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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des Gewichtes eines
Sitzbenutzers. Speziell ist eine Sensoranordnung an einem Sitzrahmenelement
montiert, um Gewichtsmessungen eines Sitzbenutzers durchzuführen.
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Die
meisten Fahrzeuge besitzen Airbags und Sicherheitsgurtsysteme, die
zusammenwirken und den Fahrer und die Insassen gegenüber ernsthaften Verletzungen
infolge einer Kollision mit hoher Geschwindigkeit schützen. Es
ist dabei wichtig, die Entfaltungskraft der Airbags und die Kraft
der Sicherheitsgurtvorspanner auf der Basis der Größe des Fahrers
oder Insassen zu steuern. Eine Art und Weise zum Steuern dieser
Kräfte
besteht darin, das Gewicht des Sitzbenutzers zu überwachen. Wenn eine kleinere
Person, wie beispielsweise ein Kind in einem Kindersitz, sich auf
dem Vordersitz befindet, ist die Gewichtsbelastung des Sitzes geringer
als bei Benutzung des Sitzes durch einen Erwachsenen.
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Gegenwärtige Systeme
zum Messen des Gewichtes eines Sitzbenutzers sind komplex und teuer.
Eine Art eines derartigen Systems verwendet druckempfindliche Folienmatten,
die im Schaum des Sitzbodens montiert sind. Ein anderes System verwendet
Sensoren, die an einer Vielzahl von Stellen innerhalb des Kissens
des Sitzbodens angeordnet sind. Die kombinierten Ausgangssignale
der Matten oder Sensoren werden dazu verwendet, um das Gewicht des
Sitzbenutzers zu bestimmen. Diese Sensoren erfahren eine im wesentlichen
vertikale Kraft infolge des Gewichtes des Sitzbenutzers, werden
jedoch auch mit Längskräften und
seitlichen Kräften beaufschlagt,
die durch Beschleunigung, Verzögerung
oder Kurvenfahren verursacht werden. Diese Längskräfte und seitlichen Kräfte, die
vom Sensor aufgenommen werden, versehen die Gewichtsmessung mit
einer Fehlerkomponente. Die Sensoren sind sehr kompliziert ausgebildet
und verwenden Mehrfachdehnungsmeßstreifen sowie komplizierte
Biegeelemente, um eine hohe Meßempfindlichkeit
in Vertikalrichtung und eine geringe Empfindlichkeit in bezug auf
seitliche Kräfte
und Längskräfte zu erreichen
und dadurch die Genauigkeit zu verbessern.
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Auch
die Montage dieser Sensoren im Sitzboden kann schwierig und zeitaufwendig
sein. Es ist schwierig, Montagestellen für jeden Sensor zu finden, die
sämtliche
verschiedenen Positionen des Sitzbenutzers erfassen und immer noch
für genaue Messungen
sorgen. Ferner kann eine Verschiebungsbewegung des Sitzbenutzers
auf dem Sitz zum Lösen
oder Bewegen der Sensoren aus ihrer richtigen Lage heraus führen. Da
die Sensoren im Sitzboden montiert sind, ist es schwierig, die Sensoren
zu repositionieren, nachdem der Sitz im Fahrzeug installiert worden
ist.
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Die
Veröffentlichung
XP-000726567, S.442, Juli 1997, auf der der Oberbegriff von Patentanspruch
1 basiert, beschreibt die Gewichtsmessung für Insassenhaltesysteme unter
Verwendung von Lastzellentechniken.
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Die
EP 0534226 beschreibt einen
Dehnungssensor unter Verwendung einer Dehnungsmeßeinheit.
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Die
US 5822707 beschreibt ein
automatisches Sitzeinstellsystem für ein Motorfahrzeug.
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Es
ist somit wünschenswert,
ein vereinfachtes Gewichtsmeßsystem
für einen
Sitzbenutzer zur Verfügung
zu haben, das genau und einfach zu installieren ist und mit dem
die vorstehend genannten Mängel
der Systeme des Standes der Technik beseitigt werden können.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfaßt ein
System zum Messen des Gewichtes eines auf einem Fahrzeugsitz sitzenden
Sitzbenutzers ein Sitzelement, das an einer Fahrzeugkonstruktion
montiert ist, ein Sitzlagerelement zum Lagern eines Sitzbodens und
eine Vielzahl von Gewichtssensoreinheiten, die zwischen dem Sitzelement
und dem Sitzlagerelement montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der
Gewichtssensoreinheiten eine Bodenfläche und eine Deckfläche mit
einer Vollbrücken-Dehnungsmeßstreifeneinrichtung
besitzt, die auf einer der Deck- oder Bodenflächen montiert ist, und daß jede der
Sensoreinheiten einen zentralen bieg baren Abschnitt aufweist, wobei
mindestens eine Nut in einer der Deck- oder Bodenflächen ausgebildet
ist, die sich zumindest teilweise entlang der Breite der Sensoreinheit
erstreckt, um die Dehnung im zentralen biegbaren Abschnitt zu lokalisieren.
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Bei
einer offenbarten Ausführungsform
dieser Erfindung besitzt ein System zum Messen des Gewichtes eines
auf einem Fahrzeugsitz sitzenden Sitzbenutzers ein Sitzelement,
das an einer Fahrzeugkonstruktion montiert ist, und ein Sitzlagerelement
zum Lagern eines Sitzbodens. Eine Vielzahl von Gewichtssensoreinheiten
ist zwischen dem Sitzelement und dem Sitzlagerelement montiert.
Jede der Gewichtssensoreinheiten besitzt eine Bodenfläche und
eine Deckfläche
mit einer Vollbrücken-Dehnungsmeßstreifeneinrichtung,
die auf einer der Flächen
montiert ist.
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Jede
Gewichtssensoreinheit hat ein erstes Ende, das am Sitzelement, wie
einem Sitzheber, montiert ist, und ein zweites Ende, das am Sitzlagerelement,
wie einem Sitzrahmen oder Schienenelement, montiert ist, wobei sich
ein zentraler biegbarer Abschnitt zwischen dem ersten und zweiten
Ende erstreckt. Die Dehnungsmeßstreifeneinrichtungen
erzeugen jeweils ein Gewichtssignal in Abhängigkeit von der Messung der
Durchbiegung des zentralen biegbaren Abschnittes für die entsprechende
Sensoreinheit. Ein zentraler Prozessor ermittelt das Gewicht des
Sitzbenutzers auf der Basis der Gewichtssignale. Ein Airbagsteuermodul
steht mit dem Prozessor in Verbindung, um die Entfaltungskraft eines Airbags
auf der Basis des Gewichtes des Sitzbenutzers zu steuern.
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Jeder
der Sensoren besitzt mindestens eine Nut, die in der Deckfläche oder
der Bodenfläche
ausgebildet ist. Die Nut erstreckt sich zumindest teilweise entlang
der Breite des Sensors, um die Dehnung im zentralen biegbaren Abschnitt
zu lokalisieren. Die Dehnungsmeßstreifeneinrichtung
ist auf der anderen Fläche
der Deck- oder Bodenfläche
angeordnet, die von der Nut weg weist.
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Die
Erfindung sieht somit ein vereinfachtes Meßsystem für das Gewicht eines Sitzbenutzers
vor, das billig, genau und einfach zu installieren ist. Diese und
andere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen am besten aus der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor. Es folgt
nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
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1 eine Ansicht eines in einem Fahrzeug mit
Airbagsystem sitzenden Sitzbenutzers;
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2 eine auseinandergezogene Ansicht einer
Sitzeinheit, die das Gewichtsmeßsystem
umfaßt;
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5 eine
schematische Darstellung des Steuersystems, das das Gewichtsmeßsystem
umfaßt;
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6A eine
perspektivische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer Sensoreinheit;
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6B eine
perspektivische Unteransicht der Sensoreinheit der 6A;
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6C eine Schnittansicht der Sensoreinheit
entlang Linie 6C-6C in 6A; und
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7 eine andere Ausführungsform eines Gewichtssensors.
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Ein
Fahrzeug umfaßt
eine Fahrzeugsitzeinheit, die generell mit 12 in 1 bezeichnet ist, sowie ein Airbagsystem 14.
Die Sitzeinheit 12 kann entweder ein Fahrersitz oder Insassensitz
sein und besitzt eine Sitzrückenlehne 16 sowie
einen Sitzboden 18. Wenn ein Fahrzeugbenutzer 20 auf
dem Sitz 12 sitzt, wird eine Vertikalkraft Fv gegen den
Sitzboden 18 ausgeübt.
Diese Vertikalkraft Fv gibt das Gewicht des Sitzbenutzers 20 wieder.
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Das
Airbagsystem 14 entfaltet einen Airbag 24 unter
bestimmten Kollisionsbedingungen. Die Entfaltungskraft des Airbags 24,
der in gestrichelten Linien in 1 gezeigt
ist, variiert in Abhängigkeit
vom Gewicht des Benutzers 20. Das Fahrzeug weist ein System
zum Messen des Gewichtes des Sitzbenutzers 20 auf. Dieses
System ist in ein Sitzzrahmenelement oder Sitzschienenelement integriert,
das in 2 generell mit 26 bezeichnet
ist.
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Der
Sitz 12 ist vorzugsweise an einer Fahrzeugkonstruktion 30 auf
einer Innenschieneneinheit 26a und einer Außenschieneneinheit 26b,
die mit einem vorgegebenen Abstand von der Innenschieneneinheit 26a angeordnet
ist, montiert. Sowohl die Innenschieneneinheit 26a als
auch die Außenschieneneinheit 26b besitzen
ein erst es Schienenelement 28 und zweites Schienenelement 32.
Das erste Schienenelement 28 ist typischerweise an einem Sitzheber 34 oder
direkt an der Fahr zeugkonstruktion 30, wie einem Fahrzeugboden,
montiert. Das zweite Schienenelement 32 ist zur Durchführung einer
Gleitbewegung relativ zum ersten Schienenelement 28 montiert,
so daß die
Position des Sitzes 12 im Fahrzeug in gewünschter
Weise nach vorne und hinten eingestellt werden kann.
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Eine
Vielzahl von Sensoreinheiten 36 ist zwischen den ersten
Schienenelementen 28 der Innenschieneneinheit 26a und
Außenschieneneinheit 26b sowie
dem Sitzheber 34 montiert. Bei der bevorzugten Ausführungsform
finden vier Sensoreinheiten 36 Verwendung, wobei eine erste
Sensoreinheit 36a in der Nähe des vorderen Endes der Innenschieneneinheit 26a,
eine zweite Sensoreinheit 36b in der Nähe des hinteren Endes der Innenschieneneinheit 26a, eine
dritte Sensoreinheit 36c in der Nähe des Vorderendes der Außenschieneneinheit 26b und
eine vierte Sensoreinheit 36d in der Nähe des hinteren Endes der Außenschieneneinheit 26b angeordnet
sind.
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Vorzugsweise
hat jede Sensoreinheit 36a, 36b, 36c und 36d ein
erstes Ende 40, das mit mindestens einem Befestigungselement 42 am
ersten Schienenelement 28 montiert ist, und ein zweites Ende 44,
das mit mindestens einem Befestigungselement 42 am Sitzheber 34 montiert
ist, wie in 3 gezeigt. Es versteht
sich, daß jedwede
Art von Befestigungselement verwendet werden kann und daß auch andere
bekannte Verbindungsmethoden zur Montage der Sensoren 36 eingesetzt
werden können.
Ein zentraler biegbarer Abschnitt 46 erstreckt sich zwischen
dem ersten Ende 40 und dem zweiten Ende 44 der
Sensoreinheit 36. Wenn die Vertikalkraft Fv des Sitzbenutzers 20 auf
den Sitzboden 18 ausgeübt
wird, verbiegt sich der zentrale biegbare Abschnitt 46 einer
jeden Sensoreinheit 36a, 36b, 36c, 36d in
eine S-förmige
Konfiguration, wobei ein Abschnitt des Sensors 36 auf Druck
und der andere Abschnitt auf Zug beansprucht wird.
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Eine
Dehnungsmeßstreifeneinheit 50 ist
an jedem Sensor 36a, 36b, 36c, 36d montiert,
um das Ausmaß der
Biegung im zentralen Abschnitt 46 zu messen. Die Sensoren 36 besitzen
eine Deckfläche, die
zum Sitzboden 18 weist, und eine Bodenfläche, die
zum Sitzheber weist. Vorzugsweise ist eine Kombination von vier
Dehnungsmeßstreifen,
die eine Vollbrücke
bilden, auf einer der Deck- oder Bodenflächen montiert, um die Biegung
zu messen. Die vier Dehnungsmeßstreifen
sind somit kombiniert, um als Wheatstone'sche Brücke zum Messen der Durchbiegung
zu dienen. Die Funktionsweise einer Wheatstone'schen Brücke ist bekannt.
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Die
Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 ist auf
der Deckfläche
des Sensors 36 montiert. Eine erste Öffnung ist am ersten Ende des
Sensors 36 ausgebildet, und eine zweite Öffnung ist
am zweiten Ende des Sensors 36 ausgebildet, um die Befestigungselemente 42 aufzunehmen.
Die Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 ist
zwischen den Öffnungen
auf der Deckfläche
angeordnet. Um genauere Messungen zu erreichen, sollten sämtliche
Dehnungsmeßstreifenkomponenten
der Vollbrücken-Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 auf
nur einer Fläche
des Sensors 36 montiert sein. Mit anderen Worten, wenn
die Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 auf
der Deckfläche
montiert ist, sollten keine Dehnungsmeßstreifenkomponenten auf der
Bodenfläche montiert
sein, oder wenn die Einrichtung 50 auf der Bodenfläche montiert
ist, sollten keine Dehnungsmeßstreifenkomponenten
auf der Deckfläche
montiert sein.
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Die
Sensoren 36a, 36b, 36c, 36d erzeugen jeweils
ein Signal, das das Gewicht des Sitzbenutzers kennzeichnet, das
eine Verbiegung an den entsprechenden Stellen der Sensoren 36a, 36b, 36c, 36d verursacht,
wie in 5 gezeigt. Somit erzeugt der erste Sensor 36a ein
erstes Signal 60, der zweite Sensor 36b ein zweites
Signal 62, der dritte Sensor 36c ein drittes Signal 64 und
der vierte Sensor 36d ein viertes Signal 66. Die
Signale 60, 62, 64, 66 werden
einer gemeinsamen Schnittstelleneinheit 68 zugeführt und
dann an eine zentrale Prozessoreinheit oder elektronische Steuereinheit
(ECU) 70 abgegeben, wie bekannt. Die ECU 70 kombiniert
die Signale 60, 62, 64, 66 zur
Ermittlung des Gewichtes des Sitzbenutzers 20. Sie sendet
dann ein Steuersignal 72 an eine Systemsteuereinheit 74.
Vorzugsweise ist die Systemsteuereinheit 74 ein Airbagsteuermodul,
der mit der ECU 70 in Verbindung steht, so daß die Entfaltungskraft
des Airbags 24 auf der Basis des Gewichtes des Sitzbenutzers
gesteuert wird. Die Systemsteuereinheit 70 kann auch dazu
verwendet werden, um die Kraft von Sicherheitsgurtvorspannern auf
der Basis des Gewichtes des Sitzbenutzers zu steuern. Ein Fahrzeugcrashsensor 76 liefert
ebenfalls Informationen an den Airbagsteuermodul 74, die zur
Erstellung der Steuerbefehle für
den Airbag 24 verwendet werden. Das System benutzt in bekannter Weise
eine Stromversorgung 78.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
eines Gewichtssensors 136 ist in den 6A–6C gezeigt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
jede Sensoreinheit 136, 136b, 136c, 136d mindestens eine
Nut 80, die in der Deckfläche 52 oder der Bodenfläche 54 des
Sensors 36 ausgebildet ist. Die Nut 80 erstreckt
sich zumindest teilweise entlang der Breite der Sensoreinheit 36,
um die Dehnung im zentralen biegbaren Abschnitt 46 zu lokalisieren.
Die Vollbrücken-Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 ist
auf der gegenüberliegenden
Fläche
angeordnet und weist in eine von der Nut 80 entgegengesetzte
Richtung, wie in 6B gezeigt. Bei dieser Ausführungsform
erstreckt sich die Nut 80 über die gesamte Breite des Sensors 36.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
eines Gewichtssensors 236, die in 7 gezeigt
ist, ist ein Paar von Nuten 80a, 80b in der Deckfläche 52 oder Bodenfläche 54 ausgebildet,
um die Dehnung im zentralen biegbaren Abschnitt 46 zu lokalisieren.
Die Nuten 80a, 80b sind voneinander beabstandet
und erstrecken sich nur teilweise über die Breite des Sensors 36.
Bei dieser Ausführungsform
ist die Dehnungsmeßstreifeneinrichtung 50 zwischen
den Nuten 80a, 80b montiert.
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Die
vorliegende Erfindung bietet somit ein vereinfachtes System zum
Messen des Gewichtes eines Sitzbenutzers 20. Es wird bevorzugt,
die Sensoren 36 zwischen die Schiene 28 und den
Heber 34 zu integrieren, da sie gemeinsame Komponenten
für die
meisten Fahrzeugsitze 12 bilden.
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Das
in Rede stehende Gewichtsmeßsystem wird
in einfacher Weise in jede beliebige Art von Sitzkonfiguration eingearbeitet.
Das gemessene Gewicht ist unabhängig
von der Sitz position und wird in verschiedenen Positionen des Benutzers
auf dem Sitz 12 genau zur Verfügung gestellt.
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Durch
Messen der Durchbiegung in allen vier Stellen in den Innenschienen-
und Außenschieneneinheiten 26a, 26b ist
es möglich,
das Gewicht des Sitzbenutzers zu berechnen, das proportional zur Summe
der Ausgangssignale sämtlicher
Sensoren 36a, 36b, 36c, 36d ist.
Die Elektronik für
die Signalverarbeitung und die Schnittstelle 68 kann in
den Schieneneinheiten 26a, 26b untergebracht werden, wie
dies bekannt ist.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform dieser
Erfindung offenbart wurde, versteht es sich, daß der Durchschnittsfachmann
viele Modifikationen erkennt, die unter den Umfang dieser Erfindung
fallen. Aus diesem Grunde sollten zur Ermittlung des wahren Umfangs
und Inhalts dieser Erfindung die nachfolgenden Patentansprüche geprüft werden.