DE112016006418T5

DE112016006418T5 - Haptisches pedal

Info

Publication number: DE112016006418T5
Application number: DE112016006418.7T
Authority: DE
Inventors: Claudia Krehl; Elvir Hasedzic; Harpreet Singh
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-11-29
Also published as: GB201602477D0; US20190064870A1; GB2547235B; GB2547235A; WO2017137112A1; US10564663B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein haptisches Pedal (10) für ein Fahrzeug (4). Das Pedal umfasst eine Vielzahl von piezoelektrischen Aktoren (22), die betriebsfähig sind, um einem Fahrer ein haptisches Feedback durch die Fußauflage (18) zu geben und ein Erfassungsmittel (26) zum Darstellen des Bereichs der Fußauflage, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht, sodass haptisches Feedback durch selektive Aktivierung von Aktoren in dem dargestellten Bereich erfolgt. Die Erfindung umfasst auch ein haptisches Feedback-System einschließlich des haptischen Pedals (10) und ein Steuergerät (6) zum Empfangen einer Eingabe von dem Erfassungsmittel (26) in Bezug auf den Bereich der Fußauflage, der mit dem Fuß des Fahrers in Kontakt steht, und zum Abgeben einer Ausgabe, um piezoelektrische Aktoren selektiv zu aktivieren, die den Kontaktbereich in Abhängigkeit von einem erfassten Zustand des Fahrzeugs überlappen. Das haptische Feedback-System kann als Teil des Navigationssystems des Fahrzeugs ausgeführt sein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Pedal für ein Fahrzeug, und insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf ein Pedal, das ein haptisches Feedback an einen Fahrer des Fahrzeugs gibt. Erfindungsgemäße Aspekte beziehen sich auf ein Pedal, ein haptisches Feedback-System, ein Fahrzeug und ein Verfahren, um Feedback an einen Fahrer des Fahrzeugs zu geben.
STAND DER TECHNIK
Ein Fahrzeug wie ein Pkw beinhaltet ein Geschwindigkeitsregelungssystem, das aus einem Antriebssystem und einem Bremssystem besteht. Das Antriebssystem beinhaltet ein Gaspedal, das entweder mechanisch oder als Teil eines Drive-by-Wire-Systems mit einem Motor verbunden ist. Die Position des Gaspedals konfiguriert den Motor, ein Motordrehmoment auszugeben, wobei das Motordrehmoment entlang eines Antriebsstrangs an einen Rädersatz zum Bewegen des Pkws übertragen wird. Das Bremssystem beinhaltet ein Bremspedal, das, wenn es gedrückt ist, das System durch Drücken der Bremsbeläge gegen die Bremsscheiben betätigt, die zwei oder mehreren der Fahrzeugräder zugeordnet sind, wodurch die Drehung der Scheiben auf den Rädern verlangsamt wird und die Räder gebremst werden, um das Fahrzeug zu verlangsamen.
Die Fahrzeugpedale bieten geeignete Orte, um einem Fahrer ein haptisches Feedback zu geben. Zum Beispiel kann das an einen Fahrer über das Gaspedal gegebene Feedback eine Warnung vor überhöhter Geschwindigkeit, vor bevorstehenden Straßenverhältnissen oder ganz allgemein eine Warnung an den Fahrer sein, wenn das Fahrzeug nicht kraftstoffsparend gefahren wird, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Über das Bremspedal gegebenes Feedback kann Warnungen vor dem Verlust der Traktion mit der Straßenoberfläche oder vor nicht ausreichendem Druck auf das Pedal, um einer wahrgenommenen, vor dem Fahrer liegenden Gefahr auszuweichen, beinhalten, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Das haptische Feedback erfolgt typischerweise durch einen Mechanismus, der eine Vibration in dem Pedal erzeugt.
Obwohl herkömmliche Vibrationsmechanismen wie jene, die von Drehmomentmotoren oder magnetischen Aktoren erzeugt werden, zur Erzeugung von haptischem Feedback verwendet werden können, sind solche Mechanismen relativ sperrig und von daher innerhalb der Grenzen eines typischen Fahrzeugpedals umständlich unterzubringen. Dementsprechend bietet die Verwendung von piezoelektrischen Elementen ein zweckmäßiges Mittel zum Erzeugen von haptischem Feedback an den Fahrer, wobei solche Elemente einen Impuls durch schnelle Verformung erzeugen und dadurch Vibration simulieren können. Da piezoelektrische Elemente relativ kompakt sind und ein niedriges Profil aufweisen, sind sie zudem einfach einzubauen, ohne bestehende Pedalbausätze ändern zu müssen, und einfach auszutauschen.
Obwohl bestehende haptische Feedback-Systeme, die piezoelektrische Elemente einsetzen, mehrere Vorteile bieten, besteht ein Problem darin, dass manche Systeme einen höheren Energieverbrauch erfordern, als erwünscht ist. Dies kann die Verwendung in der gesamten Fahrzeugpalette eines Herstellers verbieten.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die mit solchen bestehenden Systemen verbundenen Nachteile anzugehen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäße Aspekte stellen ein Pedal, ein haptisches Feedback-System, ein Fahrzeug und ein Verfahren, um Feedback an einen Fahrer des Fahrzeugs zu geben, bereit, wie in den beigefügten Patentansprüchen beansprucht.
Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein haptisches Pedal für ein Fahrzeug bereitgestellt, umfassend;

eine Vielzahl von piezoelektrischen Aktoren, die einzeln betriebsfähig sind, um einem Fahrer durch eine Fußauflage ein haptisches Feedback zu geben; und
Ein Erfassungsmittel (z. B. einen Sensor) zum Darstellen des Bereichs der Fußauflage, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht, wobei das haptische Feedback durch selektive Aktivierung der Aktoren in dem dargestellten Bereich gegeben wird.

Mittels der Erfindung ist es möglich, piezoelektrische Aktoren in einem Bereich zu aktivieren, der mit dem Bereich überlappt, in dem ein Fuß eines Fahrers registriert wird, ohne zwangsläufig alle Aktoren auf dem Pedal aktivieren zu müssen. Anders ausgedrückt konzentriert sich das haptische Feedback auf den Bereich der Fußauflage (alternativ als die Pedalplatte bezeichnet), in dem der Fuß des Fahrers in Kontakt mit dem Pedal steht. Dies ermöglicht die Reduktion von Energie, die für das Geben des haptischen Feedbacks aufgewendet wurde. Darüber hinaus wird dem Fahrer über das Erfassungsmittel versichert, dass er das haptische Feedback unabhängig davon, wo sich sein Fuß auf dem Pedal befindet, erhält.
Hier gegebene Verweise auf einen Fuß eines Fahrers sollen von dem Fahrer getragenes Schuhwerk beinhalten, damit der Überlappungsbereich zwischen dem auf dem Pedal ruhenden Schuhwerk erfasst wird. Im Allgemeinen verhält sich das Pulsen der piezoelektrischen Aktoren in dem dargestellten Bereich so, dass es von dem Fuß des Fahrers durch das Schuhwerk, typischerweise der Sohle eines Schuhs oder dergleichen, wahrnehmbar ist. Dementsprechend kann das haptische Feedback an den Fahrer über den Ballen des Fußes erfolgen, etwa wenn der Fahrer beispielsweise Schuhe mit hohen Absätzen trägt, oder über einen größeren Bereich des Fußes wie den Ballen und die Ferse, wenn der Fahrer Arbeitsschuhe, flache Schuhe oder dergleichen trägt.
Es versteht sich, dass der von dem Erfassungsmittel dargestellte Bereich von mehreren Faktoren abhängt, darunter der von dem Fahrer getragenen Schuhart, wie oben beschrieben, der Position des Fußes in Bezug auf das Pedal, die von dem Fahrer als am bequemsten oder zweckmäßigsten ausgewählt wird, und ob das Pedal ein hängendes Pedal oder ein bodenmontiertes Pedal ist. Alle diese Faktoren beeinflussen den Kontaktbereich mit dem relevanten Pedal. Darüber hinaus verändert sich die Position des Fußes des Fahrers auf einem Pedal typischerweise mehrfach im Verlauf einer Fahrt. Der Fahrer erhält jedoch während der wirksamen und durchgängigen Überwachung der Fußposition durch das Erfassungsmittel das haptische Feedback unabhängig davon, wo sein Fuß auf dem Pedal aufliegt, wobei gleichzeitig überflüssiges Pulsen in Pedalbereichen, die nicht in Kontakt mit dem Fuß stehen, vermieden werden kann.
Das Erfassungsmittel kann in Form eines Sensors oder von Sensoren sein. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Erfassungsmittel ein Druckerfassungsmittel. Ein Druckerfassungsmittel kann als eine Anordnung von Drucksensoren bereitgestellt werden, wobei die Sensoren über den Fußauflagenbereich verteilt sind. Alternativ kann das Druckerfassungsmittel ein druckempfindliches Material umfassen. Druckempfindliches Material funktioniert, indem eine Kraft wie jene, die aufgewendet wird, wenn ein Fuß eines Fahrers gegen das Material direkt oder indirekt aufliegt, registriert wird. Druckempfindliche Materialien sind insofern vorteilhaft, als dass sie keine beweglichen Teile enthalten und daher langlebig sind und einfach auf die Pedalfußauflage in einer Schicht aufgebracht werden können, wie durch Überspritzen, Beschichten oder durch Verkleben von Platten des Materials.
Ein zum Aufbringen auf Fahrzeugpedale geeignetes druckempfindliches Material kann eines sein, das ein elektrisch leitfähiges Material beinhaltet, wie etwa einen Kohlenstoff-Verbundwerkstoff. Ein solches Material besitzt elektrische Eigenschaften, die sich verändern, wenn Druck ausgeübt wird.
Eine andere Art von druckempfindlichem Material, das verwendet werden kann, ist ein Quantumtunnel-Verbundwerkstoff, zum Beispiel das von Peratech Holdco Ltd. gelieferte QTC (RTM)-Material. Solche Quantumtunnel-Verbundwerkstoffe bestehen typischerweise aus elektrisch aktiven Füllstoffen, insbesondere, jedoch nicht beschränkt auf Metalle oder Metalloxide, die in einem nicht-leitenden Bindemittel dispergiert sind, wie beispielsweise, jedoch nicht beschränkt auf, ein elastomeres Bindemittel. Die leitenden Füllelemente sind in dem Verbundwerkstoff so verteilt, dass die Elemente, wenn sie nicht unter Druck stehen, nicht nahe genug sind, um Elektrizität zu leiten, wobei, wenn Druck auf den Verbundwerkstoff ausgeübt wird, die Elemente näher zusammengedrängt werden und Elektronen das Bindemittel „durchtunneln“ können. Wird die Kraft aufgehoben, können Elektronen nicht mehr fließen. Das bedeutet, dass in einem drucklosen Zustand der Verbundwerkstoff wirksam als Nichtleiter arbeitet, aber das Material bei jeder Verformung zu einem Leiter wird. Ein Quantumtunnel-Verbundwerkstoff kann auf das Pedal als Platte oder als Beschichtung aufgebracht werden.
Gegebenenfalls registriert das Druckerfassungsmittel nicht nur, wo Druck auf das Pedal ausgeübt wird, sondern auch das Druckniveau. Auf diese Weise kann der Grad an haptischem Feedback angepasst werden, um ein Signal von entsprechender Stärke abzugeben, um sicherzustellen, dass es vom Fahrer wahrgenommen wird. Wenn das Druckerfassungsmittel zum Beispiel nur eine leichte Berührung des Pedals registriert, kann das Steuermittel wirken, um einen verstärkten Impuls über die piezoelektrischen Aktoren abzugeben.
In einer weiteren Ausführungsform werden die piezoelektrischen Aktoren als eine Vielzahl von piezoelektrischen Elementen in dem Bereich der Fußauflage bereitgestellt, sodass zumindest ein Element, wenn ein Fuß eines Fahrers auf der Fußauflage aufliegt, unter dem Bereich des Fußes liegt, wie von dem Erfassungsmittel dargestellt. Je nach Bereich jedes der piezoelektrischen Elemente, der Position des Fußes des Fahrers und/oder der von dem Fahrer getragenen Art von Schuhwerk ist es möglich, dass zwei oder mehrere piezoelektrische Elemente mit dem dargestellten Bereich überlappen und daher aktiviert werden, um ein haptisches Feedback zu geben.
Die piezoelektrischen Elemente können in Form von piezoelektrischen Keramikschichten sein. Piezoelektrische Streifen beispielsweise, die jeweils eine an zwei Keramikschichten oder -platten gebundene leitende Elektrode umfassen, sorgen für eine verstärkte Verformung im Vergleich zu monolithischen piezokeramischen Elementen. Die Verwendung von piezoelektrischen Streifen ermöglicht zudem die Ausrichtung auf bestimmte Bereiche des Pedals, um ein stärker zielgerichtetes Feedback zu geben oder sie können in einer im Wesentlichen einheitlichen Anordnung über den Bereich der Fußauflage angeordnet sein. Piezoelektrische Streifen können beispielsweise in einer Vielzahl von Reihen und Spalten über die Oberfläche der Pedalplatte (Fußauflage) angeordnet sein. In einer solchen Anordnung können zwei oder mehrere Spalten, die jeweils vier bis zwölf Reihen von Streifen umfassen, auf der Fußauflage vorgesehen sein.
Auf dem gleichen Pedal können verschiedene Formen von piezoelektrischen Elementen vorgesehen sein, mit denen unterschiedliche Impulswirkungen erreicht werden können, entweder als Reaktion auf den Bereich und/oder das erfasste Druckniveau oder in Bezug auf die dem Fahrer zu übermittelnde jeweilige Nachricht. Somit ist es möglich, einem Fahrer verschiedene und auf spezifische Aktoren innerhalb des dargestellten Bereichs gerichtete Impulsintensitäten und/oder -frequenzen bereitzustellen, um das gewünschte haptische Feedback zu vermitteln.
Die piezoelektrischen Elemente können sich auf der oberen Pedaloberfläche im Bereich der Fußauflage befinden, beispielsweise in einem ausgesparten Abschnitt der Pedalrückplatte und überlagert mit einer Schutzschicht oder darin eingebettet. Das Druckerfassungsmittel kann dann die Schutzschicht überlagern. Die Schutzschicht kann einen Gummi oder ein anderes derartiges elektrisches Isoliermaterial umfassen. Auf diese Weise werden die jedem der piezoelektrischen Elemente zugeordnete Schaltung und das Druckerfassungsmaterial voneinander isoliert. Die Schutzschicht ist von einer Dicke, die es dem Fahrer gestattet, das von den piezoelektrischen Elementen erzeugte Pulsen zu spüren.
Die Schutzschicht, welche die piezoelektrischen Elemente überlagert, kann die für den Fuß des Fahrers rutschfeste Oberfläche umfassen. Die nach außen weisende Oberfläche kann konturiert sein, wie in Form von einer Reihe von Rillen oder eines Musters von Vorsprüngen, um eine Reibungswirkung mit dem Fuß des Fahrers herzustellen.
Das druckempfindliche Material kann als eine Schicht aufgebracht werden, um die obere Oberfläche des Pedals zu bilden. Es kann zum Beispiel über der Schutzschicht aufgebracht werden, die auch als rutschfeste Oberfläche der Fußauflage dient. Die Anbringung kann zum Beispiel durch Überspritzen oder Beschichten oder durch Verkleben einer Platte des Materials wie durch Laminierung erfolgen. Alternativ können das druckempfindliche Material oder die Drucksensoren unter einer äußeren Schutzschicht vorgesehen sein. Im letzteren Fall kann die äußere Schutzschicht eine elastische Schicht sein, sodass eine darauf angewandte Kraft wie etwa durch einen Fuß eines Fahrers an das Druckerfassungsmittel darunter übertragen wird.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform umfasst das Pedal einen Pedalarm, der an seinem distalen Ende mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist, wobei das proximale Ende die Fußauflage oder die Pedalplatte trägt. Üblicherweise ist der Pedalarm über ein Gehäuse mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Der Pedalarm sieht ein zweckmäßiges Mittel zur Unterbringung von elektrischen Anschlüssen wie feste Verdrahtung von dem Fußauflagenbereich zu dem Steuermittel zum Steuern der Aktivierung der piezoelektrischen Aktoren in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Erfassungsmittels vor. Zum Beispiel kann der Pedalarm eine Leitung wie in Form eines Kanals oder einer Bohrung beinhalten, worin die elektrischen Leitungen untergebracht werden können.
Elektrische Verbindungen mit dem Steuergerät können über eine Leiterplatte (PCB) erfolgen. Da die Leiterplatte kompakt ist, kann sie lokal am Pedal vorhanden sein, zum Beispiel innerhalb des Gehäuses, das innerhalb oder neben dem Fußraum untergebracht und an das Steuergerät anderweitig am Fahrzeug angeschlossen sein kann. Eine einzelne Leitung kann den Anschluss für das Übertragen von Daten zwischen dem Pedal und dem Bordcomputer des Fahrzeugs bereitstellen. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse, welches das Ende des Pedalarms aufnimmt, mit einem elektrischen Steckverbinder zum Verbinden mit der Leitung versehen werden.
Elektrische Anschlüsse können durch den Pedalarm zwischen dem Druckerfassungsmittel und einer Leiterplatte und zwischen den piezoelektrischen Elementen und einer Leiterplatte vorgesehen werden. Die gleiche Leiterplatte kann verwendet werden, um die elektrischen Anschlüsse sowohl mit den piezoelektrischen Elementen und dem Druckerfassungsmittel auszustatten oder es können separate Leiterplatten verwendet werden. Die Anschlüsse von den piezoelektrischen Elementen können gebündelt werden, um die Menge an erforderlicher fester Verdrahtung zu reduzieren.
Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein haptisches Feedback-System für ein Fahrzeug bereitgestellt, wobei das System das zuvor erwähnte Pedal und ein Steuergerät zum Empfangen einer Eingabe von dem Erfassungsmittel in Bezug auf den Bereich der Fußauflage umfasst, die in Kontakt mit dem Fuß des Fahrers steht, und zum Abgeben einer Ausgabe, um piezoelektrische Aktoren selektiv zu aktivieren, die den Kontaktbereich in Abhängigkeit von einem erfassten Zustand des Fahrzeugs überlappen.
In einer Ausführungsform kann der Fahrzeugzustand, der erfasst werden kann, ausgewählt sein aus, jedoch nicht beschränkt sein auf die Bewegung des Fahrzeugs, darunter eines oder mehrere von Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigung, Verlangsamung (Bremsung), Beschleunigungs- und Verlangsamungsmuster, Position des Fahrzeugs, einschließlich in Bezug auf ein(e) wahrgenommene(s) Gefahr oder Hindernis oder auf eine von dem Navigationssystem des Fahrzeugs ausgewählte Strecke, oder auf mit Fahrzeugwartung, Benzin- und Ölständen oder dergleichen zusammenhängenden Bedingungen. Es versteht sich, dass haptisches Feedback in dem Fahrzeugpedal am zweckmäßigsten entsprechend den Umständen erzeugt werden kann. Zum Beispiel kann Feedback in Bezug auf Geschwindigkeit, wie überhöhte Geschwindigkeit oder Beschleunigung, Fahrzeugwartung, etc. zweckmäßiger über das Gaspedal erfolgen, während Feedback in Bezug auf Bremsen und Verlangsamung zweckmäßiger durch das Bremspedal erfolgen kann. Dementsprechend kann in einer weiteren Ausführungsform das haptische Feedback-System sowohl am Gas- als auch am Bremspedal ausgeführt werden.
Das Steuermittel in Form eines Steuergeräts, wie hierin beschrieben, kann eine Steuereinheit oder eine Rechenvorrichtung mit einem oder mehreren elektronischen Prozessoren umfassen. Ein Fahrzeug und/oder ein System davon kann eine einzelne Steuereinheit oder ein einzelnes elektronisches Steuergerät umfassen oder alternativ können verschiedene Funktionen des Steuergeräts in verschiedenen Steuereinheiten oder Steuergeräten ausgeführt oder enthalten sein. Somit ist der Begriff Steuersystem, wie hierin verwendet, so zu verstehen, dass er sowohl eine einzelne Steuereinheit oder ein Steuergerät als auch eine Vielzahl von Steuereinheiten oder Steuergeräten beinhaltet, die gemeinsam arbeiten, um die erforderliche Steuerfunktion bereitzustellen. Die Ausgabe von dem Steuermittel, nämlich die selektive Aktivierung der piezoelektrischen Aktoren, kann als eine Reihe von Anweisungen vorgesehen sein, die in einem oder mehreren elektronischen Prozessoren eingebettet sind oder die Reihe von Anweisungen könnte alternativ als von einem oder mehreren elektronischen Prozessor(en) auszuführende Software bereitgestellt sein.
Gegebenenfalls kann das Steuermittel betriebsfähig sein, um die piezoelektrischen Elemente in dem dargestellten Bereich zu betätigen, um verschiedene Impulsintensitäten (Stärke) und/oder -frequenzen bereitzustellen. Auf diese Weise kann das Feedback an den Fahrer entsprechend dem beabsichtigten Signal unterschiedlich erfolgen. Zum Beispiel kann eine relativ hoch pulsende Frequenz und Intensität Dringlichkeit signalisieren, wie in einer Notsituation, und eine relativ niedrige Frequenz und Intensität kann einfach ein Hinweissignal sein, dass das Fahrzeug nicht kraftstoffsparend gefahren wird. Das Steuergerät kann betriebsfähig sein, um die piezoelektrischen Elemente selektiv zu aktivieren, indem eine zeitlich veränderliche Spannung verwendet wird, wobei die Amplitude und/oder Frequenz von dem erfassten Zustand abhängt.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuermittel betriebsfähig, um haptisches Feedback im Zusammenhang mit der Navigation des Fahrzeugs zu geben. Zum Beispiel kann das Steuermittel betriebsfähig sein, um die piezoelektrischen Aktoren nur innerhalb der linken Seite des dargestellten Bereichs zu pulsen, um dem Fahrer eine Nachricht zu übermitteln, dass er sich einer Stelle nähert, an der eine Linksabbiegung des Fahrzeugs erforderlich ist. Desgleichen kann das Pulsen der piezoelektrischen Aktoren auf der rechten Seite des dargestellten Bereichs das Näherkommen einer Rechtsabbiegung signalisieren. In einem Navigationssystem kann ein hochintensives Pulsen und/oder ein hochfrequentes Pulsen anzeigen, dass die erforderliche Links- oder Rechtsabbiegung unmittelbar bevorsteht. Zum Beispiel kann die Intensität und/oder Frequenz zunehmen, um die Nähe des Abbiegens anzuzeigen.
Haptisches Feedback in Bezug auf die Navigation des Fahrzeugs über ein Pedal kann unabhängig von einem Erfassungsmittel bereitgestellt werden, das verwendet wird, um die Position des Fußes des Fahrers zu ermitteln. Dementsprechend und aus einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Navigationshilfe für ein Fahrzeug bereitgestellt, das mit einem Navigationssystem ausgestattet ist, das ein Pedal umfasst, welches mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Aktoren ausgestattet ist, die betriebsfähig sind, um einem Fahrer durch die Fußauflage ein haptisches Feedback zu geben, und ein Steuermittel, das auf das Navigationssystem reagiert, um ausgewählte piezoelektrische Aktoren zu aktivieren, um ein Navigationsrichtungssignal an den Fahrer abzugeben.
In einer Ausführungsform der Navigationshilfe kann das Pedal ein Erfassungsmittel, wie hierin zuvor beschrieben, zum Darstellen des Bereichs der Fußauflage umfassen, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht, wobei das Steuermittel zudem auf die Erfassungsmittel reagiert, sodass das Navigationsrichtungssignal durch Aktivierung der ausgewählten piezoelektrischen Aktoren in dem dargestellten Bereich abgegeben wird.
Das Erfassungsmittel für die Navigationshilfe kann ein Druckerfassungsmittel, wie hierin zuvor beschrieben, umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform, die sich auf jeden beliebigen oder alle erfindungsgemäßen Aspekte bezieht, umfasst das haptische Feedback-System einen Aktivator zum Aktivieren und/oder Deaktivieren des Steuergeräts. Auf diese Weise kann der Fahrer entscheiden, ob er den haptischen Feedback-Mechanismus nutzt oder nicht. Unter bestimmten Fahrbedingungen kann der Erhalt von haptischem Feedback über das Gas- oder Bremspedal nicht notwendig oder wünschenswert sein. Daher kann das System als ein optionales Merkmal ausgeführt sein.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, welches das zuvor erwähnte haptische Feedback-System umfasst.
Nach noch einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Bereitstellen von haptischem Feedback an einen Fahrer in einem Fahrzeug durch die Fußauflage eines Gas- oder Bremspedals bereitgestellt, umfassend:

Erfassen des Bereichs der Fußauflage, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht; und
selektives Aktivieren eines oder mehrerer piezoelektrischer Aktoren innerhalb des erfassten Bereichs als Reaktion auf einen erfassten Zustand des Fahrzeugs.

Das Signal von einem Fahrzeugsteuergerät kann mit einem erfassten Zustand des Fahrzeugs zusammenhängen, wie hierin zuvor beschrieben.
Innerhalb des Umfangs dieser Anmeldung wird ausdrücklich beabsichtigt, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorhergehenden Absätzen, in den Patentansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargestellt werden, und insbesondere deren individuelle Merkmale, unabhängig voneinander oder in einer beliebigen Kombination berücksichtigt werden können. Dies bedeutet, dass alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer beliebigen Ausführungsform auf beliebige Weise und/oder in beliebiger Kombination kombiniert werden können, sofern diese Merkmale nicht unvereinbar sind. Der Anmelder behält sich das Recht vor, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu ändern oder jeden neuen Patentanspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, jeden beliebigen ursprünglich eingereichten Patentanspruch zu verändern, um von einem beliebigen Merkmal eines beliebigen anderen Patentanspruchs abzuhängen und/oder dieses zu integrieren, obwohl es auf diese Art und Weise zuvor nicht beansprucht wurde.
Figurenliste
Es werden nun eine oder mehrere erfindungsgemäße Ausführungsformen nur in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, hierbei zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, in dem ein Pedal nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform verwendet werden kann;
2 eine Perspektivansicht eines Pedals nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, das an einem Gehäuse befestigt ist;
3a eine vergrößerte Perspektivansicht des Pedals aus 2, und 3b einen Querschnitt durch das Pedal aus 3a;
4 eine Draufsicht eines Pedals, das eine Anordnung von piezoelektrischen Streifen nach einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform trägt; und
5 ein Flussdiagramm, das einen dargestellten Druckbereich auf einem Pedal nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Fahrzeug (4) ein haptisches Pedalsystem (nicht gezeigt) nach erfindungsgemäßen Ausführungsformen und ein Steuergerät (6) zum Steuern des Betriebs des Pedalsystems und verschiedener anderer Systeme und Untersysteme des Fahrzeugs und des Fahrzeuginnenraums.
Bezugnehmend auf 2 beinhaltet das Pedalsystem ein Fahrzeugpedal (10) mit einem Pedalarm (12), der an einem distalen Ende in einem Gehäuse (14) schwenkbar montiert ist, das an der Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) befestigt ist. Das Gehäuse (14) ist mit einem elektrischen Steckverbinder (16) zum Bereitstellen einer elektrischen Verbindung mit dem Computer (nicht gezeigt) des Fahrzeugs ausgestattet. Am unteren Ende des Pedalarms (12) ist eine Fußauflage oder Pedalplatte (18) montiert.
Wie in 3a und 3b gezeigt, besteht die auf dem Pedalarm (12) montierte Fußauflage (18) aus mehreren Schichten. An der Basis ist eine Rückplatte (20) mit einem ausgesparten Abschnitt vorhanden, in dem eine Schicht montiert ist, die eine Anordnung von piezoelektrischen Aktorelementen (22) umfasst. Die Elemente (22) sind mit einem elastischen Material (25) überlagert, das mit einer druckempfindlichen Schicht (26) beschichtet ist. Eine elektrische Verbindung (28) zu der druckempfindlichen Beschichtung (26) und den piezoelektrischen Elementen (22) wird durch den Pedalarm (12) an elektrische Anschlüsse (nicht gezeigt) innerhalb des Gehäuses (14) geführt. Das elastische Material (25) weist eine Dicke auf, sodass das Pulsen der Elemente (22) von einem Fuß eines Fahrers gespürt werden kann, wenn er auf der Fußauflage (18) aufliegt.
4 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung von piezoelektrischen Elementen auf einer Pedalrückplatte (20). Die piezoelektrischen Elemente sind in zwei Spalten (30a, 30b) jeweils auf der linken und der rechten Seite der Rückplatte (20) verlegt. Jedes Element (22) ist separat elektrisch mit einem Steuergerät (nicht gezeigt) verbunden und kann daher einzeln gesteuert und aktiviert werden. Daher werden nur die Elemente (22), wenn sie Teil eines haptischen Feedback-Systems sind, die (teilweise oder vollständig) unter einem Fuß eines Fahrers liegen, aktiviert, wodurch das Aufwenden von Energie für Impulselemente, die der Fahrer nicht registrieren kann, vermieden werden.
5 links liefert eine Darstellung eines Fußes eines Fahrers in einem Schuh (24) auf einem haptischen Feedback-Pedal (10) nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform zusammen mit einem Druckmuster (26) rechts, wie von dem Druckerfassungsmaterial dargestellt. Die gestrichelten Linien zeigen die Position des Schuhs (24) des Fahrers auf der Fußauflage (18) des Pedals (10) an. Aufgrund der konturierten Unterseite des Schuhs (24) des Fahrers steht nur ein Abschnitt der Schuhsohle einschließlich eines Abschnitts des Absatzes (28) in tatsächlichem Kontakt mit der Fußauflage (18) und daher registriert die druckempfindliche Schicht nur diejenigen Kontaktabschnitte des Sohlenbereichs, die anhand der Druckkarte (26) im Diagramm rechts gezeigt sind. Bei Verwendung der Erfindung werden nur piezoelektrische Streifen (in 5 nicht gezeigt), die unter dem Kontaktbereich (d. h. dem dargestellten Bereich) liegen, zur Aktivierung ausgewählt, um dem Fahrer ein haptisches Feedback über die Kontaktbereiche der Sohle zu geben.
In der in 5 gezeigten Ausführungsform stehen lediglich beispielhaft 38 % der oberen Oberfläche der Fußauflage in Kontakt mit dem Schuh (24) des Fahrers und die Überlappung mit den piezoelektrischen Streifen ist derart, dass ungefähr 45 % der Streifen auf der Fußauflage selektiv aktiviert werden. Dies stellt mehr als 50 % an Energieersparnis bei der Bereitstellung von haptischem Feedback an den Fahrer dar.
Die piezoelektrischen senkrechten Reihen (30a, 30b) können je nach erforderlicher Auflösung eine beliebige Anzahl an einzelnen Elementen umfassen. Typischerweise kann die Anordnung von Elementen in linken und rechten Spalten (30a, 30b), wie in 4 gezeigt, gebildet werden, aber in einer alternativen Ausführungsform können mehr als zwei Spalten bereitgestellt werden. Eine einzelne Spalte von piezoelektrischen Elemente kann auch verwendet werden.
Jede Spalte (30a, 30b) kann piezoelektrische Elemente von rechteckigem Profil beinhalten, wie in 4 gezeigt, aber andere Formen sind ebenfalls vorgesehen, darunter rechteckige und kreisförmige piezoelektrische Elemente. In einem vereinfachten System kann die piezoelektrische Anordnung nur drei Elemente in jeder Spalte (30a, 30b) beinhalten, drei auf einer Seite und drei auf der anderen.
In einer weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) kann das haptische Pedal in einem Navigationssystem ausgeführt sein, in dem Richtungsinformationen oder -anweisungen dem Fahrer durch Aktivieren ausgewählter Elemente der piezoelektrischen Streifen (22, 30a, 30b) mitgeteilt werden. Das Navigationssystem kann die Form eines bekannten Navigationssystems annehmen, in das ein Fahrer ein gewünschtes Ziel eingibt und mit Streckenanweisungen versehen wird, einschließlich beispielsweise Anweisungen zum Links- und Rechtsabbiegen, um ihn zu der gewünschten Strecke zu lenken. Das erfindungsgemäße haptische Pedal kann konfiguriert sein, um den Fahrer mit dieser Anweisung zum Links- und Rechtsabbiegen zu versorgen, indem selektiv bestimmte Elemente aktiviert werden, je nachdem, ob eine Links- oder Rechtsabbiegung erforderlich ist.
Das Navigations-Feedback kann als Reaktion auf die registrierte Position des Fußes des Fahrers auf dem Pedal konfiguriert sein. Wenn beispielsweise der Fuß des Fahrers als im Wesentlichen in mittiger Position in Bezug auf das Pedal registriert wird, kann die selektive Aktivierung der linken Spalte (30a) anzeigen, dass eine Linksabbiegung erforderlich ist, und die Aktivierung der rechten Spalte (30b) kann eine erforderliche Rechtsabbiegung anzeigen. Falls registriert wird, dass sich der Fuß des Fahrers außermittig in Bezug auf das Pedal befindet, kann das Steuermittel angepasst werden, um die Mitte der Fußplatzierung in dem dargestellten Bereich zu ermitteln und die piezoelektrischen Aktoren links oder rechts der Mitte zu aktivieren, soweit ermittelt. Alternativ kann das System so konfiguriert sein, dass das haptische Navigationssignal durch das Pedal deaktiviert wird, wenn registriert wird, dass sich der Fuß des Fahrers im Wesentlichen außermittig befindet. An Stelle der Deaktivierung des Systems oder zusätzlich dazu kann ein Warnsignal abgegeben werden, um den Fahrer zu warnen, seinen Fuß mehr in der Mitte auf dem Pedal neu zu positionieren.
Daher ist zu bemerken, dass das haptische Pedal, das die piezoelektrischen Elemente enthält, verwendet werden kann, um ein haptisches Richtungs-Feedback an den Fahrer zu geben. Die Navigationsanweisung kann in Kombination mit herkömmlicheren Methoden verwendet werden, wobei ein Fahrer über einen Anzeigebildschirm oder ein Audiosystem über Streckenführungspräferenzen benachrichtigt wird oder sie kann isoliert verwendet werden, um die Effizienz zu verbessern.
Es wird sich einem Fachmann erschließen, dass die Erfindung modifiziert werden könnte, um viele alternativen Formen anzunehmen, ohne von dem Umfang der beigefügten Patentansprüche abzuweichen.

Claims

Haptisches Pedal für ein Fahrzeug, umfassend; eine Vielzahl von piezoelektrischen Aktoren, die einzeln betriebsfähig sind, um einem Fahrer durch eine Fußauflage ein haptisches Feedback zu geben; und ein Erfassungsmittel zum Darstellen des Bereichs der Fußauflage, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht, wobei das haptische Feedback durch selektive Aktivierung der Aktoren in dem dargestellten Bereich gegeben wird.
Pedal nach Anspruch 1, wobei das Erfassungsmittel ein Druckerfassungsmittel umfasst.
Pedal nach Anspruch 2, wobei das Druckerfassungsmittel ein druckempfindliches Material umfasst.
Pedal nach Anspruch 3, wobei das Druckerfassungsmittel eine Schicht der Fußauflage umfasst.
Pedal nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei das druckempfindliche Material ein elektrisch leitendes Material umfasst.
Pedal nach Anspruch 5, wobei das elektrisch leitende druckempfindliche Material einen Quantumtunnel-Verbundwerkstoff umfasst.
Pedal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrischen Aktoren eine Schicht von piezoelektrischen Elementen umfassen, die auf der Fußauflage so angeordnet sind, dass zumindest ein Element unter dem Fuß liegt, wenn ein Fuß eines Fahrers auf das Pedal gelegt wird.
Pedal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die piezoelektrischen Aktoren eine Anordnung von piezoelektrischen Streifen umfassen.
Pedal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine elastische Schicht zwischen die piezoelektrischen Aktoren und dem Erfassungsmittel eingefügt ist.
Pedal nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Pedalarm, umfassend eine Leitung für elektrische Anschlüsse von den piezoelektrischen Aktoren und dem Erfassungsmittel zu einem Steuergerät.
Haptisches Feedback-System für ein Fahrzeug, wobei das System Folgendes Umfasst: das Pedal nach einem der vorhergehenden Ansprüche und ein Steuergerät zum Empfangen einer Eingabe von dem Erfassungsmittel in Bezug auf den Bereich der Fußauflage, die in Kontakt mit dem Fuß des Fahrers steht, und zum Abgeben einer Ausgabe, um piezoelektrische Aktoren selektiv zu aktivieren, die den Kontaktbereich in Abhängigkeit von einem erfassten Zustand des Fahrzeugs überlappen.
Feedback-System nach Anspruch 11, wobei das Steuergerät betriebsfähig ist, um die Impulsintensität und/oder -frequenz der piezoelektrischen Aktoren in Abhängigkeit von dem erfassten Zustand zu variieren.
Fahrzeug, umfassend das haptische Feedback-System nach Anspruch 11 oder Anspruch 12.
Verfahren zum Bereitstellen von haptischem Feedback an einen Fahrer in einem Fahrzeug durch eine Fußauflage eines Pedals, wobei das Verfahren umfasst: Erfassen eines Bereichs der mit einem Fuß eines Fahrers in Kontakt stehenden Fußauflage; und selektives Aktivieren eines oder mehrerer piezoelektrischer Aktoren innerhalb des erfassten Bereichs als Reaktion auf einen erfassten Zustand des Fahrzeugs.
Navigationshilfe für ein Fahrzeug, das mit einem Navigationssystem ausgestattet ist, umfassend; ein mit einer Vielzahl von piezoelektrischen Aktoren ausgestattetes Pedal, die betriebsfähig sind, um einem Fahrer durch eine Fußauflage ein haptisches Feedback zu geben; und ein Steuermittel, das auf das Navigationssystem reagiert, um ausgewählte piezoelektrische Aktoren zu aktivieren, um ein Navigations-Richtungssignal an den Fahrer abzugeben.
Navigationshilfe nach Anspruch 15, wobei das Pedal ein Erfassungsmittel zum Darstellen des Bereichs der Fußauflage umfasst, die in Kontakt mit einem Fuß eines Fahrers steht, und wobei das Steuermittel zudem auf das Erfassungsmittel reagiert, sodass das Navigations-Richtungssignal durch selektive Aktivierung der piezoelektrischen Aktoren in dem dargestellten Bereich abgegeben wird.
Navigationshilfe nach Anspruch 16, wobei das Steuermittel angepasst ist, um Navigations-Richtungssignale zu deaktivieren, für den Fall, dass das Erfassungsmittel registriert, dass sich der Fuß des Fahrers im Wesentlichen außermittig in Bezug auf die Fußauflage befindet.
Haptisches Pedal, im Wesentlichen wie hierin zuvor beschrieben, unter Bezug auf eine der 1, 2, 3a und 3b, 4 und 5 der begleitenden Zeichnungen.