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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein ein solches Lenkrad aufweisendes Fahrzeug nach Anspruch 14.
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Alle Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Busse und dergleichen haben ein Lenkrad. In fast allen Fällen weist dieses Lenkrad eine Nabe, einen Kranz und wenigstens eine den Kranz mit der Nabe verbindende Speiche auf. Oft besteht der Kranz aus einem Kranzkörper und einer um diesen Kranzkörper gewickelten Hülle. Diese Hülle ist oft in Form eines Stückes Leder oder Kunstleder.
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Beispielsweise aus der gattungsbildenden
US 2012/006 147 A1 ist es bekannt, Teile der Oberfläche des Kranzes eines Lenkrades mit Elektroden zu versehen und diese Elektroden mit einem Controller des Fahrzeugs zu verbinden. Diese Elektroden sind teilweise in Form von leitfähigen Fäden. Aus diesem Dokument ist es auch bekannt, zwei getrennte Elektroden derart bereitzustellen, dass dann, wenn der Fahrer/ die Fahrerin das Lenkrad mit beiden Händen greift, eine Hand in Kontakt mit einer ersten Elektrode und die andere Hand in Kontakt mit einer zweiten Elektrode ist. Mittels dieser Elektroden kann der Controller bestimmte elektrische Eigenschaften des Fahrers/ der Fahrerin messen und kann diese nutzen, beispielsweise um den Zustand des Fahrers/ der Fahrerin einzuschätzen.
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Hiervon ausgehend stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Lenkrad derart zu verbessern, dass die Qualität der Messung verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Lenkrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein Fahrzeug mit einem solchen Lenkrad und einem Controller ist in Anspruch 14 definiert.
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Wie aus der gattungsbildenden
US 2012/006147 A1 bekannt ist, ist ein erster Bereich der Oberfläche des Kranzes in Form eines elektrisch leitfähigen Hauptelementes oder weist ein solches auf, welches in leitenden Kontakt mit einem ersten Bereich der Haut einer Hand des Fahrers/ der Fahrerin kommt, wenn die Hand des Fahrers/ der Fahrerin den Kranz an der Position des ersten elektrisch leitfähigen Hauptelementes hält.
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Es wurde herausgefunden, dass die Qualität der elektrischen Messung verbessert werden kann, wenn wenigstens eine Hand des Fahrers/ der Fahrerin während der Messung geerdet ist. Deshalb ist ein zweiter Bereich der Oberfläche des Kranzes, welcher in leitenden Kontakt mit einem zweiten Bereich der Haut der Hand des Fahrers/ der Fahrerin kommt, wenn die Hand des Fahrers/ der Fahrerin den Kranz an der Position des elektrisch leitenden Hauptelementes hält, in Form eines elektrisch leitfähigen Zusatzelementes oder weist ein solches auf und ist in Kontakt mit einem Erdungspunkt.
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In einer bevorzugten Geometrie ist das elektrisch leitfähige Hauptelement auf der radial äußeren Seite des Kranzes angeordnet und das elektrisch leitfähige Zusatzelement ist auf der radial inneren Seite des Kranzes angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass das elektrisch leitfähige Hauptelement und das elektrisch leitfähige Zusatzelement einen optimalen Abstand voneinander haben und dass das elektrisch leitfähige Hauptelement optisch nicht dominant auf der Vorderseite des Kranzes, welcher zum Fahrer/ der Fahrerin zeigt, ist.
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Insbesondere im Fall der eben beschriebenen Geometrie kann das elektrisch leitfähige Zusatzelement in Form wenigstens einer Naht sein, welche eine Hülle am Kranzkörper hält. In diesem Fall weist die Naht wenigstens einen elektrisch leitfähigen Faden auf, welcher mit dem Erdungspunkt verbunden ist. In diesem Fall hat das elektrisch leitfähige Zusatzelement eine Doppelfunktion. Der Vorteil dieser Ausführungsform ist die Zurverfügungstellung einer für den Fahrer/ die Fahrerin unsichtbaren Erdung.
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Es ist bevorzugt, die Naht so zu gestalten, dass die Hülle um den Kranzkörper mittels dieser Naht gespannt wird. Zu diesem Zweck weist die Naht eine aus einem ersten Faden bestehende erste Nahtlinie, eine sich entlang der ersten Nahtlinie erstreckende zweite Nahtlinie, welche aus einem zweiten Faden besteht, und einen ersten Faden und zweiten Faden verbindenden Verbindungsfaden auf. Wenigstens einer dieser Fäden muss leitend sein und es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Verbindungsfaden leitend ist. Die erste Nahtlinie erstreckt sich normalerweise entlang einer ersten Kante der Hülle und die zweite Nahtlinie erstreckt sich entlang einer zweiten Kante der Hülle. Der Vorteil der Ausführungsform, in welcher die drei Fäden leitend sind, ist, dass dies die funktionale Sicherheit dadurch verbessert, dass man in einfacher Weise drei geerdete Fäden hat; der Bruch eines, zweier oder dreier Fäden führt nicht notwendigerweise zu einem Funktionsverlust. Auch wenn eine Dreifadennähung bevorzugt ist, können andere Konfigurationen verwendet werden.
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Da die radial innere Seite des Kranzes durch die Speichen normalerweise in Abschnitte unterteilt ist, ist es oft notwendig, wenigstens zwei Nahtabschnitte vorzusehen von denen jede eine erste Nahtlinie mit einem ersten Faden und eine zweite Nahtlinie mit einem zweiten Faden aufweisen kann. Um die Herstellung zu vereinfachen, ist es in diesem Fall bevorzugt, einen gemeinsamen Verbindungsfaden für beide Nahtabschnitte zu verwenden. Zwischen zwei Nahtabschnitten kann der gemeinsame Verbindungsfaden innerhalb einer Nut im Kranzkörper angeordnet sein, sodass er durch die Hand des Fahrers/ der Fahrerin nicht gefühlt werden kann.
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Wie bereits erwähnt, kann der Verbindungsfaden genutzt werden, um die Hülle um den Kranzkörper zu spannen. Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, dass wenigstens ein Ende des Verbindungsfadens durch ein Spannelement gehalten ist, welches vorzugsweise auch den Erdungspunkt bildet.
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Das elektrisch leitfähige Hauptelement kann ein starres Teil sein, welches insbesondere aus einem gegossenen Kunststoffteil und einer leitfähigen Beschichtung besteht.
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Die besten Messergebnisse können erzielt werden, wenn zwei elektrisch leitfähige Hauptelemente vorgesehen sind, nämlich ein erstes elektrisch leitfähiges Hauptelement und ein zweites elektrisch leitfähiges Hauptelement, insbesondere wenn die elektrisch leitfähigen Hauptelemente so angeordnet sind, dass, wenn die linke Hand des Fahrers/ der Fahrerin den Kranz an der linken Seite hält und die rechte Hand des Fahrers/ der Fahrerin den Kranz an der rechten Seite hält, das erste leitfähige Hauptelement und das leitfähige Zusatzelement in elektrisch leitendem Kontakt zur linken Hand und das zweite elektrisch leitfähige Hauptelement und das elektrisch leitfähige Zusatzelement im elektrisch leitendem Kontakt mit der rechten Hand sind. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass jedes elektrisch leitfähige Hauptelement elektrisch mit einem separaten Kontaktpunkt verbunden ist und jeder Kontaktpunkt elektrisch mit einem separaten Eingang eines Controllers des Fahrzeugs verbunden ist.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
- 1 Eine schematische Draufsicht auf eine Lenkrad, wie es im Wesentlichen vom Fahrer/ der Fahrerin gesehen wird,
- 2 die Erdung der Erdungspunkte der 1 in einer schematischen Darstellung,
- 3 einen Controller, welcher mit den Hauptkontaktpunkten der 1 verbunden ist, ebenso in einer schematischen Darstellung,
- 4 eine Querschnittsansicht entlang der Ebene A-A in 1,
- 5 eine Draufsicht auf das Detail der 4 aus Richtung R1,
- 6 eine Schnittansicht entlang der Ebene B-B in 1,
- 7 eine Draufsicht auf das Detail der 6 aus Richtung R2, jedoch ohne eine Hülle, und
- 8 ein Spannelement eines Erdungspunktes und ein Ende eines gemeinsamen Verbindungsfadens.
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Die Erfindung wird nun mittels eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es sollte beachtet werden, dass alle Figuren stark schematisch und nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet sind. In den Querschnittsansichten der 4 und 6 sind manche Elemente der Deutlichkeit halber mit einem Abstand zueinander gezeichnet, aber es sollte beachtet werden, dass manche Elemente natürlich in Kontakt miteinander sind. In 1 sind nicht sichtbare Elemente in gestrichelten Linien dargestellt.
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1 zeigt ein Lenkrad 10. Wie üblich, weist dieses Lenkrad 10 eine Nabe 12, einen Kranz 15 und Speichen (hier drei Speichen 14a bis 14c), welche den Kranz 14 mit der Nabe 12 verbinden, auf. Wie später beschrieben wird, weist der Kranz 15 einen Kranzkörper 16 und eine Hülle 19, welche den Kranzkörper 16 abdeckt, auf. Die Hülle besteht oft aus Leder oder Kunstleder.
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Zwei elektrisch leitfähige Hauptelemente 21, 22 sind an der äußeren Oberfläche des Kranzes 15 an radial äußeren Positionen vorgesehen. Diese zwei elektrisch leitfähigen Hauptelemente 21, 22 werden auch als erste und zweite Elektroden 21, 22 bezeichnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Elektroden 21, 22 auf der Hülle 19 angeordnet. Vorzugsweise sind diese beiden Elektroden 21, 22 gegossene Kunststoffteile mit einer leitfähigen Beschichtung. Beide Elektroden 21, 22 erstrecken sich nahezu von der 6-Uhr-Position zur 12-Uhr-Position, es sind jedoch Lücken an der 6-Uhr-Position und an der 12-Uhr-Position vorhanden, sodass die beiden Elektroden elektrisch nicht miteinander verbunden sind. Wenn der Fahrer/ die Fahrerin das Lenkrad beim Geradeausfahren mit beiden Händen greift, ist ein Bereich der Haut der linken Hand in Kontakt mit der ersten Elektrode 21 und ein Bereich der Haut der rechten Hand ist in Kontakt mit der zweiten Elektrode 22. Dieser Controller kann am Lenkrad oder an einem anderen Teil des Fahrzeugs angeordnet sein.
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Die linke Elektrode 21 ist elektrisch mit einem ersten Hauptkontaktpunkt 31 verbunden und die zweite Elektrode 22 ist elektrisch mit einem zweien Hauptkontaktpunkt 32 verbunden. Wie dies in 3 schematisch dargestellt ist, ist der erste Hauptkontaktpunkt 31 elektrisch mit einem ersten Eingang 51 eines Controllers 50 verbunden und der zweite Hauptkontaktpunkt 32 ist elektrisch mit einem zweiten Eingang 52 dieses Controllers 50 verbunden.
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Erfindungsgemäß ist eine Erdung am Lenkrad vorgesehen, sodass dann, wenn eine Hand das Lenkrad greift und in Kontakt mit einer der Elektroden 21, 22 ist, sie auch in Kontakt mit dieser Erdung ist. Diese Erdung ist mittels Erdungspunkten 46a, 46b mit der elektrischen Fahrzeugmasse verbunden (1, 2). Abhängig von der Erdungskonfiguration könnte auch ein Erdungspunkt 46a, 46b ausreichend sein. Natürlich gibt es nur eine Fahrzeugmasse, sodass die Erdungspunkte 46a, 46b auf demselben elektrischen Potential sind.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese Erdung in Form einer leitenden Naht, welche auf einer radial inneren Oberfläche des Kranzes 15 vorgesehen ist. Da im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Speichen 14a bis 14c vorgesehen sind, ist diese leitende Naht in drei Abschnitte 40a bis 40c unterteilt. Natürlich könnten diese drei Abschnitte drei vollständig getrennte Nähte sein, aber in dem Fall, dass ein einziger gemeinsamer Faden für alle Abschnitte vorgesehen ist (dies wird später beschrieben werden), werden die drei Abschnitte als zu einer Naht gehörend betrachtet.
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Ein Ausführungsbeispiel der Struktur der Abschnitte 40a bis 40c der leitfähigen Naht wird nun im Detail unter Nutzung des Beispiels des ersten Abschnittes 40a beschrieben. Die anderen Abschnitte können identisch ausgeführt sein.
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Wie in den 4 und 5 gezeigt, erstreckt sich ein erster Faden 41 entlang einer ersten Kante 19a der Hülle 19 und bildet somit eine erste Nahtlinie und ein zweiter Faden 42 erstreckt sich entlang der zweiten Kante 19b der Hülle und bildet somit eine zweite Nahtlinie. Diese beiden Nahtlinien können an der Hülle gebildet werden, bevor sie um den Kranzkörper 16 gewickelt wird. Ein Verbindungsfaden, hier ein gemeinsamer Verbindungsfaden 44, verbindet den ersten Faden und den zweiten Faden 42 zickzackartig. Wenigstens dieser gemeinsame Verbindungsfaden 44 ist elektrisch leitfähig und hat eine elektrisch leitfähige Oberfläche. Dieser gemeinsame Verbindungsfaden 44 kann beispielsweise aus einem silberbeschichteten Kunststofffaden bestehen. Dieser Kunststoff kann beispielsweise aus Polyamid bestehen.
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Wie dies in den 6 und 7 gezeigt ist, können die Abschnitte dieses gemeinsamen Verbindungsfadens 44 zwischen den Abschnitten 40a bis 40c in Nuten 18, welche sich in den Kranzkörper 16 erstrecken, angeordnet sein. Hierdurch ist dieser gemeinsame Verbindungsfaden 44 präzise geführt. Ein zusätzlicher Vorteil ist, dass diese Abschnitte des gemeinsamen Verbindungsfadens 44 nicht unter der Hülle gefühlt werden können. Um den gemeinsamen Verbindungsfaden 44 in den Nuten 18 zu führen, kann sich eine Wand 18a durch jede Nut 18 erstrecken, wobei sich der gemeinsame Verbindungsfaden 44 durch diese Wand 18a erstreckt. Diese Wand 18a kann so dünn sein, dass sie beim Nähprozess durchstochen werden kann.
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Ein Ende oder vorzugsweise beide Enden des gemeinsamen Verbindungsfadens 44 sind jeweils mit einem Erdungspunkt 46a, 46b verbunden, wie dies bereits mit Blick auf die 1 und 2 beschrieben wurde. Der Vorteil, beide Enden mit dem Erdungspunkt verbunden zu haben, ist, die Erdung des Fahrers/ der Fahrerin entlang des ganzes Kranzes zu erhalten, selbst wenn der gemeinsame Verbindungsfaden 44 während der Lebenszeit des Fahrzeugs an einem Punkt durchtrennt wird. Wenigstens einer dieser Erdungspunkte 46a, 46b ist in Form eines Spannelementes, wie es in 8 gezeigt ist. Dieses Spannelement 48 ist im Wesentlichen in Form eines Wirbels einer elektrischen Gitarre, wobei sich ein Ende des gemeinsamen Verbindungsfadens 44 durch ein Durchgangsloch oder einen Schlitz im Körper des Spannelementes erstreckt. Dieses Spannelement 48 ist mit dem Körper des Lenkrades in einer drehbaren Weise verbunden, sodass durch Drehen des Spannelementes der gemeinsame Faden 44 gespannt wird. Durch Verbinden beider Enden des gemeinsamen Verbindungsfadens 44 mit einem Erdungspunkt 46a, 46b wird der elektrische Widerstand verringert und zusätzlich wird die Sicherheit wegen der Redundanz erhöht.
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Eine erste Alternative zum Spannelement 48 ist es, ein oder beide Enden des Verbindungsfadens 44 mit einem Knoten an einer Unterlegscheibe oder einem Anschluss, welcher mit der Masse verbunden ist, zu verbinden. Um den Faden vor dem Knoten zu sichern, kann der Faden durch den Kranzkörper 16 gestoßen werden, wenn der Kranzkörper 16 wenigstens teilweise aus einem Schaum (beispielsweise PU-Schaum) besteht.
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Eine zweite Alternative zum Spannelement 48 ist es, mit einem oder beiden Enden des Verbindungsfadens ein Stück leitfähigen Gewebes, welches mit der Masse verbunden ist, zu durchstoßen. Die Verbindung mit der Masse kann in jeder Art erreicht werden, wie Krimpen auf einen Anschluss oder Löten eines leitfähigen Fadens. Vorteilhafterweise ist dieses Stück leitfähigen Gewebes Teil einer anderen elektrischen Vorrichtung, welche auf den Kranz gewickelt ist, wie ein kapazitiver Sensor oder ein Heizelement. Die Erdung wird vereinfacht, da alle elektrischen Funktionen dieser elektrischen Vorrichtung auf einmal mit einem Stecker mit dem Fahrzeug verbunden werden.
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Zurück zur 4: Man kann an diesem Beispiel sehen, wie die Elektroden (hier die zweite Elektrode 22) mit dem Kranzkörper 16 verbunden werden können. Ein leitfähiger Stift erstreckt sich von dieser Elektrode 22 in eine leitfähige Buchse 17, welche innerhalb des Kranzkörpers 16 angeordnet ist. Diese leitfähige Buchse 17 ist in elektrischem Kontakt mit einem Leiter, welcher sich zur einem der Hauptkontaktpunkte, hier dem zweiten Hauptkontakt 32, erstreckt. Das Gesamtteil, welches aus der Elektrode und dem Stift besteht, kann ein einstückig gegossenes Kunststoffteil mit einer leitfähigen Beschichtung sein. Zusätzlich kann Klebstoff, beispielsweise zwischen der Elektrode und der Hülle 19, aufgetragen werden.
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Man sieht, dass das Vorsehen einer Erdung keine wesentliche Menge an Mehrarbeit erzeugt, da die Hülle ohnehin auf dem Kranzkörper gesichert werden muss. Somit wird der Vorteil einer Erdung zu geringen Kosten erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lenkrad
- 12
- Nabe
- 14a-c
- Speichen
- 15
- Kranz
- 16
- Kranzkörper
- 17
- Buchse
- 18
- Nut
- 18a
- Wand in Nut
- 19
- Hülle
- 19a, b
- Kante
- 21
- erstes elektrisch leitfähiges Hauptelement (erste Elektrode)
- 22
- zweites elektrisch leitfähiges Hauptelement (zweite Elektrode)
- 31
- erster Hauptkontaktpunkt
- 32
- zweiter Hauptkontaktpunkt
- 34
- Stift
- 36
- Leiter
- 40a-40c
- Abschnitte des elektrisch leitfähigen Zusatzelements (leitfähige Nähte)
- 41
- erster Faden
- 42
- zweiter Faden
- 44
- gemeinsamer Verbindungsfaden
- 46a, b
- Erdungspunkt
- 48
- Spannelement des Erdungspunkts
- 50
- Controller
- 51
- erster Eingang
- 52
- zweiter Eingang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012006147 A1 [0003, 0006]
