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Die
vorliegende Erfindung betrifft Aufhängungseinrichtungen, die insbesondere
die Befestigung eines Sitzes in einem Fahrzeug unter Dämpfung der
von dem Gestell dieses Fahrzeugs erfahrenen Stöße gestatten. Des Weiteren
gestattet sie die Befestigung eines solchen Sitzes in einer Simulationsvorrichtung,
die die Bewegungen dieses Sitzes simulieren soll, zum Beispiel für einen
Fahrsimulator.
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Aus
dem am 20 November 1998 von der Anmelderin eingereichten französischen
Patent Nr. 98 14639, das am 26. Mai 2000 unter der Nr. 2 786 142 veröffentlicht
wurde und dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs entspricht,
ist eine passive Aufhängungseinrichtung
bekannt, die auch in eine aktive Aufhängung umgewandelt werden kann,
indem ihr ein Motor, zum Beispiel ein elektrodynamischer Motor,
hinzugefügt
wird. Diese Einrichtung umfasst mindestens zwei flexible horizontale
Blätter,
die mit zwei vertikalen starren Platten ein verformbares Parallelogramm
bilden, das einem darüber
befestigten Sitz gestattet, unter der Wirkung von Schwingungen eines
Fahrgestells, auf dem diese Einrichtung befestigt ist, lediglich
eine vertikale Bewegung auszuführen. Das
in diesem Patent beschriebene Ausführungsbeispiel dieser Einrichtung
ist jedoch nicht sehr realistisch und schwer herzustellen. Die Befestigung
am Fahrgestell einerseits und am Sitz andererseits erfolgt nämlich mittels
T-förmiger
Teile, deren Konstruktion und Einbau in die Einrichtung schwer durchzuführen sind.
Darüber
hinaus erfolgen die Befestigung am Sitz an dessen vorderem Teil
und die Befestigung am Fahrgestell im Bereich des hinteren Teils
des Sitzes. Der so erhaltene Überhang
bringt insbesondere Biegungskräfte
mit sich, die der Stabilität
der Anordnung abträglich
sind und störende
Bewegungen des Sitzes bezüglich
des Fahrgestells bewirken können.
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Um
diese Nachteile zu überwinden
schlägt die
Erfindung eine Aufhängungseinrichtung,
insbesondere für
einen Fahrzeugsitz, jener Art vor, die eine Anordnung aus flexiblen
Blättern
enthält,
die mit zwei Stützen
eine Einrichtung bilden, in der sich eine der Stützen unter der Wirkung der
Biegung der elastischen Blätter
parallel zur anderen verschieben kann, dadurch gekennzeichnet, dass
jede dieser beiden Stützen
ein Teil bildet, das die Form eines L aufweist und das Kopf bei
Fuß mit
dem anderen Teil zusammengefügt
ist, um einen im Wesentlichen parallelepipedischen Käfig zu bilden,
dessen beiden Seiten im Wesentlichen parallel zur Ebene der elastischen
Blätter
verlaufen, wenn diese sich in Ruhestellung befinden, wodurch die
Befestigung der Einrichtung durch eines dieser Teile an einem Befestigungsgestell
und die Befestigung am anderen Teil des aufzuhängenden Sitzes gestattet wird,
und dass die beiden L-förmigen
Teile des Weiteren durch eine Anordnung aus elastischen Buchsen
zusammengefügt
sind, deren Achsen parallel zur Achse der elastischen Blätter verlaufen
und die sich im Inneren des durch die beiden L-förmigen Teile gebildeten Käfigs befinden.
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Gemäß einem
anderen Merkmal umfasst die Einrichtung einen Motor mit veränderlicher
Reluktanz, der sich im Inneren des durch die beiden L-förmigen Teile
gebildeten Käfigs
befindet, wobei dieser Motor ein U-förmiges
erstes Polstück,
das an einem der L-förmigen
Teile befestigt ist, ein zum ersten Polstück komplementäres zweites
Polstück,
das am anderen L-förmigen Teil
befestigt ist, und mindestens eine Spule aufweist, die an einem
der Schenkel des U des ersten Polstücks befestigt ist; wobei diese
Polstücke
so angeordnet sind, dass die durch den Elektromotor erzeugte Kraft
senkrecht zur Ebene der flexiblen Blätter verläuft.
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Gemäß einem
anderen Merkmal umfasst die Einrichtung einen optischen Wegmesssensor,
der ein im Inneren des Käfigs
an einem der L-förmigen
Teile angeordnetes Rohr aufweist, das einen optischen Sender-Empfänger enthält, und
eine Stange, die so am anderen L-förmigen Teil angeordnet ist,
dass sie in das Rohr eingreift, und an ihrem Ende Reflexionsmittel
aufweist, die eine optische Verbindung des im Rohr enthaltenen Senders
und Empfängers
gestatten; wobei sich dieser optische Detektor senkrecht zur Ebene
der flexiblen Blätter
erstreckt.
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Gemäß einem
anderen Merkmal umfasst die Einrichtung Mittel zur Messung des magnetischen Felds
im Luftspalt des Elektromotors, um indirekt die Bewegung der L-förmigen Teile zu ermitteln.
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Gemäß einem
anderen Merkmal umfasst die Einrichtung elektronische Steuer- und
Regelmittel, die die Information über den Abstand zwischen den beiden
L-förmigen Teilen
empfangen und den Elektromotor speisen.
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Andere
Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen deutlich aus der
folgenden Beschreibung hervor, die beispielhaft und nicht einschränkend unter
Bezugnahme auf die angehängten
Figuren angeführt
wird; in den Figuren zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Einrichtung;
und
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2 eine
Querschnittsansicht der gleichen Einrichtung, die im Wesentlichen
im Bereich der Mitte davon angesetzt ist.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung,
die in den 1 und 2 im Schnitt
dargestellt ist, weist eine aus zwei im Wesentlichen identischen
Teilen 101 und 102 bestehende Basiskonstruktion
auf, die durch eine Anordnung aus elastischen Buchsen 103, von
denen hier 4 vorhanden sind, verbunden sind. Diese Teile sind Kopf bei
Fuß vorgesehen.
Jedes dieser Teile weist eine L-förmige Konstruktion
auf, die ein längliches,
relativ dünnes
erstes Glied, 121 bzw. 122, und ein deutlich kürzeres und
dicker als das erste ausgeführtes
zweites Glied, 131 bzw. 132, aufweist.
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Die
ersten Glieder 121 und 122 weisen an ihrer Innenfläche nahe
ihrem freien Ende erste Schultern 151 und 152 auf,
die an dieser Innenfläche
vorragen.
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Durch
Anordnung der beiden Teile 101 und 102 Kopf bei
Fuß kann
man sie somit durch elastische Elastomerbuchsen 103 zusammenfügen, die diese
ersten Schultern 151 und 152 mit den freien Enden
der zweiten Glieder 131 und 132 verbinden. Diese
elastischen Buchsen müssen
in ausreichender Anzahl vorhanden sein, um die Bildung einer Anordnung
mit den beiden Teilen 101 und 102 zu gestatten, die
die Form eines parallelepipedischen, rechteckigen, an seinen beiden
lateralen Seiten offenen Käfigs mit
stabiler Konstruktion außer
der möglichen
Verformung dieser elastischen Buchsen aufweist. In dem in den 1 und 2 beschriebenen
Beispiel sind von diesen Buchsen 4 vorgesehen, aber man
könnte davon
auch eine größere Anzahl
verwenden, oder sie möglicherweise
auf drei beschränken.
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Auf
diese Weise kann der durch diese Anordnung mit parallelepipedischer,
rechteckiger Form gebildete Käfig
durch die Außenseite
eines der ersten Glieder 121 oder 122 am Fahrgestell
eines Fahrzeugs befestigt werden. Man kann dann an der entsprechenden
Seite des anderen Glieds einen Sitz befestigen, der den Fahrer oder
Beifahrer dieses Fahrzeugs aufnehmen soll. Diese Befestigungsart
ist offensichtlich praktischer und stabiler als die in dem Patent
beschriebene, auf das oben Bezug genommen wird.
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Vorteilhafterweise
werden die elastischen Buchsen 103 durch eine Anordnung
aus übereinander
gelagerten Schichten gebildet, die jeweils abwechselnd aus einem
Elastomer und einem Metall bestehen. Dadurch lassen sich der Widerstand
und der Elastizitätskoeffizient
dieser elastischen Buchsen erhöhen.
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Die
Buchsen 103 selbst könnten
möglicherweise
eine elastische Befestigung zwischen den beiden Teilen 101 und 102 bilden,
die es dem an einem dieser Teile befestigten Sitz gestattet, bezüglich des Fahrgestells,
an dem die Anordnung befestigt ist, zu schwingen. Jedoch wären die
Eigenschaften, die diese Buchsen dann aufweisen müssten, schwer
zu erzielen.
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Unter
diesen Umständen
schlägt
die Erfindung vor, die beiden Teile 101 und 102 mittels
einer Anordnung aus elastischen Blättern 104, von denen hier
4 vorgesehen sind, miteinander zu verbinden, wobei die elastischen
Blätter
wiederum mit den zweiten Schultern 141 und 142 verschraubt
sind, die jeweils an den Innenseiten der zweiten Glieder 131 und 132 ausgebildet
sind. Diese zweiten Schultern befinden sich an diesen Seiten im
Wesentlichen in der Mitte davon, so dass sie einander gegenüber im Inneren des
durch das Zusammenfügen
der Teile 101 und 102 erhaltenen Käfigs vorgesehen
sind. Dadurch können
die elastischen Blätter 104 parallel
zur Ebene der ersten Glieder 121 und 122 befestigt
werden.
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Das
Schwingen der beiden Teile 101 und 102 bezüglich einander
wird somit auf im Wesentlichen parallel zur Ebene der zweiten Glieder 131 und 132 verlaufende
Bewegungen beschränkt.
Diese Bewegungen verlaufen somit vertikal in der in der Figur dargestellten
Position. Diese Bewegung ist im Wesentlichen mit der bei der im
oben erwähnten
Patent beschriebenen Einrichtung erhaltenen identisch.
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Die
elastischen Aufhängungsblätter
104 sind aus
einem Material hergestellt, das gleichzeitig widerstandsfähig und
elastisch ist, wie zum Beispiel Stahl. Ihre Dicke ist so ausgelegt,
dass ein Elastizitätsfaktor
k erhalten wird. Angesichts der Gesamtmasse M des beweglichen Teils
dieser Einrichtung, das heißt
die, die den Sitz und die darauf sitzende Person umfasst, wobei
für das
Gewicht dieser sitzenden Person ein mittlerer Wert angenommen wird, wird
die Resonanzfrequenz der Anordnung durch die Formel:
gegeben. Der Elastizitätsfaktor
k, bei dem es sich um den Parameter handelt, der am leichtesten
zu ändern ist,
wird so ausgewählt,
dass der Wert von fr kleiner ist als die Schwingungsfrequenzen,
denen der Sitz aufgrund von Bewegungen des die Anordnung tragenden
Fahrgestells ausgesetzt ist.
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Als
solche bildet diese Einrichtung somit eine robuste, kostengünstige passive
Blätter-Aufhängung, die
leicht herzustellen und zu verwenden ist. Diese Einrichtung könnte somit
als passive Aufhängung dienen.
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Jedoch
schlägt
die Erfindung weiterhin vor, zum Erhalt einer aktiven Aufhängung ihr
einen elektrodynamischen Motor anzufügen, der zum Beispiel wie in
den Figuren durch ein erstes U-förmiges
Polstück 105,
das an der Innenseite eines der ersten Glieder, 121 in
der Figur, und ein zweites Polstück 106,
das an der Innenseite des anderen ersten Glieds, 122 in
der Figur, gebildet wird. Diese beiden Polstücke bilden somit einen Magnetkreis,
der einen Luftspalt aufweist, dessen Dicke in Abhängigkeit
von der Annäherung
und der Entfernung der beiden Teile 101 und 102 an-
und voneinander veränderbar
ist.
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Zur
Betätigung
dieser Einrichtung wird der somit beschriebene Magnetkreis mit variabler
Reluktanz durch elektrische Spulen 107 und 108 vervollständigt, die
auf die beiden freien Schenkel des durch das Polstück 105 gebildeten
U aufgefädelt
sind. Indem so der Strom in diesen Spulen geändert wird, ändert man
das Feld im Luftspalt des Magnetkreises und bewirkt das Annähern oder
Entfernen der beiden Polstücke
an- oder voneinander.
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Zum
Erhalt einer aktiven Aufhängung
werden die Spulen 107–108 von
einer elektrischen Steuer- und Regeleinheit 112 gemäß einer
Regelungstechnik, deren Prinzip an sich wohlbekannt ist, gespeist.
Gemäß einer
Ausführungsvariante
könnte man
zum Beispiel das in dem, von der Anmelderin am 24.09.1996 eingereichten
französischen
Patent Nr. 96 11797, das am 27.03.1998 unter der Nr. 2 753 873 veröffentlich
wurde, beschriebene Verfahren verwenden.
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Es
sei daran erinnert, dass dieses Verfahren in der Messung des Magnetfeldes
im Luftspalt zwischen den beiden Polstücken des Magnetkreises und
in der Ansteuerung des in den Spulen 107–108 zirkulierenden
elektrischen Stroms unter Verwendung eines in diesem Patent beschriebenen
Kreises in der elektronischen Steuereinheit besteht.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform schlägt die Erfindung
vor, die herkömmlichere
Technik zu verwenden, die darin besteht, den Abstand zwischen den
Teilen 102 und 102 und somit diese Verschiebungen
zwischen den beiden Teilen 101 und 102 mit Hilfe
eines aus den Gliedern 109 bis 111 bestehenden
Sensors zu messen.
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Gemäß einem
zusätzlichen
Merkmal der Erfindung bilden diese Glieder einen optischen Wegmesssensor.
Dazu sind in einem senkrecht zur Innenseite des ersten Glieds 121 angeordneten
Rohr 109 eine Lichtquelle und ein optischer Empfänger 110 angeordnet,
die vorteilhafterweise durch einen Diodenlaser und eine Fotodiode
realisiert sind. Die durch die Laserdiode abgestrahlten Strahlenbündel werden
am reflektierenden Ende einer Stange 111 reflektiert, die
senkrecht zur Innenseite des anderen ersten Glieds 122 so
angeordnet ist, dass sie in das Rohr 109 eintritt. Somit
wird das optische System gegen äußere Einwirkungen,
zum Beispiel durch Störlicht
und Staubablagerungen, geschützt.
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Dieses
System gestattet es auf bekannte Weise, zu jedem Zeitpunkt den Abstand
zwischen dem optischen Sender/Empfänger 110 und der reflektierenden
Fläche
der Stange 111 zu messen. Diese Messung wird dann auf den
Steuerkasten 112 übertragen,
um zur Ansteuerung des Stroms in den Spulen 107–108 zwecks
Erhalts der gewünschten Bewegung
zwischen den beiden Teilen 102 und 102 genutzt
zu werden.
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Diese
Einrichtung gestattet es somit, die Schwingungen, denen der an der
Einrichtung befestigte Sitz ausgesetzt ist, aktiv zu dämpfen. Bei
einer anderen Verwendungsform gestattet sie, wenn die Einrichtung
zum Beispiel am Gestell eines Kraftfahrzeug-Fahrsimulators befestigt
ist, die Bewegungen des Sitzes zu bewirken, um die Wirkung der sich
aus der simulierten Bewegung des Fahrzeugs ergebenden Stöße zu simulieren.