DE4207880A1

DE4207880A1 - Aktives fahrer - sitz - system

Info

Publication number: DE4207880A1
Application number: DE4207880A
Authority: DE
Inventors: Guenter Schulze
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-03-12
Filing date: 1992-03-12
Publication date: 1993-09-16

Description

1. Es wird eine Erfindung erläutert, die zum Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik gehört und dort speziell die technische Gestaltung der Insassensitze beschreibt. Die Erfindung bezieht sich auf den Fahrersitz von Kraftfahrzeugen und selbstfahrenden Arbeitsmaschinen sowie bei Vorhandensein auf den Beifahrersitz selbiger. Bei Verwendung von Einzelsitzen in PKW, Großraumlimousinen etc. kann das System an allen Sitzen angewandt werden.

2. Soweit mir bekannt ist, wird den auf die Insassen wirkenden seitlichen Fliehkräften, insbesondere in schnell durchfahrenen Kurven lediglich mit seitlichen Aufpolsterungen an Sitzfläche und Rückenlehne des Fahrzeugsitzes entgegengewirkt.

Diese sind je nach Fahrzeugtyp mehr oder weniger stark ausgeführt.

Bei Kraftfahrzeugen, die aufgrund ihrer Konstruktion betont sportlich und schnell gefahren werden können, sind diese Aufpolsterungen teilweise so stark ausgebildet, daß ein- und aussteigen Mühe bereitet.

Zudem kann auf extrem seitlich aufgepolsterten Sitzen nicht jeder Menschentyp bequem sitzen. Menschen mit größeren Körpermassen in der Breite, als die für Durchschnittsmasse gebauten Sitze zulassen, empfinden das Aufsitzen auf den Seitenwülsten als unangenehm. Ein weiterer Mangel ist, daß bei auftretenden seitlichen Fliehkräften der Körper einer einseitigen Belastung ausgesetzt ist, die zur kurvenäußeren Seite hin ihn vom Sitz zu schieben versucht.

Beim Fahrer des Fahrzeuges tritt dabei noch die Tatsache ein, daß der kurvenäußere Arm in seiner Bewegungsfreiheit eingeschränkt wird.

Das bedeutet eine Hemmung der möglichen notwendigen Bewegungsfunktionen und damit eine Beeinträchtigung der Fahrsicherheit.

In einer selbst angestellten Studie an einer relativ schnell durchfahrbaren Rechtskurve wurde festgestellt, daß sich 1073 Fahrer von 1300 beobachteten Fahrzeugen (ausschließlich PKW) mit dem Oberkörper zur Kurveninnenseite beugten, den seitlichen Fliehkräften also mit dem Neigen des Körpers entgegenzuwirken versuchten. Das sind immerhin 82,5%.

3. Als zu lösende Probleme habe ist mir folgende Aufgaben gestellt:

1. Die auftretenden seitlichen Fliehkräfte um einen gewissen Betrag abzubauen und in senkrechter zur Autositzebene wirkende Kräfte umzuwandeln.
2. Bei extrem neigbaren Sitzen, wie z. B. in Sportfahrzeugen, die Beinstellung zum Fußpedalwerk in konstantem Winkel zu halten.

3.1. Zur Lösung des Problems wird der Autositz in seiner zur Fahrtrichtung liegenden Längsachse drehbar gelagert, so daß er sich nach links bzw. rechts neigen kann.
Die Neigung soll sich zwischen 0° bis maximal 10° zur Ebene stufenlos und proportional zur Kurvengeschwindigkeit automatisch einstellen.
Zu diesem Zweck wird an dem auf Gleitschienen zur Längsverstellung des Sitzes laufenden Sitzunterbau ein Servomotor mit Servoelektronik angebracht.
Ein Hebelsystem, vom Servomotor angetrieben, bewirkt die Sitzneigung nach links bzw. rechts.
Als Geber zur Ansteuerung der Servoelektronik fungiert ein mit einem Pendel versehenes Potentiometer.
Servomotor, Servoelektronik und Geber werden als kompakte Einheit am Sitzunterbau befestigt. Der Geber kann jedoch auch an höher gelegener Stelle im Fahrzeug angebracht werden (z. B. unter Armaturenbrett, im Motorraum).
Um kurze Schwingungen des Fahrzeuges in der Querachse nicht zum Ansprechen des Gebers führen zu lassen, besitzt die Servoelektronik eine bestimmte Hysterese. Als Alternative zur Hebelmechanik der Sitzneigungsverstellung kann eine hydraulische Verstellung der Sitzneigung zum Einsatz gebracht werden.
Hierbei wird vom Servomotor eine Hydraulikpumpe in Gang gesetzt.
Diese pumpt Hydrauliköl in unter dem Sitz angebrachte Hydraulikzylinder, die den Sitz in Neigungsstellung bringen.

3.2. Vorwiegend in Sportfahrzeugen sind die auftretenden, auf den menschlichen Körper wirkenden seitlichen Fliehkräfte in Kurven so hoch, daß sie ein mehrfaches des eigenen Körpergewichtes erreichen können.
Hier ist es angebracht, die Sitzneigung zur Senkrechten stärker auszuführen als bei normalen Serien-PKW.
Möglich sind 25° bis 30° zur Senkrechten.
Dabei tritt das Problem auf, daß sich bei dieser extremen Sitzneigung die Stellung der Beine zur Pedalstellung (Fahrpedal, Bremspedal, Kupplungspedal) so stark verändert, daß ein sicheres bedienen des Pedalwerkes nicht mehr gegeben ist.
Um eine gleichbleibende Beinstellung zu den Pedalen zu erreichen wird das gesamte Pedalwerk, gegebenenfalls einschließlich Kupplungs- und Hauptbremszylinder, auf eine, sich um ihre gedachte Achse drehbare Platte an der Spritzwand des Fahrzeuges angebracht.
Die Platte wird an ihren Außenkanten auf einer Kreisbahn geführt. So steht der hinter der Platte liegende Raum für die Anbringung von Kupplungs- und Hauptbremszylinder zur Verfügung.
Bewegt wird die Pedalplatte von einem Servomotor mit Servoelektronik, die ihre Impulse vom gleichen Geber erhält, wie Servoelektronik der Sitzneigungsverstellung. Dadurch ist ein Gleichlauf beider Systeme gegeben.
Fest verbunden mit der drehbaren Pedalplatte ist eine je nach Fahrzeugtyp konstruierte leicht schalenförmige Bodenplatte, auf der die Versen der Füße ruhen. So kann es nicht zum Verdrehen der Füße zwischen Fahrzeugboden und Pedalen kommen.
Je nach Fahreugspezifischen Konstruktionsmerkmalen wird die Pedalplatte in ihrem oberen Bereich entsprechend geformt bzw. besitzt eine Aussparung für die Lenksäulendurchführung.
Die schalenförmige Bodenplatte wird an ihrem, dem Autositz zugewandten Ende auf einer Gleitschiene bzw. auf Rollen geführt. Dadurch wird ein Schwingen verhindert.
Die Abdichtung der drehbaren Pedalplatte zum Motorraum und der schwenkbaren Bodenplatte zum Fahrzeugboden werden mit techniküblichen Dichtmitteln wie Gummilippendichtungen erreicht.

4. Ausführungsbeispiele

4.1. Anwendung des aktiven Fahrzeug-Sitz-Systems im Serien-PKW.
Bei einem sich in Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeug bewegt sich das Pendel 2 im fest mit dem Fahrzeug verbundenen Gehäuse 1 aus seiner senkrechten Ruhestellung in Richtung kurvenäußere Seite.
Das auf der Achse des Pendels angebrachte Potentiometer 3 gibt dabei Impulse an die Servoelektronik 4 ab, welche wiederum den Servomotor 5 in Gang setzt.
Über das Schneckengetriebe 6, die Schubstange 7 und den Schubstangenhebel 8 wird das Gestänge 9 beegt, welches die beiden Hubelemente 10 um ihre jeweilige Achse nach oben bzw. nach unten dreht.
In neutraler waagerechter Stellung des Sitzes dienen die Hubelemente als Abstützung desselben, um Lagerspielbedingtes Neigen zu verhindern.
Der Sitz wird auf seiner kurvenäußeren Seite angehoben und auf seiner kurveninneren Seite abgesenkt.
Mit zunehmenden Geradeauslauf des Fahrzeuges werden die seitlichen Fliehkräfte abgebaut, das Pendel 2 bewegt sich wieder in Richtung seiner senkrechten Ruhestellung, betätigt dabei den Servomotor und über die Hebelmechanik neutralisiert sich die Neigungslage des Sitzes.

4.2. Anwendung bei selbstfahrenden Arbeitsmaschinen, Traktoren, geländegängigen PKW, LKW etc.
Hier wird bei gleichem Aufbau des Systems nicht die seitliche Fliehkraft, sondern die natürliche Schwerkraft ausgenutzt.
Die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug bewegt wird, spielt hierbei eine untergeordnete Rolle.
Fährt das Fahrzeug auf ebenem Gelände, steht das Pendel 2 in senkrechter Position und die Sitzfläche in neutraler waagerechter Lage.
Neigt sich das Fahrzeug anpassend an das Geländeniveau nach einer Seite, bewegt sich das Pendel 2 schwerkraftbedingt ebenfalls nach dieser, dem Hang abgewandten Seite. Das mit dem Pendel gekoppelte Potentiometer 3 gibt Impulse an die Servoelektronik 4, die wiederum den Servomotor 5 in Gang setzt.
Über das Schneckengetriebe 6, die Schubstange 7 und den Schubstangenhebel 8 wird das Gestänge 9 bewegt, welches die beiden Hubelemente 10 um ihre jeweilige Achse auf der Hangabgewandten Seite aufwärts und auf der Hangzugewandten Seite abwärts bewegen.
Der Sitz bewegt sich also in Richtung waagerechter Lage. Somit hat die Fahrerposition nicht den gleichgroßen Neigungswinkel wie das Fahrzeug selbst.

4.3. Anwendungsbeispiel der schwenkbaren Pedalplatte mit schalenförmiger Bodenplatte.
Bei einem sich in Kurvenfahrt befindlichen Fahrzeug bewegt sich das Pendel 2 im fest mit dem Fahrzeug verbundenen Gehäuse aus seiner senkrechten Ruhestellung in Richtung kurvenäußere Seite.
Das auf der Achse des Pendels angebrachte Potentiometer 3 gibt dabei Impulse an die Servoelektronik 7 ab, die wiederum den Servomotor 8 in Gang setzt. Über ein Schneckengetriebe und die Schubstange 9 wird die Pedalplatte 4 mitsamt der schalenförmigen Bodenplatte 6 in Richtung kurvenäußere Seite geschwenkt.
Da dies gleichsinnig mit der automatischen Sitzneigungsverstellung geschieht, bleibt die Beinstellung in gleicher Lage zum Pedalwerk.
Bei zunehmenden Geradeauslauf des Fahrzeugs schwenkt das Pendel 2 zurück in Richtung senkrechte Ruhestellung, wobei der Servomotor in Gang gesetzt wird und die Pedalplatte in Neutralstellung schwenkt.

5. Vorteile des aktiven Fahrzeug-Sitz-Systems und der schwenkbaren Pedalplatte mit schalenförmiger Bodenplatte.

5.1. Die Vorteile des aktiven Fahrzeug-Sitz-Systems liegen vor allem darin, die auf den menschlichen Körper wirkenden seitlichen Fliehkräfte bei Kurvenfahrt teilweise abzubauen und in leichter beherrschbare, senkrecht zur Sitzfläche wirkende Kräfte umzuandeln.
Dadurch ergibt sich eine leichtere Bedienbarkeit des Fahrzeuges, da eine mehr zur Symmetrie tendierende Kräfteverteilung in Kurven den Oberkörper weniger einseitig belastet und die Bewegungsfreihheit des kurvenäußeren Armes des Fahrers weniger einschränkt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß keine aufwendigen seitlichen Sitzaufpolsterungen notwendig sind.
Es kann eine gewisse Konfektionierung der Sitzgestaltung betrieben werden, was Investitions- und Herstellungskosten spart.
Außerdem würden Kompromißlösungen, die der angenehmen Sitzposition der Fahrzeuginsassen dienen sollen, wegfallen.
Ein nicht zu unterschätzender Aspekt ist das Sicherheitsplus, welches das aktive Fahrzeug-Sitz-System mit sich bringt. Wenn das Fahrzeug bei zu schneller Kurvenfahrt ausbricht und seitlich auf ein Hindernis trifft, befindet sich der Sitz, durch die Kurvenfahrt automatisch bedingt, bereits in Neigungsstellung.
Das bewirkt, daß die seitlichen Aufprallkräfte die den Körper mit hoher Energie gegen Tür und Seitenscheibe schleudern, zum Teil in senkrecht zur Sitzfläche wirkende Kräfte umgewandelt werden und die Aufprallwucht und damit die Verletzungsgefahr verringern.

5.2. Der Vorteil der schwenkbaren Pedalplatte liegt darin, daß sich die Beinstellung zu den Pedalen bei gleichzeitigem Einsatz des aktiven Fahrer-Sitz- Systems nicht verändert und damit keine Sicherheitseinbuße beim bedienen selbiger auftreten kann.
Besonderes Gewicht bekommt dieser Umstand beim Einbau des AFSS in sportliche und reine Sportfahrzeuge, bei denen auf Grund der höheren Kurvengeschwindigkeiten der Sitzneigungswinkel größer gewählt werden kann als im normalen Serienfahrzeug.
Bei feststehenden Pedalen würden sich bei Sitzneigung die Füße zu den Pedalen verdrehen, bei schwenkbarer Pedalplatte werden sie im gleichen Winkel der Sitzneigung mitgeführt.

Legenden zu den Zeichnungen

Blatt 13 - Geber

1 Pendelgehäuse
2 Pendel
3 Potentiometer
11 Befestigungsbohrungen

Blatt 14 - Sitzneigungsverstellung

4 Servoelektronik
5 Servomotor
6 Schneckengetriebe
7 Schubstange
8 Schubstangenhebel
9 Gestänge
10 Hubelemente
12 Längsverstellschienen

Blatt 15 - Schwenkbare Pedalplatte

4 Schwenkbare Pedalplatte
5 gedachte Achse
6 schalenförmige Bodenplatte
7 Servoelektronik
8 Servomotor
9 Schubstange
10 Kugelgelagerter Drehkranz
11 Lenksäule
12 Armaturenbrett
13 Ausschnitt für Lenksäule

Claims

1. Aktives Fahrer-Sitz-Systems dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz um seine Längsachse automatisch mittels Geber, Servomotor und Betätigungsgestänge Neigungsverstellbar ist.

2. Aktives Fahrer-Sitz-Systems nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pedalplatte gemeinsam mit einer schalenförmigen Bodenplatte in Verbindung mit der automatischen Sitzneigungsverstellung geschwenkt werden kann, um die Stellung der Beine im konstanten Winkel zum geneigten Sitz zu halten.