DE102011006649B4

DE102011006649B4 - Lenkrad mit Handsensoren

Info

Publication number: DE102011006649B4
Application number: DE102011006649.7A
Authority: DE
Inventors: Jason Lisseman; Tom Mogg
Original assignee: TK Holdings Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2018-05-03
Anticipated expiration: 2031-04-02
Also published as: JP5759230B2; JP2011219084A; US20110245643A1; DE102011006649A1; US8725230B2

Abstract

Ein Lenkrad (20) für ein Fahrzeug umfassend:zwei in dem Lenkrad (20) befestigte Sensoranordnungen (40), wobei jede der Sensoranordnungen (40) ein Elektrodenpaar enthält, das gestaltet ist, um einen biologischen Parameter eines Fahrers des Fahrzeuges aufgrund des Kontaktes mit einer Hand des Fahrers zu messen, wobei die Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares voneinander elektrisch isoliert sind, so dass ein elektrischer Strom nicht direkt zwischen den beiden Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares fließen kann,gekennzeichnet durcheinen Temperatursensor (50) zur Messung einer Hauttemperatur des Fahrers, der an einem äußeren Umfang des Lenkrades zwischen den Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares angeordnet ist, wobei jede Hand des Fahrers jeweils ein Elektrodenpaar gleichzeitig ergreifen kann.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Fahrzeugsensoren. Spezifischer bezieht sich die Offenbarung auf einen Sensor für einen biologischen Parameter, der mit einem Fahrzeuglenkrad gekoppelt ist.
Konventionelle Lenkräder weisen nicht die Fähigkeit auf, Parameter zu messen, die einen Hinweis auf das Wohlbefinden des Fahrers geben können. Solche Parameter können z. B. die Herzfrequenz, die Hautkapazität, Hauttemperatur, Atemfrequenz oder weitere Parameter enthalten, die zur Bestimmung des Wohlbefindens oder der Kondition eines Fahrers verwendet werden.
Ein Lenkrad für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US 4 572 207 A bekannt.
In der DE 10 2006 025 852 A1 ist ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das einen mit einem Bordnetz gekoppelten Sensor zur Erfassung eines physiologischen Wertes des Fahrers über dessen Haut aufweist. Dabei ist der Sensor zur Erfassung einer Oberflächenleitfähigkeit und / oder einer Temperatur der Haut des Fahrers ausgebildet.
Es wäre wünschenswert, ein Verfahren und Mechanismus bereitzustellen, der das Wohlbefinden des Fahrers einschätzt und misst. Zusätzlich wäre es wünschenswert, solch einen Mechanismus in Form einer kostengünstigen Vorrichtung bereitzustellen, welche in das Fahrzeugdesign integriert werden kann.
Zusammenfassung
Gemäß Anspruch 1 umfasst ein Lenkrad für ein Fahrzeug zwei in dem Lenkrad befestigte Sensoranordnungen. Jede der Sensoranordnungen enthält ein Elektrodenpaar, das gestaltet ist, um einen biologischen Parameter eines Fahrers des Fahrzeuges aufgrund des Kontaktes mit einer Hand des Fahrers zu messen. Die Elektroden des Elektrodenpaares sind voneinander elektrisch isoliert, so dass ein elektrischer Strom nicht direkt zwischen den beiden Elektroden des Elektrodenpaares fließen kann. Jede Hand des Fahrers kann erfindungsgemäß jeweils ein Elektrodenpaar gleichzeitig ergreifen. Erfindungsgemäß umfasst das Lenkrad einen Temperatursensor zur Messung einer Hauttemperatur des Fahrers, der an einem äußeren Umfang des Lenkrades zwischen den Elektroden des Elektrodenpaares angeordnet ist.
Figurenliste
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Ausführungsformen werden anhand der folgenden Beschreibung, anhängigen Ansprüche und den beigefügten, in den Zeichnungen gezeigten beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, welche kurz unten beschrieben werden.

1 ist eine isometrische Ansicht eines Innenraumes eines Fahrzeugcockpits, das ein Lenkrad mit Sensoranordnungen gemäß einem Beispiel zeigt.
2 ist eine Vordereinsicht eines Lenkrades mit Sensoranordnungen gemäß einem Beispiel.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensoranordnung für ein Lenkrad, die eine Seite einer Sensoranordnung entlang des inneren Durchmessers des Lenkrades gemäß einem Beispiel zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Sensoranordnung für ein Lenkrad, die eine Seite einer Sensoranordnung entlang des äußeren Umfanges des Lenkrades gemäß einem Beispiel zeigt.
5 ist ein Querschnitt der Sensoranordnung der 3 gemäß einem Beispiel.
6 ist eine Seitenansicht eines Lenkrades mit einer Sensoranordnung, die einen Temperatursensor gemäß einem Beispiel enthält.

Detaillierte Beschreibung
1 zeigt ein Beispiel des Innenraumes eines Cockpits 10 für ein Fahrzeug, welches ein Lenkrad 20 enthält. Wie es normalerweise beim Fahren eines Fahrzeuges geschieht, kann ein Fahrer das Lenkrad 20 rotieren, um die Räder des Fahrzeuges zu drehen und das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung zu lenken.
Solch ein Lenkrad 20 kann verschiedene Steuerungen in der Form von Schaltern oder Druckknöpfen enthalten, die innerhalb der Reichweite des Fahrers vorgesehen sind. Zum Beispiel können solche Steuerungen zur Verwendung eines Fahrzeugaudiosystems (z. B. Lautstärke, Einstellung, Modus etc.), zur Steuerung der Fahrzeugbeleuchtung (z. B. Deckenbeleuchtung, Scheinwerfer etc.), zur Steuerung eines Telefons oder zur Steuerung von weiteren Merkmalen oder Vorrichtungen, wie des Tempomats, verwendet werden. Solche Steuerungen mit Steuerungen für Systeme enthaltend ein Audiosystem, Klimasystem, Beleuchtungssystem oder weitere Systeme können zusätzlich woanders in dem Fahrzeug, wie auf dem Fahrzeugarmaturenbrett oder der mittleren Konsole des Fahrzeuges, vorgesehen sein.
Wie in dem Beispiel der 2 gezeigt, kann das Lenkrad 20 eine mittige Nabe 22 enthalten, die mit einem äußeren Ring oder Kranz 26 durch ein oder mehrere Speichen 24 verbunden ist. Die Nabe 22 kann wiederum mit einer Lenkradsäule des Fahrzeuges 10 gekoppelt sein. Wie normalerweise beim Fahren eines Fahrzeuges vorgesehen, kann ein Fahrer das Lenkrad 12 durch Ergreifen des äußeren Kranzes 26 drehen.
Das Lenkrad 20 kann ein Lenkrad mit vier Speichen sein, wie in dem Beispiel der 2 gezeigt. In einem weiteren Beispiel kann das Lenkrad 20 ein Lenkrad mit drei Speichen sein. In weiteren Beispielen kann das Lenkrad 20 eine unterschiedliche Anzahl oder Anordnung von Speichen aufweisen.
Wie in den Beispielen der 1 und 2 gezeigt, kann das Lenkrad 20 Sensoranordnungen 40 enthalten. Zum Beispiel kann der äußere Kranz 26 des Lenkrades 20 ein Paar von Sensoranordnungen 40 enthalten, die in den äußeren Kranz 26 integriert sind. Die Sensoranordnungen 40 können in der Lage sein, Parameter zu messen, die einen Hinweis auf das Wohlbefinden des Fahrers geben. Solche Parameter können z. B. die Herzfrequenz, Hautkapazität, Hauttemperatur, Atemfrequenz und weitere biologische Parameter enthalten. Die Sensoranordnungen 40 sind gestaltet, um, sowohl tastbar als auch visuell, relativ unauffällig zu sein, so dass die Sensoranordnungen in ein Lenkrad integriert werden, wie dem äußeren Kranz 26 eines Lenkrades 20.
3 zeigt ein Beispiel einer Sensoranordnung 40. Die Sensoranordnung 40 kann einen Hauptkörper oder Gehäuse enthalten, wie ein aus einem oberen Gehäuse 42 und einem unteren Gehäuse 44 ausgebildetes Gehäuse, wie in dem Beispiel der 3 gezeigt. Solche oberen und unteren Gehäuse können miteinander durch Schnapp- und Positionsmerkmale gekoppelt sein, die ineinander von beiden Seiten eines Lenkradinnengerüstes eingreifen. Das obere Gehäuse 42 und das untere Gehäuse 44 können zusammen an einem Verriegelungsbereich 41 (am besten in dem Beispiel der 5 gezeigt) miteinander gekoppelt sein, welche Schnapp- und Positionsmerkmale enthalten können, um das obere Gehäuse 42 korrekt mit dem unteren Gehäuse 44 auszurichten und zu sichern. Das obere Gehäuse 42 und das untere Gehäuse 44 können gekrümmt sein, um dem Radius der Krümmung des äußeren Kranzes 26 zu entsprechen. Wenn zusammen gekoppelt, können das obere Gehäuse 42 und das untere Gehäuse 44 eine mittige Leerstelle oder Hohlraum 43 definieren, welche ein Innengerüst 30 des äußeren Kranzes 26 aufnehmen kann.
Hohle Bereiche des inneren Hohlraums 43 des Gehäuses, welche ein Volumen sein können, das nicht durch das Innengerüst 30 oder weitere Bereiche des äußeren Kranzes 26 belegt ist, kann selektiv mit einem Material, wie einem Polyurethanschaum, ausgefüllt werden, um die Sicherung und Anordnung einer Sensoranordnung 40 mit dem Lenkrad 20 zu unterstützen und um Annehmlichkeiten für einen das Lenkrad 20 ergreifenden Fahrers bereitzustellen. Solche Polyurethanschäume oder weitere geeignete Materialien können auch zum Dämpfen von Schwingungen oder weiteren Geräuschen verwendet werden.
Das obere Gehäuse 42 und das untere Gehäuse 44 können z. B. aus einem nichtleitendem Material, wie z. B. einem Polymer, Holz oder einem Kompositmaterial wie einem faserverstärkten Polymer geformt sein, um die Elektroden der Sensoranordnung elektrisch zu isolieren. In einem weiteren Beispiel können das obere Gehäuse 42 und/oder das untere Gehäuse 44 aus einem leitendem Material gebildet sein und ein Isolator kann entweder zwischen den Elektroden und den Gehäusen 42 und 44 oder an der Verriegelung 41, wo das obere Gehäuse 42 mit dem unteren Gehäuse 44 gekoppelt ist, vorgesehen sein.
Das obere Gehäuse 42 und das untere Gehäuse 44 sehen verschiedene Merkmale vor, um es einer Sensoranordnung 40 zu ermöglichen, unauffällig in ein Lenkrad 20, wie dem äußeren Kranz 26 eines Lenkrades 20 integriert zu werden. Die Sensoranordnung 40 kann daher eine Struktur zur Befestigung der Sensorkomponenten sein, die es den elektrischen Leitungen für die Sensoren der Sensoranordnung ermöglicht, unabhängig in der Einheit zu sein, und es der Einheit ermöglicht, nahtlos in ein Lenkrad, wie einem lederverkleideten Lenkrad, zu niedrigen Kosten integriert zu werden.
Eine Sensoranordnung 40 kann eine obere Elektrode 46 und eine untere Elektrode 48 enthalten. Solche oberen und unteren Elektroden 46 und 48 können auf entgegengesetzten Seiten der Sensoranordnung 40 befestigt sein, wie in dem Beispiel der 3 gezeigt. Das Paar von Elektroden 46, 48 kann auf jeder der Sensoranordnungen 40 vorgesehen sein, so dass jede Hand des Fahrers das Elektrodenpaar 46, 48 ergreift, wie bei gleichzeitigem Ergreifen von beiden Elektroden 46, 48. Die Gehäuse einer Sensoranordnung 40 können eine Struktur zur Befestigung von Sensorkomponenten bereitstellen, die es den elektrischen Drähten für die Elektroden 46, 48 ermöglichen, unabhängig zu sein, und es der Einheit erlaubt, nahtlos in ein Lenkrad, einschließlich Lederlenkräder zu integrieren.
Die Elektroden 46 und 48 können mit einer äußeren Oberfläche der Gehäuse 42 und 44 (welche zum Inneren des Fahrzeuges und einem Fahrer des Fahrzeuges gerichtet sind), wie z.B. mit Schnappmerkmalen gekoppelt sein. In einem weiteren Beispiel können die Elektroden 46 und 48 mit den Gehäusen 42 und 44 mittels weiterer Methoden, wie einem mechanischen Befestigungsmittel, Klebstoffen etc. gekoppelt sein.
Elektrische Drähte oder weitere leitende Elemente (nicht in den Zeichnungen gezeigt) können mit den Rückseiten der Elektroden 46 und 48 (z. B. die Seiten benachbart zu und gerichtet auf die Gehäuse 42 und 44) gekoppelt sein. Die elektrischen Drähte können dann durch die Nuten 45 verlaufen, die auf einer Oberfläche des oberen Gehäuses 42 und/oder des unteren Gehäuses 44 ausgebildet sind, wie in dem Beispiel in der 3 und 4 gezeigt. Solche Drahtnuten 45 können in der Form von z. B. Mulden, Furchen oder Kerben sein. Die Drahtnuten 45 ermöglichen es den elektrischen Drähten vertieft zu liegen, so dass die elektrischen Drähte und andere Merkmale der Sensoranordnung nicht in die relativ glatte und merkmalslose Kontur der Sensoranordnung störend eingreifen, so dass es möglich ist, diese besser in ein Lenkrad 20, wie dem äußeren Kranz 26 des Lenkrades 20 zu integrieren. Zusätzlich stellen die Sensoranordnungen 40 eine preisgünstige Einheit bereit, welche Sensoren und Verbindungen, wie Drähte, enthalten, welche leichter in ein Lenkrad integriert werden können. Durch Bereitstellung der Sensoranordnungen 40 mit solch einer glatten und merkmalslosen Kontur können die Sensoranordnungen 40 als eine modulare Einheit bereitgestellt werden, welche in existierende Fahrzeuge zu niedrigen Kosten integriert werden können.
In einem weiteren Beispiel kann die Sensoranordnung 40 kein oberes Gehäuse 42 enthalten und das untere Gehäuse 44 und die Elektroden der Sensoranordnung 40 können direkt mit dem äußeren Kranz 26 des Lenkrads 20 gekoppelt sein oder auf diesem ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Elektroden 46 und 48 in einem das Innengerüst 30 umgebenen Polyurethanschaum integriert sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform können die Elektroden 46 und 48 von einem flexiblen Gehäuse, wie einem elektrisch leitenden Gewebe, das auf einer Verkleidung 32 des Lenkrades 20 aufgenäht ist oder anderweitig damit gekoppelt ist, sein. In jeder beispielhaften Ausführungsform sind die Elektroden 46 und 48 und die umgebenden Komponenten so angeordnet, dass die obere Elektrode 46 von der unteren Elektrode 48 isoliert ist, so dass ein elektrischer Strom nicht direkt zwischen den Elektroden 46 und 48 fließen kann.
Gemäß einem Beispiel sind die obere Elektrode 46 und die untere Elektrode 48 zumindest teilweise aus einem leitenden Material mit geringem Widerstand ausgebildet. Zum Beispiel können die obere Elektrode 46 und die untere Elektrode 48 eine leitende Oberfläche gebildet aus einer Chromschicht, Metallhülle, Metallfarbe oder metallisiertem Gewebe oder metallisiertem Leder aufweisen. In weiteren Beispielen können metallisierte Gewebe und Leder für die obere Elektrode 46 und die untere Elektrode 48 verwendet werden. Edelstahl kann auch für die Elektroden gemäß einem weiteren Beispiel verwendet werden.
Die Elektroden 46, 48 können gekrümmt sein, um einem Radius der Krümmung des äußeren Kranzes 26 zu entsprechen, und, wenn die Elektroden 46, 48 mit dem oberen Gehäuse 42 und dem unteren Gehäuse 44 montiert sind, können die Elektroden 46, 48 einen Durchmesser für die Sensoranordnung 40 ausbilden, der im Wesentlichen gleich dem Durchmesser und der Form eines Querschnitts des äußeren Kranzes 26 ist. Die Elektroden sind bevorzugterweise aus einem leitenden Material mit niedrigem Widerstand gebildet und sind voneinander isoliert.
Die Oberflächenbeschaffenheit und die Farbe der leitenden Oberflächen der oberen Elektrode 46 und unteren Elektrode 48 können so ausgewählt werden, um den ästhetischen Anforderungen eines Fahrzeuges zu entsprechen. Zum Beispiel können die Oberflächen der Elektroden 46, 48 gestaltet und ausgewählt sein, um weiteren Verkleidungsteilen in dem Innenraum eines Fahrzeuginneren zu entsprechen oder diese zu komplimentieren.
Die Abdeckung oder Verkleidung 32 ist gestaltet, um ein ästhetisch angenehmes Äußeres für das Lenkrad 20 bereitzustellen. Die Verkleidung 32 ist auch gestaltet, um eine ergonomisch angenehme Schicht der Außenseite des Lenkrades 20 zuzufügen, um den Komfort für den Fahrer zu verbessern. Gemäß einem Beispiel kann die Verkleidung 32 aus einem Spritzguss-Polyurethanmaterial sein. Gemäß weiteren Beispielen kann die Verkleidung 32 aus einer weiten Vielfalt von weiterem gespritztem Material wie olefinischen thermoplastischen Elastomeren (TEO), thermoplastische Olefine (TPO), Gummi oder jedem weiteren geeigneten Material gebildet sein. Gemäß weiteren Beispielen kann die Verkleidung 32 ein Film oder Bahn sein, die um das Innengerüst gewickelt ist, wie ein Leder, Gewebe, ein Polymermaterial. In einem weiteren Beispiel kann die Verkleidung 32 ein Mantel aus einem Laminat sein, das aus einem allgemein steifen Material wie Holz, Kohlenstofffaserkompositen etc gebildet ist. Ein darunter liegendes Material, wie ein Schaum, kann unter der Verkleidung 32 vorgesehen sein, um den ergonomischen Komfort für den Fahrer zu erhöhen.
Die Abdeckung oder Verkleidung 32 des Lenkrades 20 kann um das obere Gehäuse 42 und untere Gehäuse 44 herumgewickelt sein. Die Abdeckung oder Verkleidung 32 kann z. B. Leder, TPO und weitere üblicherweise verwendete Abdeckungen sein. Die Verkleidung 32 kann Öffnungen enthalten, welche es den Elektroden 46 und 48 ermöglichen, durch die Abdeckung 32 vorzustehen, so dass die Elektroden 46, 48 die Hände des Fahrers, der das Lenkrad 20 greift, zu kontaktieren. Zum Beispiel kann die Verkleidung 32 um das Gehäuse einer Sensoranordndung gewickelt sein und durch Klebstoff in seiner Position gesichert sein, so dass die Elektroden oben auf der Verkleidung 32 sitzen würden.
Die Oberflächen der Elektroden 46, 48 können bündig mit der Oberfläche der Verkleidung 32 sein, so dass diese eine im Allgemeinen kontinuierliche Oberfläche bilden und nicht unbequem für den Fahrer beim Ergreifen des Lenkrads 20 sind. Im Ergebnis behindert die Sensoranordnung nicht die relativ glatte und merkmalslose Kontur der Sensoranordnungen, so dass es möglich ist, die Anordnung besser in ein Lenkrad eines Fahrzeuges bei niedrigen Kosten zu integrieren.
Die Kanten der Verkleidung 32 können durch Nuten 49 um einen Umfang der Elektroden 46 und 48 aufgenommen werden, wie in den Beispielen der 3, 4 und 5 gezeigt. Solche Nuten 49 können z. B. Einkerbungen, Leerstellen, Furchen oder Hohlräume sein. Wenn die Elektroden 46 und 48 mit den Gehäusen 42 und 44 gekoppelt werden, können die Kanten der Verkleidung 32 in den Nuten 49 gefangen oder in diese eingedrückt werden, so dass die Verkleidung 32 an den Sensoranordnungen 40 und dem Lenkrad 20, wie an einem Innengerüst 30 des Lenkrades 20, gesichert sind. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Verkleidung 32 des Weiteren durch Verwendung von weiteren Befestigungsmitteln, wie einem Klebstoff, Nähten oder weiteren Abdeckungs- oder Verkleidungsbefestigungsmitteln, die üblicherweise verwendet werden, gesichert werden.
Der äußere Kranz 26 des Lenkrads 20 kann ein Innengerüst 30 enthalten, wie in dem Beispiel der 5 gezeigt. Das Innengerüst 30 kann aus einem steifen Material wie einem Metall (z. B. Stahl, Magnesium oder Aluminium etc.), einem Polymer, Holz oder einem Kompositmaterial wie einem verstärkten Polymer (z. B. ein faserverstärktes Polymer, ein mit Partikeln verstärktes Polymer etc.) gebildet sein. Solch ein Innengerüst 30 kann in der Form z. B. eines Rahmens, Schale, Basis oder anderen üblicherweise verwendeten Formen vorgesehen sein.
Das Innengerüst 30 kann Stärke und Form für ein Lenkrad 20 bereitstellen. Wenn das Innengerüst 30 ein Hohlkörper ist, kann es mit einem schalldämpfenden Material, wie einem Polyurethanschaum oder weiterem geeigneten Material ausgefüllt sein. Das Innengerüst 30 kann von einem weiteren Material, das den Hauptbestandteil des äußeren Kranzes 26, wie ein Polymer, Schaum, Holz etc. ausmacht, umgeben sein. Das Innengerüst 30 kann von der Verkleidung 32 abgedeckt sein, welche zumindest partiell das Innengerüst 30 abdeckt. Das Lenkrad 20 kann weitere Komponenten aufweisen, die daran gekoppelt sind, wie Applikationen gebildet aus Material (wie Leder oder Holz), separate rückseitige Abdeckungen, Schalter, Blenden etc.
Gemäß einem Beispiel können die Elektroden 46, 48 zur Messung von verschiedenen biologischen Parametern verwendet werden, wie der Herzfrequenz des Fahrers und der Hautkapazität der Hände des Fahrers.
Die Herzfrequenz eines Fahrers, der das Lenkrad mit seinen oder ihren Händen ergreift, kann von den Sensoranordnungen gemessen werden. Zum Beispiel können die Sensoranordnungen 40 auf der linken und rechten Seite eines Lenkrades befestigt sein, so dass zwei Elektroden (wie die obere und eine untere Elektrode 46, 48) für jede Hand auf entgegengesetzten Seiten des Lenkrades vorgesehen sind.
In einem weiteren Beispiel können die Elektroden der oberen linken Hand und oberen rechten Hand und die Elektroden der unteren linken Hand und unteren rechten Hand der Sensoranordnungen, die auf der linken Hand- und rechten Handseite eines Lenkrades positioniert sind, verbunden werden und die von den Elektroden aufgezeichneten Daten können verglichen werden, um die Herzfrequenzantwort des Fahrers zu bestimmen. Zum Beispiel können Drähte verwendet werden, um die oberen Elektroden 46 der zwei Sensoranordnungen 40 miteinander zu koppeln und die unteren Elektroden 48 der zwei Sensoranordnungen 40 miteinander zu koppeln. Somit können einfach durch das Ergreifen des Lenkrades durch den Fahrer mit seinen oder ihren Händen während der Bedienung eines Fahrzeuges die in dem Lenkrad befestigten Elektroden 46, 48 der Sensoranordnungen die Herzfrequenz und weitere biologische Parameter eines Fahrers messen, um das Wohlbefinden des Fahrers zu bestimmen.
Die Skinkapazität kann durch Bestimmen der Leitfähigkeit zwischen den oberen und unteren Elektroden einer Sensoranordnung gemessen werden. Die Skinkapazität kann gemessen werden, um den Grad oder die Menge von Schweiß auf den Händen des Fahrers oder die galvanische Hautreaktion zu bestimmen, welche wiederum die von den Elektroden einer Sensoranordnung gemessene Leitfähigkeit beeinflussen würden. Zum Beispiel kann die Hautkapazität von Sensoranordnungen auf der linken und rechten Seite eines Lenkrades gemessen werden und das Ergebnis gemittelt werden, um eine Hautkapazität zu erhalten.
Die Hauttemperatur kann durch einen Temperatursensor, der in einer Sensoranordnung enthalten ist, gemessen werden. Ein Temperatursensor kann z. B. ein Infrarot (IR) Sensor, befestigt in dem Lenkrad, wie dem Kranz des Lenkrades, sein. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor 50 innerhalb des Gehäuses einer Sensoranordnungen 40, wie in den Beispielen der 4 und 6 gezeigt, enthalten sein. Solch ein Temperatursensor 50 kann auf einem äußeren Teil eines Lenkradkranzes zwischen den Elektroden 46, 48 einer Sensoranordnung 40 angeordnet sein, so dass der Temperatursensor die Haut eines Fahrers kontaktiert oder nahe zu der Haut eines Fahrers ist. Die Temperatur der Haut eines Fahrers kann zur gleichen Zeit wie die Werte der Herzfrequenz und/oder Hautkapazität mittels der Elektroden von einer oder mehreren Sensoranordnungen 40 gemessen werden. Durch Anordnen des Temperatursensors 50 entlang des äußeren Umfanges des äußeren Kranzes 26 eines Lenkrades ist es z. B. wahrscheinlicher, Kontakt mit der Oberfläche der Hand (z. B. die Handfläche) zu haben. Der Temperatursensor 50 kann mit den Elektroden 46 und 48 oder mit weiteren Komponenten, wie der signalverarbeitenden Einheit 60 durch Drähte oder weitere leitende Bahnen gekoppelt sein, die eingefügt sind oder in dem Aufbau des oberen Gehäuses 42 und/oder unteren Gehäuses 44 verborgen sind.
Der Temperatursensor 50 einer Sensoranordnung 40 kann von der Verkleidung oder Abdeckung 32, wie dem Leder oder äußeren Verzierungselement eines Lenkrades, umgeben sein, und der Sensor ist mit einer Rückseite des Sensors verdrahtet. Eine Oberfläche des Temperatursensors 50 kann bündig mit der Oberfläche der Verkleidung oder Abdeckung 32 sein, so dass der Temperatursensor 50 nicht tastend für den Fahrer bemerkbar ist und die glatte Oberfläche der Sensoranordnung 40 ist so gehalten, dass die Sensoranordnung 40 leicht in ein Lenkrad integriert werden kann.
Die Sensoranordnungen 40 enthaltend die Elektroden 46 und 48 der Sensoranordnungen können mit einer Signalverarbeitungseinheit 60 in einem Fahrzeug verbunden werden. Solch eine Signalverarbeitungseinheit 60 kann irgendwo in dem Fahrzeug, wie in dem Fahrzeugarmaturenbrett wie in dem Beispiel der 1 gezeigt, angeordnet sein. Wenn der Fahrer beide Hände auf dem Lenkrad 20 platziert, so dass die Hände des Fahrers die Elektroden 46 und 48 auf jeder der zwei Sensoranordnungen 40 kontaktiert, kann die Herzfrequenz des Fahrers durch Bestimmen des Elektrokardiogramms (EKG)-Signals des Fahrers unter Verwendung der Elektroden 46 und 48 von einer oder mehreren Sensoranordnungen und der Signalverarbeitungseinheit 60 gemessen werden. In einem weiteren Beispiel kann die Hautkapazität (z. B. Verschwitztheit) durch Bestimmen der Leitfähigkeit zwischen den oberen Elektroden 46 und den unteren Elektroden 48 für die Sensoranordnungen 40 auf der linken Seite und rechten Seite und Mitteln der Ergebnisse durch die Signalverarbeitungseinheit 60 gemessen werden. Die Signalverarbeitungseinheit 60 kann auch zur Verarbeitung von Signalen eines Temperatursensors 50 und zur Verarbeitung der Signale von ein oder mehreren Sensoren von einer oder mehreren Sensoranordnungen 40, wie der Herzfrequenz- und/oder Hautkapazität-Signale der Elektroden 46, 48 und/oder des Temperatursensors 50 verwendet werden.
Die gemessene Herzfrequenz und/oder die Hautkapazität (berechnet von der Signalverarbeitungseinheit 60) kann gespeichert, an eine entfernt liegende oder lokale Datenbank übermittelt und/oder kann für den Fahrer angezeigt werden, wie auf einem Monitor oder Anzeige auf dem Fahrzeugarmaturenbrett oder einer Warnanzeige.
Gemessene biologische Parameter eines Fahrers, wie die Herzfrequenz, Hautkapazität und/oder Hauttemperatur, können von einer Fahrzeugsteuerung, wie der Signalverarbeitungseinheit 60 oder weiteren CPUs verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Fahrer eines Fahrzeuges in einem gestressten Zustand ist oder anderweitig in Not ist. Zum Beispiel könnte das Fahrzeug bestimmen, dass obwohl die Temperatur des Fahrzeuginneren auf einem komfortablen Niveau ist, die Haut des Fahrers schweißig ist, die Herzfrequenz des Fahrers auf einem relativ hohem Niveau ist oder dass die Hauttemperatur des Fahrers ungewöhnlich hoch ist. Solche Information könnte dann verwendet werden, um z. B. die Fahrzeugumgebung, wie durch Klimaanlage oder die Beleuchtung des Fahrzeuges zu ändern, um das Stressniveau des Fahrers zu beeinflussen oder zu untersuchen, ob der Fahrer in Ordnung ist, wie durch eine automatisierte Anfrage oder durch Verbinden mit einem entfernten Service, wie mit einem cellphone-basierenden Fahrzeugkundenservice.
Während die Sensoranordnung im Allgemeinen beschrieben wird als in den äußeren Kranz 26 eines Lenkrades integriert, können in weiteren Ausführungsformen die neuartigen Merkmale der Sensoranordnung 40 verwendet werden, um die Sensoranordnung 40 in weitere Bereiche des Lenkrades 20 wie z. B. in die Speichen 24 oder die Nabe 22 eines Lenkrads zu integrieren. Alle oder einige der obigen Messelemente können in einer Einheit oder Sensoranordnung verpackt werden. Die Sensoranordnung kann Merkmale wie Drahtkanäle, Lederdurchstiche und präparierte Nuten zur nahtlosen Integration mit dem Rest des Lenkrades bereitstellen, so dass die Sensoranordnung eine tastbar glatte Oberfläche aufweist.
Wie hierin verwendet, sind die Formulierungen „annähernd“, „ungefähr“, „im Wesentlichen“ und ähnliche Formulierungen dazu vorgesehen, eine breite Bedeutung in Übereinstimmung mit der durch einen Fachmann, den Gegenstand dieser Offenbarung betreffend, allgemeinen und akzeptierten Verwendung aufzuweisen. Der Fachmann, der diese Offenbarung prüft, sollte verstehen, dass diese Formulierungen dazu vorgesehen sind, eine Beschreibung von bestimmten beschriebenen und beanspruchten Merkmalen ohne eine Beschränkung des Umfanges dieser Merkmale auf die präzise bestimmten numerischen Bereiche zu ermöglichen. Demnach sollten diese Formulierungen als Indikationen von nicht substantiellen oder unbedeutenden Modifikationen oder Veränderungen des beschriebenen und beanspruchten Gegenstandes interpretiert werden und als innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen vorgetragenen Umfanges der Erfindung betrachtet werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die hierin verwendete Formulierung „beispielhaft“ zur Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen dazu vorgesehen ist, anzugeben, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Illustrationen von möglichen Ausführungsformen sind (und solch eine Formulierung nicht zur Suggerierung vorgesehen ist, dass solche Ausführungsformen notwendigerweise außergewöhnliche oder superlative Beispiele sind).
Die hierin verwendeten Formulierungen „gekoppelt“, „verbunden“ und ähnliche bedeuten eine direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen zueinander. Solch eine Verbindung kann stationär (das heißt permanent) oder bewegbar (das heißt, entfernbar oder lösbar) sein. Solche Verbindung kann mit den zwei Elementen oder mit den zwei Elementen und jedem weiteren dazwischen liegenden Element, das einstückig als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Elementen und jedem weiteren dazwischen liegenden Element miteinander verbunden sind, bewirkt werden.
Referenzen hierin zu den Positionen der Elemente (das heißt „oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“ etc.) werden lediglich zur Beschreibung der Orientierung von verschiedenen Elementen in den Figuren verwendet. Es ist anzumerken, dass die Orientierung der verschiedenen Elemente in Bezug zu anderen beispielhaften Ausführungsformen variieren kann und dass solche Variationen vorgesehen sind, von der vorliegenden Offenbarung mit eingeschlossen zu sein.
Es ist wichtig zu bemerken, dass der Aufbau und die Anordnung eines Lenkrades mit Handsensoren und Verfahren zur Überwachung des Fahrers, wie in den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, lediglich illustrativ ist. Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen im Detail in dieser Offenbarung beschrieben worden sind, wird der Fachmann, der diese Offenbarung prüft, leicht bemerken, dass weitere Modifikationen möglich sind (das heißt Variationen in Größe, Dimension, Struktur, Form und Proportionen der verschiedenen Elemente, Parameterwerte, Befestigungsanordnungen, Verwendung von Material, Farbe, Orientierung etc.), ohne grundlegend von der neuen Lehre und den Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstandes abzuweichen. Zum Beispiel können die einstückig geformten Elemente als vielfache Teile oder Elemente konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Zahl der diskreten Elemente oder Positionen kann verändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Sequenz von jedem Prozess oder Verfahrensschritt kann gemäß alternativer Ausführungsformen variiert oder umgeordnet werden. Andere Substitutionen, Modifikationen, Veränderungen oder Auslassungen können ebenfalls im Design, in den Verfahrensbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein Lenkrad (20) für ein Fahrzeug umfassend: zwei in dem Lenkrad (20) befestigte Sensoranordnungen (40), wobei jede der Sensoranordnungen (40) ein Elektrodenpaar enthält, das gestaltet ist, um einen biologischen Parameter eines Fahrers des Fahrzeuges aufgrund des Kontaktes mit einer Hand des Fahrers zu messen, wobei die Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares voneinander elektrisch isoliert sind, so dass ein elektrischer Strom nicht direkt zwischen den beiden Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares fließen kann, gekennzeichnet durch einen Temperatursensor (50) zur Messung einer Hauttemperatur des Fahrers, der an einem äußeren Umfang des Lenkrades zwischen den Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares angeordnet ist, wobei jede Hand des Fahrers jeweils ein Elektrodenpaar gleichzeitig ergreifen kann.
Das Lenkrad (20) nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnungen (40) in einem Kranz (26) des Lenkrades (20) befestigt sind.
Das Lenkrad (20) nach Anspruch 1, des Weiteren eine Lenkradabdeckung umfassend, wobei eine Oberfläche der Lenkradabdeckung und Oberflächen der Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares im Wesentlichen bündig miteinander sind, so dass das Lenkrad (20) eine tastbare glatte Oberfläche aufweist.
Das Lenkrad (20) nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnungen (40) gestaltet sind, um die Herzfrequenz eines Fahrers zu messen.
Das Lenkrad (20) nach Anspruch 1, wobei die Sensoranordnungen (40) gestaltet sind, um die Hautkapazität eines Fahrers zu messen.
Das Lenkrad (20) nach Anspruch 1, wobei die Elektroden (46, 48) des Elektrodenpaares voneinander getrennt sind, so dass die Oberflächen der Elektroden (46, 48) nicht miteinander in Kontakt sind.