DE102007024141B4

DE102007024141B4 - Sensorsystem für ein Bauteil eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102007024141B4
Application number: DE200710024141
Authority: DE
Inventors: Marcus T. Kandler
Original assignee: Takata AG
Current assignee: Joyson Safety Systems Germany GmbH
Priority date: 2007-05-23
Filing date: 2007-05-23
Publication date: 2014-11-13
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: DE102007024141A1

Abstract

Sensorsystem für ein Bauteil in einem Fahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei im und/oder an dem Bauteil (10) mindestens ein Sensormittel (20) zur Erfassung der Wirkung einer Druckkraft (F) und/oder einer Torsionskraft (T) auf das Bauteil (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (20) die zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes (40) ermittelt und mindestens ein Signal (30) in Abhängigkeit von der Wirkung der Druckkraft (F) und/oder der Torsion (T) generiert, wobei das Bauteil ein Sitz, ein Lenkradkranz, ein Lenker eines Zweirades, ein Joystick, eine Stoßstange, eine Zierleiste oder ein Kindersitz ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem für ein Bauteil in einem Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Lenkrad nach Anspruch 16.
In der Fahrzeugtechnik besteht die ständige Notwendigkeit, immer komplexere Funktionen in einem Fahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeugs zu bedienen. Dazu ist eine Vielzahl von Bedienelementen entwickelt worden, die im Inneren des Autos, insbesondere am Armaturenbrett, angeordnet sind. Diese Bedienelemente sind zum Teil auch mit visuellen Elementen, wie z. B. Bildschirmen, gekoppelt, was für einen Fahrzeuglenker die Bedienung erschwert. Gleichzeitig wird durch moderne Parkassistenten das Lenkrad selbst automatisch bedient, so dass für den Fahrzeuglenker eine Eingriffslösung bestehen muss, um die automatische Bedienung des Lenkrades notfalls zu unterbrechen.
In den Dokumenten EP 0532 840 A2 , DE 100 11 129 A1 , DE 203 09 603 U1 , DE 101 48 535 A1 , WO 2007/003921 A1 und DE 102 207 A1 sind Lenkräder beschrieben, bei denen im oder am Lenkradkranz Sensormittel angeordnet sind, mit denen die Wirkung einer Druckkraft auf den Lenkradkranz erfasst werden kann.
In der DE 20 2006 009 188 U1 wird ein Einklemmsensor zum Erkennen eines Hindernisses im Weg eines Stellelementes eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Der Einklemmsensor weist einen Sensorkörper auf, der eine Messelektrode zur Erzeugung eines äußeren elektrischen Feldes gegenüber einer Gegenelektrode und einen von der Messelektrode entkoppelten Drucksensor zur Detektion eines mechanischen Druckes umfasst.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der schnell und effizient bestimmte Funktionen eines Kraftfahrzeugs gesteuert werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im und/oder an einem Bauteil in einem Fahrzeug in Farm eines Sitzes, eines Lenkradkranzes, eines Lenkers eines Zweirades, eines Joysticks, einer Stoßstange, einer Zierleiste oder eines Kindersitzes mindestens ein Sensormittel zur Erfassung der Wirkung einer Druckkraft und/oder einer Torsionskraft auf das Bauteil angeordnet ist, wobei das mindestens eine Sensormittel die zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes ermittelt und mindestens ein Signal in Abhängigkeit von der Wirkung der Druckkraft und/oder der Torsion generiert.
Eine einfache Ausführungsform ist möglich, wenn das mindestens eine Sensormittel die Änderung des Radius des Lenkradkranzes erfasst. Der Radius ist einer Messung gut zugänglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das mindestens eine Sensormittel ein Spannungsmessmittel zur Ermittlung der Zug- und/oder Torsionsspannung am und/oder im Lenkradkranz aufweist. Damit lassen sich mechanische Spannungen erfassen, die unmittelbar mit Volumenänderungen und Radiusänderungen in Verbindung stehen.
Mit Vorteil erfasst das mindestens eine Sensormittel mindestens eine Eindellung und/oder die Verdrehung des Lenkradkranzes unter einer Krafteinwirkung und/oder Torsionswirkung.
Vorteilhafterweise ist eine kapazitive Änderung zwischen einem leitfähigen Skelett und einer Heizschicht eines Lenkradkranzes ermittelbar. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die kapazitive Änderung durch die Änderung des Abstandes zwischen Skelett und Heizgewebe eines Lenkradkranzes ermittelbar ist. Mit Skelett und Heizschicht stehen zwei Leiter zur Verfügung, die zur Erfassung kapazitiver Änderungen besonders gut geeignet sind. Auch ist es möglich, dass das mindestens eine Sensormittel eine kapazitive Änderung zwischen Drähten des Heizgewebes ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein induktives Sensormittel verwendet werden.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist mindestens ein Sensormittel mit einer kapazitiven Sensoreinheit auf und/oder weist ein Sensormittel, das mit einer kapazitiven Sensoreinheit gekoppelt ist, auf.
Vorteilhafterweise weist das mindestens eine Sensormittel mindestens einen Dehnungsmessstreifen zur Ermittlung des Druck- und/oder Torsionsspannungszustandes im Lenkradkranz auf und/oder das Sensormittel ist mit einem Dehnungsmessstreifen gekoppelt.
Zur Ansteuerung von Funktionen in einem Transportmittel ist es vorteilhaft, wenn dazu das von dem mindestens einen Sensormittel in Abhängigkeit von der Wirkung der Druckkraft und/oder der Torsion generierte mindestens eine Signal dient. Dabei kann das Signal vorteilhafterweise davon abhängen, in welchem räumlichen Bereich die Druckkraft und/oder die Torsion einwirken.
Eine vorteilhafte Anwendung des erfindungsgemäßen Sensorsystems liegt daran, wenn das durch das mindestens eine Sensormittel generierte mindestens eine Signal automatische Bewegungen eines Lenkrades mit einem Parkassistenten steuert, insbesondere die Bewegungen des Lenkrades in Abhängigkeit vom Signal stoppt. Damit kann eine Verletzung eines Bedieners verhindert werden. Vorteilhafterweise kann alternativ oder zusätzlich das mindestens eine vom Sensormittel generierte Signal mindestens eine Funktion des Fahrzeugs steuern. Als Funktionen können beispielsweise die Schaltung des Getriebes, die Bedienung eines Fahrtrichtungsanzeigers, die Bedienung einer Audioanlage, eine Einschlafdetektion, die Bedienung eines Navigationssystems und/oder die Bedienung einer Telekommunikationsanlage dienen.
Für eine besondere Flexibilität ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Sensormittel ein Vergleichsmittel aufweist, mit dem eine aufgebrachte Druckkraft und/oder Torsionskraft der Größe und/oder Richtung nach mit gespeicherten Daten verglichen werden, um insbesondere Benutzer generierte Signale von Crashsignalen zu unterscheiden. Damit kann der Bediener Funktionen des Fahrzeugs steuern, ohne die Hände vom Lenkrad zu nehmen.
Die Aufgabe wird auch durch ein Lenkrad mit einem erfindungsgemäßen Sensorsystem gelöst.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht durch einen Lenkradkranz mit einer ersten Ausführungsform des Sensorsystems;
2 eine schematische Schnittansicht in der Ebene A-A in 1 mit einer kapazitiven Erfassung der Wirkung einer Druckkraft;
3 eine schematische Schnittansicht in der Ebene A-A in 1 mit einem Dehnungsmessstreifen zur Erfassung der Wirkung einer Druckkraft;
4 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Lenkradkranzes mit zwei Druckbereichen;
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zur Ermittlung einer Torsionsspannung mittels einer Kapazitätsmessung;
6A, B eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zur Ermittlung einer Torsionsspannung mittels einer Messung der elektrischen Feldstärke;
7A, B eine schematische Darstellung einer Ausführungsform zur Ermittlung einer Torsionsspannung mittels der Messung kapazitiver Änderungen zwischen Drähten einer Heizschicht.
Auf einen Lenkradkranz 10 eines Fahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, wirken im Gebrauch u. a. Druckkräfte F und/oder Torsionskräfte T. die bei der Handhabung des Lenkradkranzes 10 durch einen Benutzer ausgeübt werden.
In 1 ist schematisch ein Schnitt durch einen Lenkradkranz 10 dargestellt. Der Lenkradkranz 10 weist im Inneren ein metallisches Skelett 1 auf, das mit Schichten aus PU-Schaum 2 und EPDM-Schaum 3 umgeben ist. Diese Schaumschichten 2, 3 sind von einer Heizschicht 4 für eine Lenkradheizung und einer Lederschicht 5 umgeben. Die Heizschicht 4 weist elektrisch leitfähige Materialien auf, die sich auf Grund des inneren Widerstands erwärmen, sobald eine Spannung angelegt wird. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass mindestens eine der Schaumschichten 2, 3 leitfähig ist, insbesondere als Verbundwerkstoff (z. B. mit Kohlefasern).
Grundsätzlich ist auch ein anderer Aufbau des Lenkradkranzes 10 möglich, so dass dieser lediglich beispielhaft zu verstehen ist.
In 1 ist eine Druckkraft F dargestellt, die senkrecht zur Oberfläche des Lenkradkranzes 10 wirkt. Die Wirkung der Kraft F führt, wie in 2 noch erläutert wird, zu einer Eindellung D des Lenkradkranzes 10. Eine solche Druckkraft F wird regelmäßig durch einen Bediener ausgeübt, der mit den Fingern einer Hand oder mit dem Handteller auf den Lenkradkranz 10 drückt, was auf Grund der elastischen Ausbildung des Lenkradkranzes 10 zu einer Verformung, insbesondere einer Eindellung D führt. Je größer die Druckkraft F ist, desto größer wird die Eindellung D sein. Je steifer das Material im Lenkradkranz 10 ist, desto geringer wird die Eindellung D sein.
Grundsätzlich könnte auf den Lenkradkranz 10 auch eine Zugkraft wirken, was in der Praxis selten vorkommen dürfte. Die im Folgenden dargestellten Ausführungen gelten sinngemäß aber auch auf Zugkräfte, wobei das Vorzeichen der Zugkraft umgekehrt zu dem der Druckkraft F wäre.
Zusätzlich oder alternativ kann neben der Druckkraft F noch eine weitere Belastung auf den Lenkradkranz 10 wirken, nämlich eine Torsionskraft T, die im Skelett 1 und/oder den Schichten 2, 3, 4, 5 des Lenkradkranzes 10 eine Torsionsspannung hervorruft. Die Torsionskraft T wirkt dabei in Umfangrichtung des Lenkradkranzes 10. Der Doppelpfeil an der Torsionsrichtung in 1 soll andeuten, dass die Torsionskraft T in unterschiedliche Richtung am Lenkradkranz 10 angreifen kann.
Bei den Ausführungsformen der Erfindung, die im Folgenden beispielhaft beschrieben werden, erfolgt eine Messung der Wirkungen der Druckkraft F und/oder der Torsionskraft T, mit einem Sensormittel 20, das mindestens ein Signal 30 in Abhängigkeit der ermittelten Druck- und/oder Torsionsspannungen generiert. Dieses Signal 30 wird dann zur Weiterverarbeitung im Fahrzeug verwendet. In 2 ist der Angriffspunkt des Sensormittels 20 nur schematisch dargestellt.
In 2 ist die Wirkung einer Druckkraft F dargestellt, die radial auf den Lenkradkranz 10 einwirkt. Dies führt zu der Eindellung D, d. h. zu einer lokalen Veränderung des Radius R des Lenkradkranzes 10, der an der Stelle nur noch die Länge R_D aufweist, R_D < R.
Eine in 2 nicht dargestellte Torsionskraft T würde zu einer Verdrillung insbesondere der äußeren Schichten des Lenkradkranzes 10 führen, was ebenfalls mit einer lokalen Verringerung des Radius R des Lenkradkranzes 10 einhergehen würde. Die Verringerung des Radius R wäre aber weniger punktuell; sie würde sich über einen weiteren Bereich des Lenkradkranzes 10 erstrecken. Hinzu kommt, dass die Richtung der Verdrillung von der Richtung der Torsionskraft T abhängt. Durch eine Verdrehung kann sich auch die Kapazität ändern, da der Abstand zwischen zwei leitenden Schichten verändert wird.
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die aus der Wirkung der Druckkraft F und/oder der Torsionskraft T das Signal 30 generieren, das dann zur Beeinflussung von Funktionen des Fahrzeugs verwendet wird.
Grundsätzlich ist der Lenkradkranz 10 als ein elastisches System aufzufassen, da es viele elastische Schichten 2, 3 enthält (siehe 1).
In einer ersten Ausführungsform wird eine kapazitive Anordnung verwendet, um aus der Wirkung der Druckkraft F und/oder der Torsionskraft T (d. h. einer Änderung des Radius R) ein Signal 30 zu generieren.
Eine kapazitive Vorrichtung benötigt zwei leitfähige Elemente (z. B. koaxiale Anordnung, Platten), zwischen denen ein Dielektrikum angeordnet ist. Wenn man den Lenkradkranz 10 idealisiert als eine koaxiale Anordnung ansieht, bei der das Skelett 1 und die Heizschicht 4 jeweils leitfähige Schichten ausbilden, so ist die Kapazität durch
gegeben. In der obigen Gleichung gibt l die Länge der koaxialen Anordnung an (etwa die Länge des Lenkradkranzes 10), R_i ist der Radius des Skeletts, R der Radius zur leitfähigen Schicht 4. Das Lenkradskelett 1 hat bei der Ausführungsform gemäß 1 keinen kreisförmigen Querschnitt, so dass diese Gleichung auch aus diesem Grund nur näherungsweise gilt. ε₀ ist die elektrische Feldkonstante, ε_r die materialabhängige Permittivitätszahl.
Es sei darauf hingewiesen, dass außer der Heizschicht 4, grundsätzlich auch eine andere leitfähige Schicht im Lenkradkranz 10 als Kondensatorfläche verwendet werden kann. Dies kann z. B. eine leitfähige Schaumstoffschicht oder eine leitfähige Kunststoffschicht im Lenkradkranz 10 sein.
Da die Torsionskraft T bei der Verdrillung ebenfalls eine Änderung des Radius R hervorruft, ist die Beziehung für die koaxiale Kapazität grundsätzlich auch zur Bestimmung der Änderung der Kapazität geeignet.
Wenn man davon ausgeht, dass R_i auch unter Druckbelastung konstant ist, kann ein Zusammenhang zwischen der Druckänderung auf den Lenkradkranz 10 und der Kapazität hergeleitet werden.
Die Druckänderung wirkt sich zunächst als Volumenänderung ΔV der koaxialen Anordnung aus. Das Volumen der koaxialen Anordnung ist V = π(R² – R² _i)l
Daraus folgt für eine Änderung ΔV abhängig von der Änderung des Radius R:
Setzt man diese in die Beziehung für die Änderung des Radius in die Beziehung für die Kapazität ein, erhält man einen Ausdruck für die Änderung der Kapazität in Abhängigkeit von der Änderung des Volumens ΔV:
Die Änderung des Volumens ΔV des Lenkradkranzes 10 ist über das Kompressionsmodul K = – ΔpV / ΔV mit der Druckänderung Δp (Druckänderung durch Änderung der Druckkraft F bezogen auf eine Fläche) verknüpft. Das Kompressionsmodul gibt die relative Volumenänderung unter allseitigem Druck (hier näherungsweise angenommen) an. Für linear elastische Materialien (hier näherungsweise angenommen) gilt: K = E / 3(1 – 2μ) mit E als Elastizitätsmodul und μ als der Querkontraktionszahl (Poisson-Zahl).
Mit dem Kompressionsmodul ergibt sich ein Zusammenhang zwischen der Druckänderung Δp und der Kapazität:
Bei einer punktuellen Betrachtung kann angenommen werden, dass das Elastizitätsmodul E proportional zu einer Federkraft Fe ist. Damit ergibt sich eine andere Beschreibung der Kapazitätsänderung
Die Änderung des Radius R in der Gleichung für die koaxiale Anordnung wird hier durch die Federgleichung ersetzt, bei der eine Wegänderung ΔR durch eine Federkraft Fe (hier eine Druckkraft) hervorgerufen wird. In Zusammenhang mit 5 wird eine Ausführungsform beschrieben, bei der die Kapazität durch eine relative Verschiebung zwischen Leitern (d. h. plattenähnlichen Gegenständen) ermittelt werden kann.
In jedem Fall lässt sich zeigen, dass mit einem geeigneten kapazitiven Messmittel die Wirkung einer Druckkraft F und/oder einer Torsionskraft T auf den Lenkradkranz 10 ermittelt werden kann.
In 3 wird ein Teil eines Lenkradkranzes 10 mit einem ersten Bereich 11 dargestellt, in dem eine erste Druckkraft F1 wirkt. In einem räumlich beabstandeten zweiten Bereich 12 wirkt eine zweite Druckkraft F2. Wie später noch erläutert wird, kann das Sensormittel 20 erfassen, welche Druckkraft F1, F2 in welchem Bereich 11, 12 mit welcher Stärke die Druckkräfte F1, F2 wirken. Anhand der Stärke (d. h. anhand der Verformung) der Druckkraft F1, F2 und/oder auf Grund des Angriffsortes (d. h. in welchem Bereich 11, 12 angreifend) kann das Sensormittel 20 bestimmte Funktionen des Kraftfahrzeugs (hier nicht dargestellt) steuern. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensormittel 20 die Wirkung der Torsion T (in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt) erfassen und ebenfalls ein Signal 30 dazu verwenden, um Funktionen des Kraftfahrzeugs steuern.
Eine weitere Ausführungsform verwendet an sich bekannte Dehnmessstreifen (DMS) zur Ermittlung der Wirkung der Druckkraft F und/oder der Torsionskraft T. DMS weisen ein Gitter auf, dessen Änderungen unter einer Verformung (z. B. Druck, Torsion) zur Änderung des elektrischen Widerstandes führen. Da der elektrische Widerstand temperaturabhängig ist, kann der Temperatureinfluss durch einen Blindstreifen kompensiert werden. Durch eine geeignete Anordnung von DMS können auch Torsionsspannungen sowohl der Größe nach als auch der Richtung nach erfasst werden. Die DMS können z. B. in die Heizschicht 4 integriert sein oder als gesonderte Schicht im Lenkradkranz angeordnet sein. Die letztere Ausführungsform ist in 4 dargestellt, bei der der DMS als mechanisches Spannungsmessmittel 22 in den Lenkradkranz 10 integriert ist.
Grundsätzlich ist es mit der Erfindung, von der zuvor einige Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, möglich, gezielt Druck- und/oder Torsionskräfte zur Steuerung von Funktionen im Kraftfahrzeug zu ermöglichen. Dabei werden die Kräfte von einem Benutzer gezielt auf den Lenkradkranz aufgebracht, indem bestimmte Bereiche des Lenkradkranzes 10 gedrückt und/oder tordiert werden. Vorteilhafterweise weist das Sensormittel 20 dazu ein Vergleichsmittel auf, mit dem die Größe der Kraftwirkung (gemessen in N) oder die Wirkung der Torsionskraft (gemessen in Nm) mit vorgegebenen Daten verglichen wird, um diese Benutzer generierten Wirkungen z. B. von Crashwirkungen zu unterscheiden. Zusätzlich oder alternativ kann auch die Richtung der Kraft- und/oder Torsionswirkungen erfasst und ausgewertet werden, um sicher zu gehen, dass ein von einem Benutzer generiertes Signal 30 vorliegt und keine Kraft, die z. B. aus einem Zusammenstoß herrührt. Sinnvollerweise wird ein solches Vergleichsmittel eine Untergrenze aufweisen, um geringfügige Wirkungen nicht zu berücksichtigen und/oder eine Obergrenze (z. B. Absolutwert oder der Betrag einer Änderung), um z. B. die Wirkungen von Zusammenstößen zu ignorieren. In einem relativ engen Fenster würden dann die Wirkungen der Kräfte als bewusstes Signalgeben eines Benutzers interpretiert.
Eine mögliche Anwendung liegt bei Parkassistenten, die für einen Benutzer automatisch einparken, d. h. das Lenkrad wird von einem Motor beim Einparken automatisch angetrieben, wobei Sensoren die Umgebung des Fahrzeugs, d. h. die Parklücke, abtasten und in Abhängigkeit davon das Lenkrad steuern.
Dabei besteht die Gefahr, dass ein Insasse des Fahrzeugs versehentlich in das relativ schnell gedrehte Lenkrad eingreift und sich verletzt. Durch die beschriebene Unter- und Obergrenze kann verhindert werden, dass bereits eine leichte (z. B. streifende Berührung) dazu führt, dass der Parkassistent abbricht. Andererseits wird ab einer gewissen Kraft der Motor gestoppt, um eine Verletzung zu verhindern.
Abgesehen von einem solchen Sicherheitsaspekt können aber auch andere Funktionen in einem Fahrzeug über den Lenkradkranz 10 bedient werden. So kann z. B. über den Druck oder die Torsion des Lenkradkranzes 10 die Schaltung eines Wagens bedient werden. Unterschiedliche Schaltstufen können z. B. durch Druck in bestimmten Regionen des Lenkradkranzes 10 betätigt werden. Die Drehrichtung der Torsion kann ebenfalls dazu verwendet werden, um bestimmte Funktionen auszuführen.
Weitere Funktionen, die über eine Druckkraft F und/oder eine Torsionskraft T steuerbar sind, sind z. B. die Bedienung eines Fahrtrichtungsanzeigers, die Bedienung einer Audioanlage, die Bedienung eines Navigationssystems und/oder die Bedienung einer Telekommunikationsanlage.
In 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung schematisch in Form einer schematischen Schnittansicht dargestellt. Die dargestellte Ausführungsform soll die Erfassung einer mechanischen Torsionsspannung bewirken. In 5 wird analog zu 1 ein Skelett 1 des Lenkradkranzes 10 dargestellt. Die Torsionsspannung τ wird durch die Änderung des relativen Abstandes zwischen dem Skelett 1 und einer Heizschicht 4 des Lenkradkranzes 10 ermittelt. Das Skelett 1 und die Heizschicht 4 bilden die beiden Platten eines Kondensators, wobei die Torsion zu einer Abstandsänderung und damit zu einer messbaren Kapazitätsänderung führt.
In 6A ist eine Ausführungsform dargestellt, bei die Torsionsspannung nicht über einen kapazitiven Effekt, sondern aus der Änderung der elektrischen Feldstärke ermittelt wird. Analog zu 5 bildet sich zwischen den Leitern (Skelett 1, Heizgewebe 4) ein elektrisches Feld 40 aus. Eine zeitliche Änderung des elektrischen Feldes 40 durch eine Torsion (siehe 6B) des Lenkradkranzes 10 kann z. B. durch eine Antennenvorrichtung erfasst und durch eine Auswerteelektronik verarbeitet werden. Zusammen bilden die Antennenvorrichtung und die Auswerteelektronik ein Sensormittel 20 für die elektrische Feldstärke. Aus der zeitlichen Veränderung des elektrischen Feldes 40 kann dann die Torsionsspannung ermittelt werden. Analog kann auch ein sich ausbildendes magnetisches Feld (B-Feld) zur Bestimmung der mechanischen Torsionsspannung verwendet werden.
In 7A, 7B ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei wiederum ein kapazitiver Effekt ausgenutzt wird. Diesmal wird die Torsionsspannung durch eine Abstandsänderung in Bezug auf das Skelett 1 des Lenkradkranzes ermittelt, sondern durch Abstandsänderungen im Heizgewebe 4 selbst. In 7A sind zwei Drähte 4A, 4B der Heizschicht schematisch dargestellt. Die Drähte 4A, 4B weisen den Abstand a₁ auf. Zwischen den Drähten 4A, 4B besteht eine Kapazität, die sich bei einer Änderung des Abstandes der Drähte 4A, 4B ändert. In 7B ist eine solche Situation dargestellt, bei der sich der Abstand von a₁ auf a₂ auf Grund einer Torsion (hier nicht dargestellt) verringert hat. Diese Änderung der Kapazität im Heizgeflecht 4 selbst kann zur Bestimmung der Torsionsspannung verwendet werden.
Die hier beispielhaft dargestellten Ausführungsformen können untereinander auch kombiniert werden. So können mehrere kapazitive Änderungen gleichzeitig erfasst werden, die dann gemeinsam ausgewertet werden, um eine Torsionsspannung, und damit letztlich auch eine Torsionskraft zu ermitteln.
Auch wurde die Erfindung im Zusammenhang mit einem kapazitiven Sensormittel beschrieben. Alternativ oder auch zusätzlich kann ein induktives Sensormittel verwendet werden.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele.
Bezugszeichenliste

1: Skelett eines Lenkradkranzes
2: PU Schaumschicht eines Lenkradkranzes
3: EPDM Schicht eines Lenkradkranzes
4: Heizschicht eines Lenkradkranzes
4A: erster Draht der Heizschicht
4B: zweiter Draht der Heizschicht
5: Lederschicht eines Lenkradkranzes
10: Lenkradkranz
11: erster Bereich eines Lenkradkranzes
12: zweiter Bereich eines Lenkradkranzes
20: Sensormittel
22: Spannungsmessmittel
23: kapazitives Sensormittel
30: Signal des Sensormittels
40: Elektrisches Feld
41: Messvorrichtung für elektrische Feldstärke
F: Druckkraft
F1: erste Druckkraft
F2: zweite Druckkraft
R: Radius des Lenkradkranzes
R_D: Radius des Lenkradkranzes an der Stelle einer Eindellung
T: Torsionskraft

Claims

Sensorsystem für ein Bauteil in einem Fahrzeug, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei im und/oder an dem Bauteil (10) mindestens ein Sensormittel (20) zur Erfassung der Wirkung einer Druckkraft (F) und/oder einer Torsionskraft (T) auf das Bauteil (10) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (20) die zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes (40) ermittelt und mindestens ein Signal (30) in Abhängigkeit von der Wirkung der Druckkraft (F) und/oder der Torsion (T) generiert, wobei das Bauteil ein Sitz, ein Lenkradkranz, ein Lenker eines Zweirades, ein Joystick, eine Stoßstange, eine Zierleiste oder ein Kindersitz ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) die Änderung des Radius (R) des Lenkradkranzes (10) erfasst.
Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) ein Spannungsmessmittel (22) zur Ermittlung der Zug- und/oder Torsionsspannung am und/oder im Lenkradkranz (10) aufweist.
Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) mindestens eine Eindellung und/oder die Verdrehung des Lenkradkranzes (10) unter einer Krafteinwirkung und/oder Torsionswirkung erfasst.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) eine kapazitive Sensoreinheit (23) aufweist und/oder mit einer kapazitiven Sensoreinheit (23) gekoppelt ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) eine induktive Sensoreinheit (23) aufweist und/oder mit einer induktiven Sensoreinheit (23) gekoppelt ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine kapazitive Änderung zwischen einem leitfähigen Skelett (1) und einer Heizschicht (4) eines Lenkradkranzes ermittelbar ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die kapazitive Änderung durch die Änderung des Abstandes zwischen Skelett (1) und Heizgewebe (4) eines Lenkradkranzes ermittelbar ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (20) eine kapazitive Änderung zwischen Drähten (4A, 4B) des Heizgewebes (4) ermittelt.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Sensormittel (20) mindestens einen Dehnungsmessstreifen (22) zur Ermittlung des Druck- und/oder Torsionsspannungszustandes im Lenkradkranz (10) aufweist oder mit einem Dehnungsmessstreifen (22) gekoppelt ist.
Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das durch mindestens eine Sensormittel (20) generierte mindestens eine Signal (30) in Abhängigkeit von der Lage mindestens eines räumlichen Bereiches (11, 12) des Lenkradkranzes (10) erzeugt wird.
Sensorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das mindestens eine Sensormittel (20) generierte mindestens eine Signal (30) die automatischen Bewegungen des Lenkrades durch einen Parkassistenten steuert, insbesondere die Bewegungen des Lenkrades in Abhängigkeit vom Signal (30) stoppt.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das mindestens eine Sensormittel (20) generierte mindestens eine Signal (30) mindestens eine Funktion des Fahrzeugs steuert.
Sensorsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion des Fahrzeugs die Schaltung des Getriebes, die Bedienung eines Fahrtrichtungsanzeigers, die Bedienung einer Audioanlage, Einschlafüberwachung, die Bedienung eines Navigationssystems und/oder die Bedienung einer Telekommunikationsanlage ist.
Sensorsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Merkmale, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensormittel (20) ein Vergleichsmittel aufweist, mit dem eine aufgebrachte Druckkraft (F) und/oder Torsionskraft (T) der Größe und/oder Richtung nach mit gespeicherten Daten verglichen werden, um insbesondere Benutzer generierte Signale (30) von Crashsignalen zu unterscheiden.
Lenkrad mit einem Sensorsystem nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 15.