JP2006528765A - 圧力を測定する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容器の媒体充填中又は媒体排出中にその内部圧力を充分な精度で検出可能な方法及び装置を提示する。
【解決手段】 圧力センサ６及び制御装置５により充填されるか又は充填可能な容器１の圧力を測定する方法及び装置が示され、充填又は排出が制御装置５の監視下で行われ、入力信号として、圧力センサ６により測定される圧力値Ｐｓのほかに、容器１の充填又は排出のために駆動される弁４の開閉状態が、制御装置５へ伝送される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば自動車用座席の空気クッションの充填又は排出に関連しかつこのような空気クッションの規定されるか又は規定可能な圧力の固定又は保持に関連して使用されるように、媒体を充填されるか又は充填可能な容器の圧力測定方法及び装置、特に充填されるか又は充填可能な容器の内部圧力の測定方法及び装置に関する。

車両座席において使用しかつそれぞれの車両乗客の異なる体型又はすわり習慣に合わせるため膨らませることができる空気クッションは、一般に公知である。

しかしこれらの公知の空気クッション及び充填又は排出及びそれぞれの圧力を保持するために使用される装置において、圧力測定のために設けられる圧力センサにより、特に充填又は排気中に、導管効果のため、クッション圧力とも称される実際の内部圧力が測定されないことが、不利であることがわかった。静止状態において初めて、従ってある程度の鎮静時間後に、実際のクッション圧力が圧力センサで検出可能である。これは、規定されるクッション圧力の迅速かつ精確な設定及び保持を困難にする。

従って本発明の基礎になっている課題は、常に特に容器の充填又は排出中にも、実際の内部圧力を充分な精度で検出できる方法、及びその実施に適した装置を提示することである。

この課題は、方法に関して本発明によれば、請求項１の特徴によって解決される。更にこの課題は、請求項７の特徴を持つ装置によって解決される。

本発明は、公知の方法又は装置では、圧力センサが、充填の際高すぎる圧力を測定し、排出の際低すぎる圧力を測定し、保持段階中に鎮静時間の過ぎ去った後に初めて、実際の圧力を充分精確に測定する、という認識から出発している。従って弁例えば制御弁の各開閉状態（充填、排出又は保持）に対して、できるだけ完全に補償されねばならない特有の誤差が存在する。その際制御装置により、容器の充填又は排出を表わす作動パラメータについての情報、なるべく充填又は排出を行う弁のそれぞれの開閉状態についての情報が処理されることが、意図されている。そのため本発明によれば、容器の充填過程又は排出過程中に、圧力センサにより検出される圧力値に基いて、容器の充填又は排出のために設けられる弁の開閉状態に応じて、補正内部圧力が求められる。

本発明の利点は、測定誤差の補償により、容器例えば車両座席の空気クッションにおける一層精確で速い圧力測定が可能なので、機械的荷重による万一の圧力変化が、充填又は排出用弁の適当な制御により充分速く補償されることである。

従属請求項は本発明の好ましい実施形態に向けられている。

誤差を補償するため、なるべく容器の充填又は排出の際、弁の開閉状態に応じて、圧力センサにより測定される圧力値が、容器の充填又は排出に対して特有な少なくとも１つの規定されるか又は規定可能なパラメータ又はパラメータの組を作用せしめられる。こうして簡単な比例補正だけでなく、システム従って容器容積、導管容積、流れ抵抗、現在のクッション圧力及び質量慣性の組合わせの動特性を表わす補正も可能である。

システムの動特性の特に有利な考慮は、容器の充填又は排出の始め又は終わりに、弁の開閉状態に応じて、圧力センサにより測定される圧力値が濾波されることである。濾波の可能な実施形態として、例えば低域フィルタ特性を持つ濾波が使用される。こうして充填又は排出の始め又は終わりにおける行き過ぎが特によく補償される。行き過ぎの程度は、開始圧力即ち充填又は排出の始め又は終わりの直前における容器内の圧力に関係しているので、限界周波数を適当に選ぶ場合積分器として動作する整合低域フィルタによる濾波が特に適している。

行き過ぎの効果は、充填又は排出の始め又は終わりの後の特定の時間に限られているので、圧力センサにより測定される圧力値の濾波が、充填又は排出の始め又は終わり後に、規定されるか又は規定可能な期間行われると、制御装置の使用可能であるか又は使用される計算能力に関して、特に有利である。更に長く持続する濾波は信号の歪みを生じる。雑音を最小にするためにのみ、信号特に例えば１０Ｈｚの限界周波数を持つ圧力信号が濾波される。積分器として構成されるフィルタの使用のために、例えば０．１Ｈｚの限界周波数が適している。フィルタパラメータを初期圧力に応じて変化することができる。

容器が充填も排出もされない弁の開閉状態において、従って現在の内部圧力を保持する際、弁の開閉状態に応じて、圧力センサにより測定される圧力値及びそれに基いて求められる内部圧力が不変に従って補正なしに処理されるのがよい。これは、測定される内部圧力の直接処理によって最小にしか負荷されない制御装置の計算能力に関して有利なので、必要とされない計算能力が、他の課題のため、例えば同じ車両座席又は他の車両座席にある他の空気クッションの監視される充填のために利用可能である。

圧力センサによる圧力値の測定、及びそれに基いて内部圧力の算定が、容器の充填又は排出のために設けられる可撓導管の範囲において行われると、観察される測定誤差が可撓導管により増大される。しかし圧力センサが容器自体に設けられず、可撓導管の範囲に設けられると、有利である。なぜならば、容器の例としての座席クッションに取付けられる圧力センサは、すわる人間により邪魔であると感じられるか又は感じられる可能性があるからである。可撓導管への圧力センサの配置、及びそれにより更に増大する誤差の補償可能性により、座席のすわり心地も、一層迅速かつ精確な調節可能性による座席の調節可能性も改善される。更に装置が特に安価に製造可能である。

本発明及びその展開の利点は、特に、今まで観察された誤差の補償が簡単な手段で行われることである。システムの完全な動特性を分析して、全システムに対して著しく複雑な制御方法を実現する代わりに、異なる作動方式即ち容器の充填（“充填”）、容器の排出（“排出”）及び現在の内部圧力の保持（“保持”）を別々に考察するという点で、本発明は特に簡単な手段をとる。各作動方式及び作動方式間の許される移行に対して、誤差補償の特有の形式が適当な関数関係の形で制御装置に記録されている。場合によっては単に異なるパラメータにおいて、機能的に同じ構造による充填の誤差補償及び排出の誤差補償が優れていることが、特に有利である。即ち関数関係は、ソフトウェアとして制御装置に１回記録されればよく、弁の開閉状態に応じて適当なパラメータの作用を受けることができ、その場合容器の充填のためにも排出のためにも使用されることができる。

本発明の実施例が図面に基いて以下に説明される。互いに一致する対象及び素子は、すべての図において同じ符号を付けられている。

図１は、媒体Ｍを充填されるか又は充填可能な容器１の圧力測定装置を示し、この容器の充填又は排出は、容器１及び圧力装置２例えば圧縮機に接続される可撓導管３により行われる。容器１の充填又は排出は、可撓導管３に設けられる弁４により制御され、この弁は制御装置５により開閉される。制御装置５は、場合によっては圧力装置２も制御する。しかし圧力装置２の自動駆動装置を設けることもでき、その場合自動駆動装置は少なくとも１つの圧力測定手段（図示せず）を含み、その際圧力装置２の自動駆動は、圧力測定手段により測定される圧力に応じて行われる。

容器１の内部圧力Ｐｉを求めるため、可撓導管３に圧力センサ６が設けられている。圧力センサ６から供給される測定値は、圧力測定値Ｐｓとして制御装置５へ伝送される。圧力測定値Ｐｓは、弁４の開閉状態８のほかに、容器１の規定される内部圧力Ｐｉの設定のために利用される。

操作者の介入可能性、従って例えば容器１として構成される座席クッションの圧力のすわっている人間による設定可能性に応じて、容器１の充填又は排出のため又は容器１の内部圧力Ｐｉの保持のため、弁４又は制御装置５に付属する操作キー（図示せず）が操作される。操作者による弁４の操作の際、それぞれの開閉状態８が制御装置５へ供給される。操作キーの操作の際、選択される開閉状態８（充填又は排出）のための適当な信号により、弁４が駆動される。選ばれる開閉状態８は、従って原則的に制御装置５の側で既にわかっており、必ずしも弁４から逆に供給される必要がない。

しかし弁４の開閉状態８に関する適当な情報が存在する時に初めて、選ばれる開閉状態８が考慮される場合、圧力測定は積極的に影響を受けることができる。それにより１つの開閉状態８から次の開閉状態８への弁４の移行の際における万一のむだ時間を適当に考慮することができる。

図２は図１による装置の等価電気回路図を示している。開閉される圧力供給装置、即ち圧力装置２と弁４との組合わせは、場合によっては直列抵抗Ｒを持つ源１０により模擬される。可撓導管３の容積は第１のコンデンサ１１により模擬され、容器１の容積は第２のコンデンサ１２により模擬される。可撓導管３の流れ抵抗はオーム抵抗１３により模擬され、質量慣性はインダクタンス１４により模擬される。第１のコンデンサ１１、抵抗１３及びインダクタンス１４の組合わせは、可撓導管３を模擬する等価電気回路図である。これは振動回路である。その場合源１０を介してセンサ圧力１５を測定し、第２のコンデンサ１２を介して実際の容器圧力１６を測定することができる。センサ圧力１５は、圧力センサ６から供給される圧力測定値Ｐｓ（図１）に相当している。

従って可撓導管３は、容器１の内部圧力Ｐｉを求める際観察される誤差を生じる。

図３の（ａ）及び（ｂ）は典型的な充填過程及び排出過程を示し、一方では弁４の開閉状態８が“充填”、“排出”又は“保持”として記入され、他方では圧力センサ６から供給される圧力測定値Ｐｓが“センサ圧力”として記入されている。更に“クッション圧力”として、容器１の直接には測定可能でない実際の内部圧力Ｐｉが記入されている。図３の（ｂ）による図は差のグラフである。

図４，５及び６は、補正圧力測定における典型的な充填過程及び排出過程を示している。圧力センサ６から供給される圧力測定値Ｐｓは、再び“センサ圧力”として記入されている。図４は容器１の充填の過程を示している。行き過ぎがそれぞれ充填の始めに認められる。計算により補正されて容器１の実際の内部圧力Ｐｉ（“クッション圧力”）とほぼ一致する圧力Ｐ_ｋｏｒｒ（“補正圧力”）において、行われる濾波による行き過ぎの完全な除去が認められる。

図３の（ａ）に相当する図５には、弁４の３つの開閉状態８（充填、保持、排出）の影響が順次に再び示されている。圧力センサ６から供給される圧力測定値Ｐｓ（“センサ圧力”）のほかに、計算により補正される圧力Ｐ_ｋｏｒｒ（“補正圧力”）、及び容器１の実際の内部圧力Ｐｉ（“クッション圧力”）が示されている。計算により補正される圧力Ｐ_ｋｏｒｒと容器１の実際の内部圧力Ｐｉがほぼ重なっていることがわかる。

図３の（ｂ）に相当する図６には、弁４の３つの開閉状態８（充填、保持、排出）の影響が、差グラフの形で再び示されている。結果として生じるグラフの特有の部分に接線が引かれている。それぞれの接線を記述する直線方程式から、“充填方程式”又は“排出方程式”を誘導することができる。充填方程式は充填方程式
Ｐｉ＝ａ１×Ｐｓ＋ｂ１ （１）
の形で記述し、排出方程式は排出方程式
Ｐｉ＝ａ２×Ｐｓ＋ｂ２ （２）
の形で記述することができ、ここでＰｉは内部圧力であり、ａ１及びａ２は充填方程式又は排出方程式の勾配に対する係数を示し、Ｐｓは圧力センサ６により測定されるセンサ圧力である。

充填方程式及び排出方程式のパラメータａ１，ｂ１及びａ２，ｂ２は、圧力センサ６により測定されるセンサ圧力Ｐｓに作用するパラメータである。この作用は、例えば弁４の充填及び適当な開閉状態８の場合
Ｐ_ｋｏｒｒ＝Ｐｓ−｜ａ１×Ｐｓ＋ｂ｜ （３）
Ｐ_ｋｏｒｒ＝Ｐｓ−｜充填方程式（１）｜ （４）
により、
また弁４の排出及び適当な開閉状態８の場合
Ｐ_ｋｏｒｒ＝Ｐｓ＋｜ａ２×Ｐｓ＋ｂ２｜ （５）
Ｐ_ｋｏｒｒ＝Ｐｓ＋｜排出方程式（２）｜ （６）
により、内部圧力Ｐｉ−補正圧力Ｐ_ｋｏｒｒのための補正値の算定を含み、ここで垂直な線分“｜｜”は、数学において普通であるように、絶対値の形成を表わす。

図７は標準フィルタ構造を持つフィルタＦを示し、このフィルタは、容器１の充填又は排出の始め又は終わりにおける状態を考慮するための整合低域フィルタとして適している。

図８は、車両の座席クッション用媒体Ｍとしての空気の充填過程及び排出過程の例において、状態グラフの形で本発明による方法の作用原理を示している。

弁４が閉じられている限り、空気の流れ即ち導管効果がなく、従って圧力センサ６が容器１即ち座席クッションの実際の内部圧力Ｐｉを測定する。投入又は遮断の直後、即ち充填又は排出の始め又は終わりに、行き過ぎになる。行き過ぎは、特に充填の際起こり、パラメータに関係して排出の際にも起こる。この行き過ぎは開始圧力に関係し、適当に選ばれる限界周波数において積分器として動作する整合低域フィルタＴＰによりよく補償することができる（状態グラフに、投入過程において“Ｐ_ｋｏｒｒ＝ｆｉｌｔｅｒ（ｐ）”と示されている）。この場合可撓導管３の容積、空気の質量慣性、及び容器１の接続される容積の影響が補償され、これらの影響は一緒になって原理的に振動可能なシステムを形成している（図２の等価電気回路図参照）。

なるべくソフトウェアとして制御装置５内に実現されているタイマにより規定されるか又は規定可能な待ち時間例えば５０ｍｓ後、流れ抵抗の影響しか認められない。抵抗フィルタＴＰにより生じる内部圧力Ｐｉの歪みを補償し、かつ時間的分解度の悪化を補償するため、待ち時間の経過後、充填方程式又は排出方程式による補正に切換えられる。従ってタイマは、充填又は排出の始め又は終わりに始動されるので、タイマの経過中に、測定される圧力値Ｐｓの濾波が有効である。タイマの経過後、濾波はもはや行われないので、補正は充填方程式又は排出方程式の影響に基いている。

充填方程式及び排出方程式は直線方程式であり、差グラフ（図６参照）から直接取ることができる。この場合可撓導管３の流れ抵抗における圧力降下は補償される。

圧力測定装置を示す。 圧力測定装置の等価電気回路図を示す。 典型的な充填過程及び排出過程を示す。 補正される圧力測定における典型的な充填過程を示す。 補正される圧力測定における典型的な排出過程を示す。 補正された圧力測定における典型的な充填過程及び排出過程を示す。 フィルタを示す。 状態グラフの形で本発明による方法の作用原理を示す。

符号の説明

１ 容器
２ 圧力装置
３ 可撓導管
４ 弁
５ 制御装置
６ 圧力センサ
８ （弁の）開閉状態
１０ 源
１１ 第１のコンデンサ
１２ 第２のコンデンサ
１３ 抵抗
１４ インダクタンス
１５ センサ圧力
１６ 容器圧力
Ｆ フィルタ
Ｐｉ 内部圧力
Ｐ_ｋｏｒｒ 補正圧力
Ｐｓ 圧力測定値
Ｒ 直列抵抗
ＴＰ 抵域フィルタ

Claims (14)

1. 媒体（Ｍ）を充填可能な容器（１）の圧力を測定する方法であって、充填過程中又は排出過程中に、圧力センサ（６）により検出される圧力値（Ｐｓ）に基いて、容器（１）の充填又は排出のために設けられる弁（４）の開閉状態（８）に応じて、補正内部圧力（Ｐ_ｋｏｒｒ）が求められる、圧力測定方法。
2. 容器の充填又は排出の際、弁（４）の開閉状態（８）に応じて、圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）が、容器（１）の充填又は排出を特徴づける少なくとも１つの規定されるか又は規定可能なパラメータ（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）を作用せしめられる、請求項１に記載の方法。
3. 容器（１）の充填又は排出の始め又は終わりに、弁（４）の開閉状態（８）に応じて、圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）が濾波される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）が、充填又は排出の始め又は終わり後に、規定されるか又は規定可能な期間濾波される、請求項３に記載の方法。
5. 容器（１）が充填も排出もされない弁（４）の開閉状態（８）において、圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）が不変に処理される、請求項１に記載の方法。
6. 圧力センサ（６）により圧力値（Ｐｓ）が、容器（１）の充填過程中又は排出過程中に求められる、請求項１〜５の１つに記載の方法。
7. 媒体（Ｍ）を充填可能な容器（１）の圧力測定装置であって、充填過程中又は排出過程中に圧力値（Ｐｓ）を検出する少なくとも１つの圧力センサ（６）と、容器（１）の充填又は排出のために設けられる弁（４）の開閉状態（８）を検出する制御装置（５）とを持ち、制御装置（５）により、圧力値（Ｐｓ）に基いて、弁（４）の開閉状態（８）に応じて、補正内部圧力（Ｐ_ｋｏｒｒ）を求めることができる、圧力を測定する装置。
8. 容器（１）の充填又は排出の際、弁（４）の開閉状態（８）に応じて、制御装置（５）により、圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）が、容器（１）の充填又は排出を特徴づける少なくとも１つの規定されるか又は規定可能なパラメータ（ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２）に基いて補正可能である、請求項７に記載の装置。
9. 容器（１）の充填又は排出の始め又は終わりに弁（４）の開閉状態（８）に応じて圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）を濾波するフィルタ（Ｆ）が設けられている、請求項７又は８に記載の装置。
10. フィルタ（Ｆ）が低域フィルタ（ＴＰ）として構成されている、請求項９に記載の装置。
11. 容器（１）の充填も排出も行わない弁（４）の開閉状態（８）において、弁（４）の開閉状態（８）に応じて、圧力センサ（６）により測定される圧力値（Ｐｓ）の直接処理が意図されている、請求項１０に記載の装置。
12. カウンタが設けられている、請求項８〜１１の１つに記載の装置。
13. 圧力値（Ｐｓ）を測定する圧力センサ（６）が、容器（１）の充填又は排出のために設けられる可撓導管（３）の範囲に設けられている、請求項８〜１２の１つに記載の装置。
14. 容器（１）が自動車の座席にある空気クッションである、請求項８〜１３の１つに記載の装置。

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