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Querverweis auf verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung ist eine 371-Anmeldung der internationalen PCT-Anmeldung Nr. PCT/US2009/035449 vom 27. Februar 2009, die den den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/049,218 vom 30. April 2008 beansprucht.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Erfindungsfeld
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein haptisches Sitzsystem des Typs, in dem zur Warnung vorgesehene haptische Empfindungen in Abhangigkeit von einem Ausloseereignis variiert werden.
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2. Stand der Technik
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Einige Sitzsysteme wie etwa die gewöhnlich fur Fahrzeugsitze verwendeten konnen ein haptisches Element enthalten. Das haptische Element kann eine Einrichtung sein, die gesteuert wird, um eine haptische oder taktile Empfindung fur einen Sitzinsassen vorzusehen. Ein Typ von haptischem Element kann einen Elektromotor umfassen, der ein exzentrisch geladenes Gewicht oder eine andere Einrichtung dreht oder auf andere Weise antreibt, um eine haptische Empfindung zu veranlassen. Die haptische Empfindung kann veranlasst werden, indem das exzentrisch geladene Gewicht eine Vibration, einen Ruck oder eine andere Kraft in dem Sitzpolster, gegen einen Sitzrahmenaufbau oder mittels eines anderen Mechanismus verursacht.
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Einen Fahrzeugsitz zur Erzeugung haptischer Empfindungen schlägt die
US 2007/0 241 595 A1 vor. Beschrieben wird dort eine Steuerung, die den Fahrzeuginsassen durch Ansteuerung von in den Fahrzeugsitz integrierten Aktoren auf besondere Ereignisse aufmerksam macht. Dies wird durch variierbare Vibrationen der Aktoren bewirkt.
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Die
US 2005/0 275 508 A1 beschreibt einen Vibrator für ein mobiles Gerät, der bei verschiedenen Ereignissen unterschiedlich vibriert. Die unterschiedlichen Vibrationen werden dabei durch eine Pulsweiten-Modulation und durch Überlagerung zweier Signale erzeugt.
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Ein fernsteuerbarer Vibrator zur Verwendung in einem elektronischen Gerät ist aus der
DE 102 02 952 A1 bekannt. Die Stärke der damit erzeugten Vibrationen und deren Dauer können in Abhängigkeit von empfangenen Signalen von einem Mikrokontroller beeinflusst werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die haptische Signalisierung oder Warnung eines Fahrzeuginsassen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 7, sowie durch ein Fahrzeugsitzsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die vorliegende Erfindung wird durch die beigefügten Ansprüche definiert, wobei verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung durch die folgende ausführliche Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen verdeutlicht werden.
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1 zeigt ein haptisches Sitzsystem gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt den Betrieb eines haptischen Wellenform-Generators gemäß einem nichteinschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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3–7 zeigt Wellenformsteuerungen gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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1 zeigt ein haptisches Sitzsystem 10 gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das Sitzsystem 10 kann konfiguriert sein, um eine beliebige Anzahl von Fahrzeugsystemen 12, 14, 18 mit einem haptischen System 20 zu integrieren, das einen oder mehrere haptische Aktoren 22, 24, 26, 28 in einem oder mehreren Sitzen 30 eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) umfasst. Ein Typ von haptischem Aktor 22, 24, 26, 28 kann einen Elektromotor enthalten, der konfiguriert ist, um ein exzentrisch geladenes Gewicht oder eine andere Einrichtung zu drehen oder auf andere Weise anzutreiben. Die haptische Empfindung kann daraus resultieren, dass das exzentrisch geladene Gewicht eine Vibration, einen Stoß oder eine andere Kraft in einem Sitzpolster, gegen einen Sitzrahmenaufbau oder durch einen anderen Mechanismus verursacht.
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Die Integration des Fahrzeugsystems 12, 14, 16 mit dem haptischen System 20 kann erzielt werden, indem die durch die haptischen Aktoren 22, 24, 26, 28 vorgesehenen Empfindungen in Abhängigkeit von Fahrzeugsystemdaten 18 aus den Fahrzeugsystemen 12, 14, 16 und/oder den damit assoziierten Ansteuereinrichtungen koordiniert werden. Das haptische System 20 ist hier beispielhaft in Verbindung mit einem einzelnen Sitz gezeigt, der Aktoren aufweist, die durch ein Kollisionsvermeidungssystem 12, ein Ruckwartseinparkhilfesystem 14 und ein Spurhaltesystem 16 gesteuert werden. Der Betrieb, der Status, Ereignisse, Warnungen oder andere Auslöser, Zustände oder Parameter, die durch diese nicht gezeigten Fahrzeugsysteme erfasst, überwacht und/oder bestimmt werden, können verwendet werden, um die haptischen Aktoren 22, 24, 26, 28 zu aktivieren, damit diese einen beliebigen Typ von Empfindung für den Sitzinsassen verursachen.
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Jedes der Fahrzeugsysteme 12, 14, 16 kann unabhängig oder gemeinsam direkt oder indirekt mit den haptischen Aktoren 22, 24, 26, 28 in einem beliebigen Sitz innerhalb des Fahrzeugs kommunizieren. Die Fahrer konnen mit einer Fahrzeugsystem-Steuereinrichtung (nicht gezeigt) kommunizieren, die mit jedem der Fahrzeugsysteme 12, 14, 16 interagiert, und/oder die Fahrer konnen direkt mit einem oder mehreren der Fahrzeugsysteme kommunizieren. Auf diese Weise können die erfassten Bedingungen oder auf andere Weise aus den Fahrzeugdaten 18 bestimmten Daten verwendet werden, um eine entsprechende haptische Empfindung für den entsprechenden Sitzinsassen vorzusehen. Und wenn bestimmte Individuen mit bestimmten Fahrzeugsitzen assoziiert sind, können die in Reaktion auf die gesammelten Informationen erzeugten haptischen Empfindungen für einen bestimmten Sitzinsassen angepasst werden.
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Das Sitzsystem 10 kann einen Haptische-Wellenform-Erzeuger 40 gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen. Der Haptische-Wellenform-Erzeuger 40 kann konfiguriert sein, um jedes der haptischen Elemente 22, 24, 26 28, zu steuern und eine bestimmte Empfindung in Abhängigkeit von den aus einem oder mehreren der Fahrzeugsysteme 12, 14, 16 empfangenen Informationen zu erzeugen. Dabei kann die Empfindung gesteuert werden in Übereinstimmung mit Informationen aus dem Spurhaltesystem 16, das bestimmt, ob das Fahrzeug von einer gewünschten Fahrspur abkommt, aus dem Rückwärtseinparkhilfesystem 14, das bestimmt, ob sich das Fahrzeug einem Hindernis nähert, aus dem Kollisionsvermeidungssystem 12, das den Verkehr und Hindernisse auf Kollisionsgefahren prüft, und/oder aus beliebigen anderen Fahrzeugsystem-Steuereinheiten.
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Es kann eine bestimmte Sicherheitssystem-Analyseeinrichtung verwendet werden, um die verschiedenen Informationen zu sammeln, die benötigt werden, um das Erfordernis von verschiedenen haptischen Warnungen zu beurteilen. Diese Fahrzeug-Sicherheitssysteme können Systeme umfassen, die Informationen bereitstellen, die für anpassungsfähige Fahrtsteuerungen, Massagesteuerungen, Stabilitätssteuerungen, Diebstahlsicherungen, Rückwärtsfahrtsteuerungen, Kollisionswarnsteuerungen, Körpersteuerungen relevant sind. Diese und andere Typen von durch Systeme in dem Fahrzeug gesammelten Informationen können verwendet werden, um bestimmte Fahrzeugbedingungen zu beurteilen, die Ausloseereignisse fur haptische Empfindungen angeben.
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Wie weiter oben beschrieben, betrifft ein nicht-einschrankender Aspekt der vorliegenden Erfindung das Vorsehen von haptischen Empfindungen für Fahrzeuginsassen mittels haptischer Aktoren 22, 24, 26, 28, die in den Fahrzeugsitzen enthalten sind. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf ein bestimmtes Verfahren zum Vorsehen der haptischen Empfindungen beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nicht darauf beschränkt, die Empfindungen an einem Sitz zu erzeugen. Es können andere Mechanismen zum Erzeugen der Empfindungen verwendet werden, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird. Gemäß einem weiteren nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die haptische Empfindung in Abhängigkeit von Informationen variiert, die von einem oder mehreren Systemen, Sensoren, Überwachungseinrichtungen usw. im Fahrzeug empfangen werden.
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Dank der Fahigkeit zum Variieren der haptischen Empfindung in Übereinstimmung mit einer Fahrzeugbetriebsbedingung oder einem Parameter kann das System die haptischen Empfindungen derart variieren, dass die verschiedenen haptischen Empfindungen durch den Sitzinsassen verstanden und/oder gelernt werden können. Derselbe Sitz kann eine Anzahl von haptischen Sensoren 22, 24, 26, 28 enthalten, die gesteuert werden können, um gleiche oder verschiedene Empfindungen zu erzeugen. Diese Empfindungen konnen gesteuert werden, um verschiedene Empfindungen in Abhangigkeit von dem Fahrzeugbetrieb zu erzeugen. Dies kann hilfreich sein, weil ein Warnungstyp für eine bevorstehende Kollision, ein anderer Warnungstyp beim Verlassen der Spur, ein weiterer Warnungstyp bei der Öffnung einer Tür usw. erzeugt erden konnen. Die Anzahl der Warnungen und die Variabilität, Dauer, Intensitat und/oder Merkmale und Kontexte der Warnungen sind unbegrenzt.
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2 zeigt schematisch den Betrieb des Haptische-Wellenform-Erzeugers 40, der verwendet wird, um die verschiedenen haptischen Empfindungen zu erzeugen. Der Haptische-Wellenform-Erzeuger 40 kann konfiguriert sein, um separat oder gemeinsam ein in der Zeit und in der Wellenform variierendes Steuer-/Leistungssignal zu jedem der haptischen Aktoren 22, 24, 26, 28 auszugeben und dadurch dessen Betrieb und die resultierende haptische Empfindung zu steuern. Das Steuersignal und insbesondere seine Wellenform konnen variiert werden, um den Typ der durch den Aktor 22 erzeugten Empfindung zu steuern. Die Verwendung des Steuersignals wird nachfolgend mit Bezug auf die Steuerung des Betriebs eines Elektromotors zum Drehen eines exzentrischen Gewichts beschrieben, wobei aber auch ein anderer Typ von haptischem Element in ahnlicher Weise gesteuert werden könnte. Der Motor kann ein Gleichstrom-Permanentmagnetmotor sein, der sich in Übereinstimmung von dem eingehenden Spannungspegel mit einer bestimmten Intensität dreht.
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Der Wellenformerzeuger 40 kann konfiguriert sein, um ein Aquivalenzsignal 42 zu dem Motor 22 auszugeben, um die Intensität der erzeugten Empfindung zu steuern, indem die Drehgeschwindigkeit des exzentrisch geladenen Gewichts gesteuert wird. Das Äquivalenzsignal 42 kann einem Signal aus einer logischen Schaltung (z. B. einem UND-Gatter (Mehrfachschaltung) oder einem ODER-Gatter (z. B. Additionsschaltung)) oder einem anderen Mechanismus 44 des Erzeugers mit ausreichenden Fähigkeiten zum Kombinieren eines Tragersignals 46 mit einem Maskierungssignal 48 aus einem Mustererzeuger 50 entsprechen. Der Mustererzeuger 50 kann die Träger- und Maskierungssignale 46, 48 in Abhangigkeit von Fahrzeugsystemdaten 18 aus einem oder mehreren der oben genannten Fahrzeugsysteme 12, 14, 16 ausgeben.
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Das Trägersignal 46 kann mit einer gewählten Frequenz und Spannung erzeugt werden, um eine ausreichende Leistung zum Betreiben des Elektromotors 22 vorzusehen. Wie gezeigt, entspricht die Trägersignalamplitude einer maximalen gewunschten Antriebsspannung fur den betriebenen Motor. Das Tastverhältnis des Trägersignals 46 kann in Abhangigkeit von gewünschten Betriebsparametern des haptischen Systems oder des die haptische Warnung auslosenden Ereignisses gewahlt werden. Optional können die Frequenz und die Amplitude des Trägersignals fixiert sein, sodass dasselbe Trägersignal kontinuierlich ausgegeben wird, um kontinuierlich ein Signal mit einer fixen Spannung und Frequenz auszugeben. Wenn das Trägersignal 46 direkt zu dem Motor gegeben würde, ohne mit dem Maskierungssignal 48 kombiniert zu werden, würde sich der Motor mit seiner maximalen gewunschten Geschwindigkeit/Intensitat für die Dauer einer Ereignisperiode E drehen, während der sich das Trägersignal 46 in dem hohen Zustand befindet, das in Übereinstimmung mit der Frequenz des Tastverhältnisses variieren würde.
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Das Maskierungssignal 48 kann ähnlich wie das Trägersignal 46 erzeugt werden, wobei seine Amplitude und Frequenz in Ubereinstimmung mit einer Anzahl von gewünschten Betriebsbedingungen oder Auslöseereignissen gesteuert werden konnen. Gemäß einem nicht-einschrankenden Aspekt der vorliegenden Erfindung können die Träger- und Maskierungssignale 46, 48 mit einer Rechteckwellenform und mit verschiedenen Tastverhältnissen erzeugt werden. Wie gezeigt, ist das Tastverhältnis für das Maskierungssignal 48 großer als das Tragersignal 46 für eine Periode P, sodass das Aquivalenzsignal 42 eine Rampenwellenform aufweist. Diese Wellenform kann gesteuert werden, indem das Tastverhaltnis des Maskierungssignals 48 relativ zu der Trägerwelle 46 variiert wird. Die Variation des Maskierungssignals 48 kann mittels einer Software oder mittels anderer logischer Prozesse gesteuert werden, ohne dass entsprechende Hardware-Anpassungen vorgenommen werden müssen.
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Naturlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen PWM-Signalkombinationen beschränkt, sondern kann auch andere Anordnungen verwenden, wobei etwa auch nicht-Rechteckwellenformen verwendet werden können, um andere Rechteckwellenformen oder nicht-Rechteckwellenformen zu erzeugen. In einer anderen Anordnung kann eine variable Stromversorgung oder ein anderes Element verwendet werden, das die 12–14 V-Leistung von einer Fahrzeugbatterie zu dem oben beschriebenen Äquivalenzsignal 42 wandeln kann. Dabei ist sich der Erfinder jedoch bewusst, dass eine derartige Anordnung den gewöhnlich in haptischen Sitzsystemen verwendeten Motortyp „abwürgen” oder auf andere Weise überfordern kann. Eine derartige Anordnung wurde versuchen, den Motor mit einer zu kleinen oder zu großen Steuerspannung zu betreiben.
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3 und 4 zeigen Intensitatssteuerungen, die vorgesehen werden konnen, indem die Träger- und Maskierungssignale 46, 48 gemäß einem nicht-einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. 3 zeigt eine Bedingung, in der das Trägersignal (nicht gezeigt) fur 100 ms bei 12 V hoch ist und für 100 ms bei 0 V niedrig ist und mit dem Maskierungssignal 48 mit einem Tastverhaltnis von 75% UND-verknupft wird. Die resultierende effektive Spannung des Aquivalenzsignals 42 während der 100 ms, wahrend der das Trägersignal hoch ist, wird zu 8,7 V oder 75% des Trägersignals mit 12 V. 4 zeigt einen ähnlichen Prozess, in dem das Maskierungssignal 48 auf ein Tastverhältnis von 48% gesetzt wird, um das Äquivalenzsignal 42 mit effektiven 5,8 V zu erzeugen. Dank der Fahigkeit zum einfachen Variieren des Maskierungssignals 48 während des Erzeugens des Trägersignals 46 mit einem konstanten Tastverhältnis kann die vorliegende Erfindung die Intensität der haptischen Empfindung steuern.
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Wie gezeigt, weist die Äquivalenzsignalwellenform, die aus den Tastverhältnissen von 3 und 4 resultiert, eine Rechteckwellenform auf. Das Signal ist rechteckig, weil das Tastverhaltnis des Maskierungssignals 48 während der Ereignisperiode E, während welcher das Trägersignal 48 hoch ist, konstant ist. In dieser Anordnung wird das Maskierungssignal 48 nur verwendet, um die Intensität der haptischen Empfindung für den Insassen anzupassen, weil die durch den Motor erzeugte Kraft fur jede hohe Periode des Maskierungssignals 48 konstant ist. 5-7 zeigen verschiedene Verfahren, die verwendet werden konnen, um die Form der Aquivalenzsignalwellenform und damit die durch den Insassen während der Ereignisperiode E gefühlte Empfindung anzupassen.
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Die Form der Äquivalenzsignal-Wellenform kann variiert werden, indem das Tastverhältnis des Maskierungssignals 48 während der Ereignisperiode E variiert wird. 5–7 zeigen das Tastverhältnis des Maskierungssignals, das während der Ereignisperiode E variiert wird, um eine großer werdende Rampenwellenform (5), eine kleiner werdende Rampenwellenform (6) und eine Sinuswellenform (7) zu erzeugen. Die großer/kleiner werdenden Rampenwellenformen werden erzeugt, indem das Tastverhaltnis des Maskierungssignals mit Inkrementen von 20% über eine Ereignisperiode hinweg vergrößert/verkleinert wird (es konnen aber auch andere Inkremente verwendet werden). Die sinusförmige Rampenwellenform wird erzeugt, indem das Tastverhaltnis innerhalb einer Ereignisperiode in Inkrementen vergrößert und dann verkleinert wird. Optional kann die Steigung der Rampen und Kurven eingestellt werden, indem die inkrementellen Änderungen des Tastverhaltnisses entsprechend variiert werden.
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Es sind hier nur vier Typen von Wellenformen gezeigt, die noch dazu über jede Ereignisperiode konstant sind. Es konnen aber auch anders geformte Wellenformen verwendet werden, wobei die Form der Wellenform während einer oder mehrerer Ereignisperioden E variiert werden kann. So kann zum Beispiel eine rampenformige und sinusförmige Wellenform fur eine Ereignisperiode erzeugt werden, auf die dann eine rechteckige und rampenformige Wellenform fur die folgende Ereignisperiode folgt. Die durch die Intensität und Form der Wellenform erzeugte haptische Empfindung kann auf praktisch beliebige Weise manipuliert werden, um die Sitzinsassen in Bezug auf verschiedene Gefahren und Fahrzeugbetriebsbedingungen aufmerksam zu machen. Dabei kann der Insasse die Empfindungen fur bestimmte Ereignisse, Bedingungen usw. lernen, sodass der Insasse bei einem wiederholten Auftreten der gleichen Situation diese sofort erfasst, ohne auf eine entsprechende Anzeige blicken zu müssen.
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Vorstehend wurden verschiedene Verfahren beschrieben, die verwendet werden können, um die Intensitat der haptischen Empfindung linear oder nicht-linear (in der Zeit variierend) zu steuern. Gemaß der vorliegenden Erfindung können jedoch auch die Frequenz und die Dauer der Wellenformen des Äquivalenzsignals 42 gesteuert werden, indem die Intensitat, die Frequenz und die Dauer des Tragers 48 eingestellt werden, wobei das Tragersignal 48 zum Beispiel hohe und niedrige Perioden wahrend der Ereignisperiode E erfahren kann. Dazu kann das einfache Variieren des Maskierungssignals 48 wahrend einer Variation des Trägersignals 46 gehoren, sodass die Intensität, die Frequenz und die Dauer beider Signale gesteuert werden können.
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Ein nicht-einschrankender Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft das Antreiben oder eine auf andere Weise erfolgende Steuerung eines oder mehrerer haptischer Aktoren. Die vorliegende Erfindung wird hier beispielhaft mit Bezug auf die Steuerung eines einzelnen Motors auf der Basis von durch andere Fahrzeugsysteme erfassten Bedingungen oder auf der Basis von aus Prozessdaten von verschiedenen Fahrzeugkomponenten erhaltenen Informationen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dieselbe haptische Empfindung an allen Fahrzeugsitzen vorzusehen und kann gleichzeitig mehrere haptische Aktoren mit jeweils verschiedenen Wellenformen betreiben, sodass jeder Fahrzeugsinsasse unabhangig mittels gleicher oder verschiedener Empfindungen wie für die anderen Insassen gewarnt werden kann.
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Gemäß den Anforderungen wurden hier verschiedene Ausfuhrungsformen der Erfindung ausführlich beschrieben, wobei jedoch zu beachten ist, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen lediglich beispielhaft fur die Erfindung sind, die auch durch verschiedene alternative Ausführungsformen realisiert werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert dargestellt sein können, um die Details bestimmter Komponenten zu verdeutlichen. Außerdem sind die hier gezeigten Details des Aufbaus und der Funktion nicht einschrankend aufzufassen, sondern lediglich als repräsentative Basis für die Ansprüche und/oder als repräsentative Basis fur den Fachmann, der die vorliegende Erfindung umsetzen mochte.
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Es wurden verschiedene Ausführungsformen beschrieben, wobei die Erfindung nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Die Beschreibung ist beispielhaft und nicht einschränkend aufzufassen, wobei verschiedene Änderungen and den beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne dass deshalb der Erfindungsumfang verlassen wird.
