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EINLEITUNG
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Kraftfahrzeuglenkrad mit externer Beleuchtung zur Anzeige eines Betriebsmodus eines Fahrzeugs.
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Moderne Fahrzeuge können mehrere Betriebsmodi verwenden, darunter verschiedene Stufen des autonomen Betriebs oder Fahrassistenz. Fahrassistenzsysteme nutzen in der Regel Fahrzeugsensoren wie Lidar, Radar und Kameras zusammen mit einem GPS-Signal, um einen autonomen oder teilautonomen Betrieb des Fahrzeugs zu ermöglichen. Solche Sensoren können den Betrieb des Fahrzeugs und die Umgebung des Fahrzeugs erfassen und in Kombination mit einem Computer verschiedene Aspekte des Fahrzeugbetriebs steuern.
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Kraftfahrzeuge mit Fahrassistenzsystemen verwenden in der Regel auch Navigationssysteme, die in die Fahrzeugsteuerung integriert sind, Drive-by-wire-Systeme, Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kommunikation und/oder Fahrzeug-zu-Infrastruktur-Technologie, um die Fahrzeugposition zu ermitteln und das Fahrzeug zu steuern. Darüber hinaus verwenden Fahrzeuge mit Fahrassistenzsystemen Sensoren, um die Aufmerksamkeit des Fahrers auf die Fahrzeugsteuerung und die Straße vor dem Fahrzeug zu bewerten und anzuzeigen, ob ein Eingreifen des Fahrers erforderlich ist. So können z. B. Kameras eingesetzt werden, um sicherzustellen, dass der Fahrer die Straße im Auge behält, und eine Anzeige am Lenkrad des Fahrzeugs kann den aktuellen Betriebsmodus des Systems anzeigen und/oder den Fahrer auf erforderliche Maßnahmen hinweisen.
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BESCHREIBUNG
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Ein System zur Anzeige eines Betriebsmodus, einschließlich verschiedener Eskalationen davon, eines Kraftfahrzeugs mit einem Fahrzeuginnenraum und einem darin angeordneten Fahrersitz umfasst ein drehbares Lenkrad, das innerhalb des Fahrzeuginnenraums relativ zum Fahrersitz angeordnet ist. Das Lenkrad weist eine dem Fahrersitz zugewandte Vorderseite und eine gegenüberliegende Rückseite auf. Das System umfasst außerdem eine Lichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie einen Lichtstrahl auf die Rückseite des Lenkrads projiziert. Die Rückseite des Lenkrads ist so konfiguriert, dass sie den Lichtstrahl erfasst und damit die Vorderseite des Lenkrads beleuchtet, um dadurch ein sensorisches Signal zu erzeugen, das einem auf dem Fahrersitz sitzenden Fahrzeugfahrer den Betriebsmodus anzeigt.
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Das Lenkrad kann einen Radkranz aufweisen, der die Vorderseite und die gegenüberliegende Rückseite des Rades definiert. Die Rückseite des Radkranzes kann eine erste optische Oberfläche aufweisen, die der Lichtquelle zugewandt ist und so konfiguriert ist, dass sie den Lichtstrahl erfasst. Die Vorderseite des Radkranzes kann eine zweite optische Oberfläche aufweisen, die dem Fahrersitz zugewandt und so konfiguriert ist, dass sie von dem Lichtstrahl beleuchtet wird.
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Die erste optische Oberfläche kann einen Abschnitt mit einem Oberflächenmerkmal enthalten, das so konfiguriert ist, dass es den Lichtstrahl erfasst, formt und fokussiert.
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Das Oberflächenmerkmal kann einen strukturierten Bereich umfassen, der eine Vielzahl von Linsen oder Prismen bildet.
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In einer Querschnittsebene kann die erste optische Oberfläche einen flachen, der Lichtquelle zugewandten Abschnitt aufweisen.
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Die zweite optische Oberfläche kann Öffnungen enthalten, die so konfiguriert sind, dass sie Licht aus dem erfassten Lichtstrahl emittieren.
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Das System kann auch eine Lenkwelle umfassen, die betriebsmäßig mit dem Lenkrad verbunden ist, und die Lichtquelle kann auf der Lenkwelle angeordnet sein. In einer solchen Ausführungsform kann der erfasste Lichtstrahl einen Abschnitt der zweiten optischen Oberfläche beleuchten und der beleuchtete Abschnitt der zweiten optischen Oberfläche kann sich mit dem Lenkrad drehen.
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Das System kann zusätzlich ein Lenkwellengehäuse umfassen, das relativ zum Fahrzeuginnenraum fest angebracht und so gestaltet ist, dass es die Lenkwelle abschirmt. In einer solchen Ausführungsform kann die Lichtquelle an dem Lenkwellengehäuse angeordnet sein. Darüber hinaus kann bei der vorliegenden Ausführungsform der erfasste Lichtstrahl einen Abschnitt der zweiten optischen Oberfläche beleuchten, und der beleuchtete Abschnitt der zweiten optischen Oberfläche kann relativ zum Fahrersitz fixiert bleiben, wenn das Lenkrad gedreht wird.
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Die Lichtquelle kann eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie Licht in einem rot-grün-blauen (RGB) Farbspektrum ausgeben, sowie einen 3-Kanal-LED-Treiber, der so konfiguriert ist, dass er jede LED einzeln steuert, um den Lichtstrahl zu erzeugen.
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Die Vielzahl der LEDs kann auf einem Mikrochip angeordnet sein. In einer solchen Ausführungsform kann die Lichtquelle zusätzlich ein Lichtstrahlhomogenisierungselement enthalten, das stromabwärts des Mikrochips angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu erzeugen.
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Die Lichtquelle kann eine Vielzahl von Kollimationslinsen umfassen, die stromaufwärts von der Vielzahl der LEDs angeordnet sind. In einer solchen Ausführungsform kann jede Kollimationslinse so konfiguriert sein, dass sie das von einer entsprechenden LED abgegebene Licht ausrichtet.
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Die Lichtquelle kann einen Umlenkspiegel und eine Vielzahl von Lichtstrahlkombinierelementen umfassen, die jeweils stromabwärts der Vielzahl von Kollimationslinsen angeordnet sind. In einer solchen Ausführungsform kann der Umlenkspiegel so konfiguriert sein, dass er das von einer der mehreren LEDs abgegebene Licht reflektiert, und die mehreren Lichtstrahlkombinierelemente können so konfiguriert sein, dass sie Lichtstrahlen von den übrigen LEDs mit dem vom Umlenkspiegel reflektierten Lichtstrahl zu dem auf die Rückseite des Lenkrads projizierten Lichtstrahl zusammenführen.
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Das sensorische Signal kann einen Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs anzeigen, z. B. einen Grad des autonomen Betriebs des Fahrzeugs. In einer solchen Ausführungsform kann das System zusätzlich eine elektronische Steuerung umfassen, die in operativer Kommunikation mit der Lichtquelle steht und mit einem Algorithmus programmiert ist. Der Algorithmus kann, wenn er von der elektronischen Steuerung ausgeführt wird, so konfiguriert sein, dass er den Lichtstrahl in Korrelation mit dem Grad des autonomen Betriebs des Fahrzeugs reguliert und diesen anzeigt.
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Ein Kraftfahrzeug, das das System zur Erzeugung eines sensorischen Signals für einen auf dem Fahrersitz befindlichen Fahrzeugfahrer verwendet, beispielsweise zur Anzeige eines Betriebsmodus des Fahrzeugs, wird ebenfalls offenbart.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsform(en) und der besten Art(en) zur Ausführung der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem im Fahrzeuginnenraum angeordneten Fahrersitz und einem Lenkrad, das von einem System zur Anzeige eines Betriebsmodus des Fahrzeugs verwendet wird, gemäß der Offenbarung.
- 2A zeigt schematisch eine Teilansicht des Innenraums des in 1 gezeigten Fahrzeugs, in der die Beziehung zwischen dem auf dem Fahrersitz sitzenden Fahrer und dem Lenkrad sowie die Anordnung einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl auf die Rückseite des Lenkrads richtet, dargestellt sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 2B zeigt schematisch eine Teilansicht des Innenraums des in 1 gezeigten Fahrzeugs, in der der auf dem Fahrersitz sitzende Fahrer, das Lenkrad und eine andere Anordnung einer Lichtquelle, die einen Lichtstrahl auf die Rückseite des Lenkrads richtet, dargestellt sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Lenkradkranzes in einer in 2 angegebenen Querschnittsebene A-A, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 4 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Lenkradkranzes in einer in 2 angegebenen Querschnittsebene A-A, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 5A ist eine schematische Frontalansicht einer Ausführungsform des in 2 dargestellten Lenkrads, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 5B ist eine schematische Frontalansicht einer anderen Ausführungsform des in 2 gezeigten Lenkrads, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
- 6 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Lenkrads mit einem unterbrochenen Kranz.
- 7 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Lichtquelle, die eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) zur Erzeugung des Lichtstrahls verwendet.
- 8 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Lichtquelle, bei der eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) auf einem Mikrochip angeordnet ist, um den Lichtstrahl zu erzeugen.
- 9 ist eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Lichtquelle, die eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) verwendet, die auf einem Mikrochip angeordnet sind und ein Strahlenteilungselement haben, um eine Vielzahl von Lichtstrahlen zu erzeugen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Fachleute werden erkennen, dass Begriffe wie „über“, „unter“, „aufwärts“, „abwärts“, „oben“, „unten“, „links“, „rechts“ usw. für die Figuren beschreibend verwendet werden und keine Einschränkungen des Umfangs der Offenbarung darstellen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus können die Lehren hier in Form von funktionalen und/oder logischen Blockkomponenten und/oder verschiedenen Verarbeitungsschritten beschrieben werden. Es sollte klar sein, dass solche Blockkomponenten eine Reihe von Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten umfassen können, die zur Ausführung der angegebenen Funktionen konfiguriert sind.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Kraftfahrzeugs 10, das relativ zu einer Straßenoberfläche 12 positioniert ist. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 einen Fahrzeugaufbau 14, der einen Fahrzeuginnenraum oder Fahrgastraum 16 definiert. Im Inneren des Fahrgastraums 16 sind ein Fahrersitz 18 sowie weitere Sitzflächen für Fahrzeuginsassen angeordnet. Wie in 1 dargestellt, umfasst das Fahrzeug 10 Straßenräder 20 und ein Aufhängungssystem 22, das den Fahrzeugaufbau 14 mit den jeweiligen Sätzen von Straßenrädern 20 operativ verbindet, um den Kontakt zwischen den Rädern und der Straßenoberfläche 12 aufrechtzuerhalten.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst zusätzlich einen Antriebsstrang 24 mit einer oder mehreren Energiequellen 24A, wie z.B. einem Verbrennungsmotor (ICE), einem Elektromotor oder einer Kombination solcher Vorrichtungen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Antriebsmoment auf die erste Achse mit den Straßenrädern 20 übertragen. Das Kraftfahrzeug 10 weist zusätzlich einen Lenkaktuator 26, z.B. eine elektrische Servolenkung, auf, der mit einem drehbaren Lenkrad 28 verbunden ist, das in dem Fahrgastraums 16 vor dem Fahrersitz 18 angeordnet ist und die vorderen und/oder hinteren Laufräder 20 über die Eingabe des Fahrers 29 lenken kann. Das Kraftfahrzeug 10 umfasst auch andere Fahrzeugsteuerungen, die innerhalb des Fahrgastraums 16 angeordnet sind, wie z. B. eine Beschleunigungsvorrichtung 30 zur Steuerung der Leistungsabgabe der Energiequelle(n) 24A und einen Bremsschalter oder eine Bremsvorrichtung 32 zum Verzögern der Drehung der Straßenräder 20 (z. B. über einzelne Reibungsbremsen, die sich an den jeweiligen Straßenrädern befinden) usw.
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Wie in 1 dargestellt, kann das Kraftfahrzeug 10 Sensoren 34 und eine elektronische Steuerung 36 enthalten, die zusammenarbeiten können, um das Fahrzeug 10 in bestimmten Situationen zumindest teilweise in einem autonomen Modus zu steuern, zu führen und zu manövrieren. Das Fahrzeug 10 mit einer solchen Fähigkeit kann als autonomes Fahrzeug bezeichnet werden. Um eine effiziente und zuverlässige autonome Fahrzeugsteuerung zu ermöglichen, kann die elektronische Steuerung 36 in operativer Kommunikation mit dem Lenkaktuator 26, dem Gaspedal 30 und der Bremsvorrichtung 32 stehen. Die Sensoren 34 können ein LIDAR (Light Detection and Ranging), ein Radar und eine Kamera umfassen, die um das Fahrzeug 10 herum angeordnet sind, um die Straßenoberfläche 12 zu erfassen und einen umgebenden geografischen Bereich und die Verkehrsbedingungen in der Nähe des Host-Fahrzeugs zu überwachen. Die Sensoren 34 können auch Vorrichtungen umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie die Drehzahlen des ICE-Motors und/oder des Elektromotors, die Temperaturen, das Antriebsdrehmoment, das Übersetzungsverhältnis des Getriebes und den Ladezustand der Batterie erfassen oder messen. Darüber hinaus können die Sensoren 34 Giergeschwindigkeits- und Winkelsensoren, Beschleunigungsmesser, Raddrehzahlsensoren, Reifendrucksensoren, einen Sensor für die Längsgeschwindigkeit und einen Sensor für die Quergeschwindigkeit umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie die entsprechenden Parameter erfassen und die entsprechenden Daten an die elektronische Steuerung 36 übermitteln.
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Die elektronische Steuerung 36 steht mit den Fahrzeugsensoren 34 in Verbindung, um deren jeweilige Messdaten zu empfangen, die sich auf die Erfassung oder Abtastung der Straßenoberfläche 12 und die Überwachung des umgebenden geografischen Gebiets und der Verkehrsbedingungen beziehen, und um ein globales Positionierungssystem (GPS) zu verwenden, um das Fahrzeug 10 entlang eines ausgewählten Weges zu steuern. Die elektronische Steuerung 36 kann auch als Steuermodul, Steuereinheit, Controller, Fahrzeugsteuerung 10, Computer usw. bezeichnet werden. Die elektronische Steuerung 36 kann einen Computer und/oder Prozessor 38 sowie Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen (z. B. zu Sensoren 34) usw. zur Verwaltung und Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs 10 umfassen. Als solches kann ein Verfahren, das im Folgenden beschrieben und allgemein in 3 dargestellt wird, als Programm oder Algorithmus verkörpert werden, das bzw. der teilweise auf der elektronischen Steuerung 36 betrieben werden kann.
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Die elektronische Steuerung 36 kann als ein oder mehrere digitale Computer oder Host-Maschinen ausgeführt sein, die jeweils einen oder mehrere Prozessoren 38, einen Festwertspeicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), optische Laufwerke, magnetische Laufwerke usw., einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, Analog-Digital (A/D) -Schaltkreise, Digital-Analog (D/A) - Schaltkreise und Eingangs-/Ausgangs (E/A) -Schaltkreise, E/A-Vorrichtungen und Kommunikationsschnittstellen sowie eine Signalaufbereitungs- und Pufferelektronik aufweisen. Der computerlesbare Speicher kann ein nicht flüchtiges/gegenständliches Medium umfassen, das an der Bereitstellung von Daten oder computerlesbaren Anweisungen beteiligt ist. Der Speicher kann nichtflüchtig oder flüchtig sein. Zu den nichtflüchtigen Medien gehören beispielsweise optische oder magnetische Festplatten und andere dauerhafte Speicher. Ein Beispiel für einen flüchtigen Speicher ist der dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM), der einen Hauptspeicher darstellen kann. Andere Beispiele für Speicher sind flexible Platten, Festplatten, Magnetbänder oder andere magnetische Medien, CD-ROMs, DVDs und/oder andere optische Medien sowie andere mögliche Speichervorrichtungen wie Flash-Speicher.
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Die elektronische Steuerung 36 umfasst einen zugreifbaren, nicht transitorischen Speicher, in dem computerausführbare Anweisungen, einschließlich eines oder mehrerer Algorithmen, zur Regelung des Betriebs der Systeme des Kraftfahrzeugs 10 aufgezeichnet sind. Der/die betreffende(n) Algorithmus(e) kann/können einen Algorithmus umfassen, der so konfiguriert ist, dass er die Lokalisierung des Kraftfahrzeugs 10 überwacht, den Kurs des Fahrzeugs in Bezug auf eine kartierte Fahrzeugtrajektorie auf einer bestimmten Straßenoberfläche 12 bestimmt und den Betrieb des Fahrzeugs in einem autonomen Modus regelt. Die elektronische Steuerung 36 kann auch mit einem Algorithmus 40 programmiert sein, der, wenn er von der elektronischen Steuerung ausgeführt wird, so konfiguriert ist, dass er ein System 42 (das weiter unten im Detail beschrieben wird) zum Erzeugen eines sensorischen Signals betreibt, um beispielsweise einen Betriebsmodus 44 des Kraftfahrzeugs 10 anzuzeigen. Der Prozessor 38 der elektronischen Steuerung 36 ist für die Ausführung solcher Algorithmen konfiguriert.
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Wie bereits erwähnt, verfügt das Kraftfahrzeug 10 über ein Lenkrad 28, mit dem der Fahrer 29 das Fahrzeug lenken kann. Das Lenkrad 28 ist Teil des Systems 42 und umfasst, wie in 2 dargestellt, eine Vorderseite 28-1, die dem Fahrersitz 18 zugewandt ist, und eine gegenüberliegende Rückseite 28-2, die typischerweise einem Armaturenbrett 16A des Fahrzeugs 10 zugewandt ist. Sowohl die Vorderseite 28-1 als auch die Rückseite 28-2 des Lenkrads 28 können einen Radkranz 28A und einen zentral angeordneten Nabenabschnitt 28B in der Nähe der Drehachse X des Lenkrads umfassen. Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 umfasst das System 42 auch eine Lichtquelle 46, die so konfiguriert ist, dass sie einen Lichtstrahl 48 erzeugt und auf die Rückseite 28-2 des Lenkrads 28 projiziert. Die Lichtquelle 46 kann über ein Kabel 46A mit einer Energiequelle des Fahrzeugs verbunden sein, z. B. mit einer elektrischen Batterie (nicht dargestellt).
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Die Rückseite 28-2 des Lenkrads 28 ist so konfiguriert, dass sie den Lichtstrahl 48 erfasst und damit die Vorderseite 28-1 des Lenkrads beleuchtet. Eine solche Beleuchtung des Lenkrads 28 soll ein sensorisches Signal für den auf dem Fahrersitz 18 befindlichen Fahrzeugführer 29 erzeugen. Das betreffende sensorische Signal soll ausreichend strahlend sein, damit es vom Menschen leicht wahrgenommen werden kann, und kann so konfiguriert sein, dass es einen aktuellen Fahrzeugbetriebsmodus 44 und/oder eine erforderliche Reaktion des Fahrzeugführers 29 anzeigt. Dementsprechend ist die Vorderseite 28-1 des Lenkrads speziell so konfiguriert, dass sie in einer Sichtlinie 29A des sitzenden Fahrzeugfahrers 29, der das Fahrzeug 10 bedient, beleuchtet wird. Darüber hinaus kann die Intensität der Beleuchtung der Vorderseite 28-1 des Lenkrads in Abhängigkeit von den Umgebungslichtverhältnissen variiert werden.
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Der Betriebsmodus 44 des Kraftfahrzeugs 10 kann beispielsweise eine Stufe des autonomen Betriebs des Fahrzeugs oder ein Eskalationsmodus sein, der den Benutzer auffordert, auf die Straße zu schauen oder die Seitensteuerung wieder aufzunehmen. Dementsprechend kann die elektronische Steuerung 36 in operativer Kommunikation mit der Lichtquelle 46 stehen, um eine solche Warnung an den Fahrzeugführer 29 in Bezug auf den Betriebsmodus 44 zu bewirken. Insbesondere kann die elektronische Steuerung 36 mit einem entsprechenden Algorithmus 40 programmiert werden, der, wenn er von der elektronischen Steuerung ausgeführt wird, so konfiguriert ist, dass er den Betrieb der Lichtquelle 46 regelt und die Erzeugung des Lichtstrahls 48 in Korrelation mit einer bestimmten Stufe des autonomen Betriebs des Fahrzeugs anweist und diese anzeigt. In einer solchen Ausführungsform kann die elektronische Steuerung 36 daher Teil des Systems 42 sein.
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Die Erzeugung des Lichtstrahls 48 und die Beleuchtung der Vorderseite 28-1 des Lenkrads können speziell so konfiguriert sein, dass sie signalisieren, dass der Fahrer 29 das Lenkrad 28 loslassen kann oder aufgefordert wird, das Fahrzeuglenkrad festzuhalten oder wieder unter Kontrolle zu bringen. Der Betriebsmodus 44 des Kraftfahrzeugs 10 kann auch ein Betriebsmodus des Antriebsstrangs 24, ein Betriebszustand von Fahrzeughilfssystemen und andere Warnungen sein, die die Aufmerksamkeit des Fahrers auf sich ziehen sollen. Die Lichtquelle 46 kann so konfiguriert sein, dass sie den Lichtstrahl 48 so erzeugt, dass er ein Bild, ein vorbestimmtes Muster oder eine animierte Sequenz bildet - beispielsweise eine Abfolge von Farben oder Modulationsfrequenzen (Helligkeit) mit verschiedenen Zeitabständen zwischen den Impulsen.
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Darüber hinaus kann die Form eines modulierten Stromimpulses verändert werden - zum Beispiel können rechteckige, dreieckige oder andere Formen verwendet werden, um eine Vielzahl von Visualisierungseffekten zu erzeugen. Die Modulation kann entweder durch Frequenzmodulation, Strommodulation oder eine Kombination aus beidem erfolgen. Beide Techniken können für den Betrachter den gleichen Effekt wie eine Modulation der Intensität und eine Variation der Farbe je nach gewählter Kombination erzeugen. So kann beispielsweise eine grüne Farbe mit 5 Hz und eine rote Farbe mit 7 Hz moduliert werden. Darüber hinaus kann die Form des modulierten Stromimpulses verändert werden, z. B. können rechteckige, dreieckige oder andere Formen verwendet werden, um eine Vielzahl von Visualisierungseffekten zu erzeugen.
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Wie in 2 zu sehen ist, kann das Lenkrad den Radkranz 28A umfassen, der die Vorderseite 28-1 und die gegenüberliegende Rückseite 28-2 definiert. Die Rückseite 28-2 des Radkranzes 28A kann eine erste optische Oberfläche 50 aufweisen, die der Lichtquelle 46 zugewandt ist und so konfiguriert ist, dass sie den Lichtstrahl 48 erfasst. Die erste optische Oberfläche 50 kann einen Abschnitt 50A (dargestellt in 2) mit einem Oberflächenmerkmal 52 (dargestellt in 3) umfassen, das so konfiguriert ist, dass es den Lichtstrahl 48 erfasst, formt und fokussiert. Wie in 3 in einer Querschnittsebene A-A dem in 2 dargestellten Radkranz 28A zu sehen ist, kann das Oberflächenmerkmal 52 ein flacher, der Lichtquelle 46 zugewandter Teil sein. Wie in 4 zu sehen ist, die eine alternative Ausführungsform der in 2 dargestellten Querschnittsebene A-A des Radkranzes 28A zeigt, kann das Oberflächenmerkmal 52 ein dreidimensional strukturierter Bereich sein, der eine Vielzahl von Linsen oder Prismen 54 bildet. Das Lenkrad 28 kann einen durchgehenden Radkranz 28A haben. Der Radkranz 28A kann beispielsweise die Form eines kreisförmigen Lenkrads haben, wie in den 2, 5A und 5B gezeigt. Der Radkranz 28A kann auch eine allgemein kreisförmige Form haben, jedoch mit einem flachen oder im Wesentlichen geraden Boden (wenn das Rad für die Geradeausfahrt des Fahrzeugs ausgerichtet ist) in der Nähe der Beine des sitzenden Fahrers. Alternativ kann der Radkranz 28A auch eine allgemein quadratische Form haben. In einer anderen, in 6 gezeigten Ausführungsform kann das Lenkrad 28 einen unterbrochenen Kranz 28A haben, der einen U-förmigen Bügelsteg bildet. Das Oberflächenmerkmal 52 kann sich um die Rückseite 28-2 des gesamten Radkranzes 28A erstrecken oder in einem bestimmten Bereich lokalisiert sein.
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Wie in 2 dargestellt, kann die Vorderseite 28-1 des Radkranzes 28A eine zweite optische Oberfläche 58 aufweisen, die dem Fahrersitz 18 zugewandt und so konfiguriert ist, dass sie von dem Lichtstrahl 48 beleuchtet wird. Die zweite optische Oberfläche 58 kann einen kontinuierlichen Bereich 60 (in 5A dargestellt) mit Lichtemission oder lokalisierte, z. B. strategisch angeordnete Bereiche 60 mit Lichtemission (in den 5B und 6 dargestellt) umfassen. Wie in 5B gezeigt, kann der Radkranz 28A beispielsweise eine Radkranzabdeckung 62 aufweisen, die z. B. aus Leder genäht ist und die lokalisierten Bereiche 60 definiert, die Perforationen oder Öffnungen in der Abdeckung sein können. In einer solchen Ausführungsform kann der Radkranz 28A durch den Lichtstrahl 48 beleuchtet werden, während die Radkranzabdeckung 62 die Emission des erfassten Lichts größtenteils blockiert, aber es den Öffnungen in den lokalisierten Bereichen 60 ermöglicht, das erfasste Licht an einer bestimmten Stelle innerhalb der Sichtlinie 29A des auf dem Fahrersitz 18 befindlichen Bedieners 29 durch sie hindurch zu emittieren. Wie in 6 dargestellt, die das Lenkrad 28 mit dem U-förmigen Gabelschaft 28A zeigt, kann mindestens einer der Bereiche 60 an der Radnabe 28B zentral in Bezug auf die Lenkachse X angeordnet sein. In einer solchen Ausführungsform wird der zentral angeordnete Bereich 60 beleuchtet und bleibt unabhängig von der Ausrichtung des unterbrochenen Radkranzes 28A in der gleichen allgemeinen Position innerhalb der Sichtlinie 29A des Bedieners. Obwohl der in der Radnabe 28B angeordnete Bereich 60 speziell in 6 dargestellt ist, kann ein solcher zentral beleuchteter Bereich auch in anderen Ausführungsformen des Lenkrads 28 verwendet werden, wie z. B. in den 5A und 5B dargestellt.
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Wie in 2A dargestellt, ist das Lenkrad 28 in der Regel mit einer drehbaren Lenkwelle 64 verbunden oder gekoppelt. In der in 2A dargestellten Ausführungsform des Lenkrads 28 kann die Lichtquelle 46 an der Lenkwelle 64 angeordnet sein. In einem solchen Fall kann der erfasste Lichtstrahl 48 einen Abschnitt 58A der zweiten optischen Oberfläche 58 beleuchten, der so konfiguriert ist, dass er sich mit dem Lenkrad 28 und in Bezug auf die Sichtlinie 29A des Bedieners dreht. Die Ausführungsform der Lichtquelle 46, die auf der Lenkwelle 64 angeordnet ist, kann besonders nützlich sein in dem System 42, das das Lenkrad 28 mit dem unterbrochenen Kranz 28A verwendet, wie die U-förmige Gabel in 6. Wie in 2B gezeigt, kann die Lenkwelle 64 von einem Lenkwellengehäuse 66 ummantelt oder abgeschirmt sein, das relativ zum Fahrzeuginnenraum 16 fest angebracht ist. Wie dargestellt, kann die Lichtquelle 46 auf dem Lenkwellengehäuse 66 angeordnet oder daran befestigt sein. Bei der Ausführungsform von 2B kann der erfasste Lichtstrahl in ähnlicher Weise den Abschnitt 58A der zweiten optischen Oberfläche 58 beleuchten. In einer solchen Ausführungsform würde der beleuchtete Abschnitt 58A jedoch relativ zum Fahrzeuginnenraum 16 und zum Fahrersitz 18, d. h. in der direkten Sichtlinie 29A des Fahrers, fixiert bleiben, wenn das Lenkrad 28 während des Betriebs des Fahrzeugs 10 gedreht wird. Die Ausführungsform der Lichtquelle 46, die am Lenkwellengehäuse 66 (oder an einem anderen, in Bezug auf den Fahrzeuginnenraum 16 ortsfesten Bauteil) angebracht ist, kann den Lichtstrahl 48 auf die Rückseite 28-2 des Nabenabschnitts 28B richten, in die Nähe der Stelle, an der das Lenkrad 28 an der Lenkwelle 64 angebracht ist. Die in 2B dargestellte Anordnung der Lichtquelle 46 kann nützlich sein, wenn das Lenkrad 28 entweder einen durchgehenden oder einen unterbrochenen Kranz 28A aufweist.
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Wie in den 7 und 8 gezeigt, kann die Lichtquelle 46 eine Vielzahl von Leuchtdioden (LEDs) umfassen, die als LEDs 68-1, 68-2 und 68-3 dargestellt sind. Die LEDs 68-1, 68-2, 68-3 sind so konfiguriert, dass sie Licht in einem rot-grün-blauen (RGB) Farbspektrum ausgeben - zum Beispiel kann die LED 68-1 so konfiguriert sein, dass sie rotes Licht ausgibt, die LED 68-2 kann so konfiguriert sein, dass sie grünes Licht ausgibt, und die LED 68-3 kann so konfiguriert sein, dass sie blaues Licht ausgibt. Die Lichtquelle 46 kann zusätzlich einen 3-Kanal-LED-Treiber 70 enthalten, der mit der elektronischen Steuerung 36 verbunden ist. Der 3-Kanal-LED-Treiber 70 ist so konfiguriert, dass er jede LED 68-1, 68-2, 68-3 einzeln ansteuert, um einen gleichmäßig homogenisierten Strahl aus weißem Licht zu erzeugen, wodurch der Lichtstrahl 48 gebildet wird. Wie in 7 gezeigt, kann die Lichtquelle 46 zusätzlich eine Vielzahl von Kollimationslinsen 72-1, 72-2, 72-3 enthalten, die stromaufwärts der Vielzahl von LEDs 68-1, 68-2, 68- 3 angeordnet sind. Jede Kollimationslinse 72-1, 72-2, 72-3 kann so konfiguriert sein, dass sie das von einer entsprechenden LED 68-1, 68-2, 68-3 ausgegebene Licht ausrichtet.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 7, kann die Lichtquelle 46 zusätzlich einen Umlenkspiegel 74 und eine Vielzahl von Lichtstrahlkombinierelementen 76, 78 umfassen. Sowohl der Umlenkspiegel 74 als auch die mehreren Lichtstrahlkombinierelemente 76, 78 sind stromabwärts der mehreren Kollimationslinsen 72-1, 72-2, 72-3 angeordnet. Der Umlenkspiegel 74 ist so konfiguriert, dass er einen von einer der LEDs, wie z. B. der 68-1, abgegebenen Lichtstrahl auf die Lichtstrahlkombinierelemente 76, 78 umlenkt. Das Lichtstrahlkombinierelement 76 ist so konfiguriert, dass es die Lichtstrahlen von der LED 68-1 (die durch den Umlenkspiegel 74 umgelenkt wird) und den Lichtstrahl von der LED 68-2 zusammenführt oder kombiniert. Das Lichtstrahlkombinierelement 76 ist wiederum so konfiguriert, dass es die zusammengeführten Lichtstrahlen von den LEDs 68-1 und 68-2 mit dem Lichtstrahl von der LED 68-3 zu einem homogenisierten Lichtstrahl 48 zusammenführt oder kombiniert, der auf die Rückseite 28-2 des Lenkrads projiziert wird.
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Alternativ kann, wie in 8 gezeigt, die Vielzahl der LEDs 68-1, 68-2, 68-2 auf einem Mikrochip 80 angeordnet sein. Die Lichtquelle 46 kann zusätzlich eine Kollimationslinse 72-4 hinter dem LED-Mikrochip 80 und ein stromabwärts der Kollimationslinse angeordnetes Lichtstrahlhomogenisierungselement 82 umfassen. Die Ausführungsform von 8 umfasst auch ein Lichtstrahl-Homogenisierungselement 82, das so konfiguriert ist, dass es einen gleichmäßig homogenisierten Strahl aus weißem Licht ausgibt und dadurch den Lichtstrahl 48 erzeugt. In einer weiteren, in 9 gezeigten Ausführungsform kann die Lichtquelle 46 stromabwärts des LED-Mikrochips 80 und des Lichtstrahlhomogenisierungselements 82 ein Strahlenteilungselement 84 verwenden, das so konfiguriert ist, dass es den Ausgang des Lichtstrahlhomogenisierungselements in eine Vielzahl von separaten Strahlen 48 aufteilt, die auf einzelne, voneinander beabstandete Abschnitte der Felge 28A gerichtet sind. Die in 9 dargestellte Ausführungsform der Lichtquelle 46 kann besonders nützlich für das System 42 sein, bei dem das Lenkrad 28 mit einem diskontinuierlichen Kranz 28A verwendet wird, wie z. B. der in 6 dargestellte U-förmige Gabelschaft.
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Insgesamt umfasst das System 42 die Lichtquelle 46, die entfernt vom Lenkrad 28 angeordnet und in der Lage ist, das Rad entweder in einem Bereich zu beleuchten, der relativ zur Sichtlinie 29A des Fahrers feststeht, oder in einem Bereich, der sich mit dem Lenkrad verschiebt oder dreht.
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Insbesondere ist die Rückseite des Lenkrads 28 so konfiguriert, dass sie den Lichtstrahl 48 erfasst und die Vorderseite des Rades beleuchtet, um ein sensorisches Signal zu erzeugen, das beispielsweise den/die Betriebszustand(e) des Fahrzeugs, einschließlich verschiedener Eskalationen, die erforderliche(n) Reaktion(en) des Fahrzeugführers usw. anzeigt. So ermöglicht das System 42, dass die Lichtquelle 46, die vom Lenkrad 28 selbst entkoppelt ist, die Anzeige von Signalen an einer gewünschten Stelle in Bezug auf die Sichtlinie des Fahrers erleichtert und an verschiedene Lenkradformen angepasst werden kann.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die Offenbarung, aber der Umfang der Offenbarung wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen zur Durchführung der beanspruchten Offenbarung im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zur Durchführung der Offenbarung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus sind die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die in der vorliegenden Beschreibung erwähnten Merkmale verschiedener Ausführungsformen nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale mit einem oder mehreren anderen gewünschten Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden kann, was zu anderen Ausführungsformen führt, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen solche anderen Ausführungsformen in den Rahmen des Umfangs der beigefügten Ansprüche.
