WO2012080045A1 - Vorrichtung und verfahren zum betrieb einer mehrzahl befüllbarer behälter, insbesondere aufblasbarer luftkissen in einem kraftfahrzeugsitz - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum betrieb einer mehrzahl befüllbarer behälter, insbesondere aufblasbarer luftkissen in einem kraftfahrzeugsitz Download PDF

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WO2012080045A1
WO2012080045A1 PCT/EP2011/071976 EP2011071976W WO2012080045A1 WO 2012080045 A1 WO2012080045 A1 WO 2012080045A1 EP 2011071976 W EP2011071976 W EP 2011071976W WO 2012080045 A1 WO2012080045 A1 WO 2012080045A1
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pressure
container
filling
valve
valves
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PCT/EP2011/071976
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Martin Ebel
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Conti Temic Microelectronic Gmbh
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    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/025—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the pressure as the parameter
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60N2/90—Details or parts not otherwise provided for
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    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C5/00—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures
    • F17C5/06—Methods or apparatus for filling containers with liquefied, solidified, or compressed gases under pressures for filling with compressed gases

Definitions

  • the present invention relates to a device according to the preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 8.
  • Such a device and such a method are known from the prior art for the operation of several, each with air or compressed air inflatable air cushion in a motor vehicle seat.
  • operation in this context means that the air volumes or air pressures in the respective air cushions are set in the desired manner. This requires the ability to ventilate or vent the airbags as needed, or to maintain the air pressure therein.
  • the known device comprises:
  • Be Beglallkanalanaku
  • Ver ⁇ connected with a medium pressure source (air compressor) and on the other hand connected to the respective container valves.
  • the container valves of the known device are electrically controllable, pneumatic 3/3-way valves, thus comprising 3 valve ports (container,
  • one pressure sensor per container is required in the known device, for example, directly to each container or to a connecting line leading from the associated container valve to the container.
  • Compressor outlet pressure and the flow conditions or properties of the device components such as lines (eg hoses), valves, etc. from.
  • this object is achieved according to a first aspect of the invention by a
  • Entleerkanalan extract solved, which is connected on the one hand with the Bephol ⁇ terventilen and on the other hand via a
  • Draining channel valve with a non-pressurized media sink is connectable. Accordingly, in the method according to the invention according to this first aspect of the invention a driving of a
  • Emptying channel valve provided, via which an emptying channel arrangement connected to the container valves can be connected to an unpressurised media sink.
  • This embodiment advantageously makes it possible to provide a "central pressure sensor" or a central pressure measurement in the region of the emptying channel arrangement in order to allow it to be used, for example. B. to determine the media pressures in the individual containers.
  • this embodiment provides the prerequisite for a simple realization of two different filling speeds (see also the following explanations below).
  • the filling channel arrangement provided according to the invention may comprise, for example, a filling channel provided for connection of the medium pressure source and channel branches branching therefrom to the respective container valves.
  • the emptying channel arrangement provided according to the invention may comprise, for example, a drain channel provided for connection of the emptying channel valve and channel branches branching therefrom to the respective container valves.
  • the volume of the filling channel arrangement, as well as the volume of the emptying channel arrangement, is preferably relatively small. According to one disclosed embodiment is therefore z. B. provided that such a volume by at least a factor 100 is smaller than the smallest of the volumes of the container to be operated. If the latter volumes change during operation (such as, for example, in the case of volume-increasing inflatable air cushions), then with regard to this embodiment, the smallest operating vessel volumes are to be considered (eg the volumes of vented air cushions, eg atmospheric pressure) ). "
  • the device according to the invention forms a pneumatic system, that is, for example, provided for the operation of air cushion in a seat of a motor vehicle and in the simplest case, air is provided as the "medium”, then z. B. the atmosphere may be provided as the "non-pressurized media sink".
  • the inventively provided container valves are preferably z. B. electrically controllable 3/3-way valves, by means of which a respective container connection can optionally be completed (isolated) ("hold"), or can be connected to the Be Stahlllkanalanowski ("filling"), or can be connected to the Entleerkanalanowski (" Emptying ").
  • provision is made for controlling the valves of the device control means (z. B. electronic program-controlled control unit) ver ⁇ applies is that performs this control in response to one of the control means supplied operation instructing.
  • the "operating requirement" can be z. B. based on a Be ⁇ operation command of a user of the device or include such an operation command (example: the user operates a control knob in a motor vehicle to initiate a certain ventilation / venting of an air cushion in a seat of the motor vehicle).
  • the actuation specification can also by the device itself, in particular z.
  • the said controller come, for example, if after detection of a leakage of medium from a container, a corresponding (Nach) filling requirement is determined to the media pressure in the container back to the desired extent.
  • the above object according to a second aspect of the invention (which can also be combined with the first aspect of the invention) is achieved in that the device comprises a control device for controlling the valves in response to an actuation instruction supplied to the control device, and wherein the control device is designed for this purpose is to calculate the pressure prevailing in a particular container media pressure based on a mathematical model, taking into account a provided by the media pressure source media pressure and the states of the valves.
  • the "media pressure supplied by the media printing source” is known by design (depending on the specific design of the media printing source and / or its activation) or, to a certain extent, can be assumed to be known in a first approximation. In terms of the accuracy of this as an input to the mathematical model (Algo ⁇ algorithm) used parameter, it is usually preferable, however, to use a pressure sensor for this.
  • the device comprises a
  • Filling channel pressure sensor for detecting a media pressure supplied by the media pressure source.
  • the filling channel pressure sensor can be arranged directly at a section of the filling channel arrangement, in particular the already mentioned filling channel, or alternatively via a filling channel
  • Pressure measuring line to be connected to such a section.
  • a mathematical model for pressure determination advantageously allows a saving of pressure sensors. So can prevail in the prevailing containers media pressures z. B. by means of one or very less "shared" pressure sensors (eg., Filling channel pressure sensor) are determined (see also below, the following explanations).
  • the device comprises an emptying channel pressure sensor for detecting a media pressure prevailing in the emptying channel arrangement.
  • the discharge channel pressure sensor may be located directly at a portion of the discharge channel arrangement, for example the one mentioned
  • Emptying channel be arranged, or be connected via a pressure measuring line (eg hose) with such a section.
  • a pressure measuring line eg hose
  • the emptying channel arrangement can also be connected to the filling channel arrangement via the emptying channel valve.
  • the emptying channel valve in ⁇ example, a z. B. electrically controllable 3/3-way valve, by means of which the emptying channel arrangement can be selectively connected to the unpressurized media sink or the Be Stirllkanalanowski, or completed (isolated) can be.
  • the above object according to a third aspect of the invention is achieved in that the device comprises a filling channel valve, via which the filling channel arrangement either directly or via a throttle with the media pressure source is connectable.
  • FIG. 1 block diagram of a device
  • FIG. 2 shows a block diagram of an apparatus for controllably ventilating and venting a plurality of air cushions according to a second exemplary embodiment
  • Fig. 3 is a block diagram of a part
  • Fig. 4 is a representation for illustrating a to
  • Fig. 1 shows a for use in a motor vehicle seen in front ⁇ device 10 for operating a plurality of inflatable air bags 12-1, 12-2, ... 12-n, which are arranged in a "comfort seat" of the vehicle.
  • the motor vehicle seat may, for example, contain at least three, in particular at least five such air cushions.
  • Each air cushion typically has a volume of about 100 cm 3 to 3 1000 cm in this application.
  • the cushions 12-1, 12-2, ... 12-n are in the illustrated example via respective hoses or connecting lines 14-1, 14-2, ... 14-n to each one of several, as 3/3 -Way valves trained pneumatic valves 16-1, 16-2, ... 16-n ange ⁇ closed, which are also referred to below as "container valves".
  • the container valves 16-1, 16-2, ... 16-n are actuated by an electronic (eg microprocessor-controlled) control unit ST, which for this purpose supplies, among other things, corresponding control signals SV1, SV2, ... SVn to the container valves outputs.
  • an electronic (eg microprocessor-controlled) control unit ST which for this purpose supplies, among other things, corresponding control signals SV1, SV2, ... SVn to the container valves outputs.
  • the reference numbers of in an embodiment multiply provided, but in their effect analog components such.
  • As the air cushion 12-1, 12-2, are numbered (each supplemented by a hyphen and a consecutive number). On individual such components or on the whole of such Components will also be referred to below by the unsupplemented reference number.
  • the filling channel arrangement 18 comprises a filling channel supplied with compressed air by means of an air compressor 22 and filling duct branches branching from it to the respective container valves 16.
  • the air compressor 22 is ge ⁇ optionally be controlled with regard to its operation or its För ⁇ said power and is turned on in this case by a signal supplied from the control unit ST drive signal SK turned on and off ⁇ or controlled with respect to its capacity.
  • a pressure prevailing at the compressor outlet with PK and the prevailing in the Be Stirllkanalzweigen pressures with PI, P2, ... Pn are designated.
  • the pressures PI, P2,... Pn can deviate from one another or from the compressor pressure PK.
  • the compressor pressure PK is typically about 1,000 hPa (based on ambient, i.e., atmospheric pressure).
  • the emptying channel arrangement 20 comprises an emptying channel connected to an emptying channel valve VA and emptying channel branches branching therefrom to the respective container valves 16.
  • the valve VA is replaced by one of the
  • the emptying channel valve VA could z. B. be a 2/2-way valve, by means of which the emptying channel either completed or with atmosphere ("non-pressurized media sink") can be connected.
  • the emptying channel valve VA is a 3/3-way valve, by means of which the emptying channel arrangement 20 can also be connected to the filling channel arrangement 18.
  • two air pressure sensors are provided, namely a filling channel pressure sensor 24 for measuring the compressor pressure PK at the outlet of the compressor 22 and an emptying channel pressure sensor 26 for measuring a pressure PA prevailing in the emptying channel of the emptying channel arrangement 20.
  • control unit ST a user input SB (based on actuation of a control by a user of the vehicle seat) and the measured pressures PK and PA corresponding input signals supplied.
  • the control unit ST controls the valves 16-1, 16-2,... 16-n and VA of the device 10 on the basis of these variables in accordance with a control algorithm.
  • the associated reservoir valve 16 may be in a switch position "1" ge ⁇ introduced, so that the pad 12 in question via the respective connection line 14 and the valve 16 is connected to the pressurized by the air compressor 22 Beglallkanalanowski 18 and thus air from the Be circulllkanalan ever 18 flows into this pad 12. It is understood that such a Filling can also be performed simultaneously for several of the pads 12.
  • the particular configuration of the device 10 illustrated allows furthermore a filling of one or more of the cushions 12 and thereby accomplish that the cushion 12 in question via the associated reservoir valve 16 is connected (in switching ⁇ position "2") with the Entleerkanalan extract 20 and the emptying channel assembly 20 via the emptying channel valve VA (in switching position "1") with the pressurized
  • Fuellkanalanaku 18 is connected. In this switch position combination, compressed air flows from the compressor 22 via the valve VA and the one or more relevant valves 16 (located in switching position "2") into the respective cushions 12.
  • the two different Be Schollmethoden can also be performed simultaneously, d. H. it can z. B. one or more of the pad 12 at the same time directly over the
  • Discharge channel assembly 20 has the particular advantage that so that the speed of emptying of individual pads 12 described below is not influenced (reduced).
  • the throttle 28 may be structurally particularly simple manner structurally combined with the valve VA, such as a suitably measured cross-sectional constriction in the region of the connected to the Be Schollkanalan extract 18 connection of the valve VA.
  • emptying (venting) of one or more of the pillows 12 can take place via this emptying channel arrangement 20, by the valve or valves 16 in question in their switching position "2 "brought and thus connected to the Entleerkanalanowski 20 and the Entleerkanalanowski 20 via the valve VA in switching position" 2 "is connected to the atmosphere.
  • each of the pads 12 may also be terminated (isolated) by placing the associated reservoir valve 16 in the "0" switching state. With these cushions 12, the cushion internal pressure P_cushion then remains constant. With the described device 10 is apart from the already explained representation of several
  • pressure monitoring performed by the control unit ST is based on the pressures PK and PA measured by the two pressure sensors 24 and 26.
  • a mathematical model can be used, in which from ⁇ certain boundary conditions (compressor pressure PK, flow resistance of the respective lines or channels, volumes of the pads 12, etc.), the initial condition ("start pressure” in the individual pads 12) and the Switching states ("0", "1” or "2") of the valves 16-1, 16-2, ... 16-n, VA the individual cushion pressures are calculated.
  • the compressor pressure PK is measured in the example shown by means of the pressure sensor 24 and is thus known with great accuracy.
  • the other boundary conditions such as cable lengths, cable diameter, etc. are known anyway.
  • a defined initial condition with a cushion relative pressure of 0 hPa may e.g. B. after sufficiently long previous venting of the respective pad 12 are generated.
  • Discharge channel arrangement 20 opens up further interesting possibilities for pressure measurement, which can be used in the operation of the device 10 or in addition to the mentioned mathematical model. For example, during venting via the discharge channel arrangement 20, the pressure PA measured by the pressure sensor 26 can be taken into account in the pressure monitoring in the context of the model.
  • the pressure sensor 26 z. B. can be used to detect a leakage of the system (eg to initiate a suitable refilling).
  • the pressure sensor 26 allows the individual cushion pressures P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n successively to measure with great accuracy by the valve VA is brought into the switching position "0" and associated with the respective pad 12 valve 16 is brought into switch position "2".
  • Discharge channel assembly 20 before this measurement preferably short filled by the compressor 22 by the valve VA is briefly brought into the switching state "1".
  • the measuring channel can be filled via the valve VA to the expected pad pressure P_cushion (status "F” or "G") in order to avoid a pressure loss in the relevant pad 12 through the subsequent measurement.
  • the supply pressure (compressor pressure PK) required as the input variable for the model already results from the properties of the specifically used pressure source (here: compressor 22).
  • this supply pressure can also be measured by an additional pressure sensor, in the example of FIG. 1 the pressure sensor 24, or a dashed line in Fig. 1, further downstream in the course of the filling channel arranged pressure sensor 24 '.
  • an additional pressure sensor in the example of FIG. 1 the pressure sensor 24, or a dashed line in Fig. 1, further downstream in the course of the filling channel arranged pressure sensor 24 '.
  • the need for use of the mathematical model boundary condition "versor ⁇ supply pressure” with greater accuracy can be measured.
  • the central pressure sensor 26 if only one pad 12 is vented (status "C"), the pad pressure P_cushion can also be measured during this venting.
  • the pad pressure P_cushion in question may also be measured during this filling. If only one pad 12 (with normal filling speed) is filled in the status "G", a measurement of the pad pressure P_cushion can take place at the same time.
  • Pressure sensor 26 measured pressure PA.
  • this can readily be taken into account by the mathematical model in order to calculate the pad pressure P_cushion on the basis of the measured pressure PA, taking into account all relevant other variables, and thus to improve the setting accuracy.
  • This Be ⁇ consideration can z.
  • a "correction" described in the publication DE 103 33 204 A1 (cf., in particular, for example, claim 1 and paragraphs [0006], [0009], [0032], [0033] of DE 103 33 204 AI).
  • such a correction of the pressure PA measured by the pressure sensor 26 may be made to obtain the pad pressure P_cushion.
  • FIG. 2 shows a device 10a according to a second exemplary embodiment.
  • pressure sensors 17a-l, 17a-2, ... 17a-n are provided, which are arranged on the respective connecting lines 14a of the respective pad 12a.
  • a special feature of the device 10a is that a Behellkanalventil VB is provided, via which a
  • valve VB is a 3/2-way valve.
  • the reduced filling speed allows in particular un ⁇ noticeable or smaller correction operations, eg. B. to gradual pressure changes by z. B. leakage, temperature changes, etc. compensate.
  • the throttle 30a may, for. B. structurally summarized with the valve VB, so in particular be integrated into the valve VB.
  • FIGS. 3 and 4 again illustrate the already mentioned possibility of calculating cushion pressures on the basis of a mathematical model, in order thus to specifically and precisely measuring the individual cushions (generally: containers)
  • FIG. 3 shows a filling channel arrangement 18b, at which via container valves 16b-1, 16b-2,... 16b-n and connection tubes 14b-1, 14b-2,... 14b-n a corresponding plurality of
  • Air cushion 12b-l, 12b-2, ... 12b-n is connected.
  • the Be Schollkanalanaku 18b may be z. B. to the Be Stirllkanalanowski one of the already described embodiments (FIGS. 1 and 2) act.
  • the filling channel arrangement 18b is supplied with a compressor pressure PK (for example 1000 hPa) at an inlet of a filling channel, from which branch branches branch off to the individual valve inlets.
  • PK for example 1000 hPa
  • the Be Shellkanalan extract 18b forms a kind of "pressure manifold" (dashed lines in Fig. 3). The prevailing at the valve inputs pressures are in Fig. 3 with PI, P2, ... Pn signifies.
  • processing components taking into account the physical characteristics and the fluidic properties of the Vorrich- used without further a mathematical model may be formulated, which starting (ge ⁇ measured z. B.) of the supply pressure PK, the already known switching states of the valves 16b and the instantaneous cushion pressures P_Kissen, as input variables, the values of the resulting at the Ven- tileentShe pressures PI, P2, ... Pn, as output variables.
  • a partial model M1 of a corresponding model is symbolized in FIG.
  • the actual pressures PI, P2,... Pn at the inputs of the valves 16b-1, 16b-2,... 16b-n are determined at any time (during a filling phase).
  • the model M2 uses the previously determined pressures PI, P2,... Pn.
  • the cushion pressures updated on the basis of the cushion pressure changes can then again be used as input variables of the model M1 (see FIG.
  • the submodels M1 and M2 thus form a mathematical model or a calculation algorithm for determining the cushion pressures P_cushion-I, P_cushion-2,... P_cushion-n with regard to operating phases in which a filling via the
  • Filling channel 18 takes place.
  • the time profile of the pressures at the valve inputs is advantageously taken into account. These do not have to be constant (or assumed to be constant).
  • the model parameters required for the formulation of the models M1 and M2 result essentially from the geometric data of the device components used (line lengths, line cross sections, flow resistance of the valves, etc.). Since individual pads 12b are also vented as required during operation of the device, the mathematical model illustrated with FIGS. 3 and 4 merely for the filling case is finally to be supplemented with a model for the venting case which can be found quite analogously. The venting of individual valves 12b can via the corresponding lines 14b and
  • Discharge channel arrangement (see also embodiment of FIG. In both cases, a mathematical model or locate composed of partial models mathematical model in the same way and use to Be ⁇ statement of cushion pressures in phases a vent can be again.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betrieb mehrerer, jeweils mit einem Medium befüllbarer Behälter (12), umfassend mehrere Behälterventile (16) zum Anschluss jeweils eines der Behälter (12), und eine Befüllkanalanordnung (18), die einerseits mit einer Mediendruckquelle (22) verbindbar oder verbunden ist und andererseits mit den jeweiligen Behälterventilen (16) verbunden ist. Um eine Ermittlung des Mediendruckes (P_Kissen) in den einzelnen Behältern (12) zu vereinfachen und darüber hinaus verschiedene Befüllgeschwindigkeiten zu ermöglichen, ist gemäß eines Erfindungsaspektes eine Entleerkanalanordnung (20) vorgesehen, die einerseits mit den Behälterventilen (16) verbunden ist und andererseits über ein Entleerkanalventil (VA) mit einer drucklosen Mediensenke verbindbar ist. Weitere Erfindungsaspekte betreffen die Berechnung des in einem der Behälter (12) herrschenden Mediendruckes (P_Kissen) anhand eines mathematischen Modells (M1, M2) und das Vorsehen eines Befüllkanalventils (VB), über welches die Befüllkanalanordnung (18) wahlweise direkt oder über eine Drossel (30) mit der Mediendruckquelle (22) verbindbar ist, um verschiedene Befüllgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl befüllbarer Behälter, insbesondere aufblasbarer Luftkissen in einem
Kraftfahrzeugsitz
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8.
Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind aus dem Stand der Technik zum Betrieb mehrerer, jeweils mit Luft bzw. Druckluft aufblasbarer Luftkissen in einem Kraftfahrzeugsitz bekannt. Der Begriff "Betrieb" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die in den jeweiligen Luftkissen befindlichen Luftmengen bzw. Luftdrücke in gewünschter Weise eingestellt werden. Dies erfordert die Möglichkeit, die Luftkissen jeweils nach Bedarf zu belüften oder zu entlüften, oder den Luftdruck darin zu halten. Die bekannte Vorrichtung umfasst:
- mehrere Behälterventile (Luftkissenventile) zum Anschluss jeweils eines der Behälter (Luftkissen), und
- eine Befüllkanalanordnung (Belüftkanalanordnung) , die ei- nerseits mit einer Mediendruckquelle (Luftkompressor) ver¬ bunden ist und andererseits mit den jeweiligen Behälterventilen verbunden ist.
Bei den Behälterventilen der bekannten Vorrichtung handelt es sich um elektrisch ansteuerbare, pneumatische 3/3-Wegeventile, also umfassend 3 Ventilanschlüsse (Behälter,
Befüllkanalanordnung, Atmosphäre) und mit 3 Schaltstellungen, um den entsprechenden Behälter (Luftkissen) je nach Bedarf abzuschließen ("Halten"), oder diesen mit der Befüllkanalanordnung zu verbinden ("Befüllen"), oder diesen mit Atmosphäre zu verbinden ("Entleeren") .
Um hierbei einen jeweils gewünschten Mediendruck (Luftdruck) im Behälter möglichst präzise einstellen zu können, ist bei der bekannten Vorrichtung jeweils ein Drucksensor pro Behälter erforderlich, beispielsweise unmittelbar an jedem Behälter oder an einer vom zugehörigen Behälterventil zum Behälter führenden Anschlussleitung .
Hierfür geeignete Drucksensoren (mit ausreichender Messgenauigkeit) sind jedoch relativ teuer. Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass im Falle eines konstanten Mediendruckes am Ausgang der Mediendruckquelle (Luftkompressor) lediglich eine Befüllgeschwindigkeit möglich ist. Diese Befüllgeschwindigkeit hängt vor allem vom
Kompressorausgangsdruck und den strömungstechnischen Gegebenheiten bzw. Eigenschaften der Vorrichtungskomponenten wie Leitungen (z. B. Schläuche), Ventile etc. ab.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer Vorrichtung bzw. einem Verfahren der eingangs genannten Art den Aufwand zur Messung bzw. Ermittlung des Mediendruckes in den einzelnen Behältern zu reduzieren und/oder verschiedene
Befüllgeschwindigkeiten zu ermöglichen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird diese Aufgabe gemäß eines ersten Erfindungsaspektes durch eine
Entleerkanalanordnung gelöst, die einerseits mit den Behäl¬ terventilen verbunden ist und andererseits über ein
Entleerkanalventil mit einer drucklosen Mediensenke verbindbar ist . Dementsprechend ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß dieses ersten Erfindungsaspektes ein Ansteuern eines
Entleerkanalventils vorgesehen, über welches eine mit den Behälterventilen verbundene Entleerkanalanordnung mit einer drucklosen Mediensenke verbindbar ist.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es vorteilhaft, einen "zentralen Drucksensor" bzw. eine zentrale Druckmessung im Bereich der Entleerkanalanordnung vorzusehen, um damit z. B. die Mediendrücke in den einzelnen Behältern zu ermitteln. Außerdem schafft diese Ausgestaltung die Voraussetzung für eine einfache Realisierung von zwei verschiedenen Befüllgeschwindigkeiten (vgl . hierzu auch weiter unten noch folgende Erläuterungen) .
Die erfindungsgemäß vorgesehene Befüllkanalanordnung kann beispielsweise einen zum Anschluss der Mediendruckquelle vorgesehenen Befüllkanal und davon zu den jeweiligen Behälterventilen abzweigende Kanalzweige umfassen.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Entleerkanalanordnung kann beispielsweise einen zum Anschluss des Entleerkanalventils vorgesehenen Entleerkanal und davon zu den jeweiligen Behälterventilen abzweigende Kanalzweige umfassen.
Das Volumen der Befüllkanalanordnung, wie auch das Volumen der Entleerkanalanordnung, ist bevorzugt relativ klein. Gemäß einer Aus führungs form ist daher z. B. vorgesehen, dass ein solches Volumen um wenigstens einen Faktor 100 kleiner als das kleinste der Volumina der zu betreibenden Behälter ist. Falls letztere Volumina sich im Betrieb verändern (wie z. B. bei volumenvergrößernd aufblasbaren Luftkissen) , so sind hinsichtlich dieser Aus führungs form die betriebsmäßig kleinsten Behältervolumina zu betrachten (z. B. die Volumina von entlüfteten, z. B. auf Atmosphärendruck befindlichen Luftkissen) . „
Falls die erfindungsgemäße Vorrichtung ein Pneumatiksystem bildet, also beispielsweise zum Betrieb von Luftkissen in einem Sitz eines Kraftfahrzeuges vorgesehen ist und im einfachsten Fall Luft als das "Medium" vorgesehen ist, so kann z. B. die Atmosphäre als die "drucklose Mediensenke" vorgesehen sein.
Bei den erfindungsgemäß vorgesehenen Behälterventilen handelt es sich bevorzugt um z. B. elektrisch ansteuerbare 3/3-Wegeventile, mittels welchen ein jeweiliger Behälteranschluss wahlweise abgeschlossen (isoliert) werden kann ("Halten"), oder mit der Befüllkanalanordnung verbunden werden kann ("Befüllen"), oder mit der Entleerkanalanordnung verbunden werden kann ("Entleeren" ) .
Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Steuerung der Ventile der Vorrichtung eine Steuereinrichtung (z. B. elektronische programmgesteuerte Steuereinheit) ver¬ wendet wird, welche diese Steuerung in Abhängigkeit von einer der Steuereinrichtung zugeführten Betätigungsvorgabe durchführt.
Die "Betätigungsvorgabe" kann sich z. B. auf Basis eines Be¬ dienungsbefehls eines Benutzers der Vorrichtung ergeben bzw. einen solchen Bedienbefehl umfassen (Beispiel: Der Benutzer betätigt einen Bedienknopf in einem Kraftfahrzeug, um eine bestimmte Belüftung/Entlüftung eines Luftkissens in einem Sitz des Kraftfahrzeuges zu initiieren) .
Alternativ oder zusätzlich kann die Betätigungsvorgabe auch von der Vorrichtung selbst, insbesondere z. B. der genannten Steuereinrichtung stammen, etwa wenn nach Detektion einer Leckage von Medium aus einem Behälter ein entsprechender (Nach) befüllungsbedarf festgestellt wird, um den Mediendruck im betreffenden Behälter wieder auf das gewünschte Ausmaß zurückzuführen .
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die obige Aufgabe gemäß eines zweiten Erfindungsaspektes (der auch mit dem ersten Erfindungsaspekt kombinierbar ist) dadurch gelöst, dass die Vorrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Ventile in Abhängigkeit von einer der Steuereinrichtung zugeführten Betätigungsvorgabe umfasst, und wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, den in einem bestimmten Behälter herrschenden Mediendruck anhand eines mathematischen Modells unter Berücksichtigung eines von der Mediendruckquelle gelieferten Mediendruckes und den Zuständen der Ventile zu berechnen.
Der "von der Mediendruckquelle gelieferte Mediendruck" ist im einfachsten Fall konstruktionsbedingt bekannt (abhängig von der konkreten Ausführung der Mediendruckquelle und/oder deren Ansteuerung) bzw. kann, gewissermaßen in erster Näherung als bekannt vorausgesetzt werden. Im Hinblick auf die Genauigkeit dieses als Eingangsgröße für das mathematische Modell (Algo¬ rithmus) verwendeten Parameters ist es jedoch zumeist bevorzugt, hierfür einen Drucksensor einzusetzen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen
Befüllkanaldrucksensor zur Erfassung eines von der Mediendruckquelle gelieferten Mediendruckes.
Der Befüllkanaldrucksensor kann unmittelbar an einem Abschnitt der Befüllkanalanordnung, insbesondere dem bereits erwähnten Befüllkanal, angeordnet sein, oder alternativ über eine
Druckmessleitung mit einem solchen Abschnitt verbunden sein.
Auch der gemäß des zweiten Erfindungsaspektes vorgesehene Einsatz eines mathematischen Modells zur Druckermittlung ermöglicht vorteilhaft eine Einsparung von Drucksensoren. So können die in den eweiligen Behältern herrschenden Mediendrücke z. B. mittels eines oder sehr weniger "gemeinsam genutzter" Drucksensoren (z. B. Befüllkanaldrucksensor ) ermittelt werden (vgl. hierzu auch weiter unten noch folgende Erläuterungen) .
In einer Weiterbildung des ersten Erfindungsaspektes umfasst die Vorrichtung einen Entleerkanaldrucksensor zur Erfassung eines in der Entleerkanalanordnung herrschenden Mediendruckes. Der Entleerkanaldrucksensor kann unmittelbar an einem Abschnitt der Entleerkanalanordnung, beispielsweise dem erwähnten
Entleerkanal, angeordnet sein, oder über eine Druckmessleitung (z. B. Schlauch) mit einem solchen Abschnitt verbunden sein.
In einer besonders bevorzugten Aus führungs form des ersten Erfindungsaspektes ist die Entleerkanalanordnung über das Entleerkanalventil ferner mit der Befüllkanalanordnung verbindbar. Zu diesem Zweck kann das Entleerkanalventil bei¬ spielsweise ein z. B. elektrisch ansteuerbares 3/3-Wegeventil sein, mittels welchem die Entleerkanalanordnung wahlweise mit der drucklosen Mediensenke oder der Befüllkanalanordnung verbunden werden kann, oder abgeschlossen (isoliert) werden kann .
Bei dieser Aus führungs form ist vorteilhaft eine weitere Mög¬ lichkeit zur Befüllung der Behälter gegeben, nämlich über die Entleerkanalanordnung .
In einer Weiterbildung dieser Aus führungs form enthält die über das Entleerkanalventil herstellbare Verbindung zwischen
Entleerkanalanordnung und Befüllkanalanordnung eine Drossel.
Damit wird bei der Befüllung eines Behälters über diesen Pfad eine verminderte Befüllgeschwindigkeit erzielt, so dass vorteilhaft zwei verschiedene Befüllgeschwindigkeiten realisiert sind, je nach gewähltem Befüllungspfad (entweder über die Befüllkanalanordnung oder über die Befüll- und weiter über die Entleerkanalanordnung) . Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die obige Aufgabe gemäß eines dritten Erfindungsaspektes (der auch mit dem ersten und/oder zweiten Erfindungsaspekt kombinierbar ist) dadurch gelöst, dass die Vorrichtung ein Befüllkanalventil umfasst, über welches die Befüllkanalanordnung wahlweise entweder direkt oder über eine Drossel mit der Mediendruckquelle verbindbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben. Es stellen dar:
Fig. 1 Blockschaltbild einer Vorrichtung
(Pneumatiksystem) zum steuerbaren Belüften und
Entlüften mehrerer Luftkissen gemäß eines ersten
Aus führungsbeispiels ,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum steuerbaren Belüften und Entlüften mehrerer Luftkissen gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Teils
(Befüllkanalanordnung) einer Vorrichtung zum steuerten Befüllen und Entlüften mehrerer Luftkissen, zur Erläuterung der Anwendung eines mathematischen Modells bei der Kissendruckermittlung, und
Fig. 4 eine Darstellung zur Veranschaulichung eines zur
Kissendruckermittlung geeigneten mathematischen Modells . „
Fig. 1 zeigt eine zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug vor¬ gesehene Vorrichtung 10 zum Betrieb mehrerer aufblasbarer Luftkissen 12-1, 12-2, ... 12-n, die in einem "Komfortsitz" des Kraftfahrzeuges angeordnet sind. Der Kraftfahrzeugsitz kann beispielsweise wenigstens drei, insbesondere wenigstens fünf solcher Luftkissen enthalten. Jedes Luftkissen besitzt in diesem Anwendungsfall typischerweise ein Volumen von etwa 100 cm3 bis 1.000 cm3.
Durch ein gesteuertes Belüften oder Entlüften der einzelnen Kissen 12-1, 12-2, ... 12-n, oder Halten jeweiliger Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n, kann ein Benutzer des Kraftfahrzeugsitzes somit die Eigenschaften des Sitzes den jeweils aktuellen Präferenzen anpassen.
Die Kissen 12-1, 12-2, ... 12-n sind im dargestellten Beispiel über jeweilige Schläuche bzw. Anschlussleitungen 14-1, 14-2, ... 14-n an jeweils eines von mehreren, als 3/3-Wege-Ventile ausgebildete Pneumatikventile 16-1, 16-2, ... 16-n ange¬ schlossen, die nachfolgend auch als "Behälterventile" bezeichnet werden .
Die Behälterventile 16-1, 16-2, ... 16-n werden von einer elektronischen (z. B. mikroprozessorgesteuerten) Steuereinheit ST angesteuert, die hierfür unter anderem entsprechende An- steuersignale SV1, SV2, ... SVn an die Behälterventile ausgibt.
Die Bezugszahlen von in einer Aus führungs form mehrfach vor- gesehenen, in ihrer Wirkung jedoch analogen Komponenten, wie z. B. den Luftkissen 12-1, 12-2, sind durchnumeriert (jeweils ergänzt durch einen Bindestrich und eine fortlaufende Zahl) . Auf einzelne solcher Komponenten oder auf die Gesamtheit solcher Komponenten wird im Folgenden auch durch die nicht-ergänzte Bezugszahl Bezug genommen.
Mit jedem Behälterventil 16 kann das zugeordnete Kissen 12, je nach Schaltstellung des Ventils 16, wahlweise entweder mit einer Befüllkanalanordnung 18 oder einer Entleerkanalanordnung 20 verbunden werden, oder abgeschlossen (isoliert) werden.
Die Befüllkanalanordnung 18 umfasst im dargestellten Beispiel einen mittels eines Luftkompressors 22 mit Druckluft versorgten Befüllkanal und davon zu den jeweiligen Behälterventilen 16 abzweigende Befüllkanalzweige . Der Luftkompressor 22 ist ge¬ gebenenfalls hinsichtlich seines Betriebes bzw. seiner För¬ derleistung ansteuerbar und wird in diesem Fall durch ein von der Steuereinheit ST geliefertes Ansteuersignal SK ein- und aus¬ geschaltet bzw. hinsichtlich seiner Förderleistung gesteuert.
In der Figur sind ein am Kompressorausgang herrschender Druck mit PK und die in den Befüllkanalzweigen herrschenden Drücke mit PI, P2, ... Pn bezeichnet. Je nach aktuellem Betriebszustand der Vorrichtung 10 können die Drücke PI, P2, ... Pn voneinander bzw. vom Kompressordruck PK abweichen. Im dargestellten Anwendungsfall beträgt der Kompressordruck PK typischerweise etwa 1.000 hPa (bezogen auf den Umgebungs-, d. h. atmosphärischen Druck) .
Die Entleerkanalanordnung 20 umfasst im dargestellten Beispiel einen an ein Entleerkanalventil VA angeschlossenen Entleerkanal und davon zu den jeweiligen Behälterventilen 16 abzweigende Entleerkanalzweige. Das Ventil VA wird durch ein von der
Steuereinheit ST geliefertes Ansteuersignal SVA gesteuert. Das Entleerkanalventil VA könnte z. B. ein 2/2-Wegeventil sein, mittels welchem der Entleerkanal wahlweise abgeschlossen oder mit Atmosphäre ("drucklose Mediensenke") verbunden werden kann. Bevorzugt, und wie im dargestellten Beispiel auch vorgesehen, handelt es sich bei dem Entleerkanalventil VA jedoch um ein 3/3-Wegeventil, mittels welchem die Entleerkanalanordnung 20 außerdem mit der Befüllkanalanordnung 18 verbunden werden kann. Des Weiteren sind im dargestellten Beispiel zwei Luftdrucksensoren vorgesehen, und zwar ein Befüllkanaldrucksensor 24 zum Messen des Kompressordruckes PK am Ausgang des Kompressors 22 und ein Entleerkanaldrucksensor 26 zum Messen eines im Entleerkanal der Entleerkanalanordnung 20 herrschenden Druckes PA.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden der Steuereinheit ST eine Benutzervorgabe SB (auf Basis einer Betätigung eines Bedienelementes durch einen Benutzer des Kraftfahrzeugsitzes ) und den gemessenen Drücken PK und PA entsprechende Eingangs- signale zugeführt. Die Steuereinheit ST steuert auf Basis dieser Größen gemäß eines Steueralgorithmus die Ventile 16-1, 16-2, ... 16-n und VA der Vorrichtung 10.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Vorrichtung 10 näher erläutert.
Zum Befüllen (Belüften) eines bestimmten der Kissen 12 kann das zugeordnete Behälterventil 16 in eine Schaltstellung "1" ge¬ bracht werden, so dass das betreffende Kissen 12 über die betreffende Anschlussleitung 14 und das Ventil 16 mit der vom Luftkompressor 22 druckbeaufschlagten Befüllkanalanordnung 18 verbunden wird und somit Luft aus der Befüllkanalanordnung 18 in dieses Kissen 12 strömt. Es versteht sich, dass ein derartiges Befüllen auch gleichzeitig für mehrere der Kissen 12 durchgeführt werden kann.
Die besondere Ausgestaltung der dargestellten Vorrichtung 10 erlaubt es darüber hinaus, ein Befüllen eines oder mehrerer der Kissen 12 auch dadurch zu bewerkstelligen, dass das betreffende Kissen 12 über das zugeordnete Behälterventil 16 (in Schalt¬ stellung "2" ) mit der Entleerkanalanordnung 20 verbunden wird und die Entleerkanalanordnung 20 über das Entleerkanalventil VA (in Schaltstellung "1") mit der druckbeaufschlagten
Befüllkanalanordnung 18 verbunden wird. Bei dieser Schalt- stellungskombination strömt Druckluft vom Kompressor 22 über das Ventil VA und das oder die betreffenden (in Schaltstellung "2" befindlichen) Ventile 16 in die betreffenden Kissen 12.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich hierbei durch eine im Verbindungspfad zwischen Entleerkanalanordnung 20 und
Befüllkanalanordnung 18 eingefügte Drossel 28, welche nämlich dafür sorgt, dass sich bei dieser Befüllmethode eine verminderte Befüllgeschwindigkeit ergibt, so dass für ein und denselben Kompressordruck PK zwei verschiedene Befüllgeschwindigkeiten realisierbar sind.
Vorteilhaft können die beiden verschiedenen Befüllmethoden auch gleichzeitig durchgeführt werden, d. h. es können z. B. eines oder mehrere der Kissen 12 gleichzeitig unmittelbar über die
Befüllkanalanordnung 18 ("erste Befüllmethode" ) und gleichzeitig ein oder mehrere der übrigen Kissen 12 über das Ventil VA und die Entleerkanalanordnung 20 ("zweite Befüllmethode") befüllt werden.
Die Anordnung der Drossel 28 auf der Seite der
Befüllkanalanordnung 18 (und nicht auf der Seite der
Entleerkanalanordnung 20) besitzt den besonderen Vorteil, dass damit die Geschwindigkeit der nachfolgend noch beschriebenen Entleerung einzelner Kissen 12 nicht beeinflusst (vermindert) wird . Die Drossel 28 kann in konstruktiv besonders einfacher Weise baulich mit dem Ventil VA zusammengefasst sein, etwa als eine geeignet gemessene Querschnittsverengung im Bereich des mit der Befüllkanalanordnung 18 verbundenen Anschlusses des Ventils VA. In zeitlichen Phasen, in denen die Entleerkanalanordnung 20 nicht zur Durchführung der "zweiten Befüllmethode" genutzt wird, kann ein Entleeren (Entlüften) eines oder mehrerer der Kissen 12 über diese Entleerkanalanordnung 20 erfolgen, indem das oder die betreffenden Ventile 16 in deren Schaltstellung "2" gebracht und somit mit der Entleerkanalanordnung 20 verbunden werden und die Entleerkanalanordnung 20 über das Ventil VA in Schaltstellung "2 " mit der Atmosphäre verbunden wird.
Zu jedem Zeitpunkt im Betrieb der Vorrichtung 10 kann ein jedes der Kissen 12 auch abgeschlossen (isoliert) werden, indem das zugeordnete Behälterventil 16 in den Schaltzustand "0" gebracht wird. Bei diesen Kissen 12 bleibt dann der Kisseninnendruck P_Kissen konstant. Mit der beschriebenen Vorrichtung 10 wird abgesehen von der bereits erläuterten Darstellung mehrerer
Befüllgeschwindigkeiten auch eine gegenüber dem Stand der Technik gravierend vereinfachte Überwachung und Einstellung der Luftdrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n in den Kissen 12-1, 12-2, ... 12-n realisiert.
Im dargestellten Beispiel ist auf eigens den einzelnen Kissen 12 zugeordnete Drucksensoren verzichtet. Demnach sind bei der Vorrichtung 10 Drucksensoren eingespart bzw. deren Anzahl reduziert .
Eine von der Steuereinheit ST durchgeführte Drucküberwachung erfolgt vielmehr auf Basis der von den beiden Drucksensoren 24 und 26 gemessenen Drücke PK und PA. Zur Drucküberwachung kann ein mathematisches Modell verwendet werden, bei welchem aus be¬ stimmten Randbedingungen (Kompressordruck PK, Strömungswiderstände der betreffenden Leitungen bzw. Kanäle, Volumina der Kissen 12 etc.), der Anfangsbedingung ("Startdruck" in den einzelnen Kissen 12) und den Schaltzuständen ("0","1" oder "2") der Ventile 16-1, 16-2, ... 16-n, VA die einzelnen Kissendrücke berechnet werden. Der Kompressordruck PK wird im dargestellten Beispiel mittels des Drucksensors 24 gemessen und ist somit mit großer Genauigkeit bekannt. Die übrigen Randbedingungen wie Leitungslängen, Leitungsdurchmesser etc. sind ohnehin bekannt. Eine definierte Anfangsbedingung mit einem Kissenrelativdruck von 0 hPa kann z. B. nach genügend langer vorheriger Entlüftung des betreffenden Kissens 12 erzeugt werden.
Des Weiteren sind die Schaltzustände sämtlicher Ventile 16-1, 16-2, ... 16-n, VA im Bereich der Steuereinheit ST bekannt.
Als einfaches mathematisches Modell kann z. B. die Analogie eines elektrischen RC-Gliedes verwendet werden, wobei der Widerstand "R" den betreffenden Strömungswiderstand (durch Ventil (e) und Leitung (en) ) darstellt und die Kapazität "C" das betreffende Kissenvolumen. Die Umsetzung eines solchen Modells stellt nur geringe Anforderungen an die Ressourcen der Steuereinheit ST. Auf ein derartiges mathematisches Modell bzw. den hierfür in der Steuereinheit ST ablaufenden Steueralgorithmus wird weiter unten mit Bezug auf die Fig. 3 und 4 nochmals eingegangen.
Mit dem zusätzlichen Drucksensor 26 an der gemeinsamen
Entleerkanalanordnung 20 eröffnen sich weitere interessante Möglichkeiten zur Druckmessung, die Rahmen oder neben dem erwähnten mathematischen Modell im Betrieb der Vorrichtung 10 eingesetzt werden können. Beispielsweise kann während einer Entlüftung über die Entleerkanalanordnung 20 der vom Drucksensor 26 gemessene Druck PA bei der Drucküberwachung im Rahmen des Modells berücksichtigt werden.
Außerdem kann der Drucksensor 26 z. B. dazu benutzt werden, eine Leckage des Systems zu detektieren (um so z. B. eine geeignete Nachbefüllung zu initiieren) .
Außerdem ermöglicht der Drucksensor 26, die einzelnen Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n nacheinander mit großer Genauigkeit zu vermessen, indem das Ventil VA in die Schaltstellung "0" gebracht wird und das dem betreffenden Kissen 12 zugeordnete Ventil 16 in Schaltstellung "2" gebracht wird.
Bei einem Betriebsstart kann z. B. zunächst eine Überprüfung auf eine etwaige Leckage hin erfolgen, um daraufhin alle Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n nacheinander zu vermessen und die gemessenen Werte sodann z. B. für die "Anfangsbedingung" des mathematischen Modells zu verwenden.
Um bei dieser Druckmessmethode einen Druckverlust im betref¬ fenden Kissen 12, hervorgerufen durch eine Flutung der
Entleerkanalanordnung 20, zu vermeiden, wird die
Entleerkanalanordnung 20 vor dieser Messung bevorzugt kurz mittels des Kompressors 22 befüllt, indem das Ventil VA kurzzeitig in den Schaltzustand "1" gebracht wird.
Betrachtet man bei der Vorrichtung 10 von Fig. 1 ein bestimmtes der Kissen 12-1, 12-2, ... 12-n und das zugehörige der Behälterventile 16-1, 16-2, ... 16-n und das gemeinsam genutzte Entleerkanalventil VA, so ergeben sich insgesamt 3 x 3 = 9 mögliche Kombinationen der Ventilschaltstellungen. Die nachfolgende Tabelle fasst die 9 möglichen Stati
( Schaltstellungskombinationen) "A" bis "I" nochmals zusammen, wobei für jeden Status das jeweils resultierende Verhalten im Hinblick auf das betrachtete Kissen 12 angegeben ist:
Sehalt- s
t
e
1
Schaltstel- 1
lun u
g n
des g
Be- d Verhalten des Kissendruckes häl e P Kissen (1 ... n) bzw.
Status :
ter s Vorrichtungsfunktiona- -ve V lität:
nti e
ls n
1.. t
. n : i
1
s
V A
A 0 0 Kissendruck halten
B 1 0 Kissen befüllen (normale
Befüllgeschwindigkeit bzw. "erste
Befüllmethode" )
C 2 2 Kissen entlüften
D 2 1 Kissen befüllen (reduzierte
Befüllgeschwindigkeit bzw. "zweite
Befüllmethode" )
E 2 0 Kissendruck messen
F 0 1 Messkanal befüllen (reduzierte
Befüllgeschwindigkeit ) und Kissendruck halten
G 1 1 Messkanal befüllen (reduzierte
Befüllgeschwindigkeit ) und Kissen befüllen (normal) und Messen
H 0 2 Messkanal entlüften und Kissendruck halten
I 1 2 Messkanal entlüften und Kissen befüllen (normal) Im Status "E" fungiert die Entleerkanalanordnung 20 gewissermaßen als mit dem betreffenden Kissen 12 verbundener
"Messkanal" zur Kissendruckmessung mittels des Drucksensors 26.
Vor dieser Messung kann der Messkanal über das Ventil VA auf den erwarteten Kissendruck P_Kissen befüllt werden (Status "F" oder "G") , um einen Druckverlust im betreffenden Kissen 12 durch die anschließende Messung zu vermeiden.
Abgesehen von derartigen, z. B. von Zeit zu Zeit durchgeführten Messungen der Kissendrücke P_Kissen erfolgt die eigentliche Drucküberwachung und darauf basierende Druckeinstellung über ein mathematisches Modell.
Bei der Druckeinstellung kann eine Erhöhung bzw. Verringerung der Kissendrücke P_Kissen z. B. zeitgesteuert erfolgen, d. h. indem der betreffende Belüftungs- bzw. Entlüftungsvorgang eine vorbestimmte Zeit lang durchgeführt wird, ergibt sich anhand des mathematischen Modells die resultierende Kissendruckverände¬ rung .
Im einfachsten Fall ergibt sich der als Eingangsgröße für das Modell benötigte Versorgungsdruck (Kompressordruck PK) bereits aus den Eigenschaften der konkret verwendeten Druckquelle (hier: Kompressor 22) .
Optional kann dieser Versorgungsdruck jedoch auch durch einen zusätzlichen Drucksensor gemessen werden, im Beispiel von Fig. 1 den Drucksensor 24, oder einen in Fig. 1 gestrichelt eingezeichneten, weiter stromabwärts im Verlauf des Befüllkanals angeordneten Drucksensor 24' . Damit kann die zur Verwendung für das mathematische Modell benötigte Randbedingung "Versor¬ gungsdruck" mit größerer Genauigkeit gemessen werden. Mit dem zentralen Drucksensor 26 kann, wenn nur ein Kissen 12 entlüftet wird (Status "C") , auch während dieses Entlüftens der Kissendruck P_Kissen gemessen werden. Außerdem kann mit dem zentralen Drucksensor 26, wenn nur ein Kissen 12 mit der re- duzierten Befüllgeschwindigkeit befüllt wird (Status "D"), ebenfalls während dieses Befüllens der betreffende Kissendruck P_Kissen gemessen werden. Wenn im Status "G" nur ein Kissen 12 (mit normaler Befüllgeschwindigkeit ) befüllt wird, so kann gleichzeitig eine Messung des Kissendrucks P_Kissen erfolgen.
Bei derartigen Druckmessungen während des Entlüftens/Befüllens kommt es je nach strömungstechnischen Gegebenheiten (Strömungswiderstände der verwendeten Leitungen, Schläuche, Ventile etc.) hierbei zu einer mehr oder weniger großen Abweichung zwischen dem tatsächlichen Kissendruck P_Kissen und dem vom
Drucksensor 26 gemessenen Druck PA. Dies kann jedoch durch das mathematische Modell ohne weiteres berücksichtigt werden, um auf Basis des gemessenen Drucks PA unter Berücksichtigung aller relevanten anderen Größen den Kissendruck P_Kissen zu berechnen und somit die Einstellgenauigkeit zu verbessern. Diese Be¬ rücksichtigung kann z. B. in Form einer in der Veröffentlichung DE 103 33 204 AI beschriebenen "Korrektur" erfolgen (vgl. insbesondere z . B. Anspruch 1 und Absätze [0006] , [0009], [0032], [0033] der DE 103 33 204 AI) . Bei der vorliegenden Erfindung kann ebenfalls eine solche Korrektur des vom Drucksensor 26 gemessenen Drucks PA erfolgen, um den Kissendruck P_Kissen zu erhalten.
Bei der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen werden für gleichwirkende Komponenten die gleichen Bezugszahlen verwendet, jeweils ergänzt durch einen kleinen
Buchstaben zur Unterscheidung der Ausführungsform. Dabei wird im Wesentlichen nur auf die Unterschiede zu dem bzw. den bereits beschriebenen Ausführungsbeispielen eingegangen und im Übrigen hiermit ausdrücklich auf die Beschreibung vorangegangener Ausführungsbeispiele verwiesen.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 10a gemäß eines zweiten Aus- führungsbeispiels .
Anders als bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind bei der Vorrichtung 10a Drucksensoren 17a-l, 17a-2, ... 17a-n vorgesehen, die an den jeweiligen Anschlussleitungen 14a der betreffenden Kissen 12a angeordnet sind.
Ein weiterer Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass bei der Vorrichtung 10a keine den Behäl¬ terventilen 16a-l, 16a-2, ... 16a-n gemeinsame
Entleerkanalanordnung zugeordnet ist, sondern die entsprechenden Ventilanschlüsse unmittelbar mit der Atmosphäre
("drucklose Mediensenke") verbunden sind.
Eine Besonderheit der Vorrichtung 10a besteht darin, dass ein Befüllkanalventil VB vorgesehen ist, über welches eine
Befüllkanalanordnung 18a wahlweise direkt oder über eine Drossel 30a mit einem Luftkompressor 22a verbindbar ist. Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Ventil VB um ein 3/2-Wegeventil . Vorteilhaft können durch die entsprechende Steuerung des
Befüllkanalventils VB (Ansteuersignal SVB) somit zwei ver¬ schiedene Befüllgeschwindigkeiten realisiert werden.
In einer Schaltstellung "0" wird der Kompressordruck PK direkt an die Befüllkanalanordnung 18a angelegt (normale
Befüllgeschwindigkeit ) , wohingegen in einer Schaltstellung "1" die Strömung über die Drossel 30a erfolgt (verminderte
Befüllgeschwindigkeit ) . Eine im Rahmen der vorliegenden Erfindung realisierte verringerte Befüllgeschwindigkeit ermöglicht insbesondere un¬ merkliche bzw. kleinere Korrekturvorgänge, z. B. um allmähliche Druckveränderungen durch z. B. Leckage, Temperaturänderungen etc. auszugleichen.
Die Drossel 30a kann z. B. baulich mit dem Ventil VB zusam- mengefasst, also insbesondere in das Ventil VB integriert sein. Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen nochmals die bereits erwähnte Möglichkeit einer Berechnung von Kissendrücken anhand eines mathematischen Modells, um so auf eigens den einzelnen Kissen (allgemein: Behältern) zugeordnete und präzise messende
Drucksensoren verzichten zu können.
Fig. 3 zeigt eine Befüllkanalanordnung 18b, an welcher über Behälterventile 16b-l, 16b-2, ... 16b-n und Anschlussschläuche 14b-l, 14b-2, ... 14b-n eine entsprechende Mehrzahl von
Luftkissen 12b-l, 12b-2, ... 12b-n angeschlossen ist.
Bei der Befüllkanalanordnung 18b kann es sich z. B. um die Befüllkanalanordnung eines der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele (Fig. 1 und 2) handeln. Die Befüllkanalanordnung 18b wird mit einem Kompressordruck PK (z. B. 1000 hPa) an einem Eingang eines Befüllkanals versorgt, von welchem Kanalzweige zu den einzelnen Ventileingängen abzweigen. Die Befüllkanalanordnung 18b bildet gewissermaßen einen "Druckverteiler" (in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet) . Die an den Ventileingängen herrschenden Drücke sind in Fig. 3 mit PI, P2, ... Pn bzeichnet.
Wenn die in Fig. 3 dargestellten Ventile 16b geschlossen sind ( Schaltzustand "0" oder "2"), so nehmen die Drücke PI, P2, ... Pn alle den Wert des Versorgungsdruckes PK an. Die einzelnen Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n bleiben im Falle des Schaltzustandes "0" ("Halten") unverändert. Wenn jedoch wenigstens eines der Ventile 16b geöffnet wird, dann kommt es zu Abweichungen einerseits der Drücke PI, P2, ... Pn untereinander und im Vergleich zum Druck PK. Beim Befüllen von mehreren der Kissen 12b gibt es prinzipiell eine Rückwirkung auf die Drücke PI, P2, ... Pn. Diese Rückwirkung ist abhängig vom globalen Schaltzustand der Ventile 16b und den einzelnen
Kissendrücken P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n, da mit voller werdenden Kissen 12b der Durchfluss abnimmt. Je länger ein bestimmtes der Ventile 16b geöffnet ist, umso mehr gleichen sich der Druck am entsprechenden Ventileingang und im entsprechenden Kissen dem Versorgungsdruck PK an.
Es ist für einen Durchschnittsfachmann leicht ersichtlich, dass unter Berücksichtigung der physikalischen Gegebenheiten und der strömungstechnischen Eigenschaften der eingesetzten Vorrich- tungskomponenten ohne weiteres ein mathematisches Modell formuliert werden kann, welches ausgehend von dem (z. B. ge¬ messenen) Versorgungsdruck PK, den ohnehin bekannten Schaltzuständen der Ventile 16b und den momentanen Kissendrücken P_Kissen, als Eingangsgrößen, die Werte der sich an den Ven- tileingängen ergebenden Drücke PI, P2, ... Pn, als Ausgangsgrößen liefert .
Ein Teilmodell Ml eines entsprechenden Modells ist in Fig. 4 symbolisiert .
Mit dem Modell Ml werden zu jedem Zeitpunkt (während einer Befüllungsphase ) die tatsächlichen Drücke PI, P2, ... Pn an den Eingängen der Ventile 16b-l, 16b-2, ... 16b-n ermittelt. Dem Modell Ml werden eingangsseitig die Werte der zuletzt ermittelten Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n, der aktuelle Kompressordruck PK und der aktuelle "globale Ventil¬ status" VS, d. h. die Schaltzustände sämtlicher Ventile der Vorrichtung zugeführt.
Auf Basis dieses Ermittlungsergebnisses (und unter Berück¬ sichtigung der Ventilzustände) kann sodann anhand eines weiteren Teilmodells M2 (siehe Fig. 4) eine Veränderung der einzelnen Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n berechnet werden. Das Modell M2 nutzt somit die zuvor ermittelten Drücke PI, P2, ... Pn. Die anhand der Kissendruckveränderungen aktualisierten Kissendrücke können sodann wieder als Eingangsgrößen des Modells Ml verwendet werden (vgl. Fig. 4) . Die Teilmodelle Ml und M2 bilden somit ein mathematisches Modell bzw. einen Berechnungsalgorithmus zur Ermittlung der Kissendrücke P_Kissen-l, P_Kissen-2, ... P_Kissen-n im Hinblick auf Betriebsphasen, in denen eine Befüllung über die
Befüllkanalanordnung 18 erfolgt. Vorteilhaft wird bei der Berechnung der Kissendrücke der zeitliche Verlauf der Drücke an den Ventileingängen berücksichtigt. Diese müssen also nicht konstant sein (bzw. als konstant angenommen werden) .
Falls weitere Informationen über einzelne der Kissendrücke vorliegen, so können diese ebenfalls berücksichtigt werden. Eine solche Information liegt beispielsweise dann vor, wenn ein Kissen 12b eine längere Zeit lang entlüftet wurde. Eine solche In¬ formation liegt z. B. auch dann vor, wenn ein oder mehrere Kissendrücke mittels eines Drucksensors gemessen wurden. Eine entsprechende Messmethode wurde oben mit Bezug auf die Fig. 1 bereits beschrieben (Vermessung der Kissendrücke mittels des zentralen Drucksensors 26) . Die entsprechenden Informationen können dazu verwendet werden, den anhand des Modells berechneten Kissendruck neu zu initialisieren (siehe Fig. 4, Eingangsgröße "P_Kissen_l ...n_init" ) .
Für die Formulierung der Modelle Ml und M2 erforderliche Mo- dell-Parameter ergeben sich im Wesentlichen aus den Geometriedaten der verwendeten Vorrichtungskomponenten (Leitungslängen, Leitungsquerschnitte, Strömungswiderstände der Ventile etc . ) . Da im Betrieb der Vorrichtung einzelne Kissen 12b bedarfsweise auch entlüftet werden, ist das mit den Fig. 3 und 4 lediglich für den Befüllungsfall veranschaulichte mathematische Modell schließlich noch mit einem ganz analog auffindbaren Modell für den Entlüftungsfall zu ergänzen. Die Entlüftung einzelner Ventile 12b kann über die entsprechenden Leitungen 14b und
Ventile 16b z. B. unmittelbar zur Atmosphäre (vgl. auch Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2) oder z. B. über eine
Entleerkanalanordnung (vgl. auch Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1) erfolgen. In beiden Fällen lässt sich wieder ein mathema- tisches Modell bzw. in analoger Weise aus Teilmodellen zusammengesetztes mathematisches Modell auffinden und zur Be¬ rechnung der Kissendrücke in Phasen einer Entlüftung einsetzen.
Bezugs zeichenliste
10 Vorrichtung
ST Steuereinheit
12 aufblasbare Luftkissen
14 Anschlussleitungen
16 Behälterventile
VA Entleerkanalventil VB Befüllkanalventil
17 Druckmesssensoren
18 Befüllkanalanordnung 20 Entleerkanalanordnung 22 Kompressor
24 Befüllkanaldrucksensor
26 Entleerkanaldrucksensor
28 Drossel
30 Drossel

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Betrieb mehrerer, jeweils mit einem Medium befüllbarer Behälter (12), umfassend
- mehrere Behälterventile (16) zum Anschluss jeweils eines der Behälter (12),
- eine Befüllkanalanordnung (18), die einerseits mit einer Mediendruckquelle (22) verbindbar oder verbunden ist, und andererseits mit den jeweiligen Behälterventilen (16) verbunden ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- eine Entleerkanalanordnung (20), die einerseits mit den Behälterventilen (16) verbunden ist und andererseits über ein Entleerkanalventil (VA) mit einer drucklosen Medi¬ ensenke verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (10) eine Steuereinrichtung (ST) zur Steuerung der Ventile (16, VA) in Abhängigkeit von einer der Steuereinrichtung (ST) zugeführten Betätigungsvorgabe (SB) umfasst, und wobei die Steuereinrichtung (ST) dazu ausgebildet ist, den in einem bestimmten Behälter (12) herrschenden Mediendruck
(P_Kissen) anhand eines mathematischen Modells (Ml, M2 ) unter Berücksichtigung eines von der Mediendruckquelle (22) gelieferten Mediendruckes (PK) und den Zuständen der Ventile
(16, VA) zu berechnen.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) einen Befüllkanaldrucksensor (24) zur Erfassung eines von der Mediendruckquelle (22) gelieferten Mediendruckes (PK) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) einen Entleerkanaldrucksensor (26) zur Erfassung eines in der Entleerkanalanordnung (20) herrschenden Mediendruckes (PA) umfasst.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Entleerkanalanordnung (20) über das Entleerkanalventil (VA) ferner mit der Befüllkanalanordnung (18) verbindbar ist .
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die über das
Entleerkanalventil (VA) herstellbare Verbindung zwischen Entleerkanalanordnung (20) und Befüllkanalanordnung (18) eine Drossel (28) enthält.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
- ein Befüllkanalventil (VB) , über welches die
Befüllkanalanordnung (18) wahlweise direkt oder über eine Drossel (30) mit der Mediendruckquelle (22) verbindbar ist .
Verfahren zum Betrieb mehrerer, jeweils mit einem Medium befüllbarer Behälter (12), insbesondere mittels einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend
- Ansteuern von mehreren Behälterventilen (16), an denen einerseits jeweils einer der Behälter (12) angeschlossen ist und die andererseits mit einer Befüllkanalanordnung (18) verbunden sind, welche mit Medium aus einer Medi- endruckquelle (22) beaufschlagbar ist, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
- Ansteuern eines Entleerkanalventils (VA) , über welches eine mit den Behälterventilen (16) verbundene
Entleerkanalanordnung (20) mit einer drucklosen Mediensenke verbindbar ist.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8, insbesondere nach Anspruch 8, wobei der in einem bestimmten Behälter (12) herrschende Mediendruck (P_Kissen) anhand eines mathema¬ tischen Modells (Ml, M2) unter Berücksichtigung eines von der Mediendruckquelle (22) gelieferten Mediendruckes (PK) und den Zuständen der Ventile (16, VA) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei der in einem bestimmten Behälter (12) herrschende Mediendruck (P_Kissen) dadurch ermittelt wird, dass
- der Behälter (12) über das betreffende Behälterventil (16) mit der Entleerkanalanordnung (20) verbunden wird,
- die Entleerkanalanordnung (20) mittels des
Entleerkanalventils (VA) von der drucklosen Mediensenke isoliert wird, und
- der in der Entleerkanalanordnung (20) herrschende Mediendruck (PA) gemessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Entleerkanalanordnung (20) über das Entleerkanalventil (VA) und eine Drossel (28) ferner mit der Befüllkanalanordnung (18) verbindbar ist und wobei ein Ansteuern des
Entleerkanalventils (VA) zur Herstellung dieser Verbindung vorgesehen ist, um eine Befüllung eines bestimmten, über das betreffende Behälterventil (16) mit der
Entleerkanalanordnung (20) verbundenen Behälters (12) mit verminderter Befüllgeschwindigkeit zu realisieren.
Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8, insbesondere nach einem der Ansprüche 8 bis 11, umfassend
- Ansteuern eines Befüllkanalventils (VB) , über welches die Befüllkanalanordnung (18) wahlweise direkt oder über eine Drossel (30) mit der Mediendruckquelle (22) verbindbar ist .
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