DE202019002153U1

DE202019002153U1 - lm Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem

Info

Publication number: DE202019002153U1
Application number: DE202019002153.1U
Authority: DE
Original assignee: Kunststoffverarbeitung Hoffmann GmbH
Current assignee: Kunststoffverarbeitung Hoffmann GmbH
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2029-05-17

Abstract

Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die haptischen Druckaktoren (1) und (2) im Fahrzeugsitz unterhalb der Sitz- und Lehnoberflächen angeordnet sind. Dabei bildet die Anordnung der haptischen den Bezug zu den Fahrzeugdimensionen ab.

Description

Die Kommunikation von Fahrzeugelektronik (z.B. Fahrerassistenzsystemen) mit Menschen geschieht vornehmlich durch optische und akustische Signale [1]. Durch eine Überlagerung dieser Signalarten mit weiteren optischen und akustischen (Stör-)Informationen, benötigen Nutzer immer mehr Zeit um die Informationen zu verarbeiten. Im Vergleich zum Sehen und Hören sind nur wenige haptische Informationsübertragungsmethoden zur Kommunikation zwischen Maschine und Mensch vorhanden. Lediglich vibrotaktile Signalerzeugungen [2] werden für haptische bzw. taktile Maschine-Mensch Kommunikation genutzt. Deren Intensität kann aber nur schwer unterschieden werden. Mit zunehmendem Alter verlangsamt sich die Verarbeitung der optischen und akustischen Signale, während die haptische Signalverarbeitung annähernd gleiche Verarbeitungszeiten bietet [3]. Grundsätzlich zeigt sich, dass die Signalverarbeitung bei jungen und älteren Menschen auf dem haptischen Informationspfad schneller und zuverlässiger als durch optische oder akustische Kanäle ist [4].
Unterschiedliche Arten der Mensch-Maschine Interaktion werden heutzutage angewendet, um eine Information, z.B. eine Warnmeldung von dem Fahrzeug an den Fahrer eines Fahrzeuges, zu übermitteln.
Nach Stand der Technik werden auch Bildverarbeitungssysteme zur Anzeige von Fahrzeuginformationen mittels LCD und TFT Bildschirmen verwendet [5]. Um eine Ablenkungssituation möglichst zu vermeiden, kann auch ein sogenanntes Head-Up-Display genutzt werden [6], mittels welchen die Informationen auf die Fahrzeugfrontscheibe projiziert werden.
Elektromotorische haptische Aktoren werden in [7] und [8] zum Zwecke der haptischen Warnung als motorische Vibrationselemente ausgeführt. Hier wird um die Motorachse eine Masse exzentrisch so beschleunigt, dass eine Schwingung entsteht die vom Menschen als Vibration wahrgenommen wird.
Auch Bildschirme unterschiedlicher Art werden nach [9] mittels elektromotorischen Vibrationsaktoren ausgestattet, um Bedienflächen und Bedientastem eine zusätzliche haptische Informationsfunktion hinzu zu fügen.
Weiterhin werden nach Stand der Technik Signalleuchten wie z.B. [10] oder akustische Signalgeber [11] verwendet um Informationen über Gefahrensituationen an den Nutzer zu übermitteln.
Druckhaptische Signalisierungssysteme welche sich auf den Bereich der Sitzfläche bzw. der Informationsübermittlung im Rücken, Sitz- und Lendenwirbelbereich spezialisieren und mit Drücken auf die haptischen Rezeptoren der menschlichen Haut arbeiten, sind bislang noch nicht in Nutzung.
Der in den Schutzansprüchen 1 bis 12 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, dass der Nutzer nicht immer seine Aufmerksamkeit auf die optischen und akustischen Signalgeber richtet. Konzentriert sich der Nutzer auf das Führen des Fahrzeugs, auf die Verkehrssituation oder auch auf andere Ablenkungsquellen (z.B. Konversation mit anderen Menschen im Fahrzeug), kann es bei einer optischen oder akustischen Ablenkung dazu kommen, dass er die Warnungen des Signalgebers nach Stand der Technik übersieht.
Dieses Problem wird mit der Erfindung nach Schutzansprüchen 1 bis 1 2 gelöst.
Zur Abhilfe wird eine Anordnung, wie in 1 gezeigt, vorgestellt. Diese besteht aus mehreren druckhaptischen Aktoren im Lehnflächenbereich eines Autositzes (1) und / oder mehreren druckhaptischen Aktoren im Sitzbereich eines Autositzes (2). Bei einer elektrischen Aktivierung werden Druckübertragungselemente gegen die Sitzbelastung, die vom Fahrer erzeugt wird, aktuiert. Somit kommt es zu einer Erhöhung der fühlbaren Anpressdruckänderung im Rücken- und Aufsitzbereich des Fahrers.
Die elektrische Aktivierung erfolgt in Abhängigkeit der Fahrsituation: Erkennt ein Steuergerät (10) über externe Sensorik, dass eine Gefahrensituation oder eine Informationsnotwendigkeit vorliegt, so werden die Aktoren aktiviert. Im Ausführungsbeispiel sind zwei unabhängig arbeitende Abstandssensoren (3) und (6) für die jeweilige Fahrzeugseite (links und rechts) gezeigt. Diese Messen die Abstände (4) und (7) zu den jeweiligen Hindernissen (5) und (8) und geben diese Informationen über eine BUS-Leitung an das Steuergerät weiter. Das Steuergerät kann durch übergeordnete BUS-Leitungen (11) weitere Zustandsinformationen (z.B. für Gefahrensituationen) von anderen Fahrzeugkomponenten annehmen sowie die erfassten Sensorinformationen an weitere Systeme leiteten. Weiterhin berechnet das Steuergerät den einzustellenden analogen Ausgangszustand der Aktoren (1) und (2). Diese Information wird an die Leistungsendstufe (9) für die Aktoren gesendet. Diese Einheit stellt die benötigte elektrische Leistung zur Betätigung der Aktoren (1) und (2) so bereit, dass entsprechend der Vorgaben des Steuergerätes (10) bestimmte Aktoren des gesamten Sitz- und Lehnenbereiches angesteuert werden.
Hierbei kann die Intensität der Auslösung der Aktoren, also der erzeugte Druck auf den menschlichen Körper, entsprechend der analogen Abstandsinformationen (4) und (7) geregelt werden. Somit kann der Fahrer den zeitlichen Druckunterschied erfahren und damit einen sich reduzierenden Sicherheitsabstand interpretieren.
Alternativ kann eine schnelle vollständige Auslösung der Aktoren (1) und (2) bei einer Gefahrensituation erfolgen.
Um eine zuverlässige Berührung, aber auch eine Lage- und Richtungszuordnung der Informationsmitteilung zu verstärken, werden mehrere Aktoren in den Bereichen (1) und (2) verwendet. Diese werden so im Fahrzeugsitz verteilt, dass sich z.B. eine linke und eine rechte Aktuationsseite ergibt. Weiterhin kann eine parallele Kraftschaltung nebeneinanderliegender erfolgen.
In 2 ist der Detailaufbau eines Aktors (1) bzw. (2) aufgeführt. In einem Montagerahmen (12) ist ein linear beweglicher Schieber (13), ein linear bewegliches Lager (14) und ein Festlager (16) eingebaut. Beide Lager (14) und (16) sind für eine Rotationsbewegung um ihre eigene Achse freigegeben. Zwischen beiden Lagern ist ein Biegeblech (15) eingebaut.
Wird der Schieber (13) zum Festlager hinbewegt, verschiebt er gleichzeitig das linear bewegliche Lager (14) entlang der hierfür vorgesehenen Nuten im Montagerahmen (12).
Zur Verschiebung des Schiebers (13) wird ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung (Formgedächtnisdraht) (19), wie in 3 gezeigt genutzt. Dieses Material kontrahiert bei elektrischer Aktivierung und erzeugt dabei einen Stellweg und damit eine resultierende Stellkraft. Damit eine ausreichende Länge des Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung (19) für die Anwendung gegeben ist, wird diese in einer flexiblen Führung (17) im Sitz integriert.
In jedem Montagerahmen (12) sind zwei parallel eingebaute Anordnungen so verbaut, dass über zwei Drähte aus einer Formgedächtnislegierung (19) zwei Biegebleche (15) unabhängig verformt werden können. Der Aktionsabstand (20) zwischen der Spitze eines jeden Biegebleches (12) und der oberen Kante des Montagerahmens (12) entspricht dem von den Aktoren (1) und (2) erzeugtem Stellweg der als druckhaptisches Signal an den Fahrer weitergegeben wird. Dieser Aktionsabstand (20) entspricht relativ je Anordnung dem entsprechend durch die Sensorik gemessenen abstand (4) bzw. (7).
Das zweite Ende eines jeden Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung (19) ist jeweils mit einem Überlastschutzmechanismus (18) verbunden. Dieser ist detailliert in 4 gezeigt. Im Inneren des Aufbaus ist der Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) durch eine Druckfeder (21) durchgeführt und mit einem Schaltcrimp (22) kontaktiert. An der Außenhülle des Überlastschutzmechanismus ist eine elektrische Kontaktstelle (23) angebracht. Hierüber wird der elektrische Strom in den Gesamtaufbau eingeleitet wobei die Druckfeder (21) dabei den Schaltcrimp (22) an die Innenwand des Überschutzmechanismus (18) andrücken muss.
Wird über ein Biegeblech (15) eine externe Kraft in die Anordnung geleitet, wird diese über an den Schaltcrimp (22) geleitet. Die hieraus resultierende Kraft wirkt auf die Druckfeder. Bei Überschreitung einer eingestellten Druckkraft (z.B. über die Federkennlinie der Druckfeder) wird der elektrische Kontakt bei Lastüberhöhung auf das System geöffnet. In diesem Fall kann kein elektrischer Strom zum Erwärmen des Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung mehr fließen.
Es zeigen:

1 die Konzeptdarstellung des haptischen Signalisierungselementes ausgeführt in einem Fahrzeugsitz
2 Der Aufbau des druckhaptischen Aktors
3 Die Funktionsweise des druckhaptischen Aktors in Schnittdarstellung
4 Detailansicht des Überlastschutzes in Schnittdarstellung

Quellennachweise:

[1] N. Fricke, HMI-Design: Warnsignale vs. Alarme - Was brauchen wir wirklich? Integrierte Sicherheit und Fahrerassistenzsysteme, VDI-Berichte 2048, VDI-Verlag Düsseldorf, 2008
[2] Patent: EP0688125A1
[3] G. Schmidt, Haptische Signale in der Lenkung: Controllability zusätzlicher Lenkmomente, Dissertation Leibnitz Universität Hannover, 2009
[4] A. Czechowicz et al., Entwicklung von haptischen Informationselementen auf Basis von Formgedächtnislegierungen zur Unterstützung älterer Menschen , Konferenzpublikation 4SMARTS 2016, Shaker Verlag (Herzogenrath, 2016), Seiten 308-319
[5] Patent: DE102004008867B4
[6] Patent: DE000069123322T2
[7] Patent: US7603228B2
[8] Patent: US5903076A
[9] Patent: EP000003021201B1
[10] Patent: EP0913625A2
[11] Patent: DE4404020A1

Bezugszeichenliste

(1): haptischer Druckaktor im Lehnenbereich eines Fahrzeugsitzes
(2): haptischer Druckaktor im Sitzflächenbereich eines Fahrzeugsitzes
(3): Abstandssensor (rechts)
(4): Abstand zum rechten Hindernis
(5): rechtes Hindernis
(6): Abstandssensor (links)
(7): Abstand zum linken Hindernis
(8): linkes Hindernis
(9): Leistungsendstufe
(10): Steuergerät
(11): Kommunikationsschnittstelle mit weiteren Steuergeräten
(12): Montagerahmen
(13): linearer Schieber
(14): linear bewegliches Lager
(15): Biegeblech
(16): Festlager
(17): flexible Führung
(18): Überlastschutzhülse
(19): Draht aus einer Formgedächtnislegierung
(20): Aktionsabstand
(21): Druckfeder
(22): Schaltcrimp
(23): elektrische Kontaktierungsstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102004008867 B4 [0021]
DE 000069123322 T2 [0021]
US 7603228 B2 [0021]
US 5903076 A [0021]
EP 000003021201 B1 [0021]
EP 0913625 A2 [0021]
DE 4404020 A1 [0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

N. Fricke, HMI-Design: Warnsignale vs. Alarme - Was brauchen wir wirklich? Integrierte Sicherheit und Fahrerassistenzsysteme, VDI-Berichte 2048, VDI-Verlag Düsseldorf, 2008 [0021]
G. Schmidt, Haptische Signale in der Lenkung: Controllability zusätzlicher Lenkmomente, Dissertation Leibnitz Universität Hannover, 2009 [0021]
A. Czechowicz et al., Entwicklung von haptischen Informationselementen auf Basis von Formgedächtnislegierungen zur Unterstützung älterer Menschen , Konferenzpublikation 4SMARTS 2016, Shaker Verlag (Herzogenrath, 2016), Seiten 308-319 [0021]

Claims

Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem, dadurch gekennzeichnet, dass die haptischen Druckaktoren (1) und (2) im Fahrzeugsitz unterhalb der Sitz- und Lehnoberflächen angeordnet sind. Dabei bildet die Anordnung der haptischen den Bezug zu den Fahrzeugdimensionen ab.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten Aktoren (1) und (2) aeinen annähernd linear ansteigenden, konstanten, und annähernd linear abfallenden Druck auf den menschlichen Körper erzeugen.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassung analoger Abstandswerte sowie Verarbeitung sonstiger Gefahreninformationen über ein Steuergerät erfolgt. In Diesem ist eine Zuordnungslogik der Ansteuerung der in Anspruch 1 beschriebenen Anordnung der Druckaktoren (1) und (2) so hinterlegt, dass Aktionsabstände (20) für jede zugehörige Anordnung der Aktoren (1) bzw. (2) einzeln gesteuert und geregelt werden kann.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellung des linearen Schiebers (13) über einen Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) erfolgt.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) über die Dimension des Montagerahmens (12) herausragen kann, und hierzu in einer flexiblen Führung (17) herausgeführt werden kann. Weiterhin ist die flexible Führung als metallische Federhülse, mit innerer Isolierung aus Teflon und optional mit einer äußeren Kunststoffisolierung ausgeführt.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung der von dem Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) erzeugten Aktorkraft und des Aktorstellweges über eine federnde Konstruktion, bestehend aus einem Biegeblech (15) umgesetzt wird.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einleitung der Stellbewegung aus dem Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) in die Anordnung über einen linearen Schieber (13) erfolgt, der ein linear bewegliches und zur Rotation freigegebenes Lager (14) verstellt. An diesem Lager wird ein Ende des Biegebleches (15) befestigt.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand des Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung (19) über einen kontinuierlichen Messstrom über ein Spannungssignal erfasst wird. Aus diesem wird über eine Verstärkerschaltung der Zustand des der Formgedächtnislegierungen hinsichtlich der aktuell anliegenden Kräfte, der eingestellten Stellwege und der Ermüdung, erfasst.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweils aus der Anordnung herausragende Pol eines jeden Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung (19) über ein Überlastschutzsystem vor mechanischer Überlastung geschützt wird. Hierbei wird eine Druckfeder (21) so eingesetzt, dass bei Überschreitung einer ausgelegten oder eingestellten Zugkraft im Draht aus einer Formgedächtnislegierung (19) die Druckfeder (21) gestaucht wird. Damit verschiebt sich auch die Position des Schaltcrimps (21), so dass der elektrische Strom von der Überlastschutzhülse (18) nicht mehr in die Anordnung eingeleitet wird.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltcrimp als Verbundelement aus Metall und Kunststoff so ausgeführt ist, dass eine lineare Bewegung möglich ist, aber eine elektrische Kontaktierung zur linearen Stirnfläche möglich ist. Gleichzeitig ist entlang der linearen Ache des Schaltcrimps der Draht aus einer Formgedächtnislegierung mechanisch über Form- und / oder Kraftschluss montiert.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckbelastung vom Fahrzeugnutzer auf die Biegebleche (15) in die lineare Zugkraft im Draht aus einer Formgedächtnislegierung umgesetzt wird.
Im Fahrzeugsitz eingelassenes haptisches Signalisierungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über die elektrischen Widerstandswerte des Drahtes aus einer Formgedächtnislegierung (19) im aktiven oder kalten Zustand, sowie über den Schaltzustand des Schaltcrimps (21), Rückschlüsse auf die Druckbelastung die vom Menschen auf den Sitz ausgeübt wird, gezogen werden können.