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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Fahrzeuglenkrad und insbesondere ein Fahrzeuglenkrad, das mit einer Vorrichtung zur Erfassung eines Kontakts oder einer Nähe zwischen einem Griffabschnitt des Lenkrads (z. B. dem Lenkradkranz) und einem Körperteil des Benutzers (z. B. einem Finger, einer Hand oder einer Handfläche) ausgestattet ist.
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Aus dem Stand der Technik sind Lenkräder bekannt, die mit Vorrichtungen zur Erfassung eines Kontakts oder einer Nähe zwischen einem Griffabschnitt des Lenkrads und einem Körperteil des Benutzers ausgestattet sind. Üblicherweise umfasst die Erfassungsvorrichtung eine weiche Sensorelektrode, die unter einer Außenfläche des Lenkradkranzes anzuordnen ist. Es kann jedoch vorkommen, dass die Sensorelektrode aus geometrischen, biege- oder fertigungstechnischen Gründen Aussparungen aufweist, die eine Totzone auf der Außenfläche erzeugen, in der ein Kontakt oder eine Nähe zwischen einem Griffabschnitt des Lenkrads und einem Körperteil des Benutzers nicht erfasst wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorstehend genannten Nachteile des Stands der Technik zu beheben und insbesondere erstens ein Fahrzeuglenkrad vorzuschlagen, das mit einer Erfassungsvorrichtung ausgestattet ist, die eine Sensorelektrode umfasst, und die eine reduzierte Totzone aufweist, selbst wenn die Geometrie des Lenkrads es erforderlich macht, Aussparungen oder Unterbrechungen in der Sensorelektrode vorzusehen.
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Daher betrifft ein erster Gesichtspunkt der Erfindung ein Fahrzeuglenkrad, umfassend:
- - einen Griffabschnitt, der von einem Benutzer ergriffen werden kann,
- - eine kapazitive Vorrichtung zum Erfassen eines Kontakts oder einer Nähe zwischen einem Körperteil des Benutzers und dem Griffabschnitt, die mindestens eine unter einer Außenfläche des Griffabschnitts angeordnete Sensorelektrode umfasst, wobei die Sensorelektrode auf der Außenfläche Folgendes definiert:
- ■ eine Sensorzone und
- ■ eine zur Sensorzone komplementäre Totzone,
dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung mindestens einen Leiterstreifen umfasst, der auf die Sensorelektrode aufgesetzt ist, umfassend mindestens einen Überdeckungsabschnitt, der gegenüber der Sensorzone angeordnet ist, und mindestens einen Verlängerungsabschnitt, der gegenüber der Totzone angeordnet ist.
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Das Lenkrad gemäß der vorstehenden Implementierung umfasst einen aufgesetzten Leiterstreifen, der die Sensorzone „erweitert“. Tatsächlich gibt der gegenüber der Sensorelektrode angeordnete Überdeckungsabschnitt Änderungen (der elektrischen Felder oder der Ladung oder Kapazität), denen der Verlängerungsabschnitt ausgesetzt ist, an die Sensorelektrode weiter oder überträgt sie auf diese. Folglich kann der aufgesetzte Leiterstreifen über den Verlängerungsabschnitt eine Nähe oder einen Kontakt des Benutzers zu/mit der Außenfläche sogar in der ursprünglichen Totzone erfassen; man kann dann von einer erweiterten Sensorzone sprechen. Tatsächlich bezieht sich die Sensorzone in der vorliegenden Anmeldung auf die Zone, in der ein Kontakt oder eine Nähe von der Sensorelektrode selbst erfasst wird. Die Sensorzone liegt direkt gegenüber einer „aktiven“ Fläche der Sensorelektrode.
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Die erweiterte Sensorzone wiederum umfasst oder schließt die Sensorzone und die Zone oder Zonen ein, in denen ein Verlängerungsabschnitt das Erfassen (durch Antennenwirkung und/oder durch Leitung und/oder durch kapazitive Wirkung über den Verlängerungsabschnitt und den Überdeckungsabschnitt) des Insassen ermöglicht. Unter einem aufgesetzten Leiterstreifen versteht man einen Streifen, der nach dem Anbringen der Sensorelektrode angebracht wird. Ferner versteht man unter einem aufgesetzten Leiterstreifen einen Streifen, der Elektrizität leitet.
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Gemäß einer alternativen Implementierung kann die Erfassungsvorrichtung eine Widerstandsvorrichtung sein.
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Gemäß einer Implementierung kann der aufgesetzte Leiterstreifen abnehmbar, unabhängig, komplementär, getrennt von der Sensorelektrode sein.
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Gemäß einer Implementierung kann der aufgesetzte Leiterstreifen zwischen der Sensorelektrode und der Außenfläche angeordnet werden.
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Gemäß einer Implementierung kann der aufgesetzte Leiterstreifen eine elektrisch leitende Schicht und eine Klebeschicht umfassen. In der Regel kann der aufgesetzte Leiterstreifen ein selbstklebendes Metallband sein.
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Gemäß einer Implementierung kann die Klebeschicht elektrisch isolierend sein.
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Gemäß einer alternativen Implementierung kann die Klebeschicht elektrisch leitend sein.
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Gemäß einer Implementierung kann die leitende Schicht aus Aluminium sein.
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Gemäß einer Implementierung kann die leitende Schicht eine Dicke zwischen 50 µm und 250 µm aufweisen.
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Gemäß einer Implementierung kann die Klebeschicht mit der Sensorelektrode in Kontakt stehen. Mit anderen Worten, der aufgesetzte Leiterstreifen wird direkt auf die Sensorelektrode geklebt.
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Gemäß einer Implementierung kann der Griffabschnitt einen Lenkradkranz umfassen, wobei das Fahrzeuglenkrad eine Hülle umfasst, die um den Lenkradkranz herum angeordnet ist und die Erfassungsvorrichtung zumindest teilweise bedeckt.
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Gemäß einer Implementierung kann die Hülle mindestens einen ersten, steifen Teil, wie z. B. Holz, und mindestens einen zweiten, weichen Teil, wie z. B. Leder, umfassen. Eine derartige Verbundstoffhülle kann Aussparungen und/oder Falten im Bereich der Sensorelektrode erfordern, was zu einer Verringerung der Sensorzone und einer Vergrößerung der Totzone führt. Das Anbringen von Leiterstreifen auf der Sensorelektrode, um Verlängerungsabschnitte im Bereich der Totzone zu haben, ermöglicht die Bildung einer erweiterten Sensorzone und gewährleistet, dass die Nähe oder der Kontakt des Körperteils des Insassen auch im Bereich der ursprünglichen Totzone erfasst wird.
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Gemäß einer Implementierung kann die Vorrichtung umfassen:
- - mindestens zwei Sensorelektroden, wobei jede Sensorelektrode auf der Außenfläche Folgendes definiert:
- ■ eine Sensorzone und
- ■ eine zur Sensorzone komplementäre Totzone.
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Gemäß der vorstehenden Implementierung umfasst das Lenkrad zwei unterschiedliche Sensorzonen, z. B. vor und hinter dem Lenkradkranz. Es kann auch vorgesehen sein, dass die rechte und die linke Seite separat erfasst werden. Es können auch mehr als zwei unterschiedliche Sensorzonen vorgesehen sein.
- ■ Gemäß einer Implementierung kann das Lenkrad oder die Erfassungsvorrichtung mehrere aufgesetzte Leiterstreifen umfassen, wobei jeder aufgesetzte Leiterstreifen mindestens einen Überdeckungsabschnitt, der gegenüber der Sensorzone einer Sensorelektrode angeordnet ist, und mindestens einen Verlängerungsabschnitt, der gegenüber der Totzone angeordnet ist, umfasst.
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Gemäß einer Implementierung kann jeder Überdeckungsabschnitt jedes aufgesetzten Leiterstreifens ausschließlich einer Sensorzone einer gleichen Sensorelektrode gegenüberliegen. Mit anderen Worten: ein aufgesetzter Leiterstreifen deckt nur eine einzige Sensorelektrode ab.
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Gemäß einer Implementierung kann ein Verlängerungsabschnitt eines aufgesetzten Leiterstreifens, dessen Überdeckungsabschnitt einer Sensorzone einer Sensorelektrode gegenüberliegen kann, durch einen streng positiven Abstand von einem Verlängerungsabschnitt eines anderen aufgesetzten Leiterstreifens getrennt sein, dessen Überdeckungsabschnitt einer Sensorzone einer anderen Sensorelektrode gegenüberliegen kann. Mit anderen Worten, zwei aufgesetzte Leiterstreifen, die für jeweils eine andere Sensorelektrode bestimmt sind, überdecken oder berühren sich nicht.
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Gemäß einer Implementierung kann der aufgesetzte Leiterstreifen umfassen:
- - zwei Überdeckungsabschnitte, die jeweils gegenüber der Sensorzone einer gleichen Sensorelektrode angeordnet sind,
- - einen Verlängerungsabschnitt, der gegenüber der Totzone angeordnet ist.
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Somit bildet ein aufgesetzter Leiterstreifen eine Brücke zwischen zwei Abschnitten derselben Sensorzone, um z. B. eine Aussparung oder einen Schlitz in der Sensorelektrode zu überdecken.
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Gemäß einer Implementierung kann die Erfassungsvorrichtung umfassen:
- - mindestens eine Schirmelektrode,
- - ein Dielektrikum,
wobei:
- ■ die Sensorelektrode zwischen der Schirmelektrode und der Außenfläche angeordnet ist,
- ■ das Dielektrikum zwischen der Sensorelektrode und der Schirmelektrode angeordnet ist,
- ■ die Schirmelektrode auf der Außenfläche eine aktive Schirmzone definiert,
und wobei mindestens ein Verlängerungsabschnitt eines aufgesetzten Leiterstreifens in einer Zone angeordnet ist, die komplementär zu der aktiven Schirmzone ist. In der Regel ähnelt eine kapazitive Erfassungsvorrichtung einem Kondensator mit einer Sensorelektrode, die einer Schirmelektrode gegenüberliegt: die beiden Elektroden weisen im Wesentlichen die gleiche Oberfläche auf und sind durch das Dielektrikum voneinander getrennt. Gemäß der vorstehenden Implementierung muss keine Schirmelektrode gegenüber den Verlängerungsabschnitten der aufgesetzten Leiterstreifen vorgesehen werden. Überraschenderweise ist die Erfassung auch ohne Schirmelektrode möglich.
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Gemäß einer Implementierung kann der aufgesetzte Leiterstreifen von der Sensorelektrode getrennt sein.
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Ein zweiter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, das ein Fahrzeuglenkrad gemäß dem ersten Gesichtspunkt umfasst.
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Ein dritter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung für ein Fahrzeuglenkrad gemäß dem ersten Gesichtspunkt, die mindestens eine Sensorelektrode und mindestens einen aufgesetzten Leiterstreifen umfasst.
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Ein vierter Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Fahrzeuglenkrads, umfassend die Schritte bestehend aus:
- - Positionieren von mindestens einer Sensorelektrode auf einem Kern eines Griffabschnitts des Lenkrads,
- - Positionieren von mindestens einem Leiterstreifen, der auf dem Kern des Griffabschnitts so aufgesetzt ist, dass
- ■ ein Überdeckungsabschnitt des aufgesetzten Leiterstreifens gegenüber der Sensorelektrode positioniert ist,
- ■ ein Verlängerungsabschnitt des aufgesetzten Leiterstreifens auf einer komplementären Zone der Sensorelektrode positioniert ist,
- - Abdecken des Griffabschnitts, um eine Außenfläche zu definieren, die von einem Benutzer ergriffen werden kann.
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Das vorstehende Verfahren ermöglicht die Bildung einer ausgedehnten Sensorzone, nachdem die Sensorelektrode auf dem Lenkrad angebracht wurde. Tatsächlich werden die aufgesetzten Leiterstreifen erst nach der Positionierung der Sensorelektrode aufgebracht, wodurch sie an jede besondere Lenkradgeometrie angepasst werden können und eine möglichst große, ausgedehnte Sensorzone bilden, auch wenn die Sensorelektrode aufgrund von Aussparungen und/oder Falten eine begrenzte Fläche aufweisen muss.
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Es wird davon ausgegangen, dass alle vorstehend genannten technischen Merkmale miteinander kombiniert oder voneinander abgetrennt werden können, solange es keine technischen Inkonsistenzen oder Unvereinbarkeiten gibt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung von nicht einschränkenden beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, die durch die beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht werden, deutlicher, wobei:
- [1] eine erfindungsgemäße Ansicht eines Fahrzeuglenkrads darstellt, das einen Lenkradkranz umfasst, der über Schenkel mit einer Nabe verbunden ist,
- [2] einen Schnitt durch den Lenkradkranz des Lenkrads aus 1 darstellt;
- [3] eine schematische Ansicht einer Sensormatte des Lenkradkranzes von 2 vor dem Anbringen der aufgesetzten Leiterstreifen darstellt;
- [4] eine schematische Ansicht einer Sensormatte des Lenkradkranzes von 2 nach dem Anbringen der aufgesetzten Leiterstreifen darstellt;
- [5] eine allgemeine Ansicht der Sensormatte aus 3 und 4 darstellt;
- [6] den Schnitt durch den Lenkradkranz des Lenkrads von 2 gemäß einer alternativen Implementierung darstellt.
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1 stellt ein Fahrzeuglenkrad dar, das einen Lenkradkranz 10 umfasst, der über Schenkel 20 mit einer Nabe 30 verbunden ist. In der dargestellten Implementierung umfasst der Lenkradkranz 10, der einen Griffabschnitt bildet, der von einem Benutzer ergriffen werden kann, eine Verbundstoffhülle, die seine Außenfläche bildet. Tatsächlich wird eine Außenhülle des Lenkradkranzes 10 durch einen ersten Teil 11, der eine feste Verschalung aus Holz ist, und durch einen zweiten Teil 12 aus Leder gebildet. Die Kombination aus Holz und Leder wird nur als Beispiel genannt und ist nicht einschränkend für die Erfindung, die sich auf die Verlängerung der Detektionsfläche einer Elektrode bezieht.
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Wie in 2 im Schnitt dargestellt, wird der zweite Teil 12 tatsächlich von zwei Lederstücken 121 und 122 gebildet, die durch eine Naht 13 verbunden sind, die entlang eines Innenumfangs des Lenkradkranzes 10 angeordnet ist. Außerdem sind der erste Teil 11 und der zweite Teil 12 mithilfe von Einsätzen 17 miteinander verbunden, die auf beiden Seiten in dem Lenkradkranz 10 über einer Sensormatte 40 untergebracht sind. Diese Sensormatte 40 ist ihrerseits um einen Lenkradkranzkörper gewickelt, der von einem Rahmen 16 gebildet wird, der mit einem Umspritzungsmaterial 15 umspritzt ist. In der Regel ist die Sensormatte 40 Teil einer Erfassungsvorrichtung, die auch eine elektronische Recheneinheit zum Messen und Analysieren der Signale und elektrischen Eigenschaften der Sensormatte 40 umfasst. Zwischen dem zweiten Teil 12 und der Sensormatte 40 kann eine Schaumstoffbahn 18 vorgesehen sein.
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Darüber hinaus zeigt 2 zwei aufgesetzte Leiterstreifen 44 und 45, die zwischen der Sensormatte 40 und der Schaumstoffbahn 18 angeordnet sind, wie weiter unten erläutert wird.
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Wie in 5 zu sehen ist, weist die Sensormatte 40 eine komplexe Form mit einem gewundenen Umfang auf, um ein Umhüllen des Lenkradkranzkörpers ohne Bildung von für den Benutzer sichtbaren Falten zu ermöglichen. Insbesondere sind entlang des Umfangs zahlreiche Aussparungen D vorgesehen, um Falten und Überlängen zu vermeiden, die zu Überdeckungen führen.
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Darüber hinaus umfasst die Sensormatte 40, wie in 3 gezeigt, eine erste Sensorelektrode 41 und eine zweite Sensorelektrode 42, die auf einer Außenseite der Sensormatte 40 angeordnet sind. Die Außensilhouette des Lenkradkranzes 10 ist als Strichpunktlinie dargestellt, um die Gesamtanordnung zu verdeutlichen.
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Es kann vorgesehen sein, die Sensorelektroden 41 und 42 durch Druck, Verkleben oder andere bekannte Verfahren zu bilden. Eine oder mehrere Schirmelektroden 43 sind auf der Innenseite der Sensormatte 40 vorgesehen, um eine kapazitive Vorrichtung zur Erfassung einer Nähe oder eines Kontakts zwischen dem Lenkradkranz und einem Körperteil des Benutzers bereitzustellen. Zwischen den Sensorelektroden 41, 42 und der/den Schirmelektrode(n) 43 ist ein Dielektrikum vorgesehen, um die Elektroden voneinander zu isolieren.
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In Bezug auf die in 5 dargestellten Aussparungen D kann man die Konsequenz von deren Vorhandensein in 3 feststellen, wekche die auf dem Lenkradkranzkörper liegende Sensormatte zeigt. Tatsächlich führen die Aussparungen D, die notwendig sind, um Falten und Überdeckungen zu vermeiden, dennoch zu einer Verringerung der Oberfläche der Sensorzone.
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Insbesondere definiert die erste Sensorelektrode 41 auf der Außenfläche des Lenkradkranzes eine Sensorzone ZD1, in der ein Kontakt oder eine Nähe des Benutzers erfasst wird. Dagegen ist gegenüber den Aussparungen D eine Totzone ZM1 vorhanden, und ein Kontakt oder eine Nähe des Benutzers wird nicht erfasst. Dasselbe gilt für die zweite Sensorelektrode 42: diese definiert eine Sensorzone ZD2 und eine Totzone ZM2 an den Aussparungen D.
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Das Vorhandensein der Totzonen ZM1 und ZM2 beeinträchtigt die Erfassungsgenauigkeit, und die Erfindung schlägt vor, diese Totzonen so weit wie möglich zu reduzieren. Es ist vorgesehen, wie in 4 dargestellt, die Leiterstreifen 44 und 45 auf jede der Elektroden, insbesondere an den Aussparungen D, aufzusetzen.
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Im Detail ist ein erster aufgesetzter Leiterstreifen 44 auf der ersten Sensorelektrode 41 positioniert, mit einem Überdeckungsabschnitt PR1 gegenüber der ersten Sensorzone ZD1, und einem Verlängerungsabschnitt PE1, der jeder Aussparung D gegenüberliegt. Somit ist die Sensorzone ZD1 erweitert, denn durch Antenneneffekt und/oder Leitung und/oder ein kapazitives Phänomen ermöglicht der mit dem Überdeckungsabschnitt PR1 verbundene Verlängerungsabschnitt PE1 der ersten Sensorelektrode 41 das Erfassen eines Kontakts oder einer Nähe zu einem Körperteil des Benutzers in der Zone gegenüber der Aussparung D, wodurch eine erweiterte Sensorzone definiert wird. Eine solche erweiterte Sensorzone umfasst sowohl die ursprüngliche Sensorzone ZD1 als auch die Totzonen ZM1 gegenüber den Aussparungen D.
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Dasselbe gilt für die zweite Sensorelektrode 42: ein zweiter aufgesetzter Leiterstreifen ist auf der zweiten Sensorelektrode 41 positioniert, mit einem Überdeckungsabschnitt PR2, welcher der zweiten Sensorzone ZD2 gegenüberliegt, und einem Verlängerungsabschnitt PE2, der jeder Aussparung D gegenüberliegt.
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Hinsichtlich des aufgesetzten Leiterstreifens 44 oder 45 kann Aluminiumklebeband, z. B. mit einer Aluminiumdicke zwischen 50 µm und 250 µm, vorgesehen werden. Es können auch andere leitende Materialien (Kupfer, Kohlenstoff, eine Legierung mit Zinn, eine Metallisierung ...) vorgesehen werden. Die Dicke und die Materialien werden so gewählt, dass der Streifen für den Benutzer nicht sichtbar ist. Es ist eine Klebeschicht vorgesehen, um einfache Montage zu gewährleisten. Dementsprechend kann ein direkter Kontakt zwischen der leitenden Folie und der Sensorelektrode bestehen oder nicht bestehen. Beispielsweise kann der elektrische Widerstand zwischen der leitenden Folie des aufgesetzten Leiterstreifens und der Sensorelektrode Null (direkter Kontakt) oder einige Ohm, einige zehn Ohm oder Hunderte von Ohm betragen.
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Die aufgesetzten Streifen 44 und 45 berühren oder überdecken sich nicht. Tatsächlich sind zwei unterschiedliche Sensorelektroden 41 und 42 vorgesehen, welche die Funktion haben, einen Kontakt zwischen z. B. Vorder- und Rückseite des Lenkrads oder rechts und links unterscheiden zu können. Um diese Unterscheidung zu gewährleisten, beeinflusst oder bedeckt also keiner der aufgesetzten Leiterstreifen einer Sensorelektrode eine andere Sensorelektrode oder einen aufgesetzten Leiterstreifen, der mit einer anderen Sensorelektrode verbunden ist. Zur Sicherheit kann ein Zwischenraum von einigen Millimetern zwischen den aufgesetzten Leiterstreifen 44 und 45 vorgesehen werden.
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Der Zusammenbau oder die Herstellung des Lenkrads bleibt flexibel und einfach, denn nach dem Positionieren der Sensormatte 40 müssen nur noch die aufgesetzten Leiterstreifen 44, 45 auf jeder Totzone, die man beseitigen möchte, positioniert werden, und zwar auf spezifische Weise: es ist möglich, die erweiterte Sensorzone anzupassen, selbst wenn die bereits vorhandene Sensormatte zahlreiche Aussparungen aufweist, um Falten zu vermeiden, wodurch normalerweise große Totzonen entstehen würden.
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6 stellt eine alternative Implementierung des in 2 dargestellten Lenkrads dar. Tatsächlich ist es möglich, eine Zwischenschicht zwischen der Sensormatte 40 und der äußeren Verbundstoffhülle (dem ersten Teil 11 und/oder dem zweiten Teil 12) vorzusehen. Insbesondere ist in 6 vorgesehen, die Sensormatte 40 mit einer Schutzhülle 19 zu schützen und die aufgesetzten Leiterstreifen 44 und 45 über dieser Schutzhülle 19 anzubringen.
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht in die Sensormatte integriert wird. Beispielsweise kann eine Beschichtung (oder auf Englisch ein „Coating“) auf die Oberfläche(n) der Sensormatte 40 aufgebracht werden, so dass sie die Sensorelektroden 41, 42 und sogar die Schirmelektrode 43 während der Herstellungsschritte (vorzugsweise vollständig) überdeckt.
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Beispielsweise kann eine Polyurethanfolie oder -schicht mit einer Dicke von einigen Zehntelmillimetern oder sogar weniger verwendet werden, um die Schutzhülle 19 zu bilden und die Detektormatte 40 wirksam zu schützen.
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Es kann auch vorgesehen werden, dass aufgesetzte Leiterstreifen 47 gegenüber dem ersten Teil 11 positioniert werden, wie auch in 6 zu sehen ist.
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Es versteht sich, dass verschiedene Modifikationen und/oder Verbesserungen, die für den Fachmann offensichtlich sind, an den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
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Insbesondere wird eine Verbundstoffhülle aus Holz/Leder erwähnt, aber es kann auch eine Außenhülle vollständig aus Leder (Natur- oder Kunstleder) oder vollständig aus Holz oder mit anderen Materialien vorgesehen werden.
