CN107076641A - 用于检测机动车内乘客的参数的NiTi传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测机动车的乘客的参数、尤其地与驾驶员的行为相关的参数以及驾驶员的生命参数的传感器装置，其中，传感器装置探测外部压力的作用，所施加的压力的确定以NiTi元件的变形为基础，其中，NiTi元件具有超弹性的效应的NiTi合金。描述了这种类型的传感器在方向盘中以及机动车的座椅中的应用。

Description

用于检测机动车内乘客的参数的NiTi传感器装置

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于检测机动车的乘客的参数的NiTi传感器装置，机动车的一种根据权利要求9的前序部分的设有传感器装置的方向盘，以及根据权利要求13的前序部分所述的设有NiTi传感器装置的机动车座椅。

背景技术

对于确定的应用，当今的驾驶员辅助系统以了解接下来被称为驾驶员参数的机动车的驾驶员的参数为前提，其描述驾驶员的当前行为或状态。由此，一些驾驶员辅助系统需要了解，驾驶员是否将手放在方向盘上，这被称为手握识别(Hand-On-Erkennung)。此外，不同的紧急情况辅助系统必须具有对驾驶员的驾驶员活动性或疲劳性的了解以实施其功能。例如通过在驾驶员由于心肌梗塞而不能驾驶的情况中使车辆转移到安全的状态中，其它紧急情况辅助系统对驾驶员当前的健康状态做出响应。为此，对驾驶员的健康状态的了解是必须的，例如基本的参数，以及例如在其呼吸活动性和心脏功能方面进行对驾驶员的监控。换句话说，必须检测驾驶员的生命参数。

为了手握识别，例如使用电容式传感器，其虽然是批量生产的，但是具有若干缺点。如此，传感器薄膜相对厚，由此其难以无褶皱地安装在方向盘处。此外，该传感器关于环境变化、例如温度变化、湿度或手套的携带非常敏感。虽然也可使用其它压力传感器用于手握识别，然而该传感器薄膜也相对厚并且对于在大容量车辆制造中的应用来说过于昂贵。

为了检测生命参数，同样在驾驶员座椅中使用电容式传感器，然而在此还导致带有电载荷、衣着材料和在驾驶员衣着与座椅表面之间的摩擦的问题。此外，这些电容式传感器对于在大容量车辆制造中的应用来说也过于昂贵。

从印刷文献DE 10 2011 076 074 A1中公开了一种触觉的方向盘以及一种驾驶员辅助系统，其中，方向盘具有带有多个触摸敏感的且优选地压力感应的传感器的方向盘轮圈。这些传感器可提供抓紧信息信号，其将关于驾驶员手在方向盘轮圈处的支承面、位置和/或保持力的信息例如提供给例如CAN总线。驾驶员辅助系统可将这些抓紧信息信号用于使安全功能、行驶功能和/或舒适功能与驾驶员在方向盘轮圈处当前存在的抓紧力相匹配。在此，压力感应的传感器可构造成面式传感器和/或如此集成到对于机动车典型的圆环管形的几何结构中，即，使得不能妨碍驾驶员习惯地抓紧方向盘轮圈。例如，压力感应的传感器可构造成带有压力感应的、电容的元件、压电元件等。借助于该传感器可以传感器元件的二维矩阵的形式覆盖方向盘轮圈的部分或整个表面。

如已经提及的那样，使用压力感应的电容的元件或压电元件具有在结构上的缺点且/或过于昂贵。

发明内容

因此本发明提出的目的是，实现用于监控驾驶员活动性和/或驾驶员生命参数的传感器，其克服上述缺点。

该目的通过带有权利要求1的特征的传感器，带有权利要求9的特征的方向盘以及带有权利要求编号13的特征的机动车座椅实现。本发明的优选的设计方案是从属权利要求的对象。

在根据本发明的用于检测机动车的乘客的参数、尤其地与驾驶员的行为相关的参数以及驾驶员的生命参数的传感器装置的情况中，其中，传感器装置探测外部压力的作用，传感器装置包括至少一个NiTi元件，其中，NiTi元件基于NiTi合金的超弹性的效应。在此，被施加的压力通过NiTi元件的变形确定。

也以名称镍钛诺已知的NiTi合金是所谓的形状记忆合金的最为广泛的代表，从在两个不同的马氏体晶相之间在固体中的可逆的相变换中导出其特别的性能，其中，相变换通过机械压力引起并且也可经由合金比例影响变换温度。在预定的温度范围中在镍钛诺上的压力施加引起镍钛诺的变形。压力施加的结束引起镍钛诺回到其原来的形状中。该效应被称为超弹性，并且由于被施加的压力的变形表现为NiTi合金的电参数的变化。

例如，可根据电阻的变化探测该变形，由此该效应可用于确定机动车的乘客的一系列行为和生命参数。

优选地，NiTi元件布置在两个传感器部件之间，其中，压力到传感器部件上的施加引起NiTi元件的变形，通过测量NiTi元件的改变的电参数确定该压力。以这种方式，可根据NiTi元件的NiTi合金探测出到两个传感器部件中的一个上的外部压力施加。

更为优选地，NiTi元件的电参数是欧姆电阻，从而简单的电阻测量可探测NiTi合金的相变换，这实现了简单的在机动车中的应用。

优选地，通过被动的和主动的传感器部件形成传感器部件。换句话说，被动的传感器部件例如固定地布置，而主动的传感器部件是可动的，并且将压力传递到NiTi合金上。

更为优选地，如此设计传感器部件，即，到至少一个传感器部件上的压力施加引起NiTi元件的变形。尤其地，可实现以块状部(Noppe)、突出部和/或凹口的形式的传感器的设计方案，由此可引起压力并且由此引起NiTi元件的变形。

更为优选地，NiTi元件通过至少一个NiTi线材形成，其转换温度选择成，使得超弹性的效应出现。通过使用NiTi线材作为传感器元件，由于外部影响引起的变形是NiTi线材张紧或应力变形，其通过超弹性的效应在施加的压力结束之后又回到其原来形状中。

尤其地，NiTi元件可由多个NiTi线材组成，其被带入传感器薄膜中或者被织物包围。

机动车的根据本发明的方向盘在驾驶员的抓紧区域中具有至少一个以上阐述的用于识别压力施加的传感器装置，由此可识别，驾驶员是否握住了方向盘。以这种方式，可简单地实现在一些现代的驾驶员辅助系统中所必要的手握识别。

更为优选地，方向盘具有多个至少布置在方向盘的外周缘侧处的传感器装置，其确定施加到方向盘上的压力。以这种方式，驶员在哪个位置处握住方向盘都是同样适用的，并且可与握住方向盘的部位无关地进行手握识别。

优选地，方向盘具有方向盘核心和方向盘护套，其中，在方向盘核心中布置多个凹口，其形成被动的传感器部件并且主动的传感器部件通过方向盘护套形成。以这种方式，在被动的与主动的传感器部件之间布置的NiTi元件可以简单的方式变形，并且如此可执行手握识别。

更为优选地，方向盘核心具有多个部件。以这种方式，可简单地将主动的和被动的传感器部件集成到方向盘中。

在另一优选的实施形式中，方向盘具有方向盘核心和方向盘护套，其中，在方向盘核心与方向盘护套之间布置至少一个NiTi线材，其分别通过外部地布置在方向盘核心上的和内部地布置在方向盘护套上的压力元件变形。

利用以上描述的NiTi元件在方向盘中的布置方案，不仅可利用这种类型的NiTi传感器装置执行手握识别，而且也可测量驾驶员的在不同的行驶情况中不同的抓紧力。测得的抓紧力实现将驾驶员动作解释成不同的行驶情况，从而可确定驾驶员感情、焦虑、紧张或突然睡着。

此外，手握传感器可安装在不同的方向盘部段中，由此实现，根据方向盘部段确定驾驶员的单手或双手在方向盘处的当前部位。如此可确定，驾驶员是利用双手、仅仅一只手还是关节转向。这些信息可用于一些驾驶员辅助系统，以便于事先识别出，驾驶员如何能在危险的情况中做出响应。

在带有座位件和座位靠背的根据本发明的机动车座椅中，在座位件和/或座位靠背中布置以上解释的传感器装置中的至少一个。由此例如可识别，座位是否被占据。此外，可行的是，借助于布置在座位中的传感器装置确定乘客的生命参数，例如心脏病学的数据、呼吸和/或心率。

更为优选的是，在机动车座椅的侧臂中布置用于检测乘客参数的传感器装置。

该布置方案允许识别驾驶员的身体部分，例如肩膀，背部，手臂和腿部的运动。此外，可确定身体姿态，由此可推出驾驶员主动性。如果未探测或识别出主动性，可推出驾驶员的不正常行为，例如驾驶员睡着或中风并且驾驶员辅助系统可引入合适的行动。

利用以上阐述的用于检测从外部施加到传感器装置上的压力的传感器装置，可以简单且廉价的方式借助于使用NiTi合金、尤其地NiTi线材确定该压力，并且如此测定的数据可被输送到合适的驾驶员辅助系统。

附图说明

下面根据附图阐述本发明的优选的实施形式。其中

图1显示了基于NiTi线材的压力传感器，

图2显示了多个压力传感器在机动车座椅中的布置方案，

图3显示了设有NiTi传感器的方向盘的第一实施形式，

图4显示了设有NiTi传感器的方向盘的第二实施形式，以及

图5显示了设有NiTi传感器的方向盘的第三实施形式。

具体实施方式

图1显示了基于用作NiTi元件的NiTi线材的压力传感器1的第一示例性的设计方案，压力传感器能够用于测量施加在其上的压力。压力传感器1包括具有基础板3的可动的元件2，基础板3在其下侧处配备有一行突出部4，其中，单个的突出部4彼此平行地在基础板3的宽度方向上延伸。

与可动的元件2的配合件形成固定的元件5，其表示压力轴承的类型。可动的元件5包括基础板6，其设有一行长形的、彼此平行地在基础板6的宽度方向上伸延凹口7。凹口7形成与压力传感器1的可动的部件2的基础板3的突出部4的配合件。在该示例中一行线材8,9横向地越过压力传感器1的固定的部件5的基础板6的凹口7张紧。在此，当突出部4由于外部压力10接合到凹口7中时，两个外部的线材8用于产生弹性的配合力。中间的线材9设计成测量线材并且用于测定施加到压力传感器1的固定的部分5上的压力10。

作为测量线材9使用NiTi线材，其中，概念NiTi也作为镍钛诺已知。镍钛诺是镍-钛-合金，其两个组成部分以几乎相同的份额存在。从在两个马氏体相之间在固体中的可逆的相变换中导出特别的性能。作为是合金比例的函数的转变温度的函数，区分出镍钛诺的超弹性的性能以及形状记忆金属的性能。在此，超弹性的材料表现地与弹簧钢相似。因此，其在压力作用下弯曲并且中压力消失时再次呈现其原始形状。在此，欧姆电阻与施加到超弹性的材料上的压力相关。换句话说，在原来的初始状态中的材料的、在此NiTi线材9的电阻与暴露在压力中的测量线材9的电阻不同。由此，利用在图1中示出的压力传感器1可测量施加到压力传感器1上的压力10。在此，产生弹性力的外部的线材8同样可设计成NiTi线材。

图2显示了带有布置在车辆座椅中的压力传感器12,13,14,15,16和17的车辆座椅11的示例，压力传感器12,13,14,15,16和17在其结构形式中相应于图1的压力传感器。由此，在图2的示例中，压力传感器12和13布置在驾驶员座椅11的座位件的侧臂中，压力传感器14和编号15布置在驾驶员座椅11的座位靠背中并且压力传感器16和编号17布置在驾驶员座椅11的座位靠背的侧臂中。借助于所显示的压力传感器12-17，例如实现驾驶员座椅11的占据监控。此外，压力传感器12-17可用于监控座椅占有者、例如驾驶员的生命参数。尤其地，利用布置在驾驶员座椅11的座位件中的压力传感器12和13例如也可确定驾驶员体重。

用于使用以NiTi线材为基础的压力传感器的另一示例是配备有这种类型的压力传感器的方向盘，从而可简单地进执行握识别。

如此，图3显示了可用于手握识别的方向盘20的第一示例。方向盘20具有方向盘核心21，其被方向盘护套22包围，其中，方向盘护套22通常实施成弹性的。方向盘核心21在其外周缘处具有以圆形部段的形式的凹口23，从而方向盘核心21和由此方向盘20具有多个部段24。凹口23实施成，使得凹口23的外边缘达到直至方向盘护套22，而在凹口23的中心，其向内指向。NiTi线材在方向盘核心21上张紧，NiTi线材在方向盘护套22之下围绕整个方向盘20张紧。如果将每个部段24视为单个压力传感器，则测量线材25在部段24的边缘处相互连接。然而，测量线材25也可实施成一件。NiTi线材25具有联接部26，为了测量线材电阻或线材的电性能，联接部26从方向盘20中被引导出来。如果没有压力施加到部段24上，换句话说，方向盘在该位置处没有被驾驶员的手握住，则得到该部段24的利用附图标记27示出的状态，在其中，线材25贴靠在方向盘护套22处。在情况28中，将线材25向内压到凹口23中，这意味着，在该位置处由驾驶员的手握住方向盘20。NiTi线材25的状态变化可由控制器(未示出)根据电参数的变化确定。

右侧地在方向盘20旁边示出的方向盘横截面用于说明线材引导。如此，上方的横截面显示了线材25在部段24的边缘处的状态，而下方的横截面显示了在凹口23的中心贴靠在方向盘护套22处的线材25。

在此，凹口23可利用弹性的材料填充，然而其必须实现在该部位处握住方向盘20的情况中将线材25引入部段24的凹口23中。

图4显示了与图3相似的基于NiTi线材的压力传感器的另一示例。与图3的方向盘20不同地，在显示了方向盘20的四分圆的图4中，通过使方向盘核心21如从在图4的右侧部分中示出的横截面视图中得悉的那样由三个部段30,31和32组成，来不同地设计同样设有凹口23的方向盘核心21。在此，左侧和右侧的部段30和32包夹中间的部段31，其设计成，使得得出凹口23。方向盘20设有柔性的覆层22，其从外部包围方向盘20。此外，在此也示出了NiTi线材25，其在凹口23上张紧，其中，情况27示出了没有外部压力作用的线材25，而情况28示出了在压力作用下的线材25，在其中，通过压力作用使线材变长，并且紧贴到凹口23处。例如，如果不同地设计凹口的宽度，则可确定，在哪个方向盘部段中发生了手握。

图5同样以俯视图(左侧部分)并且以横截面视图(右侧部分)示出了方向盘20的四分圆。方向盘20具有方向盘核心21以及包围方向盘核心21的方向盘护套22。在方向盘核心21的外侧处，以环绕方向盘20的方式布置压力传感器，其由被动的部件33以及主动的部件34组成，在被动的部件33和主动的部件34之间布置NiTi线材25。握住方向盘20引起主动的部件34向被动的部件33的方向移动，由此将压力施加到测量线材25上，该压力导致其变形并且由此导致其电参数变化。为了引起或增大测量线材25的变形，不仅被动的部件33而且主动的部件34可配备有合适的块状部35和36，其中，被动的部件33的块状部35向外延伸，而主动的部件34的块状部36向内延伸。尤其地，两个部件33,34的块状部35,36彼此错位，从而实现了测量线材25的最优变化。

附图标记清单

1压力传感器

2可动的部件

3基础板

4突出部

5固定的部件

6基础板

7凹口

8弹性的元件

9测量线材

10压力方向

11驾驶员座椅

12压力传感器

13压力传感器

14压力传感器

15压力传感器

16压力传感器

17压力传感器

20方向盘

21方向盘核心

22方向盘护套

23凹口

24部段

25 NiTi线材

26联接部控制器

27在压力施加之前的线材状态

28在压力施加之后的线材状态

30方向盘核心的部件

31方向盘核心的部件

32方向盘核心的部件

33被动的(固定的)部件

34主动的(可动的)部件

35块状部

36块状部。

Claims (14)

1.一种用于检测机动车的驾驶员的驾驶员参数、尤其地与驾驶员的行为相关的参数以及驾驶员的生命参数的传感器装置(1)，其中，所述传感器装置(1)探测外部压力的作用，其特征在于，所述传感器装置(1)具有至少一个NiTi元件(9,25)，其中，所述NiTi元件(9,25)基于NiTi合金的超弹性的效应，并且，被施加的所述压力通过所述NiTi元件的变形确定。

2.根据权利要求1所述的传感器装置，其特征在于，所述NiTi元件(9,25)布置在两个传感器部件(2,5;21,22;33,34)之间，其中，所述压力到所述传感器部件上的施加引起所述NiTi元件(9,25)的变形，通过测量所述NiTi元件(9,25)的改变的电参数确定所述压力。

3.根据权利要求2所述的传感器装置，其特征在于，所述NiTi元件(9,25)的电参数是欧姆电阻。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的传感器装置，其特征在于，通过被动的和主动的传感器部件形成所述传感器部件(2,5;21,22;33,34)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器部件(2,5;21,22;33,34)设计成，使得到至少一个传感器部件上的压力的施加引起所述NiTi元件(9,25)的变形。

6.根据权利要求5所述的传感器装置，其特征在于，所述传感器部件(2,5;21,22;33,34)的设计方案具有块状部、突出部和/或凹口的形式。

7.根据上述权利要求中任一项所述的传感器装置，其特征在于，所述NiTi元件(9,25)通过至少一个NiTi线材形成，其转换温度选择成，使得超弹性的效应出现。

8.一种机动车的方向盘(20)，其特征在于，所述方向盘(20)在所述驾驶员的抓紧区域中具有至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置(1)，由此可识别，所述驾驶员是否握住了所述方向盘(20)。

9.根据权利要求8所述的方向盘，其特征在于，所述方向盘(20)具有多个至少布置在所述方向盘的外周缘侧处的传感器装置(1)，其确定施加到所述方向盘(20)上的压力。

10.根据权利要求9所述的方向盘，其特征在于，所述方向盘具有方向盘核心(21)和方向盘护套(22)，其中，在所述方向盘核心(21)中布置多个凹口(23)，其形成所述被动的传感器部件并且所述主动的传感器部件通过方向盘护套(22)形成。

11.根据权利要求10所述的方向盘，其特征在于，所述方向盘核心(21)具有多个部件(30,31,32)。

12.根据权利要求9所述的方向盘，其特征在于，所述方向盘具有方向盘核心(21)和方向盘护套(22)，其中，在所述方向盘核心(21)和方向盘护套(22)之间布置至少一个NiTi线材(25)，其分别通过外部地布置在所述方向盘核心上的和内部地布置在所述方向盘护套上的压力元件(35,36)变形。

13.一种带有座位件和座位靠背的机动车座椅(11)，其特征在于，在所述座位件和/或所述座位靠背中布置至少一个根据权利要求1至7中任一项所述的传感器装置(12,13,14,15,16,17)。

14.根据权利要求编号13所述的机动车座椅，其特征在于，传感器装置(12,13,16,17)布置在所述机动车座椅的侧臂中。