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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad zur Befestigung an einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs, das es ermöglicht, in effizienter und zuverlässiger Weise zu erkennen, ob der Fahrer des Fahrzeugs das Lenkrad mit wenigstens einer Hand umgreift oder ob lediglich eine Berührung vorliegt. Ein Fahrzeug kann ein oder mehrere Fahrfunktionen aufweisen, die ein zumindest teilweise automatisiertes Fahren des Fahrzeugs ermöglichen. Dabei kann es einem Fahrer des Fahrzeugs ermöglicht werden, die Aufmerksamkeit zumindest zeitweise von der Fahraufgabe abzuwenden. Im Rahmen der Übergabe der Fahraufgabe von dem Fahrzeug zurück auf den Fahrer kann es vorteilhaft und/oder erforderlich sein, zu überprüfen, ob der Fahrer des Fahrzeugs am Zeitpunkt der Übergabe das Lenkrad des Fahrzeugs mit einer oder besser beiden Händen umgreift oder zumindest berührt, Bekannte Lenkradsensorsysteme, die die Platzierung der Hand am Lenkrad erkennen, bieten prinzipiell die Möglichkeit festzustellen, auf welche Weise das Lenkrad berührt wird (z. B. durch Halten, Greifen, Berühren usw.). Dazu weisen diese Sensorsysteme mehrere kapazitive Sensoren auf, die verschiedene Bereiche der Oberfläche des Lenkrads sensorisch abdecken. Üblich sind Sensorsysteme mit nur wenigen Zonen, also zwei bzw. drei Sensorzonen, wie die
EP 2 723 625 A2 bzw.
WO 21 005112 A1 zeigen. Mehrere Zonen, für eine bessere Ortsauflösung sind konstruktionsbedingt nur aufwendig und damit sehr kostenintensiv im Lenkrad umzusetzen. Dies erfordert eine Vielzahl von Leitungen, welche über einen weiten Teil des Lenkradumfangs abgeschirmt geführt werden müssten. Die Sensorzonen in bekannten Systemen sind so angeordnet, dass eine erste Sensorzone die bezogen auf die Lenkwelle und deren Achse radial äußere Außenoberfläche des Lenkradkranzes abdeckt, während eine zweite Sensorzone die radial innere Innenoberfläche des Lenkrads abdeckt. Das Lenkrad gilt dann „umgriffen“, wenn beide Sensorzonen ein ausreichend hohes Signal liefern. Liefert hingegen nur eine Sensorzone ein Signal gilt das Lenkrad nicht „umgriffen“, sondern nur als berührt. Es hat sich aber gezeigt, dass die Griffsituation, also die Art und Weise, wie der Lenkradkranz durch die Hand des Fahrers gegriffen bzw. umgriffen wird, stark vom Ort abhängt, an dem der Lenkradkranz gegriffen wird. Es hat sich daher gezeigt, dass eine rotationssymmetrische Verteilung der Sensorzonen, insbesondere der ersten Sensorzone, zwar die Herstellung des Lenkrades vereinfacht, aber nicht der Handhabung im Kraftfahrzeug entspricht und somit die Detektionszuverlässigkeit beeinträchtigt.
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Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für ein Lenkrad mit verbesserter Detektionsgenauigkeit der Berührerkennung. Diese Aufgabe wird durch ein Bedienelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
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Die Erfindung betrifft ein Lenkrad mit Berührerkennung. Das erfindungsgemäße Lenkrad weist eine Lenkradnabe zur Festlegung des Lenkrads an einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs auf. Das Lenkrad ist daher vorgesehen eine händische Lenkeingabe über ein Lenkgetriebe in eine Fahrtrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs umzuwandeln, wenn der Fahrer seine Fahraufgabe wahrnimmt. Die zuverlässige Detektion einer Berührung des Lenkrades kann beispielsweise entscheidend für die Feststellung sein, ob der Fahrer seiner Lenkaufgabe nachkommt oder nicht. Das erfindungsgemäße Lenkrad weist einen Lenkradkranz mit einer zugehörigen Lenkradkranzoberfläche als Grifffläche für den Fahrer auf. Das Lenkrad weist ferner mindestens eine, meist zwei oder drei Lenkradspeichen auf, durch den der Lenkradkranz an der Lenkradnabe festgelegt ist. Der Lenkradkranz ist typischerweise als ein Ring mit im Wesentlichen runden Querschnitt ausgebildet. Der Lenkradkranz weist eine der Nabe abgewandte Außenoberfläche und eine der Nabe zugewandte Innenoberfläche auf, welche die Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i bilden.
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Ein größter Außenumfang des Lenkradkranzes um die durch die Lenkwelle definierte Achse gibt erfindungsgemäß eine Außenumfangslinie der Außenoberfläche vor, an der bei bestimmungsgemäßer Festlegung des Lenkrads an der Lenkwelle, ein hinterer, beispielsweise dem Armaturenbrett zugewandter Griffbereich des Lenkradkranzes an einen vorderen, dem Fahrer zugewandten Griffbereich des Lenkradkranzes angrenzt. Die Außenumfangslinie ist beispielsweise aber nicht zwingend kreisrund. Beispielsweise gibt ein kleinster Innenumfang des Lenkradkranzes, abgesehen von dem oder den Bereichen des Lenkradkranzes, in denen jeweils die Lenkradspeiche fußt, den inneren Übergang zwischen vorderem Griffbereich und hinterem Griffbereich und damit eine Innenumfangslinie vor. Beispielsweise wird die Außenoberfläche durch einen äußeren, ringförmigen Teil des hinteren Griffbereichs und einen äußeren, ringförmigen Teil des vorderen Griffbereichs ausgebildet, während die Innenoberfläche durch einen inneren rinförmigen, verbleibenden Teil des hinteren Griffsbereichs und einen inneren ringförmigen, verbleibenden Teil des vorderen Griffbereichs ausgebildet wird.
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Erfindungsgemäß ist eine Berührsensorik vorgesehen, die ausgebildet ist, innerhalb einer sich entlang des Umfangs des Lenkradkranzes erstreckenden, bandförmigen, ersten Sensorzone, die ein Teilbereich der Lenkradkranzoberfläche ist, eine Berührung kapazitiv oder resistiv zu erfassen. Hinsichtlich der Auslegung der Berührsensorik ist die Erfindung nicht beschränkt und arbeitet beispielsweise wie ein kapazitiver Näherungsschalter. Dessen Prinzip beruht auf der Änderung des elektrischen Feldes in der Umgebung vor seiner Sensorelektrode (aktive Zone). Der Sensor arbeitet mit einer RC-Oszillatorschaltung. Es wird die Kapazität zwischen der aktiven Elektrode und dem elektrischen Erdpotential oder einer spezifischen Gegenelektrode, beispielsweise dem metallischen Lenkradkern gemessen. Durch die Annäherung einer Hand an die aktive Sensorzone vergrößert sich die Kapazität und beeinflusst so die Schwingungsamplitude des RC-Oszillators. Diese Änderung bewirkt, dass eine nachgeschaltete Triggerstufe „kippt“ und ihren Ausgangszustand ändert. Beispielsweise ist lediglich eine oder mehrere, erste sich mäandernd über die erste Sensorzone erstreckende Leiterbahnen als erste Sensorelektroden vorgesehen. Die erste Sensorzone ist beispielsweise durch das zusammenhängende Gebiet der Lenkradkranzoberfläche definiert, an der eine Berührung sensierbar ist und die sich bevorzugt durch eine im Wesentlichen übereinstimmende Sensierempfindlichkeit auszeichnet.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem 12-Uhr-Umfangsteilbereich um eine bei einer Neutralstellung des Lenkrades einer 12-Uhr-Position entsprechende Stelle der Lenkradkranzoberfläche die bandförmige, erste Sensorzone gegenüber der Außenumfangslinie in Richtung des vorderen Griffbereichs versetzt angeordnet ist. D.h. in Umfangsrichtung um die bei Geradeausfahrt zu bestimmende 12-Uhr-Stelle des Lenkradkranzes liegt die Außenumfangslinie nicht mittig in der ersten Sensorzone, sondern die Sensorzone ist in den vorderen Griffbereich verlagert. Damit wird erfindungsgemäß das Problem gelöst, dass ein Ergreifen des Lenkradkranzes aufgrund der Neigung der Lenkradwelle und des vergleichsweise großen Abstands zwischen Fahrer und dem Lenkradkranz im 12-Uhr-Umfangsteilberech eben nicht auf der Außenumfangslinie erfolgt, sondern vielmehr auf dem vorderen Griffbereich. Damit sorgt die erfindungsgemäße Auslegung der ersten Sensorzone für eine zuverlässigere Erkennung einer Berührung des Lenkrades.
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Bevorzugt erstreckt sich die bandförmige, erste Sensorzone im 12-Uhr-Umfangsteilbereich bis in die Innenoberfläche des Lenkradkranzes.
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Beispielsweise liegt in einer Ausgestaltung die erste Sensorzone im Umfangsteilbereich im vorderen Griffbereich und damit jenseits der Außenumfangslinie.
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Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass sich die bandförmige, erste Sensorzone im 12-Uhr-Umfangsteilbereich von dem hinteren Griffbereich bis in den vorderen Griffbereich erstreckt, so dass die Außenumfangslinie im 12-Uhr-Umfamgsteilbereich die erste Sensorzone schneidet.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich der 12-Uhr-Umfangsteilbereich über mehr als 20%, bevorzugt mehr als 25% des gesamten Außenumfangs des Lenkradkranzes erstreckt.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die bandförmige, erste Sensorzone zumindest in einem 6-Uhr-Umfangsteilbereich um eine bei einer Neutralstellung des Lenkrads einer 6-Uhr-Position entsprechende Stelle der Lenkradkranzoberfläche eine symmetrische Verteilung um die Außenumfangslinie aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die bandförmige, erste Sensorzone außerhalb des 12-Uhr-Umfangsteilbereichs überwiegend eine symmetrisch Verteilung um die Außenumfangslinie aufweist.
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Bevorzugt ist die Berührsensorik ferner ausgebildet, innerhalb einer weiteren, sich entlang des Lenkradkranzes erstreckenden, bandförmigen, zweiten Sensorzone der Lenkradkranzoberfläche eine Berührung, dabei noch bevorzugter unabhängig von einer Detektion einer Berührung in der ersten Sensorzone kapazitiv oder resistiv zu detektieren. Beispielsweise ist die zweite Sensorzone zur Detektion der Finger des Fahrers und die erste Sensorzone zur Detektion des zugehörigen Handballens vorgesehen.
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Bevorzugt ist die Berührsensorik ausgebildet, in der ersten Sensorzone und zweiten Sensorzone jeweils eine im Wesentlichen konstante Sensierempfindlichkeit bereitzustellen, noch bevorzugter ist die Sensierempfindlichkeit für die erste und zweite Sensorzone gleich gewählt. Beispielsweise ist die Elektrodendichte in der jeweiligen Sensorzone über den Umfang des Lenkradkranzes konstant.
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Bevorzugt ist die erste Sensorzone von der zweiten Sensorzone umgeben, d.h. die erste Sensorzone ist inselförmig in die zweite Sensorzone eingebettet.
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Bevorzugt weist die Berührsensorik ein Foliensubstrat mit einer ersten Beschichtung zur Ausbildung der ersten Sensorzone und einer zweiten Beschichtung zur Ausbildung der zweiten Sensorzone auf.
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Bevorzugt ist die Berührsensorik ausgebildet, ausschließlich dann eine Berührung positiv zu detektieren, falls eine zeitgleiche Berührung in der ersten Sensorzone und in der zweiten Sensorzone detektiert wird.
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Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Lenkrads in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen jeweils lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:
- 1 eine Aufsicht auf eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads 1;
- 2 eine Schnittdarstellung einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lenkrads;
- 3 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Lenkrads 1;
- 4 eine Aufsicht auf die Berührsensorik 7;
- 5 eine Aufsicht auf die Berührsensorik aus 4, in vereinfachter Darstellung.
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1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lenkrads 1. Es dient der Vornahme einer Lenkverstellung einer Lenkachse bei einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug. Das Lenkrad 1 weist eine Lenkradnabe 3 zur Festlegung des Lenkrads 1 an einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs auf. Das Lenkrad 1 ist daher vorgesehen eine händische Lenkeingabe über ein Lenkgetriebe in eine Fahrtrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs umzuwandeln, wenn der Fahrer seine Fahraufgabe wahrnimmt. Die zuverlässige Detektion einer Berührung des Lenkrades 1 kann beispielsweise entscheidend für die Feststellung sein, ob der Fahrer seiner Lenkaufgabe nachkommt oder nicht. Das Lenkrad 1 weist einen Lenkradkranz 2 mit einer zugehörigen Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i als Grifffläche für den Fahrer auf. Das Lenkrad 1 weist zwei oder drei Lenkradspeichen 4 auf, durch den der Lenkradkranz 2 an der Lenkradnabe 3 festgelegt ist. Der Lenkradkranz 2 ist typischerweise als ein Ring mit im Wesentlichen runden Querschnitt ausgebildet. Der Lenkradkranz 2 weist eine der Nabe 3 abgewandte Außenoberfläche 2a und eine der Nabe zugewandte Innenoberfläche 2i auf, die gemeinsam die Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i bilden.
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Wie in 2 gezeigt, gibt ein größter Außenumfang des Lenkradkranzes 2 um die durch die Lenkwelle definierte Achse eine Außenumfangslinie A der Außenoberfläche 2a der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i vor, an der bei bestimmungsgemäßer Festlegung des Lenkrads 1 an der Lenkwelle, ein hinterer, beispielsweise dem Armaturenbrett zugewandter Griffbereich 2r des Lenkradkranzes 2 an einen vorderen, dem Fahrer zugewandten Griffbereich 2v des Lenkradkranzes 2 angrenzt. Die Außenumfangslinie A ist beispielsweise aber nicht zwingend kreisrund. Ferner gibt ein kleinster Innenumfang des Lenkradkranzes 2, abgesehen von dem oder den Bereichen des Lenkradkranzes 2, in denen jeweils die Lenkradspeiche 4 fußt, den inneren Übergang zwischen vorderem Griffbereich und hinterem Griffbereich und damit eine Innenumfangslinie I vor. Hier wird die Außenoberfläche 2a durch einen äußeren, ringförmigen Teil des hinteren Griffbereichs 2r und einen äußeren, ringförmigen Teil des vorderen Griffbereichs 2v ausgebildet, während die Innenoberfläche 2i durch einen inneren rinförmigen, verbleibenden Teil des hinteren Griffsbereichs 2r und einen inneren ringförmigen, verbleibenden Teil des vorderen Griffbereichs 2v ausgebildet wird.
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Ferner ist eine Berührsensorik 7 vorgesehen, die ausgebildet ist, innerhalb einer sich entlang des Umfangs des Lenkradkranzes 2 erstreckenden, bandförmigen, ersten Sensorzone 5, die ein Teilbereich der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i ist, eine Berührung kapazitiv oder resistiv zu erfassen. Die Berührsensorik 7 arbeitet beispielsweise nach dem Prinzip eines kapazitiven Näherungsschalters.
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Beispielsweise ist eine oder mehrere sich mäandernd über die erste Sensorzone 5 erstreckende Leiterbahn als erste Sensorelektroden vorgesehen. Die erste Sensorzone 5 ist durch das zusammenhängende Gebiet der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i definiert, an der eine Berührung sensierbar ist und die sich bevorzugt durch eine im Wesentlichen übereinstimmende Sensierempfindlichkeit auszeichnet.
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Bei der nicht-erfindungsgemäßen in 2 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich die erste Sensorzone 5 im Wesentlichen rotationssymmetrisch über die Außenoberfläche 2a der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i, so dass an jeder Stelle des Lenkradkranzes 2 sich eine symmetrische Verteilung der ersten Sensorzone 5 um die Außenumfangslinie A ergibt. Dies ist ungünstig für die Berührdetektion einer Hand B in dem Umfangsteilbereich V des Lenkradkranzes 2 aus 1, der bei der Neutralstellung des Lenkrads 1 um die 12-Uhr-Position liegt. Hier ist aufgrund der Neigung des Lenkrades 1 und der Position des Fahrers eine von den verbleibenden Stellen des Lenkradkranzes 2 abweichende Handauflage üblich, die durch die in 2 gezeigte Auslegung der ersten Sensorzone 5 nicht zuverlässig detektiert werden kann.
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Daher ist, wie in 3 gezeigt, vorgesehen, dass in einem 12-Uhr-Umfangsteilbereich U um eine bei einer Neutralstellung des Lenkrades 1 einer 12-Uhr-Position entsprechende Stelle 12h der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i die bandförmige, erste Sensorzone 5 gegenüber der Außenumfangslinie A in Richtung des vorderen Griffbereichs 2v versetzt angeordnet ist. D.h. in Umfangsrichtung um die bei Geradeausfahrt zu bestimmende 12-Uhr-Stelle 12h des Lenkradkranzes 2 liegt die Außenumfangslinie A nicht mittig in der ersten Sensorzone 5, sondern die erste Sensorzone 5 ist in den vorderen Griffbereich 2v verlagert. Damit wird erfindungsgemäß das Problem gelöst, dass ein Ergreifen des Lenkradkranzes 2 aufgrund der Neigung der Lenkradwelle und des vergleichsweise großen Abstands zwischen Fahrer und dem Lenkradkranz 2 im 12-Uhr-Umfangsteilberech U eben nicht auf der Außenumfangslinie A erfolgt, sondern vielmehr auf dem vorderen Griffbereich 2v. Damit sorgt die erfindungsgemäße Auslegung der ersten Sensorzone 5 für eine zuverlässigere Erkennung einer Berührung des Lenkrades 1. Wie 3 zeigt erstreckt sich die bandförmige, erste Sensorzone 5 im 12-Uhr-Umfangsteilbereich U bis in die Innenoberfläche 2i des Lenkradkranzes 2.
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Diese Verlagerung kann in einer nicht dargestellten Ausgestaltung soweit gehen, dass die erste Sensorzone 5 im Umfangsteilbereich U im vorderen Griffbereich 2v und damit jenseits der Außenumfangslinie A liegt.
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3 zeigt eine Ausführungsform, bei der sich die bandförmige, erste Sensorzone im 12-Uhr-Umfangsteilbereich U von dem hinteren Griffbereich 2r bis in den vorderen Griffbereich 2v erstreckt, so dass die Außenumfangslinie A im 12-Uhr-Umfamgsteilbereich die erste Sensorzone 5 schneidet.
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Beispielsweise ist vorgesehen, dass sich der 12-Uhr-Umfangsteilbereich U über mehr als 20%, bevorzugt mehr als 25% des gesamten Außenumfangs des Lenkradkranzes 2 erstreckt.
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Außerhalb des 12-Uhr-Umfangsteilbereichs U kann vorgesehen sein, dass die bandförmige, erste Sensorzone 5 zumindest in einem 6-Uhr-Umfangsteilbereich um eine bei einer Neutralstellung des Lenkrads 1 einer 6-Uhr-Position entsprechende Stelle 6h der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i eine symmetrische Verteilung um die Außenumfangslinie A aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die bandförmige, erste Sensorzone 5 außerhalb des 12-Uhr-Umfangsteilbereichs U überwiegend eine symmetrisch Verteilung um die Außenumfangslinie A aufweist.
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Wie sich aus den 4 und 5 ergibt, wird die Berührsensorik 7 durch ein beschichtetes Foliensubstrat 9 realisiert, welches elektrische Leiterschleifen als metallische Beschichtungen aufweist, die über ein Anschlussteil β elektrisch kontaktiert werden. Zwei mäandernd über dem Foliensubstrat 9 verteilt angeordnete Leiterschleifen sind der ersten Sensorzone 5 in der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i zugeordnet. Die Berührsensorik 7 bildet ferner eine sich entlang des Lenkradkranzes 2 erstreckende, bandförmige, zweite Sensorzone 6 in der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i durch zwei zweite Leiterschleifen auf dem Foliensubstrat 9 auf, um eine Berührung der Lenkradkranzoberfläche 2a, 2i in der zweiten Sensorzone 6 unabhängig von einer Detektion einer Berührung in der ersten Sensorzone 5 kapazitiv zu detektieren.
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Wie die vereinfachte Darstellung der 5 zeigt, ist die erste Sensorzone 5 von der zweiten Sensorzone 6 umgeben, d.h. die erste Sensorzone 5 ist inselförmig in die zweite Sensorzone 6 eingebettet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2723625 A2 [0001]
- WO 21005112 A1 [0001]