JP2005530220A - 車両のための制御エレメントまたは切換エレメント - Google Patents

Abstract

制御エレメントまたは切換エレメントにおいて、運転手の触覚を機械的、化学的または電気的に刺激する手段（３）が、たとえばステアリングホイール（１，２）に設けられており、該手段（３）が、該手段（３）に触れる運転手に車両の状態および／または交通の状態に関する警告および／または情報を供給するために使用される。これによって対話型の機能が接続されていてよい。この機能は、運転手の応答を検出しかつ処理することを可能にする。運転手は、当該警告を所望の時間にさらに視覚的にも、たとえばインストルメントパネルに設けられた相応するモニタ照明に再生させることが可能となる。

Description

本発明は、情報エレメントまたは対話型の情報・通信エレメントとして形成されている、車両のための制御エレメントまたは切換エレメントに関する。

自動車には、一連の情報システムが組み込まれている。これらの情報システムは特定のセンサまたは検出器と、通常インストルメントパネルに取り付けられた所属の表示部とを有している。このような表示部とは、スピードメータ、冷却システムの温度表示部、タンク表示部、オイル圧警告ランプ、タコメータおよびハンドブレーキ、半ドア等のための一連のモニタ照明である。さらに、一般的な危険状況を運転手の視野内に表示するという一連の提案も存在している。このことには、距離警告システム（距離レーダ）等に該当する表示部が所属している。

このようなシステムの欠点は次の点に認められる。すなわち、光学的もしくは視覚的な信号を認識するために頭部や眼の運動が必要となり、さらに理解能力が発揮されなければならない。なぜならば、個々の事例において、当該表示によりどのような危険状況またはどのような車両欠陥が示唆されているのかが認識されなければならないからである。いずれの場合でも、運転手は視覚的な表示に気づき、かつその意味を対応させることにより、注意力が自動車の運転から逸らされるか、または少なくとも短時間、注意力が損なわれる。その結果、交通条件の変化に反応する時間が遅くなり、このことは特に暗がりや降雨時の運転の場合に著しい不都合を招く。

玩具やゲーム機からは、視覚的な印象に対して付加的に触覚印象をも与えることが知られている。しかし、触覚に関するこのような（触覚）刺激や知覚はゲーム機の場合にはたいてい視覚的な印象に対して同時に与えられるわけではない。したがって、このような触覚刺激は視覚的な印象を補うものではなく、視覚的な印象の結果または不随事情として感じられる、付加的に生ぜしめられた感覚的印象である。

インターネット・ウェブサイト ｗｗｗ．ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ．ｄｅ／ｓｉｘｃｍｓ、「ｂｉｌｄ ｄｅｒ ｗｉｓｓｅｎｓｃｈａｆｔ ｏｎｌｉｎｅ」には、２００１年３月１１日、乗用車の安全性の領域で走行監視システムがコンピュータによってどのように形成され得るのかを記載した技術レポートが開示された。この場合、運転手の瞬きや眼の運動がモニタされ、一瞬の居眠りにより生じ得る事故が防止されるか、または運転手を損なうその他の要因が回避される。このシステムは「顔モデル」を有している。このシステムは画素毎に、メモリされた顔構造と実際の顔構造とを種々の解像度で比較する。これによって、顔または顔の一部が特定されて、メモリされたデータと比較され得る。

本発明の課題は、車両の運転手に警告等を伝えるための装置を改良して、その使用時に運転手が交通への注意からできるだけ僅かにしか逸らされないような装置を提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する触覚式の情報エレメントを備えた制御エレメントまたは切換エレメントもしくは請求項９もしくは請求項１０の特徴部に記載の特徴を有する制御エレメントまたは切換エレメントの配置によって解決される。本発明の有利な構成は請求項２以下に記載されている。

車両の、触覚式の情報エレメントを備えた制御エレメントまたは切換エレメントでは、機械的、化学的または電気的に触覚を刺激する手段が、車両または車両部分を制御するか、または切り換えるための操作エレメントに設けられている。この手段は、この手段に触れる運転手に車両の状態または交通の状態に関する警告および／または情報を与えるために使用される。触覚を刺激するこのような手段はステアリングホイールに組み込まれているか、あるいは制御または切換のために設けられた別のホイール、グリップまたはレバーに組み込まれていると有利である。これらの構成部分が実際の制御エレメントまたは切換エレメントを形成する。

制御エレメントまたは切換エレメントの改良形では、組み込まれた情報エレメントに対話機能が接続され、かつ与えられた情報に対する運転手の応答が検出されかつ処理されるようになっている。特に運転手が車両の情報システムに、当該警告を所望の時間にさらに視覚的にも、たとえばインストルメントパネルに設けられた相応するモニタ照明に再生させることが可能となる。こうして、運転手の目線もしくは注視方向が赤色のモニタ照明の点灯によって逸らされることはなくなる。それどころか、運転手は触覚により伝えられた情報に基づいて、特別な条件が発生したことを知り、そして交通事件が運転手の全注意力を引きつけないうちに瞬時に当該情報を視覚的に再生させて、インストルメントパネルの表示部から読み取ることができる。

組み込まれた、特に対話型の触覚式の情報エレメントを備えた制御エレメントまたは切換エレメントの原理的な構造は４つの部分、つまりアクチュエータエレメントと、場合によってはセンサエレメントと、ハウジングと、電子制御ユニットとを有していると有利である。アクチュエータエレメントは、伝送したい情報に対応した刺激を発生させる役目を有している。この刺激は運転手の手の触覚を介して記録され得る。このことは、押圧、引張、電圧またはアクチュエータの化学的な表面性質の変化によって行うことができる。

対話機能のために設けられたセンサエレメントは、押圧運動および引張運動ならびに皮膚抵抗の変化を検出するか、もしくは対応する電気的な信号に変換する役目を有している。これらの信号は制御エレメントを制御するために働き、そして場合によっては引き続き行われるデータ処理のための基礎を形成する。

センサエレメントとアクチュエータエレメントとは１つのユニットを形成することができる。このようなエレメントは、たとえば電磁的に運動させられる、鉄芯を備えたコイルボディを有していてよい。このコイルボディは、最初に励起された運動とは逆向きの押圧抵抗の発生時に、より高い電流を消費する。この電流変化は評価され、そして制御ユニットに信号として提供される。押圧抵抗は運転手により触覚情報に対する応答として、組み合わされたアクチュエータ・センサエレメントに加えられ得る。

制御エレメントまたは切換エレメントのハウジングはステアリングホイールの一部、コントロールスティック（Steuerknueppel）または切換スティック（Schaltknueppel）等の一部であると有利である。たとえばグリップアームのような車両部分がコントロールスティックによって運動させられる実用車の場合では、触覚により得られた情報伝送を介して、たとえば運動させられた当該部分が、許容され得ない状態（たとえばグリッパにおける圧力過剰負荷）にもたらされるのかどうかが報知され得る。特にグリッパアーム、エクスカベータショベル等の操縦時では、運動の方向および速度を常時視覚的にコントロールすることが必要となるので、運転手が同時になおも車両における視覚的な表示部を監視しなくても済むことが特に有利になる。

アクチュエータパルス、センサデータ、それぞれアクティブなアクチュエータ範囲およびセンサ範囲等のような必要となる全てのデータセットの伝送は、適当なネットワークを介して行われると有利である。触覚式の情報伝送のための例は以下に挙げる通りである；
ａ）負荷交番検出：加速度モニタが車両の臨界的な負荷交番反応時に当該システムを介して、負荷交番勾配に相応してパラメータ化されたスピン危険を信号報知する。このスピン危険は、相応するステアリングホイール半部における多かれ少なかれ脈動する振動を介して運転手に報知される。

ｂ）路面凍結モニタ：路面凍結モニタ（Eiswaechter）が厳寒時に、高められた速度の際に、触覚式のセンサを介して、路面凍結によるスリップ危険を信号報知する。触覚式の信号は速度が増大するにつれて増幅する。

ｃ）車間距離警告器：先行車両に対する安全車間距離が下回られた場合に、車間距離警告システムが、測定された距離に応じて種々異なる脈動を有する信号を送出する。

ｄ）車線認識システム：走行路の左右の縁部を成す右側の車線マーキングまたはセンタラインが超えられると、車線認識システムが触覚式の制御エレメントを介して、左側または右側のステアリングホイール半部に警告信号を送出する。車両が車線に接近すればするほど、警告信号は増幅する。

ｅ）バイオメトリック（biometrisch）式の運転手監視システム：運転手監視システムが運転手の瞬きや眼の運動を検出して、一瞬の居眠りが生じた場合に運転手に対して、触覚式の情報エレメントを介して不快な刺激パルスを送出する。運転手の注意力が低減するにつれて、パルスの強度が増大していく。

触覚式の情報エレメントのために適しているセンサ・アクチュエータシステムの実施例としては、特に押圧ニードルシステム（Drucknadelsystem）、伸長ニードルシステム（Dehnungsnadelsystem）および偏心体システムが挙げられる。押圧ニードルシステムでは、アクチュエータが、電磁式のコイル内に支承された、下側でばね支承された複数の可動のニードルから成るマトリックスまたはマトリックス状の配列であり、この場合、これらのニードルは行毎にかつ列毎に制御される。この配列の電磁式のコイルに電圧が印加されると、ニードルがコイルから進出運動して、運転手の手にある触覚器官を押圧する。この運動は出発状態から、これに対して択一的な静的な最終状態にまで行われ得るか、またはニードルまたはニードルの一部の永続的な振動が形成され得る。その場合、運転手は押圧力もしくは軽度のチクチク感を感じ、このチクチク感は運転手により情報信号として解釈される。応答として運転手は、送られたニードルに対して対向圧を加えることができ、これによりコイルに誘導電流を生ぜしめるか、もしくは振動運動の場合には、この場合にも誘導電流が変えられるように振動を妨げることができる。これによって誘導された電圧が検出され、センサ信号として利用され、これによりたとえば視覚的な表示が形成されるか、または既に車両の運転機能が変更される。

伸長ニードルシステムの場合には、ニードルが側方に傾倒されるので、ニードルに載着している運転手の手の皮膚が軽度に伸長される。したがって、運転手は触覚により対象物、たとえばステアリングホイールの表面構造の変化を知ることができる。この変化が信号として伝送される。技術的な構成のその他の点は押圧ニードルシステムにほぼ相当している。伸長ニードルシステムにおいてニードルに押圧力が加えられると、この場合にも、ニードルの位置調整を生ぜしめるエレメントに電圧が誘導され、この電圧によってシステムの相応する反応がレリーズされ得る。

偏心体システムの場合には、アクチュエータとしてモータ駆動式の回転する偏心体が設けられている。この偏心体は実際には中心点外に配置された回転軸線を備えたホイールであるが、しかしある程度のアンバランスまたは非対称性を有するリングまたはディスクであってもよい。このような偏心体は、たとえばステアリングホイールに組み込まれていてよい。駆動装置の回転数により、偏心体の伝送される刺激の印象（振動周波数）を変えることができる。

偏心体を備えたステアリングホイールまたは舵取りホイールのこのようなアクティブな部分は、弾性材料、プラスチックまたはゴム等から成っていると有利である。この材料により、偏心体の不規則的な回転により生ぜしめられた振動が外部へ運転手の手の皮膚または筋肉組織へ十分に伝送され得る。このような材料は容易に変形させられるか、または収縮され得る。このような構成の場合でも、偏心体の振動するアクティブな範囲へ外部の押圧力が加えられると、ひいてはこれにより偏心体運動の妨害が生ぜしめられると、相応するセンサ信号が当該システムに伝送され、その結果として車両に関する機能がレリーズされ得るようになっていると有利である。

以下に、本発明の実施例を図１〜図３につき詳しく説明する。

図１は、偏心装置を備えたステアリングホイールを示す概略図であり、
図２は、可動のニードルから成る配列を示す概略図であり、
図３は、触覚式の情報エレメントを制御するための原理回路図を示す概略図である。

図１には、車両のステアリングホイールが概略的に図示されている。ステアリングホイールの円環状のステアリングリム１は汎用の形式通りにウェブ、スポーク等によってステアリングホイールハブ２に結合されている。ステアリングリム１には、振動エレメント３（隠蔽された輪郭として破線で書き込まれている）が設けられている。これらの振動エレメント３には電気的な供給線路４を介して電圧が供給される。これらの振動エレメント３は、それぞれ偏心体を備えているか、またはアンバランス体を有するロータを備えていて、振動を発生させる自体公知の構成部分であってよい。

振動エレメント３の、偏心体の表面または側面が回転時に周期的に凹凸状態を繰り返すか、または振動エレメント３の外面に、手で感じられる振動が伝達されるようなアクティブな範囲５は、それぞれ運転手がステアリングホイールを握った状態で振動およびその周波数変化が明瞭に感じられるように配置されている。図１に示した実施例では、２つの振動エレメント３が設けられているが、しかし振動エレメント３の数は基本的に任意である。

実際の振動エレメント３はステアリングリム１の外面に対して、ステアリングリム１の外皮を形成するための変形可能な、特に弾性的な材料によってカバーされていてよい。この材料を通じて、振動は外部へ伝達され得る。その代わりに、各偏心体の位置する個所でステアリングリム１に開口またはスリットが設けられていてもよい。

振動エレメント３の振動周波数は電子的に調節されかつ変更されると有利である。運転手の手によって振動もしくは偏心体の回転が制動されると、これによって電流消費量が変えられる。このような変えられた電流消費量は評価回路において検出され、そして切換命令として解釈されて車両の機能の変化または調節の変化へ変換され得る。

前記装置は、さらに上で説明した偏心体システムの構成のための考えら得る１例であるに過ぎない。ステアリングホイールの代わりに、グリップまたは別の制御装置または切換装置がこのような構成を装備していてもよい。

図２には、複数の可動のニードルから成る装置の概略図が示されている。この装置は、たとえば振動エレメントの代わりにステアリングリムの外面に組み込まれていてよい。ニードル６は磁石７を備えており、これらの磁石７は導電体から成る各コイル８の磁界内で運動させられ、特に振動させられる。

戻し力を形成するためか、もしくは共振周波数を適合させるために、ばねエレメントが設けられていると有利である。このばねエレメントは図２には簡潔に書き込まれたばね９により示されている。このような装置のためには別の駆動手段、たとえば圧電式の励起装置も考えられる。このような装置の正確な構成は、当該専門知識に基づいて、各ステアリングホイール、グリップまたはシフトレバーに相応する要件に適合され得る。

押圧ニードルシステムまたは伸長ニードルシステムを実現する場合、ステアリングリムの外面の小さな範囲が、ミニチュア化されたニードルのマトリックス状の配列を備えていてよい。ステアリングホイールの、車両の直線走行時における基本位置で運転手が通常ステアリングホイールを握る際に占められる範囲に、ニードルから成るこれらの配列のそれぞれ１つが取り付けられていると有利である。たとえば、アナログ式時計の文字盤上の２時および３時もしくは９時および１０時に相当する位置の間に取り付けられている。

図３には、制御の原理回路図が示されている。データセットはネットワーク１０を介して伝送される。伝送体１２（インタフェース）はデータを受信し、これらのデータを、プログラミング可能な処理モジュール１４に提供する。処理モジュール１４は伝送された情報をメモリ１１によって処理する。メモリ１１は対話型の触覚式の情報エレメントもしくは制御エレメントを作動させるために必要となる全てのパラメータおよびデータ、たとえば運転手固有の刺激閾、振動リズム等を有していて、これらのパラメータおよびデータを、存在する少なくとも１つのアクチュエータドライバ１５に提供すると同時に、場合によっては存在する少なくとも１つのセンサドライバ１６にも提供する。

アクチュエータドライバ１５は触覚式のエレメント１７の制御を可能にする。すなわち、マトリックスシステムの場合には、アクチュエータドライバ１５が特に配列の行および列の制御を引き受ける。触覚式のエレメント１７により受信された運転手情報、たとえば加えられた圧力または電気的な皮膚抵抗を処理モジュール１４に伝送するためには、少なくとも１つのセンサドライバ１６が設けられていてよい。マトリックスシステムの場合、このセンサドライバ１６が行および列の質問を引き受ける。

対話型の触覚式の情報エレメントを作動させるために必要となる電圧は、搭載電圧モジュール１３を介して車両の搭載電圧網から伝送されかつ処理される。電圧供給経路は図３においては分岐した一重の矢印によって示されている。埋められていない輪郭付与された矢印は情報伝送経路を示している。

情報エレメントは、１つの配置内で車両の、情報信号を発生させるために設けられた少なくとも１つの装置に接続されていてよい。この情報信号は、情報エレメントに設けられた、運転手の触覚を刺激する手段を制御するために働く。このような装置は特に、先行車両または後続車両に対する車間距離をコントロールするための距離レーダ、走行路の左右の縁部を成す車線に対する距離をコントロールするための距離レーダ、負荷交番検出器、凍結報知器（Frostmelder）および運転手を監視するためのバイオメトリック式（biometrisch）のセンサのグループからのセンサまたは検出器である。

情報エレメントの運転パラメータをそれぞれの運転手に調和させることを可能にする電子回路ユニットが設けられると有利である。すなわち、特に運転手個人の個々の刺激閾を求めることができ、そしてこの刺激閾に情報エレメントに設けられた、触覚を刺激する手段の効率を適合させることができる。こうして、触覚刺激に対する運転手の反応をシステムにプログラミング入力することができる。これにより、必要となる刺激強さの個人別の調節が可能となる。

偏心装置を備えたステアリングホイールを示す概略図である。

可動のニードルから成る配列を示す概略図である。

触覚式の情報エレメントを制御するための原理回路図である。

Claims (10)

1. 車両に用いられる制御エレメントまたは切換エレメントであって、車両または車両部分を制御するか、または切り換えるための操作エレメントが設けられており、さらに車両の状態または交通の状態に関する警告および／または情報を運転手に伝えるための手段が設けられている形式のものにおいて、運転手が車両の操作中に前記手段と少なくとも一時的に接触しかつ前記手段が運転手の触覚を機械的、化学的または電気的に刺激するように前記手段が、前記操作エレメントの外面または内部に取り付けられていることを特徴とする、車両に用いられる制御エレメントまたは切換エレメント。
2. 触覚を刺激する刺激信号が、予め規定された条件の発生時に警告信号または情報信号として、可変の強さで伝送されるようになっている、請求項１記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
3. ステアリングホイール（１，２）が設けられており、該ステアリングホイール（１，２）に、触覚を刺激する手段（３）が組み込まれていて、舵取り時に該手段に運転手の手が触れるようになっている、請求項１または２記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
4. 触覚を刺激する手段がセンサ機能を有しており、該センサ機能により、触覚作用または加えられた圧力が、電子処理された信号に変換されるようになっている、請求項１から３までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
5. 触覚を刺激する手段が、電磁式のコイル（８）内に支承されかつ下側でばね支承された複数の可動のニードル（６）のマトリックス状の配列を有しており、該ニードルが行毎にかつ列毎に制御されるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
6. 触覚を刺激する手段が、側方に傾動可能な複数のニードルのマトリックス状の配列を有しており、該ニードルが行毎にかつ列毎に制御されるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
7. 触覚を刺激する手段が、モータにより駆動される回転する偏心体を有しており、該偏心体が、振動の刺激印象を発生させるために設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
8. 触覚を刺激する手段が、電極のマトリックス状の配列を有しており、該電極が行毎にかつ列毎に制御されて、種々異なる電位で負荷されるようになっている、請求項１から４までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
9. 触覚を刺激する手段のための制御信号を発生させるための少なくとも１つの装置が設けられており、該装置が、
   −先行車両または後続車両に対する車間距離のための距離レーダ、
   −走行路の左右縁部を成す車線に対する距離のための距離レーダ、
   −負荷交番検出器、
   −凍結報知器および
   −運転手を監視するためのバイオメトリック式のセンサ
   のグループからの１つのセンサまたは検出器を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。
10. 電子回路ユニットが設けられており、該電子回路ユニットが、運転手の個人的な刺激閾を求めて、該刺激閾に、触覚を刺激する手段の効率を適合させるために設けられている、請求項１から８までのいずれか１項記載の制御エレメントまたは切換エレメント。

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