WO2021013870A1

WO2021013870A1 - Lenkvorrichtungssensor, messsystem, bediensystem und lenkvorrichtung

Info

Publication number: WO2021013870A1
Application number: PCT/EP2020/070627
Authority: WO
Inventors: Michael Schillinger; Guido Hirzmann
Original assignee: ZF Automotive Safety Germany GmbH
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2020-07-22
Publication date: 2021-01-28
Also published as: US20220252432A1; DE102019119860A1; CN114174146A

Abstract

Ein Lenkvorrichtungssensor umfasst einen in eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug integrierbaren, elektrisch isolierenden Träger und einen mit dem Träger verbunden elektrischen Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter auf dem Träger mehrere Messzonen unterschiedlicher Messempfindlichkeit bildet. Ein Messsystem umfasst zwei Lenkvorrichtungssensoren. Ein Bediensystem nutzt ein Messsystem mit zwei Lenkvorrichtungssensoren. Das Messsystem und das Bediensystem sind in einer Lenkvorrichtung, wie einem Lenkrad, nutzbar.

Description

Lenkvorrichtungssensor, Messsystem, Bediensystem und Lenkvorrichtung

Die Erfindung Lenkvorrichtungssensor, wie eine Lenkradsensor zur Handerken nung, insbesondere einen kapazitiven Lenkvorrichtungssensor, ein Messsystem, wie ein kapazitives Messsystem, ein Bediensystem, wie ein kapazitives Bedien system und eine Lenkvorrichtung, wie ein Lenkrad oder einen Steuerknüppel.

Aus DE 10 2017 205 640 B3 ist Lenkrad zum Erfassen einer Bediengeste be kannt. Die Lenkrad umfasst drei Elektroden, die jeweils einen sensorischen Be reich ausbilden. In einem jeweiligen sensorischen Bereich gemessene Änderun gen werden für den sensorischen Bereich spezifischen Bediengesten zugeordnet. Die Änderungen werden als sich ändernde Spannung einer jeweiligen Elektrode gemessen, welche bedingt ist durch eine Veränderung eines elektrischen Feldes des Elektrode durch die Bediengeste. Die bekannte Lenkungseinheit erfasst Bedi engesten nicht mit ausreichender Genauigkeit und Robustheit.

Aus WO 2018/078553 A1 ist ein Lenkrad bekannt, die ein Vielzahl von Sensoren aufweist, mit denen Bediengesten erkannt werden können. Die Vielzahl von Sen soren und die Notwendigkeit diese elektrisch mit einer Auswerteeinheit zu verbin den gestaltet sich im begrenzten Bauraum einer Lenkungseinheit, wie einem Lenkrad, schwierig. Zudem steigen die Kosten für die Auswerteeinheit mit der An zahl der auszuwertenden Sensorsignale.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu überwin den, insbesondere ein Sensorelement, ein Messsystem Bediensystem und eine Lenkvorrichtung bereitzustellen, wobei eine zuverlässige Erfassung von Bedien gesten, geringer Bauraumbedarf und Kostengünstige Realisierbarkeit ermöglicht ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der unabhängigen An sprüche gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Lenkvorrichtungssensor einen in eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug integrierbaren, elektrisch isolieren den Träger und einen mit dem Träger verbunden elektrischen Leiter. Erfindungsgemäß bildet der Leiter auf dem Träger mehrere Messzonen unter schiedlicher Messempfindlichkeit. Die Messzonen unterschiedlicher Messempfind lichkeit verursachen, bei im Wesentlichen gleicher, ein Messsignal hervorrufender Einwirkung auf den Lenkvorrichtungssensor unterschiedliche Ausgangssignale ab hängig von der Messzone, auf die eingewirkt wird. Insbesondere bei Ausgestal tung als kapazitiver Lenkvorrichtungssensor zur Annäherungs- oder Berührsensie- rung kann von unter Berücksichtigung eines Toleranzbereich gleicher Einwirkung auf die Messzonen auszugehen, wenn die Messzonen mit Fingern oder Teilen ei ner Hand berührt werden.

Die Messzonen sind Bestandteil eines einzigen elektrische Leiters, der nur eine Versorgungs- und Messbeschaltung benötigt, wie eine Spannungsversorgung bei Verwendung üblicher kapazitiver Messverfahren. Der elektrische Leiter ist einstü ckig ausgebildet, wobei die Messzonen Teilabschnitte des Leiters ausbilden. Der Leiter kann als eine Schicht aus leitendem Material, Draht oder Faden ausgebildet sein.

Unter einem in eine Lenkvorrichtung integrierbaren, elektrisch isolierenden Träger sind Träger zu verstehen, die sich für den Aufbau eines Sensors in einer Lenkvor richtung hinsichtlich deren elektrischer und mechanischer Eigenschaften eignen. Lenkvorrichtungen für Fahrzeuge werden von wenigstens einer Hand einer das Fahrzeug lenkenden Person gefasst. Aus ergonomischen Gründen haben Lenk vorrichtungen, wie Steuerknüppel oder Lenkräder, meist eine stab- oder ringför mige Grundgestalt, deren Stab- oder Ringerstreckungsrichtung eine von einer steuernden Hand zu umgreifende Achse bildet. Der von der Hand zu umgreifende Durchmesser einer Lenkvorrichtung beträgt 10 Zentimeter oder weniger, insbe sondere 5 Zentimeter oder weniger. Mechanisch muss das Trägermaterial um die Achse der Stab- oder Ringerstreckung derart flexibel sein, dass es sich an den zu umgreifenden Abschnitt der Lenkvorrichtung anpassen lässt. Insbesondere muss das Trägermaterial um wenigstens eine zweite Achse, die senkrecht auf der Stab oder Ringerstreckungsrichtung steht, derart flexibel sein, um sich an die Grundge stalt, wie eine Ringform oder eine Keulenform, der Lenkvorrichtung anzupassen. Das Vorgesagte gilt gleichermaßen für das Material des elektrischen Leiters, wo bei diese weiterhin dazu geeignet sein muss, auf dem Trägermaterial angebracht oder in dieses integriert zu werden. Eine mechanische Verbindung zwischen Trä ger und elektrischem Leiter kann durch aufkleben, aufdrucken, aufdampfen, ver nähen, besticken, verstricken, heißverformen oder eine Kombination mehrerer der vorgenannten Möglichkeiten erreicht werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung steigen die Messempfindlichkeiten der mehre ren Messzonen in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors streng monoton an. Die Haupterstreckungsrichtung definiert sich funktional in Richtung der Abfolge der Messzonen unterschiedlicher Messempfindlichkeit. Eine Ausdehnung der Messzonen in einer Richtung quer zur Haupterstreckungsrich tung kann im Wesentlichen frei nach Einsatzbedürfnissen gestaltet werden, wobei Anforderungen an eine Mindestmenge an elektrischem Leiter in einer Messzone bestehen kann, je nachdem welche Messbereiche und -empfindlichkeiten erreicht werden sollen. Auf Grund der monoton ansteigenden Anordnung ergibt sich ein monoton ansteigendes Messsignal bei Messung mit dem Lenkvorrichtungssensor, dessen Höhe eine Aussage, über die die Messung hauptsächlich beeinflussende Messzone und somit über den Ort der Messung entlang der Haupterstreckungs richtung des Lenkvorrichtungssensors liefert.

Bei einer bevorzugten Ausführung steigen die Messempfindlichkeiten der mehre ren Messzonen in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors linear ansteigen. Mit einem linearen Anstieg wird eine gleichmäßige Ortsauflösung entlang der Haupterstreckungsrichtung erreicht. In einer alternative Ausführung steigen Messempfindlichkeiten der mehreren Messzonen in einer Haupterstre ckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors exponentiell an. In dieser Variante kann entlang der Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors die Messdynamik und/oder die Ortsauflösung variiert.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Leiter eine sich entlang einer Haupterstreckungsrichtung erstreckende Basis, wobei sich die mehreren Messzo nen von der Basis quer wegerstrecken.

Bei einer bevorzugten Ausführung bildet der elektrische Leiter eine Basis, welche die mehreren Messzonen elektrisch leitend miteinanderverbindet, wobei die Basis eine geringere Messempfindlichkeit aufweist als ein Messzone geringster Mess empfindlichkeit der mehreren Messzonen. Vorzugsweise ist liegt die Messemp findlichkeit der Basis in einem bezüglich der Messempfindlichkeit der Messzonen und einer kapazitiven Berührmessung in einem vernachlässigbaren Bereich. Ins besondere ist die Messempfindlichkeit der Basis derart geringer als die der Mess zonen, dass eine Berührung der Basis von einer Berührung einer der Messzonen unterscheidbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist zwischen jeweils zwei der mehreren Mess zonen ein Abstand ausgebildet, wobei die Abstände zwischen den mehreren Messzonen in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors streng monoton abnehmen.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Träger eine Folie und der elektri sche Leiter ein auf die Folie gedrucktes elektrisch leitendes Material.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Träger Webware, Wirkware und/o der Strickware und der elektrische Leiter einen elektrisch leitfähigen Faden um fasst. Insbesondere ist der Träger vollständig als ein Gewebe, ein Gestrick oder ein Gewirk ausgebildet. Insbesondere kann der Träger eine Kombination von Ge webe, Gestrick und/oder Gewirk sein. Insbesondere ist der elektrische Leiter mit dem Träger verklebt, verlötet, vernäht, verstrickt oder verhagelt, oder der Träger mit dem elektrischen Leiter bestickt. Insbesondere kann eine Kombination der zu vor genannten Befestigungen vorgesehen sein, um den elektrischen Leiter mit dem Träger zu verbinden.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Träger einen thermoplastisch ver formbarer Kunststoff, wobei der elektrische Leiter in Leiterumfangsrichtung von dem Kunststoff wenigstens teilweise umschlossen ist. Insbesondere ist der ther moplastisch verformbare Kunststoff ein Schaumstoff. Vorzugsweise wird der elekt rische Leiter mit dem Träger verbunden, indem er erhitzt und in den thermoplas tisch verformbaren Kunststoff eingelegt wird. Insbesondere sind mehr als 25 Pro zent, mehr als 33 Prozent oder mehr als 40 Prozent des elektrischen Leiters in Leiterumfangsrichtung von dem Träger eingefasst oder umschlossen. Insbeson dere sind weniger als 70 Prozent, weniger als 60 Prozent oder weniger als 51 Pro zent des elektrischen Leiters in Leiterumfangsrichtung von dem Träger eingefasst oder umschlossen.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Messzonen jeweils durch eine von dem elektrischen Leiter bedeckte Flächenelektrode gebildet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Lenkvorrichtungssensor Messzo nen, die jeweils von dem elektrischen Leiter insbesondere mäanderartig durchzo genen. Insbesondere durchzieht der elektrische Leiter die Messzone derart, dass an jeder Stelle der Messzone ein Abstand zum elektrischen Leiter kleiner als ein Leiterhöchstabstand ist. Insbesondere ist der Leiterhöchstabstand 10 Millimeter o- der weniger, insbesondere 5 Millimeter oder weniger, vorzugweise 2 Millimeter o- der weniger. Eine Die Messzonen können insbesondere als diejenigen Bereiche des Lenkvorrichtungssensors definiert werden, die weniger als der Leiterhöchstab stand von dem elektrischen Leiter entfernt liegen und nicht Teil der Basis des Lenkvorrichtungssensors sind. Der Leiterhöchstabstand bezieht sich dabei auf ei nen Abstand in der Flächenerstreckungsebene des Lenkvorrichtungssensor.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst der Lenkvorrichtungssensor einen elektrischen Zusatzfunktionsleiter, der bezüglich einer nach oben weisenden Rich tung von dem Träger hin zu dem elektrischen Leiter unterhalb des elektrischen Leiters angeordnet ist. In anderen Worten ist der elektrische Leiter der oberhalb des Trägers angeordnet und der elektrische Zusatzfunktionsleiter entweder unter halb des Trägers oder zwischen elektrischem Leiter und Träger, wobei der elektri sche Zusatzfunktionsleiter elektrisch isoliert von dem elektrischen Leiter ist. Der elektrische Zusatzfunktionsleiter kann auch einen Halbleiter umfassen oder aus ei nem Halbleiter bestehen. Insbesondere wird der elektrischer Zusatzfunktionsleiter als Abschirmung eingesetzt. In dessen struktureller Ausgestaltung gleicht der Zu satzfunktionsleiter dem elektrischen Leiter. Insbesondere der Zusatzfunktionsleiter als Abschirmung als Abschirmung auf Massepotential, als aktive Abschirmung o- der als dynamische Abschirmung beschältet oder angesteuert. Insbesondere ist der Zusatzfunktionsleiter derart beschältet, dass er zeitweise als als Sensor wie der elektrischen Leiter arbeitet. In dieser Ausführung kann ein elektrisches Feld zwischen dem als Sensor arbeitenden Zusatzfunktionsleiter und dem elektrischen Leiter ausgebildet werden, dessen vorzugsweise kapazitive Beeinflussung durch kapazitive Kopplung gemessen werden kann. Als Abschirmung hat der elektrische Zusatzfunktionsleiter den Effekt die Qualität eines Messsignals vom elektrischen Leiter zu verbessern und Störeinflüsse, wie Störfelder zu unterdrücken.

Die Erfindung betrifft auch ein Messsystem für eine Lenkvorrichtung, umfassend zwei insbesondere wie zuvor beschrieben ausgebildete Lenkvorrichtungssensoren mit jeweils mehreren Messzonen unterschiedlicher Empfindlichkeit. Erfindungsge mäß sind die Messzonen der Lenkvorrichtungssensoren derart angeordnet, dass jeweils paarweise eine Messzone des einen Lenkvorrichtungssensors mit einer je weils benachbart angeordneten Messzone des anderen Lenkvorrichtungssensors eine eindeutige Kombination von Messempfindlichkeiten aufweisen.

Insbesondere ist eine Messzone des einen Lenkvorrichtungssensors jeweils be nachbart zu einer Messzone unterschiedlicher Messempfindlichkeit des anderen Lenkvorrichtungssensors angeordnet. Vorzugsweise sind die Messzonen derart bemessen, dass bei einem Messvorgang stets wenigstens jeweils eine Messzone Lenkvorrichtungssensoren ein Messsignal ausgeben. Eindeutige Kombination meint in diesem Zusammen hang, dass eine bestimmte Kombination von Mess empfindlichkeiten innerhalb des Messsystems nur einmal vorkommt. Je nachdem, mit welchem Abschnitt des Messystems gemessen wird, ergibt sich ein eindeuti ger Ausgangspegel oder eine eindeutige Kombination von Ausgangspegeln bezo gen auf die gleiche Messsignalursache. Mit Hilfe der Messempfindlichkeiten wird eine Ortsauflösung der Messung entlang der mehreren Messzonen möglich.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Lenkvorrichtungssensoren jeweils kammartig ausgestaltet und ineinander verzahnt oder verschachtelt angeordnet.

Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Messsystem dazu eingerichtet und be stimmt, ein Differenzsignal der Lenkvorrichtungssensoren zu bestimmen. Insbesondere umfasst das Messsystem eine Auswerteelektronik oder ist mit einer solchen verbindbar, die vorzugsweise die Messsignale der Lenkvorrichtungs sensoren voneinander subtrahiert.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfassen die Lenkvorrichtungssensoren je weils einen elektrischen Leiter, die mit einem gemeinsamen Träger verbunden sind.

Bei einer bevorzugten Ausführung umfasst das Messsystem einen Zusatzfunkti onsleiter, der insbesondere als Sensor oder Abschirmung wie oben beschrieben ansteuerbar ist. Vorzugsweise ist der Zusatzfunktionsleiter bezüglich einer nach oben weisenden Richtung vom Träger über die Messzonen hin zum zu messen den Objekt unterhalb der Messzonen angeordnet ist. Der Zusatzfunktionsleiter kann auch auf einem separaten Träger angebracht sein oder ein separates Ge webe, Gewirk, Geflecht oder eine elektrisch leitende Lenkvorrichtungsstruktur sein.

Die Erfindung betrifft auch ein Bediensystem für eine Lenkvorrichtung, umfassend ein, insbesondere wie vorher beschrieben ausgebildetes Messsystem zum Erfas sen einer Berührung der Lenkvorrichtung, wobei das Messsystem mehrere Paare von Messzonen mit einer jeweils eindeutigen Kombination von Messempfindlich keiten aufweist, und eine Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet und bestimmt ist, ein Differenzsignal betreffend die mehreren Paare von Messzonen unterschiedlicher Messempfindlichkeit zu empfangen und aus dem Differenzsignalverlauf das Paar von Messzonen zu bestimmen, welches berührt wurde. Messzonen des einen Lenkvorrichtungssensors mit einer jeweils benachbart angeordneten Messzone des anderen Lenkvorrichtungssensors eine eindeutige Kombination von Messempfindlichkeiten aufweisen. Insbesondere sind die Lenkvorrichtungssensoren als kammartige Struktur ausgestaltet. Insbesondere weisen die Lenkvorrichtungssensoren eine sich in einer Haupterstreckungsrich tung erstreckende Basis auf, die mit dem Griff eines Kamms vergleichbar ist. Ins besondere erstrecken sich die Messzonen quer von der Basis weg, wie Zinken des Kamms. Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die wenigstens einen Lenkvorrichtungssensor wie oben beschrieben zum Erfas sen einer Berührung der Lenkvorrichtung umfasst. Erfindungsgemäß weist der Lenkvorrichtungssensor mehrere Messzonen unterschiedlicher Messempfindlich keit auf. Insbesondere ist die Lenkvorrichtung ein Steuerknüppel. Vorzugsweise ist die Lenkvorrichtung ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, wie einen Personenkraftwa gen oder eine Lastkraftwagen. Vorzugsweise ist ein Messsystem mit zwei Lenk vorrichtungssensoren in einen von einer Hand zu umgreifenden Abschnitt der Lenkvorrichtung integriert. Insbesondere ist der Träger, mit dem die Lenkvorrich tungssensoren verbunden sind, um ein Lenkradskelett oder eine Steuerknüppel struktur gewickelt oder herumgeschäumt. Insbesondere ist zwischen dem Träger und dem Lenkradskelett oder der Steuerknüppelstruktur eine Abschirmung ange ordnet.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung unter Verweis auf die Fi guren erklärt, die zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lenkvorrich tungssensors in einer ersten Ausführung;

Fig. 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwei erfindungsgemäßen Lenkvorrichtungssensoren in einer ersten Ausführung;

Fig. 3: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwei erfindungsgemäßen Lenkvorrichtungssensoren in einer weiteren Ausführung;

Fig. 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwei erfindungsgemäßen Lenkvorrichtungssensoren in einer weiteren Ausführung; Fig. 5: eine Diagramm, das qualitativ die Ausgangssignale dreier Lenkvorrich tungssensoren darstellt;

Fig. 6: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung in einer ersten Ausführung;

Fig. 7: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Lenkvorrichtung mit zwei erfindungsgemäßen Lenkvorrichtungssensoren in einer weiteren Ausführung.

Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Lenkvorrichtungssensor 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Lenkvorrichtungssensor 1 ist auf einem Träger 5 ausgebildet. Der Träger 5 ist in diesem Beispiel eine flexible Folie, aus einem elektrisch isolierenden Material. Der Lenkvorrichtungssensor 1 umfasst außerdem einen elektrischen Leiter 2, der als Flächenstruktur auf dem Träger 5 ausgebildet ist. Der elektrische Leiter 2 kann auf die flexible Folie aufgedruckt oder mit einem Depositionsverfahren aufgedampft sein. Die Flächenstruktur des elektrischen Lei ters 2 bildet mehrere Messzonen 10, 12, 14, 16, 18. Die Messzonen sind über eine gemeinsame, sich entlang der Messzonen erstreckende Basis 20 des elektri schen Leiters 2 elektrisch verbunden. Die Basis selbst ist hinsichtlich der Ausge staltung des elektrischen Leiters 2 wünschenswerterweise derart dimensioniert, dass diese eine Messempfindlichkeit aufweist, die im Vergleich zu der Messemp findlichkeit der Messzonen vernachlässigbar ist. Die Messzonen 10, 12, 14, 16, 18 haben eine unterschiedliche Breite und folglich einen unterschiedlichem Flächen inhalt. Die Breite der Messzone 10 beträgt eine Längeneinheit L, die der Mess zone 12 zwei Längeneinheiten L und so weiter bis zur Messzone 18, deren Breite fünf Längeneinheiten L beträgt. Die Breite und der Flächeninhalt der Messzonen steigen mit der Breite jeweils linear an.

Der Lenkvorrichtungssensor 1 ist als kapazitiver Näherungssensor ausgestaltet, der nach dem Prinzip der kapazitiven Kopplung arbeitet, wobei Anschlüsse und Auswerteelektronik nicht näher dargestellt sind. Beispielsweise wird durch An schluss einer Ladespannung und Messung der Ladezeit an den Lenkvorrichtungs sensor 1 eine Kapazität gemessen. Diese ist wesentlich durch die Kapazität der jeweilige Messzone 10, 12, 14, 16, 18 bestimmt, deren Elektrisches Feld z.B. durch einen auf die Messzone aufgelegten Finger kapazitiv zu einem Massepoten tial gekoppelt wird. Die unterschiedlichen Flächeninhalte der Messzonen resultie ren in jeweils unterschiedlichen Ausganssignalen, je nachdem, welche Messzone beeinflusst ist. Berührt eine Hand oder ein Finger die Messzone 10, ergibt sich eine kapazitive Kopplung mit einer kleineren Kapazität als mit der Messzone 12, deren Flächeninhalt und Kapazität größer ist. Es wird hier von unterschiedlichen Messempfindlichkeiten der Messzonen 10, 12, 14, 16, 18 gesprochen werden, weil sich bei der gleichen verursachenden Eingang, hier der Berührung durch ei nen Finger, eine unterschiedliche Kapazität messbar ist, abhängig davon, welche Messzone berührt wird. Die Messempfindlichkeiten der Messzonen steigt in die sem Beispiel von der Messzone 10 bis zur Messzone 18 linear an, entsprechend dem linearen Anstieg des Flächeninhalts der Messzonen. In einer anderen, nicht näher dargestellten Ausführungsform steigt die Messempfindlichkeiten der Mess zonen exponentiell an, z.B. quadratisch oder kubisch. Dazu kann das in dem Bei spiel der Figur 1 dargestellte Längenmaß L der Messzonen von Messzone zu Messzone exponentiell ansteigen, wie kubisch oder quadratisch.

Zur Erfassung einer Berührung und der genauen Bestimmung der kapazitiven Kopplung, also der Größe der eingekoppelten Kapazität, kann ein bekanntes Messverfahren, wie das Verfahren des kapazitiven Spannungsteilers eingesetzt werden. Die unterschiedlichen Messempfindlichkeiten erlauben dabei festzustel len, an welcher Position der Lenkvorrichtungssensor 1 berührt wurde. Bei dieser Ausgestaltung wird vorausgesetzt, dass die Einwirkung auf den Lenkvorrichtungs sensor, also das Eingangssignal, im Wesentlichen einer standardisierten Größe entspricht, was bei Annäherung oder Berührung durch menschliche Finger unter Berücksichtigung eines Toleranzbereichs zutrifft.

Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem 100 gemäß einem ersten Aus führungsbeispiel, das einen ersten Lenkvorrichtungssensor 1 und einen zweiten Lenkvorrichtungssensor 3 umfasst. In der Figur nicht näher dargestellt sind die elektrischen Anschlüsse sowie eine Auswerteelektronik, mittels der das Messsys tem 100 die Signale der Lenkvorrichtungssensoren 1 , 3 erzeugt, erfasst und bear beitet. Das Messsystem 100 ist als kapazitives Messsystem ausgelegt, das nach dem Prinzip der kapazitiven Kopplung arbeitet. Eine derartige Einrichtung der Lenkvorrichtungssensoren 1 , 3 als kapazitives Messsystem zur Erfassung einer Berührung ist bekannt, weswegen im Weiteren nicht weiter darauf eingegangen wird.

Die Lenkvorrichtungssensoren 1 , 3 sind jeweils wie der Lenkvorrichtungssensor gemäß Figur 1 ausgebildet, wobei die elektrischen Leiter 2, 2‘ der Lenkvorrich tungssensoren 1 , 3 auf einem gemeinsamen Träger 5 aufgebracht sind. Die Mess zonen 10, 12, 14, 16, 18 des Lenkvorrichtungssensors 3 sind so auf dem Träger 5 angeordnet, dass zwischen jeweils zwei Messzonen ein Abstand ausgebildet ist, innerhalb dem eine Messzone 30, 32, 34, 36 des Lenkvorrichtungssensors 1 an geordnet ist. Umgekehrt sind die Messzonen 30, 32, 34, 36, 38 des Lenkvorrich tungssensors 1 derart auf dem Träger 105 angeordnet, dass zwischen jeweils zwei Messzonen ein Abstand ausgebildet ist, innerhalb dem eine Messzone 10,

12, 14, 16, 18 des Lenkvorrichtungssensors 3 angeordnet ist. Die Abstände zwi schen den Messzonen werden somit korrespondierend zu dem zuvor erwähnten Anstieg des Flächeninhalts der Messzonen des jeweils anderen Lenkvorrichtungs sensors geringer.

Der kammartige Aufbau der zwei Lenkvorrichtungssensoren ermöglicht die Ver schachtelung der Messzonen. Die Dimensionierung der Messzonen ist derart aus gelegt, dass ausgehend von dem zu erfassenden Berührobjekt, zum Beispiel ei nem Finger oder einem Handballen, sichergestellt ist, dass eine Berührung immer zwei, also jeweils eine der Messzonen der beiden Lenkvorrichtungssensor 1 ,3 be rührt. Eine jeweilige Messzone des einen Lenkvorrichtungssensors bildet jeweils ein Paar von Messzonen mit einer jeweiligen auf dem Träger 5 benachbarten Messzone des anderen Lenkvorrichtungssensors. Eine jeweilige Kombination von Messempfindlichkeiten eines Paares von Messzonen, z.B. der Messzonen 10, 38 oder der Messzonen 12, 36 oder der Messzonen 38, 12, ist entlang der Haupterstreckung des Messsystems 100, d.h. entlang der Abfolge von Messzo nen, jeweils einmalig. Wird also das Messsystem 100 im Bereich des Paares der Messzonen 10, 38 berührt, lässt sich am Lenkvorrichtung Sensor 3 eine niedrige Kapazität messen und gleichzeitig am Sensor 1 eine hohe Kapazität. Bei dem ge zeigten Beispiel in Figur 2 hätte die Messzone 10 die niedrigste Kapazität und die Messzone 38 die höchste Kapazität im Vergleich zu den anderen Messzonen ei nes jeweiligen Lenkvorrichtungssensors. Mithilfe der eindeutigen Kombinationen von Messempfindlichkeiten jeweils zweier benachbarter Messzonen und Berüh rung von immer zwei Messzonen lässt sich bestimmen, an welcher Position des Messsystems 100 entlang der Haupterstreckungsrichtung des Trägers 5 berührt wurde.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems gemäß der Er findung, dass im Wesentlichen identisch zu dem Messsystem 100 der Figur 2 auf gebaut ist. Identische Bestandteile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Das Messsystem 100 gemäß Figur 3 unterscheidet sich von dem Messsystem 100 gemäß Figur 2 lediglich dahingehend, dass die Lenkvorrichtungssensoren 3, 5 an ders gestaltet sind. Während gemäß Figur 2 die Messzonen 10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38 als kontinuierliche Flächen von Leitermaterial ausgestaltet sind, sind die Messzonen im Beispiel der Figur 3 durch mehrere zueinander beanstandete Leitermaterialbahnen realisiert. Entscheidend für die Erfindung ist hierbei, dass sich die Messempfindlichkeiten der Messzonen aufgrund der unterschiedlichen von Leitermaterial bedeckten Fläche, bzw. der Menge des in der Messzone vor handenen miteinander verbundenen Leitermaterial, voneinander unterscheidet.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Messsystems gemäß der Er findung, das im Wesentlichen identisch zu dem Messsystem der Figur 2 bzw. Fi gur 3 aufgebaut ist. Identische Bestandteile sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Das Messsystem 100 gemäß Figur 4 unterscheidet sich von den Mess systemen gemäß Figur 2 und 3 lediglich dadurch, dass die Lenkvorrichtungs sensoren 3, 1 anders ausgestaltet sind. Die elektrischen Leiter 2, 2‘ der Lenkvor richtungssensoren 3, 1 sind als elektrisch leitender Draht oder Faden ausgestaltet, die mit dem Träger 5 verbunden sind. Die elektrischen Leiter 2, 2‘ verlaufen in mäanderartig verlaufenden Schleifen durch die Messzonen 10, 12, 14, 16, 18 bzw. die Messzonen 30, 32, 34, 36, 38, wobei die innerhalb einer jeweiligen Messzone angeordnete Länge des elektrischen Leiters 2, 2‘, also die Fadenlänge oder Draht länge, entsprechend dem Grundprinzip der Erfindung von Messzone zu Messzone des jeweiligen Lenkvorrichtungssensors 3, 1 ansteigt, um unterschiedliche Mess empfindlichkeiten zu realisieren.

Figur 5 stellt in einem Diagramm qualitativ Messempfindlichkeit und Signalpegel auf der Hochachse dar sowie entlang der Flachachse die von in Haupterstre ckungsrichtung eines erfindungsgemäßen Messsystems 100 aufeinanderfolgend angeordneten Messzonen. Mit schwarzen vollen Punkten ist der Verlauf Mi der Messempfindlichkeiten im eines Lenkvorrichtungssensors dargestellt, dessen Messempfindlichkeiten von einer ersten Messzone am einem Ende des Lenkvor richtungssensors hin zum anderen Erstreckungsende des Lenkvorrichtungs sensors liegenden letzten Messzone linear abnimmt. Mit Rauten ist der Verlauf der Messempfindlichkeiten M3 des anderen Lenkvorrichtungssensors des Messsys tems 100 dargestellt, dessen Messempfindlichkeiten von einer Messzone am ei nen Ende des Messsystems 100 hin zum anderen Ende des Messsystems 100 ansteigen. S13 zeigt den Verlauf des Pegels eines Differenzsignals von Messsig nalen der Lenkvorrichtungssensoren des Messsystems 10. Der Pegel steigt bei im wesentlichen gleicher Einwirkung auf das Messsystem 100 in den jeweiligen be rührten Messzonen entlang der Erstreckung des Messsystems kontinuierlich an. Mithilfe des ansteigenden Pegels ist somit eine Bestimmung des Orts der Berüh rung des Messsystems 100 möglich. Es können vorbestimmte Pegelbereiche in ei nem Kalibriervorgang ermittelt werden, um bestimmten Pegeln zuzuordnen, wel che Messzonen berührt werden.

In Figur 6 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Lenkvorrichtung in Form ei nes Lenkrads 50 gezeigt, in dessen Lenkradkranz ein Messsystem 100 integriert ist. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung ist das Messsystem 100 nur ent lang eines Teils des Lenkradrings dargestellt. Das Messsystem 100 kann sich um den gesamten Lenkradring und auch um den Umfang in Umgreifrichtung erstre cken. Die Maße in der Darstellung sind nicht maßstabsgetreu. Die Messzonen sind so dimensioniert, dass eine geeignete Ortsauflösung für die gewünschten zu messenden Berührungen erreicht wird. Das Messsystem 100 ist unterhalb einer Deckschicht, wie einer Lederlage angeordnet. Das Messsystem 100 ist in dem Beispiel eines gemäß dem Beispiel der Figur 4, mit dem Unterschied, dass der Träger 5 ein nicht näher dargestellter Schaumstoff ist, der ein Lenkradskelett um hüllt, und die elektrischen Leiter 2,2‘als elektrisch leitende Drähte ausgestaltet, die in einen Lenkrad Schaumstoff integriert sind. Insbesondere werden die elektrisch leitenden Drähte erhitzt und in den Schaumstoff eingelegt bzw. eingeschnitten o- der auf eine Tragstruktur aufgelegt und mit Schaumstoff umschäumt, um das Messsystem 100 zu formen. Der die geometrische Ausgestaltung entspricht insbe sondere hinsichtlich der mäanderartig die Messzonen durchziehenden Leiter 2, 2‘ dem Beispiel der Figur 4.

Figur 7 schließlich zeigt eine Lenkvorrichtung in Form eines Steuerknüppels 60, bei dem ein Messsystem 100 gemäß der Ausführung nach Figur 2 in den zu um greifenden Steuerstaat des Steuerknüppel integriert ist.

Mit den Messsystemen 100 gemäß den Figuren 2, 3, 4, 6 und 7 lässt sich mithilfe der aus der Messung gewonnenen Information, wo eine Berührung des Messsys tems stattgefunden hat, ein nicht näher dargestelltes Bediensystem für eine Lenk vorrichtung realisieren. Dazu wird der Ort der Berührung im Zeitverlauf von einer Auswerteelektronik aus den gemessenen Signalen der Lenkvorrichtungssensors bestimmt, insbesondere dem Differenzsignal der Lenkvorrichtungssensoren 1 , 3 bestimmt und hinsichtlich vorbestimmter, bekannter Berührortsverläufe ausgewer tet. In der Auswerteelektronik des Bediensystems sind Sensorsignalverläufe, vor zugsweise mit Toleranzbereichen, für unterschiedliche auch kombinierbare Bedi engesten, wie streichen in einer oder anderer Richtung entlang des Messsystems 100, tippen auf einen vorbestimmten Bereich oder kreisendes Entlangstreichen hinterlegt sind und werden mit gemessenen Berührortverläufen verglichen. Bezuqszeichen , 3 Lenkvorrichtungssensor 2 elektrischer Leiter

Träger

0, 12, 14, 16, 18 Messzonen

0 Basis

0, 32, 34, 36, 38 Messzonen

0 Lenkrad

0 Steuerknüppel

Claims

Patentansprüche

1. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) umfassend einen in eine Lenkvorrichtung für ein Fahrzeug integrierbaren, elektrisch isolierenden Träger (5) und einen mit dem Träger (5) verbunden elektrischen Leiter (2, 2’), dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter auf dem Träger (5) mehrere Messzonen (10, 12, 14, 16, 18; 30, 32, 34, 36, 38) unter schiedlicher Messempfindlichkeit bildet.

2. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messempfindlichkeiten der mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18; 30, 32, 34, 36, 38) in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors (1 , 3) streng monoton ansteigen.

3. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messempfindlichkeiten der mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18; 30, 32, 34, 36, 38) in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenk vorrichtungssensors (1 , 3) linear ansteigen, oder dass die Messempfindlichkeiten der mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18; 30, 32, 34, 36, 38) in einer Haupterstre ckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors (1 , 3) exponentiell ansteigen.

4. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter eine sich entlang einer Haupterstreckungs richtung des Lenkvorrichtungssensors (1 , 3) erstreckende Basis umfasst, wobei sich die mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 1 ; 30, 32, 34, 36, 38) von der Basis quer zu Hauptrichtung wegerstrecken.

5. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Leiter eine Basis bildet, welche die mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18; 30, 32, 34, 36, 38) elektrisch leitend mitei nanderverbindet, wobei die Basis eine geringere Messempfindlichkeit aufweist als ein Messzone geringster Messempfindlichkeit der mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38).

6. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei der mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) ein Abstand ausgebildet ist, wobei die Abstände zwischen den mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) in einer Haupterstreckungsrichtung des Lenkvorrichtungssensors (1 , 3) streng monoton ab nehmen.

7. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) eine Folie umfasst und der elektrische Leiter ein auf die Folie gedrucktes elektrisch leitendes Material, oder dass der Träger (5) Webware, Wirkware und/oder Strickware umfasst und der elektrische Leiter einen elektrisch leitfähigen Faden umfasst.

8. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) einen thermoplastisch verformbaren Kunststoff umfasst, wobei der elektrische Leiter in Leiterumfangsrichtung von dem Kunststoff wenigstens teilweise umschlossen ist.

9. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) jeweils durch eine von dem elektrischen Leiter (2, 2’) bedeckte Flächenelektrode ge bildet sind, oder dass der Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) umfasst, die jeweils von dem elektrischen Leiter (2, 2’) durch zogenen sind.

10. Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) einen elektrischen Zusatzfunktionsleiter umfasst, der bezüglich einer nach oben weisenden Richtung von dem Träger (5) hin zu dem elektrischen Leiter (2, 2‘) unterhalb des elektrischen Leiters (2, 2‘) angeordnet ist.

11. Messsystem für eine Lenkvorrichtung, umfassend zwei insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildete Lenkvorrichtungssensoren (1 , 3) mit jeweils mehreren Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) unterschiedli cher Empfindlichkeit, dadurch gekennzeichnet, dass die Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) der Lenkvorrichtungssensor (1 , 3) derart angeordnet sind, dass jeweils paarweise eine Messzone des einen Lenkvorrichtungssensors (1 , 3) mit einer jeweils benachbart angeordneten Messzone des anderen Lenkvorrichtungs sensors (1 , 3) eine eindeutige Kombination von Messempfindlichkeiten aufweisen.

12. Messsystem nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrich tungssensoren (1 , 3) jeweils kammartig ausgestaltet und ineinander verzahnt ange ordnet sind, und/oder dass das Messsystem dazu eingerichtet und bestimmt ist, ein Differenzsignal der Lenkvorrichtungssensoren (1 , 3) zu bestimmen,

13. Messsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenk vorrichtungssensoren (1 , 3) jeweils einen elektrischen Leiter (2, 2’) umfassen, die mit einem gemeinsamen Träger (5) verbunden sind.

14. Bediensystem für eine Lenkvorrichtung, umfassend ein insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 17 ausgebildetes Messsystem zum Erfassen einer Berührung der Lenkvorrichtung, wobei das Messsystem mehrere Paare von Messzonen (10, 12,

14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) mit einer jeweils eindeutigen Kombination von Mess empfindlichkeiten aufweist, und eine Auswerteeinrichtung, wobei die Auswerteein richtung dazu eingerichtet und bestimmt ist, ein Differenzsignal betreffend die mehre ren Paare von Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) unterschiedlicher Messempfindlichkeit zu empfangen und aus dem Differenzsignalverlauf das Paar von Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) zu bestimmen, welches be rührt wurde.

15. Lenkvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen Lenkvorrich tungssensor (1 , 3) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Erfassen einer Berührung der Lenkvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Lenkvor richtungssensor (1 , 3) mehrere Messzonen (10, 12, 14, 16, 18, 30, 32, 34, 36, 38) unterschiedlicher Messempfindlichkeit aufweist.