WO2002066282A2

WO2002066282A2 - Vorrichtung zum aufnehmen einer auf einen fahrzeugsitz einwirkenden kraft

Info

Publication number: WO2002066282A2
Application number: PCT/DE2002/000262
Authority: WO
Inventors: Andreas Aumer; Ulrich Deml; Manfred Frimberger; Karl-Heinz Eglseder
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2002-01-25
Publication date: 2002-08-29
Also published as: JP2004517779A; KR20030077038A; US20040154843A1; WO2002066282A3; EP1361967A2

Abstract

Vorrichtung zum Aufnehmen einer auf einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, einwirkenden Kraft, mit zumindest einem Federelement (5) zur federnden Lagerung des Sitzes dergestalt, dass Sitzträgerbestandteile (1,2,3,4) über das Federelement (5) miteinander gekoppelt sind, undmit einem Sensor zum Aufnehmen des Federwegs oder einer Änderung des Federwegs oder einer Position des Federelements.

Description

Beschreibung

VORRICHTUNG ZUM AUFNEHMEN EINER AUF EINEN FAHRZEUGSITZ EINWIRKENDEN KRAFT

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer auf einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, einwirkenden Kraft.

Auf dem Gebiet des Insassenschutzes in Kraftfahrzeugen gewinnt die Ermittlung des Insassengewichts zunehmend an Bedeutung. Das Insassengewicht und gegebenenfalls auch die Gewichtsverteilung über dem Fahrzeugsitz sind dabei geeignete Größen, um eine "Out of Position" des Insassen mitzubestim- men. Bei einer solchen "Out of Position" -Haltung des Insassen kann ein vollständiges Aufblasen des Airbags dem Insassen mehr Schaden zufügen als nutzen. Solche "Out of Position" - Fälle liegen etwa dann vor, wenn der Insasse weit nach vorne gebeugt seinen Kopf direkt vor die Austrittsöffnung des Air- bags hält. Insbesondere sind auch kleine, leichte Personen gefährdet, die aufgrund ihrer Statur weit vorne am Lenkrad sitzen und bei einer plötzlichen Airbagentfaltung gefährdet sein können. Die Ermittlung des Insassengewichts ist dabei, meist in Verbindung mit optischen oder anderen Mitteln zur Insassenpositionserkennung, erforderlich, um zu bestimmen, ob eine oder mehrere Stufen eines mehrstufigen Airbags zu aktivieren sind. Somit kann die Verletzungsgefahr für den Insassen minimiert werden.

Vielfach sind in das Sitzpolster einzubringende und mit e- lektrischen Strukturen versehene Matten vorgeschlagen worden, die bei einer Gewichtseinwirkung ihren elektrischen Widerstand ändern.

Das Einbringen einer solchen Matte in einen Fahrzeugsitz ist äußerst aufwendig. Auch die elektrische Anbindung einer solchen Matte ist aufwendig. Die DE 38 09 074 AI offenbart eine Vorrichtung, bei der an den das Sitzpolster und die Sitzlehne tragenden Sitzträgerbestandteilen angebrachte Drucksensoren eine Gewichtsänderung anzeigen. Dabei ist an jeder Sitzschiene ein vorderer und ein hinterer, Druckkräfte messender Sensor angebracht.

Im allgemeinen werden Dehnungsmessstreifen, kapazitive oder piezoelektrische Elemente zur Aufnahme von Druckänderungen verwendet.

Nachteilig bei einer derartigen Messvorrichtung ist, dass sehr kleine Verformungen an der bestehenden Sitzstruktur sensorisch zu erfassen sind. Wegänderungen im zig-μ-Bereich stellen hinsichtlich der Auflösung des Messsignals ein Problem dar.

Im Hinblick auf einen Einsatz der Messvorrichtung über die Betriebsdauer des Fahrzeugs ist die Messanordnung auch vor Ü- berlast zu schützen. Dazu müssten bei der bekannten Messvorrichtung aber mechanische Anschläge im Bereich von einigen - zig μm gefertigt werden.

Geometrieänderungen aufgrund von Temperatureinflüssen haben bei der bekannten Messvorrichtung die gleiche Größenordnungen wie die Messgröße. Die bekannte Messvorrichtung erfordert daher eine Einrichtung zur Kompensierung von solchen Temperatureinflüssen.

Alle verwendeten Bauteile müssen geringe Toleranzen aufweisen. Bauteile mit diesen geringen mechanischen Toleranzen sind teuer.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich- tung zum Aufnehmen einer auf einen Sitz einwirkenden Kraft anzugeben, die eine gute Auflösung gewährleistet und störu- nanfällig ist. Die Erfindung wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.

Dabei wird in die bestehende Sitzträgerstruktur zusätzlich ein Federelement eingebracht, das Sitztragerbestandteile miteinander koppelt. Der auf der Sitzträgerstruktur angebrachte Sitz mit Sitzpolster und Sitzlehne ist damit federnd gelagert. Es ist ein Sensor vorgesehen, der den Federweg des Fe- derelements oder eine Änderung des Federwegs oder eine Position des Federelements aufnimmt.

Sitztragerbestandteile sind im wesentlichen Sitzstrukturen, die den Sitz mit Sitzpolster und Lehne tragen, also insbeson- dere eine Grundplatte für den Sitz - im Falle eines Fahrzeugsitzes ist dies meist das Bodenteil der Karosserie -, Sitzschienen zum Verschieben des Sitzes, der den Sitz mit den Sitzschienen verbindenden und in den Sitzschienen gleitende Schlitten oder Sitzstreben zur Aufnahme von Sitzpolster oder Lehne.

Das Federelement ist bei der Erfindung dergestalt in den Kraftpfad "Sitz - Sitzschiene - Grundplatte" eingebracht, dass es federnd nachgibt, sobald eine Kraft und insbesondere eine durch einen Gegenstand oder einen Insassen auf dem Sitz hervorgerufene Gewichtskraft auf den Sitz einwirkt.

Das Federelement hat dabei einen großen Federweg und liefert deshalb ein signifikantes Signal. Das Gewicht als Kraftgröße wird durch Messung des Federweges / der Verformung des Federelements ermittelt. Zwischen den Größen Kraft und Federweg besteht vorzugsweise Proportionalität.

Das Federelement hat dabei eine definierte Federkonstante, so dass eine bestimmte Verformung des Federelementes für eine bestimmte, auf das Federelement einwirkende Gewichtskraft steht. Das Federelement ist dabei definiert nachgiebig bei über Sitztragerbestandteile übertragene Gewichtsbelastung, und geht bei Beendigung der Gewichtsbelastung wieder in seine Ausgangslage zurück.

Durch Einsatz und geeignete Dimensionierung wird bei Belastung des Fahrzeugsitzes ein Federweg erzeugt, der eine sehr gute Auflösung der zu ermittelnden Kraftgröße zulässt. Ein infolge Temperaturänderung erzeugter Federweg ist gegenüber einem durch Krafteinwirkung erzeugten Federweg vernachlässigbar.

Da die mechanische Leistung = Kraft x Geschwindigkeit groß ist, ist auch ein großes elektrisches Signal zu erwarten. Der mechanische Aufbau ist bei Einleitung der zu messenden Kraft bzgl. Ein- und Ausleitung momentenfrei . Deshalb haben mechanische Toleranzen der Schnittstellen (Sitz, Sitzaufhängung, Chassis) keinen oder nur geringen Einfluss.

Bauteile erfordern keine überaus hohe Toleranzgenauigkeit, wodurch die Vorrichtung kostengünstig hergestellt werden kann. Auch kann als Sensor für die Messung des Federwegs ein Standardsensor verwendet werden. Die Wegemessung ist tech- nisch gut möglich und auch industrialisierbar.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Der Federweg ist bei maximaler Auslenkung des Federelements vorzugsweise größer oder gleich 0,1 mm, insbesondere größer oder gleich 0,5 mm und im für eine besonders gute Auflösung etwa 1 mm.

Insbesondere ist die maximale Auslenkung kleiner 5 mm. Mit diesen Größenangaben für die maximale Auslenkung des Federelements sind die Anforderungen hinsichtlich einer hinreichenden Signalauflösung einerseits und einer geringen Beeinträchtigung des Insassenkomforts andererseits erfüllt. Eine zu große maximale Auslenkung würde dazu führen, dass der Insasse Schwingbewegungen aufgrund des Federelements verspüren würde, was nicht gewünscht ist. Zu große maximale Auslenkungen führen darüber hinaus zu einer großen Bauhöhe, die wiederum eine Vergrößerung der Innenraumabmessungen nach sich ziehen kann. Zu geringe maximale Auslenkungen liefern andererseits nicht die erforderliche Auflösung im Messsignal.

Bei einer maximalen Auslenkung des Federelements von ±1 mm kann mit handelsüblichen Sensoren eine zurückgelegte Wegstre- cke des Federelements von 1/100 mm aufgelöst werden, was z.B. bei einer Federkonstante von 10⁶ N/m einer Gewichtsbelastung von 1 kg entspricht. Es kann das Gewicht also auf ein kg genau gemessen werden.

Das Federelement mit zugehörigem Sensor kann vorzugsweise zwischen einer Sitzschiene und einer Grundplatte als Sitztragerbestandteile angeordnet sein. Dann ist vorzugsweise je ein Federelement mit zugehörigem Sensor an jedem Auflager- punkt zwischen Sitzschiene und Grundplatte vorgesehen, also vorzugsweise 4 Federelement/Sensor-Anordnungen an den Enden der Sitzschienen zwischen Sitzschiene und Grundplatte.

Als weitere Weiterbildung kann das Federelement mit Sensor zwischen Sitz und Sitzschiene angeordnet sein, auch hierbei wieder vorzugsweise in jedem Auflagerpunkt, d.h. insgesamt 4

Federelement/Sensoranordnungen zwischen Sitz und Sitzschiene. Bevorzugt koppelt ein Federelement dabei einen den Sitz tragenden und in der Sitzschiene (2) verschieblich gelagerten Schlitten (3) mit einer Sitzstrebe (4) , oder aber einen ers- ten Bestandteil des Schlittens mit einem weiteren Bestandteil des Schlittens. Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt; Fig 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zum Aufnehmen einer auf einen Sitz einwirkenden Kraft F.

Gezeigt ist dabei nur ein geringer Ausschnitt einer Sitzträgerstruktur im Querschnitt an einem Ende einer Sitzschiene 2. Die Sitzschiene 2 endet in Figur 1 rechtsseitig und ist über ein Federelement 5 mit einer Grundplatte 1 gekoppelt, welche ihrerseits in ihrer Längserstreckung nur in einem Ausschnitt gezeigt ist.

Das Federelement 5 ist von einem Gehäuse 6 umgeben. Das Gehäuse 6 ist vorzugsweise ein Hohlprofilkörper. Das Gehäuse 6 schützt das Federelement 5 und insbesondere den noch weiter unten vorgestellten Sensor.

Bohrungen 61 des Gehäuses 6 erlauben eine Schraubverbindung zwischen der Sitzschiene 2 und dem Federelement 5. Eine Befestigungsschraube 9 ist dabei durch die Bohrung 61 geführt. Zwei Muttern 10 fixieren die Sitzschiene 2 an der Befestigungsschraube 9, eine weitere Mutter 10 und ein als Mutter ausgebildeter Anschlag 11 fixieren ihrerseits das Federelement 5 an der Befestigungsschraube 9.

Das Federelement 5 ist im Ausführungsbeispiel eine Stahlfeder in Form einer Blattfeder, mit mehreren, aus der Figur 1 auch ersichtlichen Federlagen. Es kann aber auch einlagiger Federstahl verwendet werden. Alternativ können aber auch andere Federformen verwendet werden, wie z.B. eine Spiralfeder.

An seinen Enden ist das Federelement 5 durch Befestigungs- schrauben 7 mit der Grundplatte 1 verbunden. Bei der Anwendung der Vorrichtung bei einem Kraftfahrzeugsitz ist die Grundplatte ein Karosseriebestandteil, nämlich der Fahrzeugboden.

Bei der Befestigung des Federelements 5 an der Grundplatte 1 sind Distanzscheiben 8 vorgesehen, die, ggf. zusammen mit Gehäusebestandteilen das Federelement 5 in derart ausreichendem Abstand über der Grundplatte 1 halten, dass die maximal gewünschte oder mögliche Auslenkung des Federelements 5 in Richtung Grundplatte 1 sichergestellt ist.

Bei Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Kraft F, hier beispielsweise mit einer Druckkraft F in Richtung der Grundplatte 1, wird durch die starre Kopplung zwischen der Sitz- schiene 2 und dem Federelement 5 letzteres ebenfalls in

Pfeilrichtung nach unten zur Grundplatte 1 hin ausgelenkt. Der Federstahl ist dabei das nachgiebige Federelement, das Auslenkungen im mm-Bereich zulässt, abhängig von der auf ihn einwirkenden Kraft in Pfeilrichtung. Aufgrund seiner randsei- tigen Einspannung durch die Befestigungsschrauben 7 wird das Federelement 5 in seiner Mitte maximal ausgelenkt. Bezugszeichen 51 kennzeichnet diesen Ort. In Figur 1 ist das Federelement 5 freilich mit keiner Kraft beaufschlagt und in seiner Ruhelage zu sehen.

An diesem Ort der maximalen Auslenkung 51 bezüglich der Breite des Federelements ist vorzugsweise auch ein geeigneter Sensor zur Ermittlung der absoluten Position des Federelements 5, oder zur Ermittlung des zurückgelegten Federwegs, o- der zur Ermittlung einer Federwegsänderung vorzusehen. Der Sensor kann auf unterschiedlichen physikalischen Prinzipien beruhen. Es kann eingesetzt werden: Ein Hallgeber, ein LVDT cυ ω o t P> cn o Cn o cn O cn

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schienen übertragen. Aufgrund der vorbeschriebenen federnden Lagerung der Sitzschienen bezüglich der Grundplatte / Karosserie werden die Federelemente ausgelenkt. Diese Auslenkung wird mit den zugehörigen Sensoren gemessen. Durch Verrechnung der in diesem Falle vier vorgesehenen Sensorsignale kann auf die auf den Sitz einwirkende Kraft, zumindest in Vertikalrichtung, geschlossen werden.

Gegebenenfalls ist dabei auch eine Ermittlung der Kraftver- teilung auf dem Fahrzeugsitz möglich. Wird beispielsweise ein schwerer Gegenstand auf den vorderen Bereich des Sitzes abgestellt, so werden nur die beiden an den vorderen Enden der Sitzschienen angeordneten Federelemente in Richtung der Grundplatte ausgelenkt. Die beiden an den rückwärtigen Enden der Sitzschienen angeordneten Federelemente werden dagegen auf Zug beansprucht und in entgegengesetzter Richtung ausgelenkt. Diese Sensorsignalkonstellation lässt Rückschlüsse auf die Gewichtsverteilung auf dem Fahrzeugsitz zu.

Bei einer solchen Berechnung von Gewichtskräften sind als

Störgrößen noch herauszurechnen: Die Gewichtskraft des Sitzes sowie der Schlitten und Schienen selbst; kurzzeitige zeitliche Kraftänderungen aufgrund Gewichtsverlagerung, etc..

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Querschnittansicht.

Gleiche Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 gekennzeichnet.

Gezeigt ist dabei wiederum nur ein geringer Ausschnitt einer Sitzträgerstruktur im Querschnitt an einem Ende einer Sitzschiene 2. Die Sitzschiene 2 endet in Figur 1 rechtsseitig mit einem Sitzschienenanschlag 21 für einen Schlitten 3. Der den Sitz tragende Schlitten 3 ist in x-Richtung verschieblich in der Sitzschiene 2 gelagert. Der Schlitten 3 ist in der Fachwelt oft auch mit dem Namen Sitzschale benannt. Die Sitzschiene 3 ist auf einer nicht eingezeichneten Grundplatte befestigt. Der Schlitten 3 ist gekoppelt mit einer Sitzstrebe 4. Die Sitzstrebe trägt ihrerseits das Sitzpolster und den übrigen Sitzaufbau. Die Kopplung zwischen Schlitten 3 und Sitzstrebe 4 erfolgt über ein Federelement 5.

Hinsichtlich der Eigenschaften von Federelement 5, Gehäuse 6 und allen weiteren Bestandteile der federnden Lagerung wird auf die Beschreibung zu Figur 1 verwiesen. Gemäß Figur 2 ist nun nur die Sitzstrebe 4 anstelle der Sitzschiene 2 aus Figur 1 mit dem Federelement 5 sowie der Schlitten 3 anstelle der Grundplatte 1 aus Figur 1 mit dem Gehäuse 6 verbunden.

Das Federelement ist nach Figur 2 also an einer anderen Stelle im Kraftpfad innerhalb der Sitzträgerstruktur angeordnet, nimmt an dieser Stelle aber ebenso zuverlässig die auf den Sitz einwirkende Gewichtskraft auf.

Für den Einsatz der Anordnung in einem Kraftfahrzeug zur Ermittlung einer auf einen Fahrzeugsitz einwirkenden Kraft sind vorzugsweise wiederum mehrere dieser Anordnungen nach Figur 2 vorzusehen. Dabei ist vorzugsweise am nicht eingezeichneten linksseitigen Ende des Schlittens ebenfalls eine gleich auf- gebaute Kopplung der Sitzstrebe über ein weiteres Federelement mit dem Schlitten vorgesehen. Damit ist der Sitz federnd auf dem Schlitten gelagert, mit zwei Auflagerpunkten an den Enden des Schlittens. Die andere Seite des Schlittens die in die weitere Sitzschiene eingreift, ist an ihren Enden eben- falls mit Federelementen versehen.

Hinsichtlich der Ermittlung der Kraftverteilung und der Berechnung von Gewichtsgrößen unter dem Herausrec nen von Störgrößen gelten die Ausführungen zu Figur 1 entsprechend.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Aufnehmen einer auf einen Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz, einwirkenden Kraft, mit zumindest einem Federelement (5) zur federnden Lagerung des Sitzes dergestalt, dass Sitztragerbestandteile (1,2,3,4) über das Federelement (5) miteinander gekoppelt sind, und mit einem Sensor zum Aufnehmen des Federwegs oder einer Änderung des Federwegs oder einer Position des Federelements.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Federelement (5) bei maximaler Auslenkung einen Federweg von gleich oder größer 0,1 mm aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der das Federelement (5) bei maximaler Auslenkung einen Federweg von gleich oder größer 0,5 mm aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) bei maximaler Auslenkung einen Federweg von gleich oder größer 1 mm aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) eine Stahlfeder enthält.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) als Blattfeder ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) in einem Gehäuse (6) angeordnet ist .

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Anschlag (11) vorgesehen ist, der eine Verformung des Federelements (5) über ein bestimmtes Maß hinaus verhindert.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) gekoppelt ist mit einer Sitzschiene (2) , in der der Sitz verschieblich gelagert ist, und einer Grundplatte (1) .

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der jede dem Sitz zugeordnete Sitzschiene (2) an ihren Enden über je ein Federelement (5) mit der Grundplatte (1) gekoppelt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei der die Sitzschiene (2) an dem Federelement (5) und das Gehäuse (6) an der Grundplatte (1) befestigt ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) gekoppelt ist mit einem ersten Bestandteil eines den Sitz tragenden und in der Sitzschiene (2) verschieblich gelagerten Schlittens (3) und mit einem zweiten Bestandteil des Schlittens (3) .

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Federelement (5) gekoppelt ist mit einem den Sitz tragenden und in der Sitzschiene (2) verschieblich gelagerten Schlitten (3) und mit einer Sitzstrebe (4) .