht ersetzen kann. Deshalb konnten Schwingungs prüfungen von Sitzen nur unter Einsatz natürlicher Testpersonen durchgeführt werden. Dies ist selbstverständlich Zeit- und personalaufwendig und abgesehen davon auch kaum zumutbar.

Der aus der DE 41 03 374 C1 bekannte Sitzprüfkörper basiert auf einem einachsigen Impedanzmodell des Menschen nach DIN 45 676. Der bekannte Sitzprüfkörper hat den Nachteil, daß er nur in senkrechter Position und bei einachsigen Schwingungen in senkrechter Richtung Werte liefert. Bei einer realistischen Sitzhaltung und realen Schwingungen, die stets dreidimensional sind, versagt er.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Sitzprüfkörper zu schaffen, mit dem das Schwingungsverhalten von Menschen unabhängig von der Sitzkonstruktion und der Sitzhaltung realitätsnah simuliert werden kann. Insbesondere soll das Schwingungsverhalten im höherfrequenten Bereich quantitativ zutreffend wiedergegeben werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Sitzprüfkörper mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Im Gegensatz zu den bei dem aus der DE 41 03 374 C1 bekannten Sitzprüfkörper verwendeten Feder- Dämpfer-Masse-Systemen kann die Schwingmasse bei einem gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildetem Sitzprüfkörper in alle drei Raumrichtungen schwingen. Dadurch kann das Schwingungsverhalten einer Testperson exakt wiedergegeben werden. Die Einbringung von zwei oder mehr Schwingmassen in ein einem Feder-Dämpfer-Medium verbessert die Aussagekraft der durchgeführten Schwingungsmessungen, weil dadurch eine realistischere Simulation einer menschlichen Testperson möglich wird.

Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sitzprüfkörper ein Feder-Dämpfer-Masse- System so angebracht ist, daß sich die Schwingmasse im Bereich des Körperschwerpunkts eines sitzenden Mensches befindet. Diese Lösung ist einfach und liefert dennoch brauchbare Ergebnisse.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sitzprüfkörper zwei Feder-Dämpfer-Masse- Systeme so angebracht sind, daß sich die Schwingmasse des einen Feder-Dämpfer-Masse-Systems im Bereich des Oberkörperschwerpunkts und die Schwingmasse des anderen Feder-Dämpfer-Masse-Systems im Bereich des Unterkörperschwerpunkts eines sitzenden Mensches befindet. Dadurch kann das Schwingungsverhalten einer sitzenden Person realistischer simuliert werden.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Feder-Dämpfer-Masse-System im Bereich des Kopfschwerpunkts eines sitzenden Mensches ange bracht ist. Das dritte Feder-Dämpfer-Masse-System simuliert das Schwingungsverhalten des Kopf-Hals-Bereichs. Das dritte Feder- Dämpfer-Masse-System kann über ein Gelenk mit dem Rückenteil des Sitzprüfkörpers gekoppelt sein.

Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Feder-Dämpfer-Medium in einem Feder- Dämpfer-Masse-System unterschiedliche Materialien verwendet werden. Das Feder-Dämpfer-Medium besteht aus einem federnden Material mit einer definierten Eigendämpfung, z. B. Gummi, Schaumstoff, Elastomer etc.. In der einfachsten Ausführung ist die Schwingmasse von einem homogenen Schaumstoffkörper umgeben. Der Schaumstoffkörper kann jedoch auch in verschiedenen Teilzo nen unterschiedliche Federungs- und Dämpfungseigenschaften ha ben. Durch die Verwendung unterschiedlicher Materialien können die Schwingungseigenschaften unterschiedlicher Menschen wieder gegeben werden. Es kann beispielsweise eine Reihe von Sitzprüf körpern hergestellt werden, die einem repräsentativen Fahrer kollektiv entspricht. Damit sind dann reproduzierbare, jeder zeit wiederholbare Schwingungsmessungen unabhängig von der Ver fügbarkeit und der Tageskondition von Testpersonen möglich.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Be zugnahme auf die Zeichnungen beispielhafte Ausführungen der Er findung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswe sentlich sein.

Fig. 1 zeigt einen auf einen Fahrzeugsitz aufgesetzten Sitz prüfkörper gemäß einer ersten Ausführungsform der Er findung;

Fig. 2 zeigt einen auf einen Fahrzeugsitz aufgesetzten Sitz prüfkörper gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 zeigt einen auf einen Fahrzeugsitz aufgesetzten Sitz prüfkörper gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung; und die

Fig. 4-8 zeigen verschiedene Ausführungsformen von Feder- Dämpfer-Masse-Systemen für einen Sitzprüfkörper, wie er in den Fig. 1-3 dargestellt ist.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist ein Sitzprüfkörper für Schwin gungsmessungen auf einem strichpunktiert angedeuteten Fahrzeug sitz 1 dargestellt. Er weist eine in Prüflage nach unten wei sende, auf das Sitzpolster des zu prüfenden Sitzes aufsetzbare Gesäßnachbildung 2 und eine damit verbundene, in Prüflage am Lehnenpolster des Sitzes anlegbare Rückennachbildung 3 auf. Der Sitzprüfkörper entspricht bezüglich seines Gewichtes und seiner Massenverteilung etwa dem Einsitzgewicht und der Massenvertei lung einer durchschnittlich schweren Person.

Um mit diesem Sitzprüfkörper Schwingungsmessungen an Sitzen, insbesondere an Fahrzeugsitzen durchführen zu können, deren Meßergebnisse im gesamten spektralen Bereich, d. h. von nahezu 0 bis etwa 30 Hz quantitativ und qualitativ mit entsprechenden Testperson-Messungen zumindest vergleichbar sind, sind die Ge säßnachbildung 2 und die Rückennachbildung 3 des Sitzprüfkör pers jeweils durch überpolsterte Hartteile gebildet, wobei die Hartteile und insbesondere die Weichteile anthropomorph ausge staltet sind, so daß der Sitzprüfkörper schwingungstechnisch möglichst naturgetreu an das Sitz- und an das Lehnenpolster an gekoppelt ist. Der Übergang von den Polstern in den Sitzprüf körper soll schwingungstechnisch möglichst exakt der natürli chen "Schnittstelle" Mensch/Sitz nachgebildet werden.

Die Überpolsterung der Hartteile der Gesäßnachbildung 2 ist nach Lagenstärke, Weichheit, Elastizität und Dämpfungsverhalten sowie örtlicher Verteilung dieser Parameter den Weichteilen im Gesäßbereich, nämlich dem Muskel-, Binde- und Fettgewebe an thropomorph nachgebildet. Vor allem durch die Gesäßhartteile und deren Überpolsterung sind die beiden Sitzdruckpunkte eines menschlichen Gesäßes und deren nähere Umgebung hinsichtlich Form, Lage, Härte und örtlicher Härteverteilung den Skelett- und Weichteilen möglichst naturgetreu nachgebildet.

Zur Darstellung der Überpolsterung der Gesäß- und/oder Rücken hartteile werden mehrere elastische Weich-Schaumstofflagen un terschiedlicher Stärke und/oder unterschiedlichen Raumgewichtes und Elastizität appliziert. Die Hartteil-näheren, flächenmäßig ausgedehnteren Schaumstofflagen sind stärker bzw. spezifisch leichter und weicher als die weiter außen liegenden flächenmä ßig kleineren Schaumstofflagen ausgebildet. Die Überpolsterung kann mit einer hinsichtlich Flexibilität sich ähnlich wie die menschliche Haut verhaltenden Weichlederauflage und/oder mit einem Hosenstoff überzogen sein. Die genaue Ausführung der Überpolsterung und der Konstruktion des Sitzprüfkörpers ist in der älteren deutschen Patentanmeldung 197 20 854.1 der Anmelde rin beschrieben, auf die hier wegen weiterer Einzelheiten ver wiesen wird.

Die Gesäßnachbildung 2 und die Rückennachbildung 3 des Sitz prüfkörpers sind an einem Gerüst 4 angebracht, das dem mensch lichen Skelett nachgebildet ist. Das Skelett 4 umfaßt eine Wir belsäulennachbildung 5, die in eine Beckennachbildung 6 über geht. Von der Beckennachbildung 6 gehen Oberschenkelnachbildun gen 7 und 8 aus. Die Oberschenkelnachbildungen 7 und 8 sind über Kniegelenknachbildungen 9 und 10 mit Unterschenkelnachbil dungen 11 und 12 verbunden. Die Unterschenkelnachbildungen 11 und 12 sind über Fußgelenknachbildungen mit Fußnachbildungen 13 und 14 verbunden.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Sitzprüfkörper ist an der Wirbel säulennachbildung 5 ein Feder-Dämpfer-Masse-System 20 im Schwerpunkt eines sitzenden Menschen angebracht.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Sitzprüfkörper sind zwei Feder- Dämpfer-Masse-Systeme 21 und 22 vorgesehen. Das Feder-Dämpfer- Masse-System 21 ist im Schwerpunkt des Unterkörpers eines sit zenden Menschen an den Oberschenkelnachbildungen 7 und 8 ange bracht. Das Feder-Dämpfer-Masse-System 22 ist im Schwerpunkt des Oberkörpers eines sitzenden Menschen an der Wirbelsäulen nachbildung 5 angebracht.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Sitzprüfkörper sind drei Feder- Dämpfer-Masse-Systeme 23, 24 und 25 vorgesehen. Das Feder- Dämpfer-Masse-System 23 ist im Schwerpunkt des Unterkörpers ei nes sitzenden Menschen an den Oberschenkelnachbildungen 7 und 8 angebracht. Das Feder-Dämpfer-Masse-System 24 ist im Schwer punkt des Oberkörpers eines sitzenden Menschen an der Wirbel säulennachbildung 5 angebracht. Das Feder-Dämpfer-Masse-System 25 ist im Schwerpunkt des Kopfes eines sitzenden Menschen ange ordnet. Dabei simuliert das Feder-Dämpfer-Masse-System 25 das Schwingungsverhalten des Kopf-Hals-Bereichs eines sitzenden Mensches. Das Feder-Dämpfer-Masse-System 25 ist über ein Gelenk 26 und eine Feder 27 mit der Wirbelsäulennachbildung 5 gekop pelt.

Die Feder-Dämpfer-Masse-Systeme 20 bis 25 können, wie in den Fig. 4 bis 8 dargestellt ist, unterschiedlich aufgebaut sein.

Das in Fig. 4 dargestellte Feder-Dämpfer-Masse-System wird von einem Behältnis 30 gebildet, in dem eine Masse 31 so gelagert ist, daß sie in alle drei Raumrichtungen schwingen kann. Um dies zu gewährleisten, ist die schwingende Masse 31 in einem federnden Material mit einer definierten Eigendämpfung einge bettet. Dabei kann es sich z. B. um Gummi, Schaumstoff oder ein beliebiges Elastomer handeln. Das in Fig. 4 dargestellte, die schwingende Masse 31 umgebende Material weist in horizontaler Richtung andere Federungs- und Dämpfungseigenschaften auf als in vertikaler Richtung. Dabei kann es sich auch um unterschied liche Materialen 32 und 33 handeln.

In Fig. 5 ist eine schwingende Masse 34 zwischen unterschied lichen Materialien eingebettet. In z-Richtung wird ein erstes Material 35 wirksam und in x-Richtung ein zweites Material 36. In Fig. 6 ist dargestellt, daß bei dem gleichen Feder-Dämpfer- Masse-System in Y-Richtung ein drittes Material 37 wirksam wird. Das bedeutet, daß in allen drei Raumrichtungen ein ande res Material mit der schwingenden Masse 34 zusammenwirkt.

In Fig. 7 sind zwei unterschiedliche schwingende Massen 38 und 39 in dem Behältnis 30 untergebracht. Die schwingenden Massen 38, 39 sind dabei, ähnlich wie es in den Fig. 5 und 6 darge stellt ist, zwischen unterschiedlichen Materialien eingebettet. Die schwingende Masse 38 ist, wie in Fig. 7 zu sehen ist, in x-Richtung von zwei Blöcken 41, 42 aus einem ersten, gepunktet dargestellten Material und in z-Richtung von zwei Blöcken 43, 44 aus einem zweiten, mit Kreuzen dargestellten Material umge ben. In y-Richtung ist die schwingende Masse 38, wie in Fig. 8 zu sehen ist, von zwei Blöcken 45, 46 aus dem ersten, gepunktet dargestellten Material umgeben.

Die schwingende Masse 39 ist, wie in Fig. 7 zu sehen ist, in x-Richtung von zwei Blöcken 47, 48 aus einem dritten Material umgeben. In z-Richtung wirkt die schwingende Masse 39 unten mit einem Block 49 aus dem ersten Material und oben mit den Blöcken 41, 42, 45, 46 aus dem ersten Material sowie dem Block 43 aus dem zweiten Material zusammen, wie es in den Fig. 7 und 8 zu sehen ist. In Fig. 8 ist zu sehen, daß die schwingende Masse 39 in y-Richtung zwischen zwei Blöcken 50, 51 aus dem dritten Material angeordnet ist. Die Blöcke 50, 51 aus dem dritten Ma terial wiederum sind, in y-Richtung betrachtet, von zwei Blöc ken 52, 53 aus einem vierten, schraffiert dargestellten Materi al umgeben.

Durch Anordnungen, wie sie beispielhaft in den Fig. 4 bis 8 gezeigt sind, kann das Schwingungsverhalten von Testpersonen sehr gut simuliert werden.

Claims

1. Sitzprüfkörper für Schwingungsmessungen an Sitzen, mit einer in Prüflage nach unten weisenden, auf ein Sitzpolster eines zu prüfenden Sitzes (1) aufsetzbaren Gesäßnachbildung (2) und mit einer damit verbundenen, in Prüflage an ein Lehnenpolster eines zu prüfenden Sitzes anlegbaren Rückennachbildung (3), wobei der Sitzprüfkörper bezüglich seiner unterseitigen Form und der Weichheit in soweit, seines Gewichtes und der resultierenden Sitzdruckver teilung etwa den entsprechenden Kriterien einer durchschnittlich schweren Person entspricht, und wobei an dem Sitzprüfkörper ein dreidimensional schwingungsfähiges Feder-Dämpfer-Masse-System (20-25) angebracht ist, in dem mindestens eine Schwingmasse (34, 38, 39) von einem Feder-Dämpfer-Medium (32, 33, 35, 36, 37) so umgeben ist, daß sie in allen drei Raumrichtungen schwingen kann.

2. Sitzprüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sitzprüfkörper ein Feder-Dämpfer-Masse-System (20) so angebracht ist, daß sich die Schwingmasse (34) im Bereich des Körperschwerpunkts eines sitzenden Mensches befindet.

3. Sitzprüfkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Sitzprüfkörper zwei Feder-Dämpfer-Masse-Systeme (21, 22, 23, 24) so angebracht sind, daß sich die Schwingmasse des einen Feder- Dämpfer-Masse-Systems (22, 24) im Bereich des Oberkörperschwerpunkts und die Schwingmasse des anderen Feder-Dämpfer-Masse-Systems (21, 23) im Bereich des Unterkörperschwerpunkts eines sitzenden Mensches befindet.

4. Sitzprüfkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Feder-Dämpfer-Masse-System (25) im Bereich des Kopfschwerpunkts eines sitzenden Mensches angebracht ist.

5. Sitzprüfkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als Feder-Dämpfer-Medium in einem Fe der-Dämpfer-Masse-System (20-25) unterschiedliche Materialien verwendet werden.