WO2006069746A1

WO2006069746A1 - Optischer sensor für das lenkrad eines kraftfahrzeugs zur überwachung der körperlichen verfassung des fahrzeugführers

Info

Publication number: WO2006069746A1
Application number: PCT/EP2005/013940
Authority: WO
Inventors: Christoph Oster
Original assignee: Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: DE102004062040A1

Abstract

Beschrieben wird ein optischer Sensor für das Lenkrad (2) eines Kraftfahrzeugs zur Überwachung der körperlichen Verfassung des Fahrzeugführers, wobei entlang des Lenkradkranzes (2a) und/oder der Lenkradspeichen (2b) zumindest eine Lichtleitfaser (1) angeordnet ist, in die ein Lichtsender (4) eine optische Strahlung einkoppelt, und wobei ein Lichtempfänger (5) vorgesehen ist, der die Intensität eines aus der Lichtleitfaser (1) ausgekoppelten Anteils der optischen Strahlung überwacht.

Description

Optischer Sensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zur Überwachung der körperlichen Verfassung des Fahrzeugführers

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zur Überwachung der körperlichen Verfassung des Fahrzeugführers.

Ein derartiger Sensor soll erkennen, wenn sich der Fahrzeugführer, etwa durch Ermüdung oder Streßbelastung in einem Zustand befindet, der sich hinsichtlich der Beherrschung seines Fahrzeug kritisch auswirken kann.

Aus der DE 34 43 644 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung der Fahrerverfassung und der Sicherheit bei einem Straßenfahrzeug bekannt, bei der verschiedene körperliche Merkmale des Fahrers eines Kraftfahrzeugs überwacht werden. Unter anderem wird auch vorgeschlagen

Statuserfassungseinrichtungen am Lenkrad eines Straßenfahrzeugs anzubringen und die Zugriffskraft am Lenkrad oder an einer am Lenkrad anzuordnenden Hülle zu erfassen. Weiterhin werden als Statuserfassungseinrichtungen optische Reflexions-, Druck-, Temperatur-, Potential-, Kapazitätsfühler vorgeschlagen. Allerdings sind dieser Schrift kaum Hinweise hinsichtlich vorteilhafter konkreter Realisierungen solcher Einrichtungen zu entnehmen.

Es stellte sich die Aufgabe, eine einfache, kostengünstige und zuverlässig funktionierende Vorrichtung zur Erfassung des Fahrerzustands durch einen am Lenkrad angeordneten Sensor zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß entlang des Lenkradkranzes und/oder der Lenkradspeichen zumindest eine Lichtleitfaser angeordnet ist, in die ein Lichtsender eine optische Strahlung einkoppelt, und daß ein Lichtempfänger vorgesehen ist, der die Intensität eines aus der Lichtleitfaser ausgekoppelten Anteils der optischen Strahlung überwacht.

Ausgenutzt wird die Tatsache, daß ein streßbelasteter oder übermüdeter Fahrzeugführer besondere Reaktionsweisen zeigt, wie beispielsweise ein verstärktes Anklammern am Lenkrad. Daher ist es durch eine Überwachung der Zugriffskraft am Lenkrad möglich, einen derartigen Fahrerzustand zu erkennen. Die sich daraus ergebende Information kann insbesondere dazu verwendet werden, um Sicherheitsfunktionen des Fahrzeugs zu aktivieren oder besonders sensibel zu schalten. Des weiteren kann auch vorgesehen werden, Anzeigen im Fahrzeug auf das allernötigste zu reduzieren, um eine Streßsituation für den Fahrzeugführer nicht weiter zu verschärfen. Beispielsweise kann die Signalisierung von Telefonanrufen in kritischen Situationen eingeschränkt oder ganz deaktiviert werden.

Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Sensors beruht darauf, daß sich die optischen Eigenschaften einer Lichtleitfaser ändern, wenn diese abschnittsweise gebogen oder mechanischem Druck ausgesetzt wird.

Eine vorteilhaft ausgebildete Lichtleitfaser besteht aus einem Faserkern und einem den Faserkern umgebenden Fasermantel. Faserkern und Fasermantel sind aus unterschiedlichen Glas- oder Kunststoffmaterialien gebildet, die sich insbesondere hinsichtlich ihres jeweiligen Brechungsindex unterscheiden. Die beiden Brechungsindizes sind dabei so gewählt, daß ein in eine Stirnfläche der Glasfaser eingekoppelter Lichtstrahl an der Grenzfläche zwischen Faserkern und Fasermantel totalreflektiert wird, und so bis zur gegenüberliegenden Stirnfläche der Lichtleitfaser geführt wird. Wird die Lichtleitfaser allerdings durch Verbiegen oder durch Druckeinwirkung lokal mechanisch belastet, so sind die Voraussetzungen für eine Totalreflexion zumindest für einzelne Lichtwege („Moden") nicht mehr gegeben, wodurch es zu einer Änderung der durch die Lichtleitfaser geführten Lichtintensität kommt. Diese Intensitätsänderung kann durch einen Lichtsensor am Ende der Lichtleitfaser leicht erkannt werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer optischen Sensoranordnung, Figur 2a und 2b jeweils einen Längsschnitt durch einen Lichtleiterabschnitt.

Die Figur 1 zeigt eine mögliche Ausführung eines am Lenkrad (2) eines Kraftfahrzeugs angeordneten optischen Sensors. Hierbei ist eine Lichtleitfaser (1 ) in mehreren Schlägen um den Lenkradkranz (2a) gelegt. Je nach

Ausführung des Lenkrads (2) kann auch vorgesehen werden, die Lichtleitfaser (1) zusätzlich um die Lenkradspeichen (2b) herum zu führen. In einer alternativen, hier nicht dargestellten Ausführungsform, kann der Lichtleiter auch parallel entlang des Lenkradkranzes geführt werden. In der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Lichtleiter auch in einer das Lenkrad umfassenden Hülle vormontiert sein.

Die Enden der Lichtleitfaser (1) sind bis zur Lenkradnabe (2c) geführt, wo ein nicht näher dargestellter Lichtsender (4) eine optische Strahlung, vorzugsweise eine monochromatische Strahlung in sichtbaren Spektralbereich oder im nahen Infrarotbereich, in die Lichtleitfaser (1 ) einkoppelt. Der Lichtsender kann dabei vorteilhaft als Halbleiterlaser ausgeführt sein. Ein Lichtempfänger (5) und eine Auswerteelektronik (6) erfassen die Intensität der Strahlung, die die Lichtleitfaser (1 ) durchlaufen hat. Der Lichtsender (4), der Lichtempfänger (5) und die Auswerteelektronik (6) können vorteilhaft eine Baueinheit ausbilden und im Bereich der Lenkradnabe (2c) in den Lenkradkorpus eingebaut sein.

Die in der Figur 1 gezeigte Anordnung ist, zumindest entlang des

Lenkradkranzes (2a) mit einer Hülle (3) überzogen, die beispielsweise durch eine Kunststoffolie ausgebildet sein kann und deren Anordnung am Lenkrad (2) in der Figur 1 nur abschnittsweise und in einer transparenten Darstellung angedeutet ist.

Die Greifkraft des Fahrerzeugführers überträgt sich damit relativ großflächig über die Hülle (3) auf die Lichtleitfaser (1). Daher ist die Deformation der Lichtleitfaser (1) aufgrund der Greifkraft des Fahrers normalerweise gering. Erst bei einer höheren Krafteinwirkung, wie sie beispielsweise für Streßsituationen typisch ist, kommt es zu stärkeren lokalen Deformationen der Lichtleitfaser (1), die eine Intensitätsänderung der durch die Lichtleitfaser (1) geführten optischen Strahlung bewirkt und am Lichtempfänger (5) erfaßt werden kann, worauf hin die Auswerteschaltung (6) beispielsweise eine geeignete Alarmreaktion auslösen kann.

Das Funktionsprinzip der Lichtleitfaser als Drucksensor ist stark vereinfacht in den Figuren 2a und 2b gezeigt. Dargestellt ist jeweils ein kurzer Ausschnitt aus einer speziell ausgebildeten Lichtleitfaser (1). Diese besteht aus einem Faserkern (7) mit einem hohem Brechungsindex und einem Fasermantel (8) mit einem kleinerem Brechungsindex. Ein in den Faserkern (7) hinreichend flach eingekoppelter Lichtstrahl wird an der Grenzfläche der beiden Materialien total reflektiert und gelangt so über einen oder mehrere Ausbreitungswege, den sogenannten Moden (9), bis an das Ende der Lichtleitfaser (1 ). Wird die Lichtleitfaser (1 ) lokal belastet, so verringert sich, zumindest für einzelne Moden (9a), der Einfallswinkel unter den Grenzwinkel der Totalreflexion. Die entsprechende Mode (9a) wird somit an der Grenzfläche zwischen Faserkern (7) und Fasermantel (8) nur noch zum Teil reflektiert und zum Teil in den Fasermantel (8) gebrochen und somit nicht entlang der Lichtleitfaser (1 ) weitergeleitet. Damit verringert sich die bis zum Ende der Lichtleitfaser (1) transportierte Lichtintensität.

Bezugszeichen

1 Lichtleitfaser

2 Lenkrad 2a Lenkradkranz

2b Lenkradspeiche

2c Lenkradnabe

3 Hülle

4 Lichtsender 5 Lichtempfänger

6 Auswerteschaltung

7 Faserkern

8 Fasermantel

9, 9a Moden

Claims

Patentansprüche

1. Optischer Sensor für das Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zur Überwachung der körperlichen Verfassung des Fahrzeugführers,

dadurch gekennzeichnet,

daß entlang des Lenkradkranzes (2a) und/oder der Lenkradspeichen (2b) zumindest eine Lichtleitfaser (1 ) angeordnet ist, in die ein Lichtsender (4) eine optische Strahlung einkoppelt, und daß ein Lichtempfänger (5) vorgesehen ist, der die Intensität eines aus der Lichtleitfaser (1 ) ausgekoppelten Anteils der optischen Strahlung überwacht.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (5) mit dem Lenkrad verbunden sind.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (5) eine Baueinheit bilden.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (5) mit einer Auswerteschaltung (6) verbunden ist und die Auswerteschaltung bei einer durch den Lichtempfänger (5) erfaßten Intensitätsänderung der optischen Strahlung die Funktionsweise wenigstens eines weiteren Steuergerätes im Kraftfahrzeug beeinflußt.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (6) bei einer durch den Lichtempfänger (5) erfaßten Intensitätsänderung der optischen Strahlung vorgegebene Signalisierungseinrichtungen deaktiviert oder die Intensität von Signalisierungen reduziert.

6. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) und der Lichtempfänger (5) zusammen mit der

Auswerteschaltung (6) eine Baueinheit bilden.

7. Optischer Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 ) unterhalb einer, zumindest den Lenkradkranz (2a) umfassenden Hülle (3) angeordnet ist.

8. Optischer Sensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 ) innerhalb einer, zumindest den Lenkradkranz (2a) umfassenden Hülle (3) vormontiert ist.

9. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 ) um den Lenkradkranz (2a) und/oder die Lenkradspeichen (2b) herumgewunden ist.

10. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (4) durch eine monochromatische Lichtquelle, insbesondere einen Halbleiterlaser ausgebildet ist.

11. Optischer Sensor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfaser (1 ) eine Glas- oder Kunststoffaser ist, bestehend aus zumindest zwei konzentrisch zueinander angeordneten Materialien mit unterschiedlichem Brechungsindex.