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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einem Griffkraftsensor, mit einer entlang des Umfangs des Lenkradkranzes angeordneten Lichtleitfaser als Bestandteil eines faseroptischen Sensors, und mit einer optoelektronischen Einrichtung, die eine durch eine Krafteinwirkung bewirkte Verformung der Lichtleitfaser erfasst.
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Ein Lenkrad mit einem derartigen Sensor kann zur Steuerung von Bedienfunktionen in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sein. In der Druckschrift
DE 10 2005 025 993 A1 sind eine Vielzahl von Funktionen genannt, die mittels eines Lenkrads mit einem drucksensitiven Sensor gesteuert werden können.
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Eine weitere mögliche Anwendung eines Lenkrads mit einem Griffkraftsensor 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.
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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.
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Beispielsweise kann die Signalisierung von Telefonanrufen in kritischen Situationen eingeschränkt oder ganz deaktiviert werden.
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Aus der bereits genannten deutschen Patentschrift
DE 196 31 502 C1 ist ein Lenkrad mit einem optoelektronischen Sensor bekannt. Zur Anordnung einer Lichtleitfaser am Lenkrad wird ein spulenförmiges Umwickeln des Lenkradkranzes oder von Lenkradspeichen vorgeschlagen. Eine derartige Anbringung einer Lichtleitfaser ist allerdings produktionstechnisch sehr aufwendig. Auch sind bei einer solchen Anordnung Maßnahmen zu treffen, um zu verhindern, dass sich die Lichtleiterwindungen am Lenkrad verschieben. Zu diesen Problemen finden sich in der
DE 196 31 502 C1 keine Angaben.
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Die Druckschrift
DE 20 2005 015 320 U1 zeigt einen Druckdetektor mit einem Lichtwellenleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Krafteinwirkung auf den Lichtwellenleiter zu detektieren.
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Die Druckschrift
DE 33 11 524 A1 offenbart einen faseroptischen Sensor mit einer Lichtleitfaser, der dazu ausgebildet ist, eine Krafteinwirkung auf die Lichtleitfaser zu detektieren.
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Aus der Druckschrift
EP 1 621 442 A2 ist eine Lenkeinrichtung für Fahrzeuge bekannt, mit einem Griffbereich, der eine elastisch veränderliche Geometrie aufweist und unter der Einwirkung der Hand oder der Hände des Fahrers verformbar ist, so dass ein im Griffbereich angeordneter pneumatischer Sensor aktiviert wird. Der Sensor besteht aus einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Schlauch aus elastischem Material, der vollständig in einen geschäumten Kunststoff eingebettet ist.
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Die Druckschrift
DE 103 11 895 A1 beschreibt ein Überwachungssystem für Kraftfahrzeuge zur Detektierung nachlassender Reaktionen und des Einschlafens des Kraftfahrers. In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Detektionsmittel eine sich über den Umfang des Lenkrads erstreckende Fluidkammer, und insbesondere einen Schlauch auf. Wird der Schlauch durch einen kurzen, kräftigen Handgriff zusammengedrückt, wird das Fluid innerhalb des Schlauches verdrängt. Dabei kommt es zu einer Fließbewegung und zu einem Druckanstieg. Beides kann sensiert werden.
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Die Druckschrift
US 2008 / 0 143 504 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Vermeidung von Unfällen bei Übermüdung des Fahrers eines Fahrzeugs. Die Vorrichtung umfasst eine Reihe von Sensoren, die am Lenkrad des Fahrzeugs angeordnet sind, um den Griff des Fahrers am Lenkrad und den Puls des Fahrers zu erfassen. Die Sensoren sind mit einem Steuergerät verbunden, das mit einer Programmierung und/oder Schaltung ausgestattet ist, um ein akustisches Signal zu aktivieren, wenn das Lenkrad mit beiden Händen losgelassen wird und/oder der Puls des Fahrers unter die Bewusstseinsschwelle fällt.
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Es stellte sich die Aufgabe, ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einem sehr effizienten Griffkraftsensor zu schaffen, der aus produktionstechnischer Sicht einfach realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in den Lenkradkranz mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Profilrille geformt ist, in der die Lichtleitfaser geführt ist, dass in der Profilrille ein Profilkörper angeordnet ist, der ein Rippenprofil aufweist, das bei einer Krafteinwirkung auf den Lenkradkranz auf die Lichtleitfaser einwirkt, dass der Profilkörper die Profilrille bündig abschließt oder die Profilrille überragt, und dass der Lenkradkranz einen Kern aus einem inkompressiblen Material aufweist, der von einem Grundkörper aus einem kompressiblen Material umgeben ist, wobei, im Querschnitt gesehen, in die radial außenliegenden Bereiche des Grundkörpers mindestens die, sich entlang des Umfangs oder eines Umfangabschnitts erstreckende Profilrille geformt ist, die die Lichtleitfaser und den Profilkörper aufnimmt.
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Es ist also vorgesehen, eine Lichtleitfaser, in im Wesentlichen tangentialer Richtung, unterhalb einer Umhüllung in den Lenkradkranz einzubetten. Um die auf die Oberfläche des Lenkradkranzes aufgebrachte Kraft in eine hinreichende Verformung der Lichtleitfaser umzusetzen, ist oberhalb der Lichtleitfaser ein Profilkörper mit einer Verrippung angeordnet.
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Vorgesehen ist zudem, dass der Lenkradkranz einen inkompressiblen, vorzugsweise aus Metall bestehenden Kern aufweist, der von einem Grundkörper aus einem kompressiblen Material, vorzugsweise einem Schaumstoff, umgeben ist. Der Grundkörper ist mit speziellen Rillen profiliert, wobei der Profilrillengrund dafür ausgebildet ist, die exakte Position der Lichtleitfaser auf dem Lenkradkranz festzulegen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Profilkörper weitestgehend bündig mit der Oberfläche des Grundkörpers abschließt, so dass eine annähernd geschlossene Oberfläche des Lenkradkranzes entsteht, die mit einem hochwertigen Überzug versehen werden kann.
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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. Es zeigen
- 1 einen Querschnitt durch einen Lenkradkranz,
- 2 den Prinzipaufbau eines Lenkrads mit einem optoelektronischen Griffkraftsensor,
- 3 einen vergrößerten Teildarstellung des Querschnitts durch den Lenkradkranz,
- 4 eine Seitenansicht der 3.
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Die 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Lenkrads (1) mit einem Griffkraftsensor. Das Lenkrad (1) besteht aus einem Lenkradkranz (2) und aus drei Lenkradspeichen (11), die mit der Innenseite des Lenkradkranzes (2) verbunden sind und die zur Mitte des Lenkrads (1) zusammenlaufen.
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Das Lenkrad (1) ist hinsichtlich seiner optoelektronischen Sensorik funktionell in zwei Sektoren aufgeteilt, die in der Darstellung der 2, der rechten und der linken Lenkradhälfte entsprechen.
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In jedem Lenkradsektor ist eine Lichtleitfaser (3a, 3b) entlang des Umfangs in mehreren Windungen hin- und zurückgeführt. Die beiden freien Enden jeder Lichtleitfaser (3a, 3b) sind zu einer, in der Mitte des Lenkrads (1) schematisch dargestellten optoelektronische Einrichtung (8) geführt. Die optoelektronische Einrichtung (8) weist eine Ansteuerschaltung (8c) zur Ansteuerung optischer Sende- und Empfangselemente (8a, 8b) auf, welche optische Signale in die Lichtleitfasern (3a, 3b) ein- bzw. auskoppeln. Durch Vergleich der ein- und der ausgekoppelten optischen Signale miteinander, bestimmt eine Auswerteschaltung (8d) die beim Durchlaufen der Lichtleitfasern (3a, 3b) aufgetretenen Signaldämpfungen, woraus wiederum der Betrag einer jeweils auf eine der Lichtleitfasern (3a, 3b) einwirkenden Kraft ermittelt werden kann. Als Ergebnis bestimmt die Auswerteschaltung (8d) für jeden Sektor ein eigenes, die Krafteinwirkung repräsentierendes Ausgangssignal (8e, 8f).
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Die Anzahl der voneinander unabhängig auswertbaren Sektoren ist selbstverständlich gemäß den jeweiligen Anforderungen frei wählbar und hier nur rein beispielhaft mit zwei Sektoren angegeben. Auch können selbstverständlich mehrere einzelne Lichtleitfasern parallel zueinander angeordnet sein, die zu unabhängig voneinander auswertbaren Sende- und Empfangskanälen gehören.
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Außerdem muss die optoelektronische Einrichtung (8) natürlich auch nicht in der Mitte des Lenkrades (1) angeordnet sein. Stattdessen kann die Ansteuer- und Auswerteschaltung (8c, 8d) an jeder geeignet gewählten Stelle in das Lenkrad (1) integriert sein.
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Die 1 zeigt einen Querschnitt durch den Lenkradkranz (2), der eine vorteilhafte Anordnung der Lichtleiterfasern (3) am Lenkradkranz (2) verdeutlicht. Der Lenkradkranz (2) besteht im Inneren aus einem ringförmigen massiven Kern (5), der unter der Wirkung der hier in Rede stehenden Kräfte als praktisch inkompressibel angesehen werden kann. Dieser Kern (5) besteht vorteilhafterweise aus Holz oder einem Metall.
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Um den Kern (5) herum, ist ein Grundkörper (6) aus einem kompressiblen Material angeordnet, der aus einem mehr oder weniger harten Schaumstoffmaterial besteht. Dieser Grundkörper (6) erweist sich somit in gewissen Grenzen als nachgiebig, was beim Umfassen des Lenkrads für eine angenehme Haptik sorgt.
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Der Grundkörper (6) ist mit einer Ummantelung (7), beispielsweise aus Leder oder einem hochwertigen Kunststoffmaterial versehen, welche die äußerste Schicht des Lenkradkranzes (2) bildet.
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In den Grundkörper (6) sind radial außenliegend mehrere, hier speziell acht, Profilrillen (4) eingebracht, die sich in Umfangsrichtung entlang des gesamten Umfangs oder zumindest entlang eines Teilumfangs des Lenkradkranzes (2) erstrecken. Die Profilrillen (4) bilden Kanäle für die Lichtleitfasern (3) aus, in denen jeweils wenigstens eine Lichtleitfaser (3), oder bei mehrfach gewundenen Lichtleitfasern (3a, 3b), wie sie in der 2 angedeutet sind, wenigstens ein Teilstück einer Lichtleitfaser (3a, 3b), geführt ist.
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Details der Anordnung einer Lichtleitfaser (3) innerhalb einer Profilrille (4) zeigt die 3 in einer vergrößerten Darstellung. Erkennbar ist, dass die Lichtleitfaser (3) in einer halbrunden Rinne (4a) liegt, die in die Unterseite der Profilrille (4) eingeformt ist, wodurch die Lichtleitfaser (3) genau in der Mitte der Profilrille (4) justiert ist. Die genaue Positionierung der Lichtleitfaser (3) in der Rinne (4a) erreicht man bei der Montage auf einfache Weise, indem man die ungefähr mittig in die Profilrille (4) eingesetzte Lichtleitfaser (3) in ihrer Längsrichtung mit einer Zugspannung beaufschlagt, wodurch die Lichtleitfaser (3) selbsttätig in die Rinne (4a) rutscht. Ist dies geschehen, so wird ein Profilkörper (9) in die Profilrille (4) eingesetzt, der in seiner Längsrichtung ein Rippenprofil (10) aufweist, welches auf der Lichtleitfaser (3) aufliegt und dadurch die Lichtleitfaser (3) in der Rinne (4a) fixiert.
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Eine relativ dünnwandige Umhüllung (12) umgibt die Außenseite des Grundkörpers (6), wobei die Umhüllung (12) gleichzeitig den Profilkörper (9) innerhalb der Profilrillen (4) befestigt. Die Oberseite des Profilkörpers (9) liegt dadurch auf gleicher Höhe mit der Außenseite des Grundkörpers (6). Um die Umhüllung (12) herum ist die wesentlich dickwandigere Ummantelung (7) herumgelegt, welche die Außenflächen des Lenkradkranzes (2) bildet.
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Ein Längsschnitt durch den Lenkradkranz zeigt die 4. Deutlich erkennbar ist hier das Rippenprofil (10) des Profilkörpers (9), der etwa die Form eines gestreckten Zahnriemens aufweist. Tatsächlich kann ein Zahnriemen bei geeigneter Größe und ausreichender mechanischer Festigkeit durchaus zur Ausbildung des Profilkörpers (9) vorgesehen sein.
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Das Rippenprofil (10) dient zur Übertragung einer auf die Ummantelung (7) einwirkenden Kraft, über die Umhüllung (12) und die Oberseite des Profilkörpers (9) auf die Lichtleitfaser (3) in der Profilrille (4). Bei einer Druckeinwirkung auf die Ummantelung (7), drückt der Profilkörper (9) die Lichtleitfaser in den kompressiblen Grundkörper (6), wobei die Rippen die Lichtleitfaser (3) an mehreren Stellen verformen. Hierdurch werden die optischen Eigenschaften der Lichtleitfaser (3) in diesem Abschnitt verändert.
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Dieses wiederum beeinflusst die Eigenschaften (Intensität, Polarisation) der durch den Lichtleiter hindurchgeführten optischen Strahlung. Dem entsprechend erzeugt die Auswerteschaltung (8d) ein Ausgangssignal, welches von der Intensität und ggf. auch vom Ort der Druckeinwirkung auf den Lenkradkranz (2) abhängt.
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Alternativ zu einem Profilkörper (9) mit einem periodischen Rippenprofil (10), wie hier dargestellt, kann auch ein Profilkörper mit einem nichtperiodischen Rippenprofil vorgesehen werden, der ein vom Betätigungsort abhängiges Ausgangssignal bewirkt. Hierdurch wird es, speziell bei Erfassung und Vergleich mehrerer Signale möglich, eine wesentlich genauere Ortsauflösung hinsichtlich der Betätigungsstelle zu erreichen, was für besondere Anwendungen von Interesse sein kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lenkrad
- 2
- Lenkradkranz
- 3, 3a, 3b
- Lichtleitfaser(n)
- 4
- Profilrille(n)
- 4a
- Rinne
- 5
- Kern
- 6
- Grundkörper
- 7
- Ummantelung
- 8
- optoelektronische Einrichtung
- 8a
- Sendeelemente
- 8b
- Empfangselemente
- 8c
- Ansteuerschaltung
- 8d
- Auswerteschaltung
- 8e, 8f
- Ausgangssignale
- 9
- Profilkörper
- 10
- Rippenprofil
- 11
- Lenkradspeichen
- 12
- Umhüllung
