(57)【要約】シート、特に車両シートに作用する力を測定するための装置において、シートをばね弾性的に支承するための少なくとも１つのばねエレメント（５）が設けられていて、それにより、シート支持体構成部分（１，２，３，４）がばねエレメント（５）を介して互いに連結されているようになっており、かつばね変位量、ばね変位量の変化またはばねエレメントの位置を測定するためのセンサが設けられているようにした。
2004517779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート、特に車両シートに作用する力を測定するための装置において、シートをばね弾性的に支承するための少なくとも１つのばねエレメント（５）が設けられていて、それにより、シート支持体構成部分（１，２，３，４）がばねエレメント（５）を介して互いに連結されているようになっており、かつばね変位量、ばね変位量の変化またはばねエレメントの位置を測定するためのセンサが設けられていることを特徴とする、車両シートに作用する力を測定するための装置。
【請求項２】
ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、０．１ｍｍに等しいかまたは０．１ｍｍよりも大きいばね変位量を有している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、０．５ｍｍに等しいかまたは０．５ｍｍよりも大きいばね変位量を有している、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、１ｍｍに等しいかまたは１ｍｍよりも大きいばね変位量を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
ばねエレメント（５）が鋼ばねを含む、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
ばねエレメント（５）が板ばねとして形成されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
ばねエレメント（５）がハウジング（６）内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
所定の限度を超えるばねエレメント（５）の変形を防止するストッパ（１１）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の装置。
【請求項９】
ばねエレメント（５）が、シートを摺動可能に支承しているシートレール（２）と、ベースプレート（１）とに連結されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１０】
シートに対応配置された各シートレール（２）がその端部において、その都度１つのばねエレメント（５）を介してベースプレート（１）に連結されている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
シートレール（２）がばねエレメント（５）に、ハウジング（６）がベースプレート（１）に固定されている、請求項９または１０記載の装置。
【請求項１２】
ばねエレメント（５）が、シートを支持していてシートレール（２）に摺動可能に支承されているスライダ（３）の第１の構成部分と、該スライダ（３）の第２の構成部分とに連結されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１３】
ばねエレメント（５）が、シートを支持していてシートレール（２）に摺動可能に支承されているスライダ（３）と、シート支柱（４）とに連結されている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、シート、特に車両シートに作用する力を測定するための装置に関する。
【０００２】
自動車における乗員保護の分野では、乗員体重を検出することが、ますます大きな意味を有するようになってきた。これに関して、乗員体重および場合によっては車両シート上での重量分布は、乗員の「Ｏｕｔ  ｏｆ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ：規定外位置」に関連して、適当な値で検出されねばならない。乗員がそのような「規定外位置」姿勢、つまり不適切な姿勢をとっている場合に、エアバックが完全に膨張すると、乗員に、有益と言うよりはむしろ甚大な被害を加える恐れがある。そのような「規定外位置」の例としては例えば、乗員が前方に大きく屈んで頭部をエアバックの出口の直前に差し出している場合などが考えられる。特に危険であるのは、体が小さくて軽量の人間がその体格のために前方にステアリングホイールに接近して着席していることであって、突然のエアバッグ展開時に危険にさらされる恐れがある。これに際して、多段式のエアバックの一段をアクティブにすべきかまたは複数段をアクティブにすべきかを決定するために、乗員体重の検出、大抵の場合、乗員位置検知のための光学的な手段または別の手段と関連した検出が必要である。それにより、乗員が負傷する恐れを最小化することができる。
【０００３】
シートクッション内に組み込むことができて電気的な構造を備えたマットが多数考案されており、これらのマットは力作用時にその電気的な抵抗が変化するようになっている。
【０００４】
そのようなマットを車両シート内に組み込むことは非常に手間がかかる。そのようなマットの電気的な接続にも手間がかかる。
【０００５】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３８０９０７４号明細書には、シートクッションとシートバックとを支持したシート支持体構成部分に設けられた圧力センサが重量変化を検知する装置が開示されている。この装置の場合、各シートレールの前方及び後方に１つずつ、押圧力を測定するセンサが取り付けられている。
【０００６】
一般的には抵抗線ひずみゲージ、容量形または圧電式のエレメントが圧力変化を測定するために使用される。
【０００７】
この種の測定装置の欠点は、既存のシート構造における極めて小さな変形をセンサにより検出しなければならないことである。数十ミクロン領域の変位量変化は測定信号の分解能の点で問題をなす。
【０００８】
測定装置を車両の耐用年数にわたって使用することに関して、測定装置は過負荷からも保護されていなければならない。しかしながらこのためには、公知の測定装置の場合、機械的なストッパが数十μｍの領域で製作されなければならない。
【０００９】
温度影響に基づく幾何学形状変化は公知の測定装置の場合、測定値と同じ規模を有している。それゆえ、公知の測定装置はそのような温度影響を補償するための装置を必要とする。
【００１０】
全ての使用される構成部分が有する公差は小さくなければならない。このような小さな機械的な公差を備えた構成部分は高価である。
【００１１】
それゆえ本発明の課題は、シートに作用する力を測定するための、良好な分解能が保証されていて故障しにくい装置を提供することである。
【００１２】
本発明の課題は請求項１の特徴部に記載された特徴により解決される。
【００１３】
本発明では、既存のシート支持体構造に付加的に、シート支持体構成部分を互いに連結するばねエレメントが設けられる。これにより、シートクッションおよびシートバックを備えた、シート支持体構造上に取り付けられたシートは、ばね弾性的に支承されている。ばねエレメントのばね変位量、ばね変位量の変化またはばねエレメントの位置を測定するセンサが設けられている。
【００１４】
シート支持体構成部分は主として、シートクッションおよびシートバックとを備えたシートを支持するシート構造、つまり特にシートのためのベースプレート（車両の場合、これは大抵車体の床部分である）、シートをスライドさせるためのシートレール、シートをシートレールに結合していてかつシートレールに沿って滑動するスライダ、またはシートクッションまたはシートバックを収容するためのシート支柱である。
【００１５】
ばねエレメントは本発明ではシート〜シートレール〜ベースプレートにかけての力経路内において、力、特にシート上の物体または乗員により生ぜしめられる重さがシートに作用すると同時に、ばねエレメントがばね弾性的に撓むように構成されている。
【００１６】
その際、ばねエレメントは大きなばね変位量を有しており、それゆえ、明確な信号を提供する。力の大きさとしての重量は、ばね変位量／ばねエレメントの変形を測定することにより検出される。力およびばね変位量の値の間には有利には比例関係が成立している。
【００１７】
この場合、ばねエレメントは所定のばね定数を有しているので、ばねエレメントのある量の変形は、ばねエレメントに作用する特定の重さを意味している。
【００１８】
この場合、ばねエレメントは、シート支持体構成部分を介して伝わる重量負荷に応じて任意に撓み、かつ重量負荷が取り除かれると再びその出発位置へと復帰する。
【００１９】
使用と適当な寸法設定とにより、車両シートの負荷時に、検出したい力の値の極めて良好な分解能を許可するばね変位量が生ぜしめられる。温度変化の結果として生ぜしめられるばね変位量は、力作用により生ぜしめられるばね変位量に比べて無視できる程度である。
【００２０】
機械的なパワー（＝力×速度）が大きいので、大きな電気的な信号を期待することもできる。機械的な構造は、測定したい力の導入時に、導出入に関してモーメントを有していない。それゆえ、インターフェース（シート、シート懸架装置、シャーシ）の機械的な公差の影響は存在していないか、存在していても僅かである。
【００２１】
構成部分は過度に高い公差精度を必要とせず、これにより、装置は安価に製作可能である。ばね変位量を測定するためのセンサとして、スタンダードセンサが使用され得る。変位量測定は技術的に良好に可能であり、かつ工業的にも発展可能である。
【００２２】
本発明の有利な変化形は請求項２以下に記載されている。
【００２３】
ばね変位量はばねエレメントの最大の変位時に、有利には０．１ｍｍより大きいかまたはこれに等しく、特には０．５ｍｍより大きいかまたはこれに等しく、かつ特に良好な分解能のためには約１ｍｍである。
【００２４】
特に最大の変位は５ｍｍより小さい。
【００２５】
ばねエレメントの最大の変位の大きさについての記載により、一方では十分な信号分解能に関する要求と、他方では乗員の快適性をできる限り損ねないという要求とが充足されている。最大の変位が過度に大きいと、乗員がばねエレメントに基づく振動を知覚してしまう事態へと陥る可能性がある。このことは望ましいことではない。さらに、最大の変位が過度に大きいということは大きな構造高さへとつながり、この大きな構造高さはひいては内室寸法の拡大を結果として引き起こし得る。これに対して、最大の変位が過度に小さいと、測定信号における必要な分解能が提供されない。
【００２６】
ばねエレメントの最大の変位が±１ｍｍの場合、市場に出回っているセンサにより、ばねエレメントが移動する変位区間を、１／１００ｍｍの分解能で検出することができる。１／１００ｍｍは、例えばばね定数が１０６Ｎ／ｍである場合、１ｋｇの重量負荷に相当する。要するに、重量は１ｋｇごとに正確に測定され得る。
【００２７】
付属のセンサを備えたばねエレメントは有利には、シート支持体構成部分としてのベースプレートと、シートレールとの間に配置されていることができる。つまり有利には、付属のセンサを備えたその都度１つのばねエレメントが、シートレールとベースプレートとの間の各支承点に設けられている、つまり、有利には４つのばねエレメント／センサ装置がシートレールの端部に、シートレールとベースプレートとの間に設けられている。
【００２８】
別の変化例では、センサを備えたばねエレメントはシートとシートレールとの間に配置されていることができる。この場合も同じく有利には各支承点に、つまり全部で４つのばねエレメント／センサ装置がシートとシートレールとの間に配置されていることができる。この場合、有利にはばねエレメントは、シートを支持していてシートレールにおいて摺動可能に支承されているスライダをシート支柱に連結しているか、もしくはスライダの第１の構成部分をスライダの別の構成部分に連結している。
【００２９】
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００３０】
図１には、シートに作用する力Ｆを測定するための装置が示されている。
【００３１】
本図には、シートレール２の一端における、シート支持体構造の僅かな区分のみが横断面図で示されている。シートレール２は、図１で見て右端で終わっており、かつばねエレメント５を介してベースプレート１に連結されている。ベースプレート１自体は、その長手方向長さの一区分のみが図示されている。
【００３２】
ばねエレメント５はハウジング６により包囲されている。ハウジング６は有利には中空断面体である。ハウジング６はばねエレメント５と、特に以下で説明するセンサとを保護している。
【００３３】
ハウジング６の孔６１は、シートレール２とばねエレメント５との間のねじ締結を可能にする。その際、固定ねじ９は孔６１を通して案内されている。２つのナット１０がシートレール２を固定ねじ９に固定しており、別のナット１０と、ナットとして形成されたストッパ１１自体がばねエレメント５を固定ねじ９に固定している。
【００３４】
ばねエレメント５は本実施例では、図１からも判るように複数のばね層を備えた、板ばねの形で構成された鋼ばねである。ただし、一層のばね鋼が使用されることも可能である。
【００３５】
ただし択一的には、例えばコイルばねのような別のばね形態が使用されることも可能である。
【００３６】
ばねエレメント５はその端部において、固定ねじ７によりベースプレート１に結合されている。自動車用シートにこの装置を使用する場合、ベースプレートは車体構成部分、すなわち車両の床である。
【００３７】
ばねエレメント５をベースプレート１に固定するに際し、スペーサディスク８が設けられており、スペーサディスク８は、場合によってはハウジング構成部分と協働してばねエレメント５を、十分な間隔を保ってベースプレート１の上方に保持しており、それによって、そのベースプレート１の方向での最大で所望されるまたは最大限可能な変位が保証されている。
【００３８】
装置を力Ｆで、ここでは例えばベースプレート１の方向の押圧力Ｆで負荷した場合、シートレール２とばねエレメント５との間の剛性的なカップリングにより、ばねエレメント５も同じく矢印方向で下方に、ベースプレート１に向かって変位させられる。この場合、ばね鋼は、それに矢印方向で作用する力に依存してｍｍ領域での変位を許容する弾性的なばねエレメントである。ばねエレメント５は、縁部側で固定ねじ７により緊締されていることに基づいて、その中央部で最大に変位させられる。この箇所に符号５１を付与した。図１では、ばねエレメント５はもちろん、力が負荷された状態にはなく、その休止位置にある状態を見ることができる。
【００３９】
ばねエレメントの幅に関連して最大で変位する箇所５１に、有利には適当なセンサが、ばねエレメント５の絶対的な位置を検出したり、撓められたばねの変位量を検出したり、またはばね変位量変化を検出するために設けられていてもよい。センサは異なる物理的な原理に基づくことができる。ホールセンサ、ＬＶＤＴ（Ｌｉｎｅａｒ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：線形可変差動変圧器）、ポテンショメータ等が使用され得る。その際、センサはばねエレメント５に非接触式にも接触式にも働くことができる。センサによりハウジング６に関するばね鋼の位置を把握できれば、変位量−力・対応関係、つまりばね特性が既知である場合、加えられた力Ｆを推定することができる。
【００４０】
測定装置を過負荷から保護するために、ばねエレメント５を固定ねじ９に固定するためのナットのうちの１つがストッパ１１として形成されている。過剰な力Ｆが装置に作用すると、ストッパ１１はハウジング６またはベースプレート１に突き当たる。力Ｆが上昇しても、ばね鋼がさらに変位することはなく、それにより、損傷が発生してしまうような事態に陥ることもない。それゆえ、この構造は過負荷保護の機能を有している。過負荷保護は有利には引張荷重のためにも設けられている。
【００４１】
車両シートに作用する力を測定するのに、自動車でこの装置を使用するためには、有利には、この図１に示した装置が複数設けられるべきである。この際有利には、レールの、図示されていない左側の端部においても同様に、別のばねエレメントを介してベースプレートにレールが、同じように構成されてカップリングされている。それにより、シートレールはばね弾性的に、シートレールの両端の２つの支点で車体上に支承されている。車両シートのための別のシートレールは同じ形式で支承されている。シートクッションとシートバック（背もたれ）とから成る、図示されていない車両シートは有利にはシートスライダ上に固定されており、シートスライダは両シートレールに案内されているので、車両シートは摺動可能にシートレールに支承されている。
【００４２】
例えば物や人間の重さにより、図１に矢印で示した方向に車両シートに対して力が作用した場合に、この力はシートとスライダとを介して両方のシートレールに伝達される。上記の通り、シートレールがベースプレート／車体に対してばね弾性的に支承されていることに基づいて、ばねエレメントは変位する。この変位は付属のセンサにより測定される。本例では４箇所に設けられたセンサの信号を計算することにより、シートに作用する少なくとも鉛直方向での力が推定され得る。
【００４３】
場合によっては、その際に、車両シート上の力分布を検出することも可能である。例えば重い物をシートの前側の領域に積載すると、シートレールの前側の端部に配置された両ばねエレメントのみがベースプレートの方向に変位させられる。これに対して、シートレールの後側の端部に配置された両ばねエレメントは引張方向で負荷され、逆方向に変位させられる。このセンサ信号の位置関係により、車両シートにかかる重量分布を導き出すことができる。
【００４４】
重さをそのように計算する場合、妨害値として、シート、スライダおよびレール自体の重さ、重量移動に基づく短期的な、時間的な力変化等を差し引かねばならない。
【００４５】
図２には本発明の別の実施例の横断面が示されている。
【００４６】
図１に対して同一のエレメントには同一の符号を付与した。
【００４７】
本図でもやはり、シート支持体構造のうち、シートレール２の一端の小さな区分のみが断面で示されている。シートレール２は、図１で見て右側の端部で、スライダ３のためのシートレールストッパ２１で終わっている。シートを支持しているスライダ３はＸ方向で摺動可能にスライダレール２に支承されている。スライダ３は当業者の間ではしばしば「シートパン（Ｓｉｔｚｓｃｈａｌｅ）」の名でも知られている。
【００４８】
シートレール２は、図示されていないベースプレート１上に固定されている。スライダ３はシート支柱４にカップリングされている。シート支柱自体はシートクッションとその他のシート構造とを支持している。スライダ３とシート支柱４との間のカップリングはばねエレメント５を介して行われる。
【００４９】
ばねエレメント５、ハウジング６、およびばね弾性的な支承装置の全てのその他の構成部分の特徴については、図１に関する説明を参照されたい。図２の場合は、シート支柱４が図１のシートレール２に代わってばねエレメント５と結合されており、スライダ３が図１のベースプレート１に代わってハウジング６と結合されている点で相違しているにすぎない。
【００５０】
要するに、ばねエレメントは図２の場合、力経路内の別の箇所でシート支持体構造内に配置されているが、この箇所でも同様に確実に、シートに作用する重さが測定される。
【００５１】
車両シートに作用する力を検出する目的で自動車内でこの装置を使用するためには、有利にはやはり、図２に示した装置を複数設けるべきである。この際有利には、レールの、図示されていない左側の端部においても同様に、別のばねエレメントを介してスライダにシート支柱が、同じように構成されてカップリングされている。これにより、シートはばね弾性的に、スライダの両端の２つの支点でスライダ上に支承されている。別のスライダレールに係入している、スライダの他方の側片にはその両端に同じくばねエレメントが設けられている。
【００５２】
妨害値を差し引いた上での重量値の計算および力分布の検出に関しては、図１に示した構成と同じことが言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施例の横断面図である。
【図２】
本発明の別の実施例の横断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004517779.tif 000004
2004517779.tif 000005
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2004517779.tif 000016
2004517779.tif 000017
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004517779.tif 000018
2004517779.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成15年5月21日(2003.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート、特に車両シートに作用する力を測定するための装置であって、シートをばね弾性的に支承するための少なくとも１つの、板ばねとして形成されたばねエレメント（５）が設けられていて、それにより、シート支持体構成部分（１，２，３，４）がばねエレメント（５）を介して互いに連結されているようになっており、かつばね変位量、ばね変位量の変化またはばねエレメントの位置を測定するためのセンサが設けられている形式のものにおいて、ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、０．２ｍｍに等しいかまたは０．２ｍｍよりも大きいばね変位量を有していることを特徴とする、車両シートに作用する力を測定するための装置。
【請求項２】
ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、０．５ｍｍに等しいかまたは０．５ｍｍよりも大きいばね変位量を有している、請求項１記載の装置。
【請求項３】
ばねエレメント（５）が、最大の変位時に、１ｍｍに等しいかまたは１ｍｍよりも大きいばね変位量を有している、請求項１または２記載の装置。
【請求項４】
ばねエレメント（５）が鋼ばねを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
【請求項５】
ばねエレメント（５）がハウジング（６）内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
【請求項６】
所定の限度を超えるばねエレメント（５）の変形を防止するストッパ（１１）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
【請求項７】
ばねエレメント（５）が、シートを摺動可能に支承しているシートレール（２）と、ベースプレート（１）とに連結されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置。
【請求項８】
シートに対応配置された各シートレール（２）がその端部において、その都度１つのばねエレメント（５）を介してベースプレート（１）に連結されている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
シートレール（２）がばねエレメント（５）に、ハウジング（６）がベースプレート（１）に固定されている、請求項７または８記載の装置。
【請求項１０】
ばねエレメント（５）が、シートを支持していてシートレール（２）に摺動可能に支承されているスライダ（３）の第１の構成部分と、該スライダ（３）の第２の構成部分とに連結されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の装置。
【請求項１１】
ばねエレメント（５）が、シートを支持していてシートレール（２）に摺動可能に支承されているスライダ（３）と、シート支柱（４）とに連結されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の装置。
【国際調査報告】
2004517779.tif 000020
2004517779.tif 000021
2004517779.tif 000022
2004517779.tif 000023