DE102006023287A1

DE102006023287A1 - Greifkraftsensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs mit einem piezoelektrischen Drucksensor

Info

Publication number: DE102006023287A1
Application number: DE200610023287
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Quiring; Sascha Rosendahl
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Kostal Automobil Elektrik GmbH and Co KG
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2026-05-19
Also published as: DE102006023287B4

Abstract

Beschrieben wird ein Greifkraftsensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs mit einem piezoelektrischen Drucksensor, wobei das Lenkrad einen ebene Flächen ausbildenden Grundkörper und eine den Grundkörper umfassende Kranzhülle aufweist und wobei zwischen dem Grundkörper und der Kranzhülle mindestens eine Sensorfolie angeordnet ist, die mindestens einen piezoelektrischen Sensor trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Greifkraftsensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs mit einem piezoelektrischen Drucksensor.
Ein derartiger Sensor soll beispielsweise erkennen, wenn sich der Fahrer des Kraftfahrzeugs, etwa durch Ermüdung oder Streßbelastung in einem Zustand befindet, der sich hinsichtlich der Beherrschung seines Fahrzeugs kritisch auswirken kann.
Aus der DE 34 43 644 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Fahrerverfassung und der Sicherheit bei einem Straßenfahrzeug bekannt, bei der verschiedene körperliche Merkmale des Fahrers eines Kraftfahrzeugs überwacht werden. Unter anderem wird auch vorgeschlagen, Statuserfassungseinrichtungen am Lenkrad eines Straßenfahrzeugs anzubringen und die Zugriffskraft am Lenkrad oder an einer am Lenkrad anzuordnenden Hülle zu erfassen. Allerdings sind dieser Schrift kaum Hinweise hinsichtlich vorteilhafter konkreter Realisierungen solcher Einrichtungen zu entnehmen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 199 27 464 A1 ist ein Lenkrad mit Tastelementen bekannt, die als piezoelektrische Drucksensoren ausgebildet sind. Als Drucksensoren sind hierbei piezoelektrische Folien vorgesehen, die um die Lenkradspeichen und den Lenkradkranz herum angeordnet sind, wobei am Lenkradkranz relativ kleinflächige Folienelemente dargestellt sind, die jeweils radial in Richtung auf die Lenkradnabe ausgerichtet sind.
Die durch die Folienelemente ausgebildeten Drucksensoren sollen die Funktionen von Tastschaltern realisieren, wobei der jedem Folienelement zugeordnete Betätigungsbereich sich im wesentlichen auf den Bereich der Folienfläche beschränkt. Daher wird vorgeschlagen, auf der Lenkradbeschichtung den Bereich der Drucksensoren, etwa durch eine besondere Oberflächenstruktur, besonders zu kennzeichnen.
Die DE 199 27 464 A1 macht keine Angaben zur elektrischen Anbindung der Drucksensoren, die aufgrund der Vielzahl diskret angeordneter Sensoren einen nicht unerheblichen Aufwand erfordern dürfte. Weiterhin ist festzustellen, daß die piezoelektrischen Drucksensoren hier lediglich zur Darstellung eines binären Signals, nämlich einer einfachen Schalterfunktion vorgesehen sind. Die Drucksensoren sind auch kaum zur zuverlässigen Erkennung unwillkürlicher Reaktionen des Fahrers geeignet, da eine Betätigung der relativ kleinflächigen Sensoren die Absicht und die Aufmerksamkeit des Fahrers verlangt.
Es war die Aufgabe der Erfindung, einen Greifkraftsensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, der sich durch einen einfachen Aufbau und ein vielseitige Verwendbarkeit auszeichnet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Lenkrad einen ebene Flächen ausbildenden Grundkörper und eine den Grundkörper unfassende Kranzhülle aufweist und daß zwischen dem Grundkörper und der Kranzhülle mindestens eine Sensorfolie angeordnet ist, die mindestens einen piezoelektrischen Sensor trägt.
Hierdurch ist es auf einfache und kostengünstige Weise möglich, einen großflächig wirkenden piezoelektrischen Greifkraftsensor herzustellen. Die ebenen Flächen des Grundkörpers ermöglichen auf einfache Weise, im wesentlichen ebenfalls eben ausgebildete Sensorfolien entlang des Lenkradumfangs anzuordnen, ohne die Sensorfolien an eine komplizierte „dreidimensionale" Form anpassen zu müssen.
Die um die Sensorfolien herumgelegte Kranzhülle überträgt die auf das Lenkrad einwirkende Greifkraft über kleine Erhöhungen punktuell auf die Sensoren, so daß eine gezielte Betätigung eines kleinflächigen Betätigungsabschnitts nicht erforderlich ist und trotzdem mit wenigen Sensoren eine große Fläche abgedeckt werden kann. Hierdurch wird insbesondere die Erfassung unwillkürlicher Fahrerreaktionen auf vorteilhafte Weise möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung dargestellt und näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Greifkraftsensor anhand eines in einer Explosionszeichnung dargestellten Lenkradausschnitts.
Das mit einem Greifkraftsensor ausgerüstete Lenkrad (1) besteht aus einem Grundkörper (2) aus einem festen Material, wie beispielweise Holz oder Aluminium, dessen Querschnittsfläche ein, vorzugsweise regelmäßiges, Vieleck bildet. Im dargestellten Beispiel ist die Querschnittsfläche des Grundkörpers (2) ein Quadrat.
Auf den ebenen Außenflächen des Grundkörpers (2) sind jeweils Sensorfolien (4) aufgebracht, die mehrere, in der Figur nicht dargestellte, piezoelektrische Sensoren tragen. Vorzugsweise sind die Sensorfolien (4) auf den Grundkörper (2) aufgeklebt.
Die Sensorfolien (4) belegen jeweils vorzugsweise den gesamten Umfang des Grundkörpers (2). Auf die Sensorfolien (4) sind nicht darstellte Anschlußleitungen für die Sensoren aufgedruckt, welche die Sensorsignale an eine gemeinsame Anschlußstelle leiten. Damit kann die gesamte Sensorik an einer Stelle des Lenkrads (1) kontaktiert werden.
Der Grundkörper (2) mit den damit verbundenen Sensorfolien (4) ist von einer Kranzhülle (3) umgeben, die die auf das Lenkrad (1) einwirkende Greifkraft auf die piezoelektrischen Sensoren überträgt. Vorteilhaft hierbei ist, daß die Sensoren nicht direkt betätigt werden, sondern daß sich die punktuelle Kraft der Hand über die Kranzhülle (3) auf die Sensoren verteilt. Die Sensoren müssen daher nicht mehr auf der ganzen Flächen sensorisch aktiv sein, sondern es reichen mehrere einzelne Sensorpunkte aus, um die gesamte Lenkradoberfläche sensorisch zu erfassen. Durch quantitative Auswertung mehrere analoger Sensorsignale kann bedarfsweise sogar eine ortsauflösende Greifkrafterfassung am Lenkrad (1) vorgesehen werden.
Piezoelektrische Sensoren erzeugen originär Spannungssignale, die von der Änderung einer Krafteinwirkung abhängen. Erfaßt werden somit Änderungen einer einwirkenden Greifkraft, was für viele Anwendungen, wie beispielsweise zur Streßerkennung oder zur Auslösung von Schaltvorgängen ausreichend ist. Durch eine geeignete integrierende Auswertung der Sensorsignale kann bedarfsweise darüber hinaus auch eine Absolutwertbestimmung der Greifkraft vorgesehen werden.
Eine bevorzugte Anwendung eines Greifkraftsensors besteht darin, den physischen oder psychischen Zustand des Fahrers im Hinblick auf seine Fahrtüchtigkeit zu überwachen. Ausgenutzt wird dabei die Tatsache, daß ein streßbelasteter oder übermüdeter Fahrzeugführer besondere Reaktionsweisen zeigt, wie beispielsweise ein verstärktes Anklammern am Lenkrad. Daher ist es durch eine Überwachung der Zugriffskraft am Lenkrad möglich, einen derartigen Fahrerzustand zu erkennen. Die sich daraus ergebende Information kann insbesondere dazu verwendet werden, um Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs zu aktivieren oder besonders sensibel zu schalten. Des weiteren kann auch vorgesehen werden, Anzeigen im Fahrzeug auf das allernötigste zu reduzieren, um eine Streßsituation für den Fahrzeugführer nicht weiter zu verschärfen. Beispielsweise kann die Signalisierung von Telefonanrufen in kritischen Situationen eingeschränkt oder ganz deaktiviert werden.

1: Lenkrad
2: Grundkörper
3: Kranzhülle
4: Sensorfolien

Claims

Greifkraftsensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs mit einem piezoelektrischen Drucksensor, dadurch gekennzeichnet, daß das Lenkrad (1) einen ebene Flächen ausbildenden Grundkörper (2) und eine den Grundkörper (2) umfassende Kranzhülle (3) aufweist und daß zwischen dem Grundkörper (2) und der Kranzhülle (3) mindestens eine Sensorfolie (4) angeordnet ist, die mindestens einen piezoelektrischen Sensor trägt.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) einen n-eckigen Querschnitt (mit n ≥ 3) aufweist.
Greifkraftsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (2) einen viereckigen Querschnitt, vorzugsweise mit einer quadratischen Querschnittsfläche, aufweist.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfolien (4) eben ausgeführt sind und an ebenen Mantelflächenabschnitten des Grundkörpers (2) anliegen.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzhülle (3) mehrteilig ausgebildet ist.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Innenflächen der Kranzhülle (3) an die Form der Außenflächen des Grundkörpers (2) angepaßt sind.
Greifkraftsensor nach Anspruch 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ebenen Abschnitten der Innenflächen der Kranzhülle (3) und den Außenflächen des Grundkörpers (2) ebene Sensorfolien (4) angeordnet sind.
Greifkraftsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Grundkörper (2) vier rechtwinklig zueinander angeordneten Sensorfolien (4) angebracht sind.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sensorfolie (4) mindestens zwei sensierende Punkte oder Abschnitte aufweist.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzhülle (3) aus einem geschäumten Kunststoff besteht.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kranzhülle (3) aus einer Umspritzung des Grundkörpers (2) gebildet ist.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorfolien (4) als Laminatfolien ausgebildet sind.
Greifkraftsensor nach Anspruch 1 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale der Sensorfolien (4) ortsauflösend ausgewertet werden.