ITVE20110001A1 - Volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante e di sensore di presenza/contatto. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'invenzione avente per titolo:

" Volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante e di sensore di presenza/contatto"

La presente invenzione concerne un volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante e di sensore di presenza/contatto.

Sono noti volanti per autoveicoli provvisti di elementi riscaldanti.

Uno di tali elementi riscaldanti è costituito da un filo avvolto in forma elicoidale attorno alla struttura interna della corona ed opportunamente isolato dalle parti metalliche o comunque conduttrici eventualmente costituenti la struttura meccanica della medesima.

Un altro elemento riscaldante è costituito da una resistenza realizzata con tecniche litografiche, supportata da un substrato avente caratteristiche opportune applicate alla struttura interna della corona mediante l'impiego di adesivi.

In entrambi i casi il conduttore metallico impiegato viene dimensionato in modo tale che il valore della resistenza elettrica totale assuma un valore adeguato, sulla base delle caratteristiche del generatore disponibile (12 o 24 V in corrente continua) selezionando opportunatamente la lunghezza e la sezione del conduttore ed il materiale di cui esso è costituito. L'elemento riscaldante viene inoltre progettato al fine di ottenere una distribuzione della temperatura il più possibile uniforme sulla superficie della corona ed eventualmente su quella delle razze.

Scopo dell'invenzione è di realizzare un volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante che, sfruttando il suo impiego, possa essere utilizzato anche come sensore di presenza/contatto per poter valutare la forza di presa delle mani del conducente sulla corona del volante ed eventualmente della posizione delle stesse sulla superficie della corona.

Queste informazioni infatti risultano molto utili per la gestione della sicurezza del veicolo e dei suoi utenti, con particolare riferimento al conducente stesso in quanto:

- rendono possibile verificare la presenza di contatti col volante per distrazione del conducente o accidentali in presenza di sistemi di parcheggio assistito,

- consentono di ricavare informazioni per monitorare la postura delle mani del conducente al fine di stabilire istante per istante la posizione di guida, - consentono di utilizzare informazioni derivanti dalla posizione non regolare delle mani sul volante per monitorare lo stato di stanchezza di stress del conducente.

Tale scopo è raggiunto secondo l'invenzione con un volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante e di sensore di presenza/contatto caratterizzato dal fatto che il sensore è costituito da un circuito resistivo e da un ponte di misura capacitivo posto in parallelo al circuito resistivo.

La presente invenzione viene qui di seguito ulteriormente chiarita in una sua preferita forma di pratica realizzazione riportata a scopo puramente esemplificativo e non limitativo con riferimento alla allegata tavola di disegni raffigurante uno schema del sensore presenza/contatto.

Come si vede dalle figure il dispositivo secondo l'invenzione comprende sostanzialmente un elemento resistivo 2, opportunamente rivestito, applicato alla struttura interna della ruota del volante e alimentato da una batteria 4 (a 12 o 24 V) di cui è provvisto il veicolo previa interposizione di un sistema di controllo 6 della temperatura, il quale regola a seconda delle necessità l'intensità di corrente continua fatta passare attraverso la resistenza Fra la batteria 4 e l’elemento resistivo 2 e fra il sistema di controllo 6 e l'altro capo dell’elemento resistivo sono previste due impedenze di blocco 8 operanti nel campo fra 10 μΗ ed 1 mmH.

Ai morsetti dell'elemento resistivo fa capo altresì ulteriore circuito costituito da un sistema di misura 10, operante nel campo 10KHz- 1 MHZe da condensatori 12 di blocco. In particolare le impedenze 8 hanno la funzione di bloccare le componenti alternate di corrente, iniettate dal sistema di misura 10 attraverso i condensatori 12 di blocco.

Il sistema di misura 10 fornisce in uscita un segnale analogico opportunatamente condizionato, il quale viene convertito in formato digitale da un convertitore A/D 14 ed inviato ad un microcontrollore attraverso un bus 16 e da questo, al bus di campo dell'autoveicolo al fine di essere utilizzato dal computer di bordo.

L'invenzione descritta si basa sul fatto che, dal punto di vista elettrico, gli elementi resistivi, utilizzati per la realizzazione dei sistemi di riscaldamento per volanti automobilistici, presentano un comportamento fondamentalmente di tipo induttivo per quanto riguarda la risposta in frequenza.

Infatti, quando essi vengono caratterizzati in frequenza, il modello equivalente ad elementi concentrati in aria, di un volante isolato e posto a distanza sufficientemente elevata da altri corpi, è assimilato ad un resistore avente un valore prossimo a quello nominale di progetto, con in serie un induttore di valore variabile e normalmente compreso tra alcune decine di nH e alcune decine di μΗ.

Ε' inoltre presente una componente capacitiva intrinseca che viene rappresentata mediante un condensatore posto in parallelo alla serie resistenza/induttanza precedentemente descritta.

Infine quando si considera il volante installato all'interno del veicolo, ma senza la presenza del conducente, sono presenti delle componenti di induttanza/capacità parassite legate alla presenza di masse metalliche (elementi del cruscotto, scocca, carrozzeria, ecc.) ferromagnetiche e non, ovvero in generale masse costituite da materiali aventi valori di costante dielettrica e di permeabilità magnetica diverse da quelle deN'aria.

In ogni caso gli elementi reattivi caratterizzanti l'impedenza complessa equivalente del complesso volante/elemento riscaldante sono da considerarsi molto distanti dall'idealità, presentando notevoli componenti di flusso/campo elettrico disperso.

Questo deriva dal fatto che il design del sistema riscaldante viene scelto con particolare riferimento alla sola componente resistiva dell'elemento, essendo la funzione primaria legata all'impiego di correnti continue o lentamente variabili nel tempo. Questo può essere sfruttato ulteriormente perchè, considerando eventuali valori di tensione alternata di opportuna frequenza applicati all'elemento riscaldante, l'effettivo comportamento del sistema risulterà stabile e ben caratterizzabile in assenza del conducente, ma variabile nel caso in cui quest'ultimo sia presente e, in particolare, nella condizione in cui vi sia quell'interazione di prossimità/contatto con la corona del volante.

In particolare, nel caso in cui l’elemento resistivo sia costituito da una struttura del tipo etched foil, la capacità elettrica complessiva, misurata ai morsetti dello stesso elemento, è data essenzialmente da due contributi:

- una capacità intrinseca pressoché costante al variare delle condizioni ambientali, e

- una capacità di accoppiamento con le parti metalliche del veicolo normalmente poste al livello di potenziale di massa.

Tale valore di capacità, in caso di assenza del conducente o di presenza di quest’ultimo, ma senza contatto tra le mani dello stesso e la corona regolante, è normalmente delle decine/centinaia di pF.

Se le mani del conducente vengono poste in prossimità o in contatto della corona del volante e quindi a pochi millimetri dall’elemento riscaldante, si verifica un notevole aumento del valore di capacità equivalente dell’elemento riscaldante. Ciò è dovuto al fatto che, essendo il corpo del conducente un discreto conduttore elettrico, le mani fungono da armatura e costituiscono, unitamente al conduttore metallico del riscaldatore, un condensatore piano non ideale, accoppiato alle parti metalliche del veicolo.

E’ da osservare che questa notevole variazione è dovuta essenzialmente alla non idealità dell’elemento riscaldante, visto come condensatore, ed alla conseguente notevole intensità del campo elettrico disperso. Questo fenomeno, che normalmente si cerca di evitare nella realizzazione dei condensatori impiegati in elettronica, risulta invece utile nell’impiego descritto.

E’ da osservare inoltre che l’intensità del campo elettrico disperso varia con l’inverso del quadrato della distanza dal conduttore polarizzato che lo genera, consentendo di confinare la massima sensibilità del sistema di rilevazione alle zone prossime alla superficie del medesimo.

E’ da rilevare inoltre che un’eventuale compressione degli strati e dei rivestimenti esterni della corona del volante, causata da una maggiore pressione esercitata dal conducente del veicolo, ha una notevole influenza sulle variazioni di capacità elettrica per quanto appena detto.

Nel caso particolare della forma di realizzazione descritta è possibile monitorare ad esempio il valore RMS della corrente risultante nel ramo di circuito composto dei due condensatori di accoppiamento e dall’elemento riscaldante. Esso risulterà più elevato nel caso di prossimità/contatto delle mani del conducente del veicolo sulla superficie della ruota a causa della conduzione attraverso le capacità parassite poste tra il sistema di misura e la massa del veicolo, consentendo in questo modo la rilevazione della particolare condizione descritta.

La presente invenzione è stata illustrata e descritta in una sua preferita forma di pratica realizzazione, ma si intende che varianti esecutive potranno ad essa in pratica apportarsi, senza peraltro uscire daN'ambito di protezione del presente brevetto per invenzione industriale.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Volante per autoveicoli provvisto di elemento riscaldante e di sensore di presenza/contatto caratterizzato dal fatto che il sensore è costituito da un circuito resistivo (1 ,4,6) e da un ponte di misura capacitivo (2,5,3) posto in parallelo al circuito resistivo.
2. 2. Volante secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il ponte di misura è costituito da una pluralità di induttanze (5) una delle quali è costituita dalla resistenza (1) del circuito resistivo.
3. 3. Volante secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che il ponte è costituito da due condensatori (2), da una resistenza (1) e da due induttanze (5).