Den nächstkommenden Stand der Technik bildet das japanische Patent der Mitsubishi Motor Corp. JP 09109757. Dieses Doku- ment offenbart eine aktive Sitzfederung mittels elektrischer Aktoren. Vibrationen, die vom Fahrzeugboden über das Sitzun- tergestell in den Sitz eingeleitet werden, werden mit einem Vibrationssensor erfasst. Ein zweiter Beschleunigungssensor am Sitz selbst misst die am Sitz auftretenden Beschleunigun- gen in vertikaler Richtung. Die Signale des Vibrationssensors und die Signale des Beschleunigungssensors werden in einer Regelung zur Ansteuerung des elektrischen Aktors verarbeitet.

Regelstrategie ist es daher, mit den elektrischen Aktoren den in den Sitzunterbau eingeleiteten Vibrationen entgegenzuwir- ken, damit der Sitz möglichst in seiner vertikalen Lage nicht verändert wird. Die Regelstrecke zur Ansteuerung des eben- falls vertikal angeordneten Aktors enthält ein Filter, mit dem niederfrequente Störungen herausgefiltert werden. Gemäß der konstruktiven Gestaltung des Sitzunterbaus ist die aktive Sitzfederung hauptsächlich für Nutzfahrzeuge geeignet.

Die zuvor genannte Patentschrift arbeitet mit einem Bewe- gungfreiheitsgrad und mit stehend angeordneten elektrischen Aktoren oder Dämpfungsmitteln. In den Sitz eingeleiteten Vib- rationen oder Erschütterungen wird dadurch auch nur in verti- kaler Richtung aktiv entgegengewirkt. Zudem erfordert die vertikale Anordnung der Aktoren eine Bauhöhe des Sitzunterge- stells, die nur in größeren Nutzfahrzeugen zur Verfügung steht. Nick-oder Rollbewegungen des Sitzes kann mit einer solchen Anordnung nicht entgegengewirkt werden.

Erfindungsgemäße Aufgabe ist es daher, einen Fahrzeugsitz mit aktiver Sitzfederung anzugeben, dessen Aktorik in der Lage ist auch Nick-oder Rollbewegungen des Sitzes entgegenzuwir- ken. Zudem soll der Fahrzeugsitz nicht nur in Lastkraftwagen oder Nutzfahrzeugen einsetzbar sein, sondern auch in Perso- nenkraftfahrzeugen eingesetzt werden können.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Fahrzeugsitz mit den Merk- malen des unabhängigen Anspruchs. Weitere vorteilhafte Aus- führungsformen sind in den Unteransprüchen und in der Be- schreibung enthalten.

Mit der Erfindung werden hauptsächlich die folgenden Vorteile erzielt : Die konstruktive Gestaltung des Sitzuntergestells ist mit liegenden Aktoren ausgeführt, die über Gelenke ein aktives Entgegenwirken gegenüber den vom Unterboden eingeleiteten Vibrationen ermöglichen. Die liegende Anordnung der Aktoren ermöglicht eine deutlich reduzierte Bauhöhe des Sitzunterun- tergestells, so daß der Sitz auch in Personenkraftfahrzeugen eingebaut und eingesetzt werden kann.

Die Konstruktion des Sitzuntergestells ermöglicht eine aktive Federung des Sitzes mit zwei Bewegungsfreiheitgraden. Damit ist es nicht nur, wie bisher, möglich, vertikalen Beschleuni- gungen, die auf den Sitz einwirken, entgegenzuwirken, son- dern es können auch Nickbewegungen des Fahrzeugs um die Quer- achse oder Wankbewegungen des Fahrzeugs um die Längsachse ausgeglichen werden.

Der Komfort für die Fahrzeuginsassen wird mit dem hier vorge- schlagenen Fahrzeugsitz ganz erheblich gesteigert.

Die Sitze im Fahrzeug stellen eine essentielle Schnittstelle zwischen Menschen und Fahrzeug von hoher Kundenrelevanz dar.

Dabei wird der Sitzkomfort neben der Sitzkontur und Polste- rung maßgeblich durch die auf den Fahrgast einwirkenden me- chanischen Schwingungen und Stöße bestimmt, die im wesentli- chen den subjektiv empfundenen Fahrkomfort prägen. Trotz kon- tinuierlicher Verbesserungen am Fahrwerk und am Antriebs- strang müssen die störenden Schwingungen vor allem im oberen Frequenzbereich vom Sitzsystem absorbiert werden.

Ziel der Erfindung ist eine spürbare Erhöhung des Schwin- gungskomforts, um für den Premium-Komfortanspruch der Kunden auch zukünftig innovative Lösungen zu bieten. Da dies mit passiv gefederten Sitzen wegen ihres weitgehend erschöpften Optimierungspotentials nicht erzielt werden kann, wurde eine aktive Sitzfederung entwickelt, mit der eine weitgehend dyna- mische Entkopplung des Sitzes von den über die Konsole in den Sitz eingeleiteten Schwingungen und Vibration erreicht wird.

Die besondere Herausforderung bei der aktiven Sitzfederung ist die Realisierung einer geeigneten Regelung oder Steue- rung, welche einerseits die stochastische Natur der Schwin- gungsanregung beherrscht, sich anderseits aber auch bei In- sassen unterschiedlichen Gewichts und unterschiedlicher Sitz- haltung durch eine hohe Regelgüte bzw. Steuerungsgüte aus- zeichnet.

Um dem Ziel einer möglichst guten Schwingungsunterdrückung gerecht zu werden, wird ein leistungsfähiges Regelungskonzept mit variabel implementierbarem Übertragungsverhalten vorge- schlagen, das lediglich als Eingangsinformation die Beschleu- nigung des Sitzes benötigt.

Bei der erfindungsgemäßen aktiven Federung wird der Auswahl eines für den Fahrzeuginnenraum tauglichen Aktorikkonzeptes besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Es soll kompakt, geräusch- und leckagefrei sein. Verwendung finden die erst seit kurzer Zeit auf dem Markt erhältlichen elektrischen Lineardirektan- triebe. Diese Aktoren zeichnen sich durch eine hohe Dynamik aus und gewährleisten einen Betrieb in allen vier Quadranten des Kraft-Geschwindigkeits-Diagramms. Hierdurch können nahezu beliebige virtuelle Steifigkeiten und Dämpfungen implemen- tiert werden, die eine gezielte Beeinflussung des Sitzüber- tragungsverhaltens ermöglichen. Zur Minimierung der Kosten und des Energieverbrauchs erfolgt die statische Sitzabstüt- zung über eine passive Federung 3a, 3b.

Die Realisierung des aktiv gefederten Sitzes erfolgt unter Berücksichtigung ergonomischer Gesichtspunkte (Wahl der Frei- heitsgrade) und unter Einbezug der Crashsicherheit. Dazu wird der Gesamtsitz auf einen in zwei Koordinaten (Hub-und Nick- richtung oder Hub-und Rollrichtung) beweglichen Schwingrah- men 2 montiert, der über vier Federn passiv abgestützt wird.

Zur aktiven Schwingungsisolierung werden die beschriebenen e- lektrischen Linearaktoren 4a, 4b eingesetzt, die parallel zu den Anlenkpunkten der Federn über die drehbar gelagerten Win- kelstücke 6a, 6b auf die Dynamik des Sitzes einwirken. Durch die so erzielte flache Bauweise kann dieses Konzept auch im Personenkraftfahrzeug eingesetzt werden kann.

Als Sensorik für die Regelung bzw. die Steuerung werden in der umfassendsten Ausführung des Sitzes nach Fig. 4 insgesamt vier Beschleunigungssensoren im Bereich der Federanlenkpunkte installiert, wovon für einen geschlossenen Regelkreis nur zwei erforderlich sind (je Freiheitsgrad ein Sensor).

Anhand repräsentativer Messungen von Sitz-und Insassenbe- schleunigungen im Fahrversuch und anhand des Wahrnehmungsver- haltens von Insassen wurden die Freiheitsgrade festgelegt, für die vorrangig eine Verbesserung der Schwingungsunterdrü- ckung anzustreben ist. Dabei erfährt der menschliche Körper in allen Fahrzeugtypen den wesentlichen Schwingungseintrag durch vertikale Vibrationen und Stöße. In Folge dessen wurde sowohl für den Pkw-als auch für den Nutzfahrzeug-Bereich ein Konzept zur aktiven Sitzfederung in z-Richtung erstellt. Ins- besondere für Pkw erfordert die Bauraumbeschränkung im Innen- raum der Pkw ein aktives Federungskonzept, das sich auf mög- lichst geringem Bauraum in vertikaler Richtung realisieren läßt. Als geeignet erwies sich die Einleitung der Aktorkräfte an den vorderen und hinteren Punkten der Konsolenbefestigung.

Hierdurch wird ein. Einfluß auf die Vertikal-und Nickdynamik von Sitz und Insasse ermöglicht. Unter der Randbedingung ei- ner minimalen Aufbauhöhe wurden die Linearaktoren 4a, 4b (ausgeführt als zweiphasige Synchronmotoren) horizontal in die Sitzkonstruktion integriert und die abtriebsseitige Ak- torbewegung durch einen einfachen Mechanismus, der über dreh- bar gelagerte Winkelstücke 6a, 6b stattfindet, in die verti- kale Richtung umgelenkt.

Zur Minimierung der Kräfte übernimmt die passive Federung 3a, 3b die Abstützung der Grundlast von Sitz und Insasse. Sie ist darüber hinaus so dimensioniert, - daß der zur Kompensation der Störungen erforderliche Schwingweg hinreichend groß ist, - daß dem Durchschlagen der Federung durch progressive Ken- nung entgegen gewirkt wird, - daß bei Ausfall der Aktoren die Eigenfrequenz den sonst üblichen Wert (ca. 4 Hz) aufweist.

Die Linearmotoren sind durch eine speisende Elektronik so ausgeführt, daß sie strom-bzw. kraftgeregelt sind. Der Kraftsollwert wird von der überlagerten Sitzregelung bzw.

Sitzsteuerung generiert und als additive Wechselkraft paral- lel zu den Federn auf den Sitz eingeleitet.

Informationen über den Bewegungszustand des Pkw-Sitzes erhält man, indem am vorderen und hinteren Teil des beweglich gefe- derten Sitzrahmens je ein Beschleunigungssensor lla, llb imp- lementiert wird, dessen Signal der Regelung bzw. Steuerung zugeführt wird. Auf Meßeinrichtungen an den Oberflächen von Sitz-und Lehnenkissen wird verzichtet, da sich diese wegen der damit verbunden Komfortbeeinträchtigung und der deutlich höheren Kosten als nicht praxisgerecht erweisen. Diese feh- lende Messung der eigentlich zu regelnden Größe der Beschleu- nigung des Insassen erfordert den Einsatz geeigneter Modelle, um zu einer befriedigenden Störunterdrückung zu kommen.

Sinnvoll erscheint dafür die Installation von zwei zusätzli- chen Beschleunigungssensoren 12a, 12b auf dem Konsolenboden im Bereich der Abstützpunkte, die Informationen über den ein- geleiteten Schwingeintrag für eine optionale Störgrößenkom- pensation liefern.

Die Ausführung einer aktiven Federung für Nutzfahrzeug- Schwingsitze gestaltet sich einfacher. Da sich der Ansatz nur in der Geometrie und Kinematik unterscheidet, das methodische Vorgehen aber identisch ist, wird im weiteren das Vorgehen am Pkw-Sitz erläutert.

Als Grundlage für den Entwurf der Regelung ist das dynamische Verhalten von Sitz und Insasse zu modellieren. Für dessen Beschreibung werden Mehrmassenschwinger mit konzentrierten Koppelelementen, bestehend aus Federn und Dämpfern, herange- zogen. Zugrunde liegt hierbei die vereinfachende Annahme, daß sich die kontinuierlich verteilte Masse des menschlichen Kör- pers wie eine starre Masse verhält. Die Masse des menschli- chen Körpers ist über die Schäume von Sitzkissen und Lehne viskos-elastisch mit der Masse des Sitzes gekoppelt. Damit resultiert das in Fig. 11 dargestellte Dynamikmodell von In- sasse und Sitz für den aktiv gefederten Pkw-Sitz.

Der kontinuierlich verteilte Schaum des Sitzkissens wird durch konzentrierte Steifigkeiten und Dämpfungen in normaler und tangentialer Richtung zur Oberfläche approximiert, wäh- rend für das Lehnenkissen eine viskos-elastische Kopplung in Normalenrichtung angenommen wird. Somit ergeben sich mindes- tens zwei Freiheitsgrade für das Modell : einerseits die Hub- und Nickbewegung sowie andererseits die Hub-Rollbewegung des Sitzes.

Die hergeleiteten Modelle sind für den Entwurf der Regelung als nichtlineares Zustandsdifferentialgleichungssystem in der Steuerungs-oder Regelungselektronik für die Linearaktoren implementiert.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele des er- findungsgemäßen Fahrzeugsitzes anhand von Figuren näher er- läutert.

Dabei zeigen : Fig. 1 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen ; Fig. 2 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen und mit Störgrößenaufschaltung und Feed Forward Compensation ; Fig. 3 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen und mit Entkopplungsnetzwerk für die bei- den Regelkreise ; Fig. 4 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen und mit Entkopplungsnetzwerk und Störgrös- senaufschaltung mit Feed Forward Compensation ; Fig. 5 Eine aktive Sitzfederung mit zwei Steuerungen und mit Störgrößenaufschaltung unter Berücksichtigung der Streckenkopplung ; Fig. 6 Eine aktive Sitzfederung mit zwei Steuerungen und mit Störgrößenaufschaltung ohne Berücksichtigung der Streckenkopplung ; Fig. 7 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen und mit Störgrößenaufschaltung unter Be- rücksichtigung der Streckenkopplung ; Fig. 8 Eine aktive Sitzfederung mit zwei geschlossenen Re- gelkreisen und mit Entkopplungsnetzwerk und Störgrö- ßenaufschaltung, wobei die Störgrößenaufschaltung die Kopplung der Strecken unberücksichtigt läßt ; Fig. 9 Eine Aufsicht auf die Sitzmechanik mit Umlenkgestän- ge, Schwingrahmen und liegend angeordneten Aktoren für die Kompensation von Nickbewegungen oder Rollbe- wegungen, je nach Einbaulage des Sitzes ; Fig. 10 Eine aktive Sitzfederung mit stehend angeordneten Ak- toren ; Fig. 11 Ein mathematisches Sitzmodell für die modellbasierten Regelungs-bzw. Steuerungskonzepte.

Die aktive Sitzfederung umfasst im wesentlichen einen mittels Aktoren verstellbaren Schwingrahmen und die zum Betrieb der Aktoren notwendige Steuerungs-und Leistungselektronik. Die folgenden Ausführungsbeispiele verwenden jeweils die identi- sche Sitzmechanik, weshalb die Sitzmechanik lediglich im Zu- sammenhang mit den Figuren 1 und 9 einmal für alle Ausfüh- rungsbeispiele beschrieben wird. Die einzelnen Ausführungs- beispiele unterscheiden sich hinsichtlich Aufwand und Güte betreffend das Regelungs-bzw. Steuerungskonzeptes für die Aktoren der Sitzmechanik.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer Grundausstattung. Ein gepolsterter Fahrersitz 1 ist auf einem Schwingrahmen 2 befestigt. Der Schwingrahmen ist mit insge- samt ; vier Federn 3a, 3b gegenüber dem Unterboden abgestützt.

Über die Federkonstante und die Dämpfungskonstante der Fe- dern, läßt sich eine passive Federung und Dämpfung des Sitzes einstellen und erreichen. Der passiven Sitzfederung aus Fe- dermechanismus und Sitzpolsterung wird eine aktive Sitzmecha- nik überlagert. Die aktive Sitzmechanik besteht aus dem Schwingrahmen 2, an den mindestens zwei Aktoren 4a, 4b ange- lenkt sind. Die Aktoren können hierbei elektrisch, pneuma- tisch oder hydraulisch angetrieben sein. Vorzugsweise werden elektrische Linearmotoren als Stellelemente für die Sitzme- chanik verwendet. Vorzugsweise sind die Aktoren als elektri- sche Linearmotoren liegend unter dem Sitz eingebaut. Um die horizontale Linearbewegung der Aktorstangen 5a, 5b in eine vertikale Bewegung sowie eine Nickbewegung des Fahrgastsitzes umzusetzen, sind die Aktoren über ein Umlenkgestänge an den Schwingrahmen 2 des Fahrgastsitzes angelenkt.

Eine Aufsicht auf das Umlenkgestänge ist in Fig. 9 skizziert.

Demnach besteht das Umlenkgestänge aus einem ersten Winkel- stück 6a und zweiten Winkelstück 6b. Jeweils an dem nach un- ten gerichteten Schenkel des ersten und des zweiten Winkel- stücks ist eine Aktorstange angelenkt. Die Aktoren 4a, 4b selbst sind über Drehlager 7a, 7b mit dem Fahrzeugchassis verbunden. Ebenso ist das erste Winkelstück und das zweite Winkelstück über eine Drehlagerung 8a, 8b mit der chassis- seitigen Sitzaufhängung 9 verbunden. An den zweiten Schenkel der Winkelstücke, dessen Ausrichtung im wesentlichen horizon- tal und zum Sitz hin gerichtet ist, ist der Schwingrahmen 2 des Fahrzeugsitzes angelenkt. In dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist der Schwingrahmen an dem zweiten Winkel- stück direkt angelenkt, während der Schwingrahmen an dem ers- ten Winkelstück über zwei Ausgleichsglieder 10 angelenkt ist.

Die Ausgleichsglieder sind u. a. notwendig um die Kreisbogen- bewegung der Anlenkpunkte des Schwingrahmens bei Betätigung mindestens einer der beiden Aktoren in horizontaler Richtung ausgleichen zu können. Außerdem erlauben die Ausgleichsglie- der neben einer reinen vertikalen Ausgleichsbewegung des Sit- zes gegenüber Erschütterungen des Fahrzeugchassis auch eine Kompensation der Nick-oder Rollbewegung des Sitzes, je nach Einbaulage der Sitzmechanik relativ zur Fahrtrichtung. Die Nick-oder Rollbewegung des Sitzes wird durch unterschiedlich große horizontale Stellwegänderungen der Aktorstangen 5a, 5b bewirkt. Damit sind auch die beiden Bewegungsfreiheitsgrade der aktiven Sitzfederung aufgezeigt, nämlich die Hubbewegung einerseits und die Nick-oder Rollbewegung andererseits.

Der erste Bewegungsfreiheitsgrad ist die vertikale Auf-und Ab-Bewegung des Sitzes bei gleichmäßiger, vertikaler Auslen- kung der horizontalen Schenkel der beiden Winkelstücke. Die Auslenkung wird hervorgerufen durch entsprechend den Hebel- verhältnissen der Umlenkmechanik abgestimmten Verstellwegen der Aktorstangen.

Der zweite Bewegungsfreiheitsgrad ist die angesprochene Nick- bewegung oder Rollbewegung des Sitzes. Eine Nickbewegung tritt auf, bei unterschiedlicher vertikaler Auslenkung der vorderen und hinteren Anlenkpunkte des Schwingrahmens 2. Auch diese Nickbewegung wird durch Verstellwege der Aktorstangen hervorgerufen, die entsprechend den Hebelverhältnissen der Umlenkmechanik auf den Schwingrahmen des Fahrzeugsitzes über- tragen werden.

Eine Nickbewegung um die Fahrzeugquerachse des Sitzes bzw. deren Kompensation ergibt sich bei einer Einbaulage des Sit- zes entsprechend der mit dem Pfeil N angedeuteten Ausrich- tung der Sitzmechanik. Der Pfeil N deutet hierbei in die vor- gesehene Fahrrichtung des Fahrzeugs.

Eine Rollbewegung um die Fahrzeuglängsachse des Sitzes bzw. deren Kompensation ergibt sich bei einer um 90° gedrehten Einbaulage des Sitzes entsprechend der mit dem Pfeil R ange- deuteten Ausrichtung der Sitzmechanik.

Die zuvor im Zusammenhang mit Fig. 1 und Fig. 9 beschriebene Sitzmechanik ist für die Ausführungsbeispiele der Figuren 2 bis 8 identisch. Die Ausführungsbeispiele unterscheiden sich jedoch in der Steuerungs-und Regelungselektronik für die beiden Aktoren der Sitzmechanik.

Ziel der Regelung ist ein vibrationsfreies Sitzen. Dies be- deutet, daß die Zustandsgrößen des Sitzes zu Null zu regeln sind und der Entwurf der Regelung optimal bzgl. des Störver- haltens vorzunehmen ist. Wird die Sitzregelung in eine über- geordnete Fahrdynamik-Regelung integriert, dann kann sich un- ter ergonomischen Aspekten das Führen der Sitzbewegung über die Sollwerte als vorteilhaft erweisen, was hier nicht näher betrachtet wird.

Der Regelung liegt das im Zusammenhang mit Fig. 11 beschrie- bene Modell zugrunde. Durch geeignete Linearisierungen einer- seits und regelungstechnische Maßnahmen zur weitgehenden Kom- pensation der inhärenten Kopplungen zwischen den Freiheits- graden andererseits lassen sich die für die Regelung erfor- derlichen Teilmodule Regler R1, Regler R2, Stellglied S1, Stellglied S2, Störgrößenaufschaltung durch Feed Forward Com- pensation FFC1, FFC2 und Entkopplungsnetzwerk E parametrisie- ren. Da beim jeweiligen Teil-Zustandsregler R1, R2 neben der Beschleunigung auch die Geschwindigkeit und Position zurück- geführt werden, sind Geschwindigkeit und Position aus dem Be- schleunigungssignal der Beschleunigungssensoren 11 auf dem Schwingrahmen 2 durch approximierende Integration zu generie- ren. Von entscheidender Bedeutung ist dabei für die Gesamtdy- namik der Regelung die Eckfrequenz der hierfür erforderlichen Hochpaßfilterung (zur Vermeidung divergierender Integrationen durch praktisch immer vorhandene Offsets). Mit dem Parameter "Eckfrequenz"erfolgt die Abgrenzung der dynamischen Schwin- gungsunterdrückung von aktiver Sitzfederung zu der des Fahr- werks. Die Eckfrequenzen können für jeden Freiheitsgrad un- terschiedlich gewählt werden. Wegen der Begrenzung der maxi- mal zur Verfügung stehenden Aktorkraft und dem bauraumbe- grenzten Schwingweg werden diese für die Pkw-Sitzregelung auf ca. 2Hz festgelegt. Eine geringere Frequenz ist zudem ergono- misch nicht sinnvoll, da die Sitzregelung dann den Eigenbewe- gungen des Insassen im starken Maße entgegenwirkt, was das erwartete Sitzgefühl stark negativ beeinträchtigt. Sofern noch Kraft-und Schwingwegreserven zur Verfügung stehen, läßt sich eine verbesserte Unterdrückung der niederfrequenten Stö- rungen durch die im Konzept berücksichtigte Störgrößenauf- schaltung FFC unter Verwendung der Konsolenbeschleunigung, gemessen durch die zusätzlichen Beschleunigungssensoren 12 am Konsolenboden, erreichen.

Die Aktoren werden jeweils von elektronischen Stellgliedern S1, S2 angesteuert. Die Steuerbefehle für die Aktoren werden modellbasiert ermittelt. Die Verstellwege der Aktoren müssen entsprechend den Abmessungen des Konstruktionsmodells der Sitzmechanik mittels eines Mikrocomputers errechnet und in Steuerungsbefehle für die Aktoren umgesetzt werden.

Dies geschieht bei der Ausführung nach Fig. 1 beispielsweise in den Mikrorechnerbausteinen der beiden Regler R1 und R2. Zu diesem Zweck ist der erste Regler R1 mit dem ersten Beschleu- nigungssensor lla und mit dem ersten Stellglied S1 zur An- steuerung des ersten Aktors 4a verbunden. Das Signal des ers- ten Beschleunigungssensors ist die Regelgröße al für den Reg- ler. Aus der Regelgröße al und der vorgegebenen Führungsgröße a*l=0 wird modellbasiert eine korrigierende Stellkraft F*1 ermittelt. In dem Stellglied wird aus der korrigierenden Stellkraft F*1 dann der erforderliche Strom il für den An- trieb des Aktors ermittelt. Analog wird für den zweiten Re- gelkreis, bestehend aus dem zweiten Regler R2, dem zweiten Stellglied S2, dem zweiten Aktor 4b und dem zweiten Beschleu- nigungssensor llb am hinteren Federabstützpunkt des Schwing- rahmens 2 verfahren. Als Führungsgröße wird dem Regler der Beschleunigungswert a*2 vorgegeben, der bestimmungsgemäß den Wert Null hat. Aus der Abweichung von Führungsgröße und der am hinteren Federabstützpunkt gemessenen Beschleunigung a2 als Regelgröße wird im Regler R2 eine korrigierende Stell- kraft F*2 modellbasiert errechnet und daraus im Stellglied S2 ein Stromwert i2 für die erforderliche Verstellung des Aktors ermittelt.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 2 erweitert die Grundaus- stattung der des im Zusammenhang mit Fig. 1 diskutierten Aus- führungsbeispiels um eine einfache Störgrößenaufschaltung FFC1, FFC2 in Form einer Feed Forward Compensation, getrennt für jeden geschlossenen Regelkreis. Hierzu wird der mechani- sche Aufbau des Sitzes mit zwei zusätzlichen Beschleunigungs- sensoren 12 bestückt. Die zusätzlichen Beschleunigungssenso- ren befinden sich an der Konsole des Fahrzeugchassis an den Federabstützpunkten der Sitzfederung und messen die vom Fahr- zeugchassis in den Sitzunterbau eingeleiten Beschleunigungen bzw. Kräfte. Die Signale dieser beiden zusätzlichen Sensoren werden eingangsseitig einer Störgrößenaufschaltung FFC zuge- führt, die als sogenannte Feed Forward Compensation ausgebil- det ist. Jeder Regelkreis erhält eine eigene unabhängige Störgrößenaufschaltung, deren Ausgang jeweils auf den ein- gangsseitigen Summationspunkt zwischen den beiden Reglern R1 und R2 einerseits und den beiden Stellgliedern S1 und S2 an- dererseits gelegt ist. Ziel der als Feed Forward Compensation ausgebildeten Störgrößenaufschaltung ist es, eingeleitete Störungen möglichst frühzeitig zu erkennen und Gegenmaßnahmen treffen zu können, bevor die Sitzmechanik mit ihrer Massen- trägheit überhaupt anspringt.

Ausgehend von dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 läßt sich der Komfort der aktiven Sitzfederung verbessern, wenn man die beiden Regelstrecken der Regelkreise mit einem Entkopplungs- netzwerk E entkoppelt, wie in Fig. 3 skizziert. Mit dem Ent- kopplungsnetzwerk werden die Kopplungen der beiden Bewegungs- freiheitsgrade der Sitzmechanik auf rechnerischem Wege aufge- hoben. Das rechnerische Ergebnis wird dann mittels geeigneter elektronischer Schaltungen physikalisch in das Regelkonzept integriert. Dieses Entkopplungsnetzwerk E verwendet hierbei die Ausgangsgrößen der beiden Regler R1 und R2 und wandelt die Sollstellgrößen in kopplungsfreie Stellgrößen für die nachfolgenden Stellglieder Si und S2 der Sitzaktorik um.

Die umfassendste Ausführungsform der Erfindung stellt das Ausführungsbeispiel der Fig. 4 dar. Hier wird zur Regelung des aktiv gefederten Sitzes eine Mehrgrößen-Zustandsregelung eingesetzt, die den Sitz in seinen zwei Freiheitsgraden weit- gehend von den eingeleiteten Störungen isoliert. Deshalb ist in der bevorzugten Ausführungsform entsprechend der Figur 4 pro Bewegungsfreiheitsgrad ein Regler und ein Stellglied vor- gesehen, wobei die beiden Regelkreise zusätzlich mit einem Entkopplungsnetzwerk entkoppelt sind und die Stellglieder ei- ne zusätzliche Störgrößenaufschaltung haben, die ihrerseits ebenfalls die Kopplung der beiden Bewegungsfreiheitsgrade be- rücksichtigt.

Ein erster Regler R1 ist mit einem ersten Beschleunigungssen- sor lla am vorderen Federabstützpunkt verbunden. Das Signal des Beschleunigungssensors ist die Regelgröße al für den ers- ten Regler. Als Führungsgröße erhält der Regler den Beschleu- nigungswert a*l vorgegeben. Die Führungsgröße der Beschleuni- gung soll Null sein.

In analoger Weise ist der zweite Regler R2 mit dem zweiten Beschleunigungssensor llb auf dem Schwingrahmen am hinteren Federabstützpunkt verbunden. Das Signal dieses Sensors ist die Regelgröße a2 für den zweiten Regler R2. Auch dieser Reg- ler erhält als Führungsgröße a*2 den Beschleunigungswert Null vorgegeben.

Die von der Konsole des Fahrzeugchassis in die konsolenseiti- ge. n Federabstützpunkte eingeleiteten dynamischen Kräfte wer- den ebenfalls mit einem zusätzlichen ersten und zweiten Be- schleunigungssensor 12a, 12b gemessen. Diese zusätzlichen Be- schleunigungssensoren sind am konsolenseitigen Federabstütz- punkt angeordnet. Die Signale dieser zusätzlichen Beschleuni- gungssensoren werden als Eingangsgrößen einer Störgrößenauf- schaltung FFC zugeleitet. Die Störgrößenaufschaltung beinhal- tet eine Feed Forward Compensation unter Berücksichtigung der Streckenkopplung der beiden Regelstrecken der Sitzmechanik.

Mittels modellbasierter Algorithmen wird in den Rechenmodulen der Störgrößenaufschaltung für jedes Stellglied S1 und S2 zu den in der Konsole gemessenen Kräften eine dieser Störung entgegenwirkende, korrigierende Stellkraft berechnet und als Stellgröße auf einen Summationspunkt am jeweiligen Stell- gliedeingang gegeben.

Zwischen den beiden Reglern Rl und R2 und den beiden Stell- gliedern S1 und S2 zur Ansteuerung der beiden Linearaktoren 3a, 3b ist ein Entkopplungsnetzwerk E. Mit dem Entkopplungs- netzwerk werden die inhärenten Kopplungen der beiden Regel- strecken entkoppelt. Die beiden Regelstrecken für die Verti- kalbewegung des Schwingrahmens und für die Nickbewegung des Schwingrahmens sind über die beiden Drehlagerungen der Win- kelstücke gekoppelt. Um eine Vertikalbewegung rückwirkungs- frei auf die Nickbewegung des Schwingrahmens und umgekehrt ausführen zu können, müssen die beiden Bewegungsfreiheitsgra- de entkoppelt werden. Dies erfolgt mit dem Entkopplungsnetz- werk E. Ausgangsseitig vom Entkopplungsnetzwerk stehen dann die beiden bzgl. der Regelgrößen entkoppelten Stellgrößen für die Stellglieder der beiden Linearaktoren zur Verfügung. Die- se Stellgrößen werden ebenfalls auf die beiden Summati- onspunkte eingangsseitig der beiden Stellglieder gegeben. In den Stellgliedern werden aus den aufsummierten Stellgrößen aus Störgrößenaufschaltung und entkoppelten Reglerstellgrößen F*1, F*2 die notwendigen Ströme zur Verstellung der Kraft- Strom gesteuerten Linearaktoren bestimmt und auf die Linea- raktoren gegeben. Letztlich wird durch diesen Prozeß eine Ge- genbewegung des Sitzes in zwei Bewegungsfreiheitsgraden ein- geleitet, wobei die Gegenbewegung einer von der Konsole ein- geleiteten Bewegung des Sitzes entgegenwirkt.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 zeigt eine vereinfachte Ausführungsform der erfindungsgemäßen aktiven Sitzfederung.

Im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen wird beim Ausführungsbeispiel der Figur 5 auf eine Regelung ver- zichtet. Die Ausführungsform dieser aktiven Sitzfederung ent- hält wiederum die Sitzmechanik aller zuvor genannten Ausfüh- rungsformen, allerdings werden die Sitzaktoren lediglich mit einer Steuerung mit Störgrößenaufschaltung FFC betrieben. Ei- ne Regelung der Aktoren der Sitzmechanik ist hier nicht ent- halten. Die Steuerung umfasst hierbei die beiden Stellglieder S1 und S2 für die beiden Aktoren 4a, 4b sowie die Störgrößen- aufschaltung FFC, die als Feed Forward Compensation ausgebil- det ist. Als Eingangsstörgrößen für die Störgrößenaufschal- tung werden die Signale zweier Beschleunigungssensoren 12a, 12b genommen. Die beiden Beschleunigungssensoren sind an der Konsole des Fahrzeugchassis an den Federabstützpunkten der Sitzmechanik angebracht und erfassen die von der Konsole in die Sitzmechanik eingeleiteten Beschleunigungen bzw. dynami- schen Kräfte. Die Störgrößenaufschaltung bzw. die Feed For- ward Compensation enthält eine rechnerische Berücksichtigung der Streckenkopplung. Aus den Signalen der beiden Beschleuni- gungssensoren werden modellbasiert gegenwirkende Stellkräfte berechnet, die eingangseitig den Stellgliedern der Sitzakto- ren zugeleitet werden und von den Stellgliedern in Ströme zum Betrieb der Aktoren umgesetzt werden.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 6 zeigt gegenüber der in Fig. 5 gezeigten und beschriebenen Ausführungsform eine wei- tere Vereinfachung der Erfindung. Die Vereinfachung ist in der Störgrößenaufschaltung FFC enthalten. Die Störgrößenauf- schaltung enthält bei diesem Ausführungsbeispiel keine Be- rücksichtigung der Streckenkopplung. Es wird für jedes Stell- glied getrennt eine Feed Forward Compensation durchgeführt.

Kompensiert werden die von der Konsole in die Sitzmechanik eingeleiteten dynamischen Kräfte. Diese Störkräfte werden mit jeweils einem Beschleunigungssensor 12 an dem vorderen Feder- abstützpunkt und dem hinteren Federabstützpunkt der Konsole gemessen und von den beiden Störgrößenaufschaltungsmodulen FFC1 und FFC2 in virtuelle korrigierende Stellkräfte für die Stellglieder umgerechnet. Die Stellglieder berechnen aus den virtuellen Stellkräften die für die zugehörigen Aktorbewegun- gen notwendigen elektrischen Ströme.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 7 skizziert. Diese Ausführungsform stellt eine Vereinfachung der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 4 dar. Die Sitzme- chanik ist wiederum identisch wie in den bereits zuvor be- schriebenen Ausführungsbeispielen. Das Regelungskonzept sieht zwei Regler R1 und R2, zwei Stellglieder S1 und S2 und eine Störgrößenaufschaltung FFC mit Berücksichtigung der Strecken- kopplung vor. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fi- gur 4 wird in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 auf ein Ent- kopplungsnetzwerk verzichtet. Daraus ergibt sich mit anderen Worten folgendes Regelungskonzept : Mit einem ersten vorderen Beschleunigungssensor lla am vorde- ren Federabstützpunkt des Schwingrahmens 2 und einem zweiten hinteren Beschleunigungssensor llb am hinteren Federabstütz- punkt des Schwingrahmens 2 wird die zweidimensionale Bewegung des Schwingrahmens erfasst. Das Signal des ersten Beschleuni- gungssensors wird als Regelgröße auf den ersten Regler gege- ben. Das Signal des zweiten Beschleunigungssensors wird als Regelgröße auf den zweiten Regler R2 gegeben. Beide Regler erhalten als Führungsgröße den Beschleunigungswert Null vor- gegeben. Aus Regelgröße und Führungsgröße wird in jedem Reg- ler modellbasiert eine gegenwirkende virtuelle Stellkraft er- mittelt und an den jeweils folgenden Summationspunkt des je- weils folgenden Stellglieds Sl und S2 übermittelt. Mit zwei zusätzlichen Beschleunigungssensoren 12 an der Konsole des Fahrzeugchassis werden die von der Konsole in die Sitzmecha- nik eingeleiteten Kräfte ermittelt. Hierzu ist ein vorderer zusätzlicher Beschleunigungssensor am vorderen Federabstütz- punkt der Konsole und ein zweiter zusätzlicher Beschleuni- gungssensor am hinteren Federabstützpunkt der Konsole ange- ordnet. Die Signale dieser beiden zusätzlichen Beschleuni- gungssensoren 12 werden auf den Eingang der Störgrößenauf- schaltung FFC gegeben. In der Störgrößenaufschaltung werden mittels einer Feed Forward Compensation unter Berücksichti- gung der Streckenkopplung modellbasiert virtuelle, kompensa- torische Kräfte berechnet und ebenfalls auch die Summati- onspunkte der nachgeordneten Stellglieder gegeben. Die kom- pensatorischen, virtuellen Kräfte wirken kompensatorisch zu den von der Konsole als dynamische Störkräfte in die Sitzme- chanik eingeleiteten Kräften. In den Stellgliedern wird aus den aufsummierten, virtuellen Stellkräften der zugehörige Be- triebsstrom für den dem jeweiligen Stellglied zugeordneten Aktor ermittelt und letztlich der jeweilige Aktor mit diesem Strom betrieben.

Einer weitere vereinfachte Variante der bevorzugten Ausfüh- rungsform nach Fig. 4 ist in Fig. 8 skizziert. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist die Sitzmechanik identisch mit den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen. Das Regelungskon- zept beinhaltet pro Bewegungsfreiheitsgrad der Sitzmechanik eine Regelkette aus jeweils einem Regler R1, R2 und jeweils einem Stellglied Sl, S2, wobei zwischen den beiden Reglern und den beiden Stellgliedern die Regelstrecken mit einem Ent- kopplungsnetzwerk E entkoppelt sind. Zusätzlich zum Entkopp- lungsnetzwerk enthält das Regelungskonzept der Ausführungs- form nach Fig. 8 noch eine Störgrößenaufschaltung FFC. Im Un- terschied zur Ausführungsform nach Fig. 4 enthält die Stör- größenaufschaltung im Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 zwei getrennte Feed Forward Compensationen, die die Streckenkopp- lung unberücksichtigt lassen.

Mit einem ersten vorderen Beschleunigungssensor lla am vorde- ren Federabstützpunkt des Schwingrahmens 2 und einem zweiten hinteren Beschleunigungssensor llb am hinteren Federabstütz- punkt des Schwingrahmens 2 wird die zweidimensionale Bewegung des Schwingrahmens 2 erfasst. Das Signal des ersten Beschleu- nigungssensors wird als Regelgröße auf den ersten Regler R1 gegeben. Das Signal des zweiten Beschleunigungssensors wird als Regelgröße auf den zweiten Regler R2 gegeben. Beide Reg- ler erhalten als Führungsgröße den Beschleunigungswert Null vorgegeben. Aus Regelgröße und Führungsgröße wird in jedem Regler modellbasiert eine gegenwirkende, virtuelle Stellkraft ermittelt und an das nachgeordnete Entkopplungsnetzwerk E ge- geben. In dem Entkopplungsnetzwerk werden die Bewegungsglei- chungen für die Sitzmechanik rechnerisch entkoppelt und in kopplungsfreie, Sollstellkräfte umgerechnet. Diese- Sollstellkräfte werden auf den jeweils folgenden Summati- onspunkt des jeweils folgenden Stellglieds S1 und S2 übermit- telt. Mit zwei zusätzlichen Beschleunigungssensoren 12a, 12b an der Konsole des Fahrzeugchassis werden die von der Konsole in die Sitzmechanik eingeleiteten Kräfte ermittelt. Hierzu ist ein vorderer zusätzlicher Beschleunigungssensor am vorde- ren Federabstützpunkt der Konsole und ein zweiter zusätzli- cher Beschleunigungssensor am hinteren Federabstützpunkt der Konsole angeordnet. Das Signal des ersten zusätzlichen Be- schleunigungssensoren 12 wird auf den Eingang der ersten Störgrößenaufschaltung FFC1 gegeben. Das Signal des zweiten zusätzlichen Beschleunigungssensoren 12 wird auf den Eingang der zweiten Störgrößenaufschaltung FFC2 gegeben. In den bei- den Modulen FFC1, FFC2 der Störgrößenaufschaltung werden mit- tels einer Feed Forward Compensation modellbasiert virtuelle, kompensatorische Kräfte berechnet und ebenfalls auf die Sum- mationspunkte der nachgeordneten Stellglieder gegeben. Die kompensatorischen, virtuellen Kräfte wirken kompensatorisch zu den von der Konsole als dynamische Störkräfte in die Sitz- mechanik eingeleiteten Kräften. In den Stellgliedern wird aus den aufsummierten, virtuellen Stellkräften der zugehörige Be- triebsstrom für den dem jeweiligen Stellglied zugeordneten Aktor ermittelt und letztlich der jeweilige Aktor mit diesem Strom betrieben.

Fig. 10 veranschaulicht eine Gruppe von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die mit jedem der 8 verschiedenen Regelungs- konzepten der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis 8 betrieben werden kann. Diese acht verschiedenen Regelkonzepte werden aber mit einer abgeänderten Sitzmechanik kombiniert, nämlich mit einer Sitzmechanik bei der die Akto- ren stehend angeordnet sind. Dies erfordert natürlich in der Höhe mehr Bauraum, so daß diese Sitzmechanik für die Anwen- dung in Personenfahrzeugen weniger geeignet ist. In Nutzfahr- zeugen bietet jedoch die stehende Anordnung der Aktoren den Vorteil, daß gegenüber der Sitzmechanik entsprechend der Fig.

1 ein größerer aktiver Federweg in vertikaler Richtung ermög- licht wird.

In der für Nutzfahrzeuge geeigneten Ausführungsform der Er- findung ist der Sitz auf einem Schwingrahmen 2 angeordnet.

Der Schwingrahmen ist mit mindestens zwei Federbeinaktoren an die Konsole des Fahrzeugchassis angelenkt. Die Federbeinakto- ren bestehen dabei jeweils aus dem eigentlichen Aktor 4a, 4b und dem Federbein 3a, 3b. Eine Scherengelenkmechanik 13 sorgt für die Seitenstabilität der Sitzmechanik. Jeweils am vorde- ren und hinteren Federabstützpunkt auf dem Schwingrahmen und an der Konsole sind Beschleunigungssensoren 11,12 angeord- net, die in ihrer Funktion und Wirkung identisch mit den ent- sprechenden, zuvor beschriebenen Beschleunigungssensoren der Ausführungsbeispiele 1 bis 8 sind. Eine allgemein als Re- gel/Steuereinheit CU dargestellte Elektronik übernimmt die Sensordatenverarbeitung und die Regelung bzw. die Steuerung der Aktoren der Sitzmechanik. Es können alle acht verschiede- nen Varianten der Regelung und Steuerung, wie sie aus den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 8 beschrieben sind, ein- gesetzt werden. Die einzelnen Regler, Stellglieder, Störgrö- ßenaufschaltungen und Entkopplungsnetzwerke werden wie übri- gens auch in den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 8 in einer einstückigen Leistungs-und Steuerungselektronik CU zu- sammengefasst.

Nicht eigens skizziert ist die Erweiterung der Sitzmechanik und der Steuerungselektronik auf ein Sitzsystem mit mehr als zwei Freiheitsgraden. Zwar haben Versuche ergeben, daß die beiden Bewegungsfreiheitsgrade Vertikalverstellung und Nick- bewegung des Sitzes die für den Fahrer subjektiv bedeutsams- ten Bewegungen sind, jedoch kann die hier vorstellte Sitzme- chanik z. B. mittels einer Kreuztischanordnung, auf der die ganze Sitzmechanik angeordnet ist, um zusätzliche Bewegungs- freiheitsgrade erweitert werden. So daß auch drei und mehr zu regelnde oder zu steuernde Bewegungsfreiheitsgrade für einen aktiv gefederten Fahrzeugsitz möglich sind. Das Steuerungs- oder Regelungskonzept wird dann analog den hier vorgestellten 8 verschiedenen Konzepten jeweils um die zusätzlichen Bewe- gungsfreiheitsgrade erweitert.