DE602004003310T2

DE602004003310T2 - Vorrichtung zur Schätzung des Fahrgastgewichts über dem Rahmen eines Fahrzeugsitzes und Kraftmesszelle mit kugelbetätigtem Kraftsensor

Info

Publication number: DE602004003310T2
Application number: DE602004003310T
Authority: DE
Inventors: Duane D. Lebanon Fortune; Morgan D. Kokomo Murphy
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Delphi Technologies Inc
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2004-07-14
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2024-07-15
Also published as: DE602004003310D1; EP1503189B1; US20050022615A1; ATE346284T1; EP1503189A1; US6912920B2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichts eines Benutzers eines Kraftfahrzeugsitzes zu Zwecken der Bestimmung, ob und mit welcher Kraft zusätzliche Rückhaltemittel auszulösen sind, und insbesondere eine Kraftmesszelle zur Messung von Kräften, die auf einen Rahmen des Fahrzeugsitzes ausgeübt werden. Die US-A-3915248 offenbart eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Fahrzeuginsassenerfassungssysteme sind in Verbindung mit Airbags und anderen pyrotechnisch auslösbaren Rückhaltemitteln als ein Mittel zur Beurteilung von Nutzen, ob und mit welcher Kraft das Rückhaltemittel zu entfalten ist. Ein grundlegender Parameter in dieser Hinsicht ist das Gewicht des Insassen, da das Gewicht als ein Kriterium zur Unterscheidung zwischen einem Erwachsenen und einem Kind oder einem Kleinkind herangezogen werden kann.
Die meisten früheren Techniken zur Gewichtserfassung beinhalten die Installation eines druckempfindlichen Elements, wie beispielsweise eines Kissens mit veränderlichem Widerstand oder einer fluidgefüllten Blase in oder unter einem Fahrzeugsitzkissen, und die Verwendung der Druckmessung als Hinweis auf das Insassengewicht. Siehe dazu beispielsweise die U.S.-Patente Nr. 5 474 327, 5 987 370, 6 246 936, 6 101 436 und 6 490 936.
Alternativ kann das Insassengewicht mit einer oder mehreren Kraftmesszellen gemessen werden, welche die Kräfte (Dehnung oder Druck) abfüh len, die der Sitz auf eine Halterung ausübt, welche den Sitz auf dem Fahrzeugboden trägt. Siehe dazu beispielsweise die Publikationen Nr. 41520, 41542, 41549 und 41559 der Research Disclosure-Ausgabe von November 1998. Bei den meisten Anwendungen verwenden die Kraftmesszellen ein oder mehrere Dehnungsmesselemente zum Abfühlen der Vertikalkraft oder Z-Achsenkraft, die durch die Kraftmesszelle infolge des Insassengewichts ausgeübt wird. Eines der Probleme, die bei diesem Ansatz auftreten, besteht darin, dass Dehnungsmesselemente auch empfindlich auf Biegekräfte oder Querachsenkräfte reagieren, die mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung stehen. Die Biege- bzw. Querachsenkräfte können beispielsweise auftreten, wenn die aneinandergrenzenden Flächen der Kraftmesszelle und des Sensors nicht aneinander angepasst sind oder wenn der Sitz eine Verwindungskraft auf die Kraftmesszelle ausübt. In jedem Fall neigt das Auftreten solcher Verwindungs- bzw. Querachsenkräfte dazu, die Messung der Z-Achsenkraft zu verfälschen, was zu einer ungenauen Insassengewichtsbestimmung führt. Demgemäß wird eine Sitzrahmenkraftmesszelle benötigt, welche Z-Achsenkräfte auf einen Dehnungsmesssensor anwendet, während die Auswirkungen von Kräften, die mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung stehen, minimiert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte sitzrahmenbasierte Kraftmesszelle zur Insassengewichtsbestimmung, welche die Sitzkraft über eine sphärische Kugel und ein Kugelbetätigungselement auf eine Bodenhalterung überträgt. Die Kugel steht mit dem Kraftsensor in Kontakt und weist entweder mit dem Kugelbetätigungselement oder dem Kraftsensor eine minimale Kontaktfläche auf, so dass die Übertragung von Kräften, welche mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung stehen, minimiert wird. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Kugel betätigungselement mit dem Sitzrahmen gekoppelt, und eine Sensorhalterung richtet das Kugelbetätigungselement in Bezug auf den Sensor aus. Die Sensorhalterung ist gewölbt, um im Fall einer inversen Überbelastung den Sitz über das Kugelbetätigungselement sicher an der Bodenhalterung zu verankern. Eine zwischen dem Kugelbetätigungselement und der Wölbung der Sensorhalterung angeordnete Feder drückt die Kugel gegen den Sensor, um den Sensor vorzubelasten, damit eine Entlastungserkennung erfolgen kann.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nun in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 ein Seitenansichtsschema eines Fahrzeugsitzes mit der erfindungsgemäßen, rahmenbasierten Vorrichtung zur Insassengewichtsbestimmung darstellt;
2 eine Schnittansicht der Gewichtsbestimmungsvorrichtung von 1 gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
3 eine Schnittansicht der Gewichtsbestimmungsvorrichtung von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt;
4 eine Schnittansicht der Gewichtsbestimmungsvorrichtung von 1 gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Bezug nehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein einen Fahrzeugsitz mit Sitzflächen- und Rückenlehnenkissen 10a, 10b, der auf einem Metallrahmen 12 getragen ist. Der Sitz 10 ist an dem Fahrzeugboden 14 durch ein Paar seitlich beabstandeter Bodenhalterungen 16 befestigt, von denen nur eine in 1 gezeigt ist. Die Bodenhalterung 16 ist mit dem Boden 14 verschraubt, und ein Satz von Kraftmesszellen 20, 20' ist zwischen dem Sitzrahmen 12 und der Bodenhalterung 16 angeordnet, um den Sitz 10 abzustützen und das Gewicht eines Sitzbenutzers zu bestimmen. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Bodenhalterung 16 einen integrierten Flansch 16a auf, und die Kraftmesszellen 20, 20' sind durch einen Satz von Bolzen 21a, 21b; 21a', 21b', die an dem Flansch 16a anliegen, an der Bodenhalterung 16 befestigt. Die Kraftmesszellen 20, 20' erzeugen elektrische Ausgangssignale in den Leitungen 22, 22', welche die durch sie übertragenen Kräfte anzeigen; die Leitungen 22 und 22' sind mit einem Anschluss 24 verbunden, welcher seinerseits mit einem Mikrocontroller (μC) 26 elektrisch verbunden ist, der unter dem Sitz 10 oder an einer entfernten Stelle angeordnet sein kann. Der Mikrocontroller 26 verarbeitet die von den verschiedenen Kraftmesszellen 20, 20' erzeugten Ausgangssignale, um daraus entsprechende, einem Sitzbenutzer zurechenbare Gewichte zu bestimmen, und summiert die Gewichte, um das Insassengewicht oder eine Gewichtsklassifizierung zu bestimmen, mit dem Ziel zu entscheiden, ob und mit welcher Kraft zusätzliche Rückhaltemittel auszulösen sind, die dazu bestimmt sind, den Insassen im Fall eines Unfalls vor schwerwiegenden Verletzungen zu schützen.
Bei einer typischen Mechanisierung sind vier Kraftmesszellen vorhanden (links vorne, rechts vorne, links hinten und rechts hinten); es sind jedoch nur die linke vordere und die linke hintere Kraftmesszelle 20, 20' in 1 sichtbar. Da die verschiedenen Kraftmesszellen 20, 20' identisch sind, ist die nachfolgende Beschreibung der Kraftmesszelle 20 gleichermaßen auf die Kraftmesszelle 20' sowie auf die rechte vordere und die rechte hintere Kraftmesszelle zutreffend.
Die Kraftmesszelle 20 weist einen Kraftsensor 28 auf, beispielsweise einen, Dehnungsmesser, um die durch die Kraftmesszelle übertragene Kraft zu messen und ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, welches funktional mit einer solchen Kraft in Beziehung steht. Geeignete Kraftsensoren werden beispielsweise von der Panasonic Corporation oder der Texas Instruments Corporation hergestellt und vertrieben. Wie voranstehend erklärt, stehen Verwindungs- bzw. Querachsenkräfte mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung, und sie neigen dazu, die Messung der vertikalen oder Z-Achsenkraft zu verfälschen, was zu einer ungenauen Insassengewichtsbestimmung führt. Bei jeder der drei nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen von Kraftmesszellen werden die Auswirkungen von Verwindungs- bzw. Querachsenkräften minimiert, indem der Sitz 10 über eine sphärische Kugel 30 mit dem Kraftsensor 28 verbunden wird. Die Kugel 30 minimiert die Belastungskontaktfläche mit dem Kraftsensor 28, so dass die Übertragung von Kräften, welche mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung stehen, minimiert ist. Bei jeder der Ausführungsformen ist ein Kugelbetätigungselement 32 mit dem Sitzrahmen 12 gekoppelt, und eine Sensorhalterung 34 richtet das Kugelbetätigungselement 32 in Bezug auf den Kraftsensor 28 aus. Außerdem ist die Sensorhalterung 34 gewölbt, um im Fall einer inversen Überbelastung (zu welcher es bei einem Zusammenstoß kommen kann) den Sitz 10 über das Kugelbetätigungselement 32 sicher an der Bodenhalterung 16 zu verankern. Ferner vorbelastet eine zwischen dem Kugelbetätigungselement 32 und der Wölbung der Sensorhalterung 34 angeordnete Feder 36 den Kraftsensor 28, um eine Entlastungserkennung zu ermöglichen. Zu einer Entlastung kann es beispielsweise kommen, wenn der Insasse sich in dem Sitz 10 zurücklehnt und dadurch die Kraft verringert, welche von den mit dem vorderen Bereich des Sitzes 10 verbundenen Kraftsensoren gemessen wird. Aufgrund der Vorbelastungskraft kann eine solche Entlastung ge messen und bei den Berechnungen zur Gewichtsbestimmung berücksichtigt werden.
Bei der Ausführungsform von 2 ist der Kraftsensor 28 in Form eines Bolzens ausgeführt, welcher durch die Mutter 29 mechanisch an dem Flansch 16a der Bodenhalterung befestigt ist. Die Sensorhalterung 34 ist durch die Bolzen 21a, 21b separat an dem Flansch 16a festgeschraubt und in dem Bereich zwischen dem Flansch 16a und dem Sitzrahmen 12 um den Sensor 28 herum gewölbt. Die Kugel 30 ist ebenfalls innerhalb des gewölbten Abschnitts der Sensorhalterung 34 angeordnet und durch eine in dem nach innen gerichteten Ende des Kugelbetätigungselements 32 ausgebildete, konische Ausnehmung 32a axial mit der Arbeitsfläche des Sensors 28 ausgerichtet. Das verengte, nach außen gerichtete Ende 32b des Kugelbetätigungselements 32 erstreckt sich durch eine zentrale Öffnung in dem gewölbten Abschnitt der Sensorhalterung 34 hindurch, und ein axial in das Kugelbetätigungselement 32 eingeschraubter Bolzen 40 befestigt das Kugelbetätigungselement 32 an dem Sitzrahmen 12. Ein Zwischenraum 42 zwischen dem Sitzrahmen 12 und der Sensorhalterung 34 erlaubt eine begrenzte Abwärtsbewegung des Sitzrahmens 12 in Bezug auf die Bodenhalterung 16, und ein Zwischenraum 44 zwischen der Schulter 32c des Kugelbetätigungselements 32 und dem gewölbten Abschnitt der Sensorhalterung 34 erlaubt eine begrenzte Aufwärtsbewegung des Sitzrahmens 12 in Bezug auf die Bodenhalterung 16. Die Feder 36 ist in dem Zwischenraum 44 zwischen der Schulter 32c des Kugelbetätigungselements und der Sensorhalterung 34 angeordnet, um die Kugel 30 gegen die Arbeitsfläche des Kraftsensors 28 zu drücken, um so den Kraftsensor 28 vorzubelasten.
Bei den Ausführungsformen von 3 und 4 umfasst der Kraftsensor 28 eine langgestreckte Metallplatte 50, welche eine Reihe von drei Tüllen oder Einsätzen 52, 54, 56 zusammenhält. Die äußeren Tüllen 54 und 56 sind durch die Bolzen 21a bzw. 21b zwischen der Sensorhalterung 34 und dem Flansch 16a der Bodenhalterung festgehalten, und die Kugel 30 steht in Kontakt mit der zentralen Tülle 52. Eine in dem Flansch 16a der Bodenhalterung ausgebildete Öffnung 60 erlaubt eine Abwärtsbewegung der Tülle 52 in Bezug auf die Bodenhalterung 16. Alternativ könnte die Tülle 52 so ausgebildet sein, dass sie genügend Spiel zwischen sich und dem Flansch 16a der Bodenhalterung schafft, wobei in diesem Fall die Öffnung 60 eliminiert werden könnte. Die Bewegung der Tülle 52 belastet die Platte 50, und (nicht gezeigte) Dehnungsmesselemente, die auf einer Oberfläche der Platte 50 um die Tülle 52 herum ausgebildet sind, sind mit einem elektrischen Modul 58 gekoppelt, bei dem die Sensorausgangssignale gemessen und entsprechend aufbereitet werden, um ein gewichtsrepräsentatives Signal zu bilden, welches, wie in 1 angedeutet, über die Leitung 22 an den Anschluss 24 angelegt wird.
Bei der Ausführungsform von 3 weist die zentrale Tülle 52 keine Öffnung auf, und die Kugel 30 wird durch ein Kugelbetätigungselement 32 mit einer konischen Ausnehmung 32a gegen die flache, obere Oberfläche der zentralen Tülle 52 gedrückt, wie bei der Ausführungsform von 2. Bei der Ausführungsform von 4 weist die Tülle 52 eine Öffnung 52' auf, und die Kugel 30 sitzt auf dem oberen oder nach innen gerichteten Rand der Öffnung 52'; in diesem Fall richtet die Öffnung 52' die Kugel 30 seitlich aus, und die Oberfläche 32a des Kugelbetätigungselements 32, welche mit der Kugel 30 in Kontakt steht, ist, wie gezeigt, im wesentlichen planar oder leicht konkav. Ansonsten sind die Kraftmesszellen 20 der 3 und 4 der Kraftmesszelle 20 von 2 ähnlich, sie werden daher hier nicht weiter beschrieben.
Zusammenfassend schafft die vorliegende Erfindung eine sitzrahmenbasierte Vorrichtung zur Insassengewichtsbestimmung, welche die auf den Sitz ausgeübte Kraft über einen Kraftsensor 28 und eine sphärische Kugel 30, die durch eine Feder 36 und ein Kugelbetätigungselement 32 mit dem Kraftsensor 28 in Eingriff gedrückt wird, auf eine Bodenhalterung 16 überträgt. Die Kugel 30 weist entweder mit dem Kugelbetätigungselement 32 oder dem Kraftsensor 28 eine minimale Kontaktfläche auf, so dass die Übertragung von Kräften, welche mit dem Insassengewicht nicht funktional in Beziehung stehen, minimiert wird. Im Fall einer inversen Überbelastung, die dazu neigt, den Sitz 10 von der Bodenhalterung 16 zu trennen, tritt das Kugelbetätigungselement 32 mit dem gewölbten Abschnitt der Sensorhalterung 34 in Kontakt und verhindert dadurch eine weitere Aufwärtsbewegung des Sitzrahmens 12 in Bezug auf die Bodenhalterung 16.
Die Beschreibung erfolgte zwar anhand der dargestellten Ausführungsformen, es ist jedoch einzusehen, dass von Fachleuten verschiedene Abänderungen zusätzlich zu den oben beschriebenen ersonnen werden können. Beispielsweise kann der Sitz 10 durch eine größere oder geringere Anzahl von Kraftmesszellen getragen sein, die Kraftmesszellen können relativ zu den dargestellten Ausführungsformen invertiert ausgebildet sein und so weiter. Entsprechend versteht es sich, dass Systeme mit diesen und anderen Abänderungen in den Umfang dieser Erfindung fallen, welcher durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Vorrichtung zur Bestimmung des Gewichts eines Benutzers eines Fahrzeugsitzes (10) mit einem durch eine Bodenhalterung (16) getragenen Sitzrahmen (12), wobei die Vorrichtung umfasst: einen in Bezug auf die Bodenhalterung (16) befestigten Kraftsensor (28); eine mit dem Kraftsensor (28) in Kontakt stehende sphärische Kugel (30); und ein mit dem Sitzrahmen (12) gekoppeltes Kugelbetätigungselement (32), das mit einer dem Kraftsensor (28) abgewandten Oberfläche der Kugel (30) in Kontakt steht; gekennzeichnet durch eine Feder (36) zum Vorbelasten des Kraftsensors (28), indem die Kugel (30) gegen den Kraftsensor (28) gedrückt wird; durch eine an der Bodenhalterung (16) befestigte Sensorhalterung (34), die einen gewölbten Abschnitt aufweist, welcher das Kugelbetätigungselement (32) in Bezug auf den Sensor (28) ausrichtet; und dadurch, dass der gewölbte Abschnitt der Sensorhalterung (34) eine zentrale Öffnung aufweist, durch welche sich ein Halsabschnitt (32b) des Kugelbetätigungselements (32) erstreckt, und das Zusammenwirken von dem Kugelbetätigungselement (32) und dem um die Öffnung herum gewölbten Abschnitt der Sensorhalterung (34) im Fall einer inversen Belastung des Sitzes die Bewegung des Sitzrahmens (12) in Bezug auf die Bodenhalterung (16) begrenzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Feder (36) zwischen dem Kugelbetätigungselement (32) und der Wölbung der Sensorhalterung, (34) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kugelbetätigungselement (32) eine konische Ausnehmung (32a) aufweist, welche mit dem Sensor (28) ausgerichtet ist, und die Kugel (30) teilweise in der Ausnehmung (32a) aufgenommen ist, um die Kugel (30) mit dem Sensor (28) auszurichten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sensor (28) eine Öffnung (52') aufweist, die Kugel (30) auf dem Sensor (28) um die Öffnung (52') herum aufsitzt und das Kugelbetätigungselement (32) eine im wesentlichen planare Fläche (32a) aufweist, welche mit der Kugel (30) in Kontakt steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung derart umgekehrt ist, dass das Kugelbetätigungselement (32) in Bezug auf die Bodenhalterung (16) befestigt ist und der Kraftsensor (28) mit dem Sitzrahmen (12) gekoppelt ist.