DE102011006448A1

DE102011006448A1 - Lenkradsensoren

Info

Publication number: DE102011006448A1
Application number: DE201110006448
Authority: DE
Inventors: Jerome BOSCH; David Andrews; Jason Lisseman
Original assignee: TK Holdings Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Acquisition LLC
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2011-10-06
Also published as: JP2011213343A; US9007190B2; JP5805974B2; US20110241850A1

Abstract

Ein Sensor zum Einbau in ein Lenkrad enthält ein drucksensitives Material, das auf einem Basismaterial des Lenkrads befestigt ist. Das drucksensitive Material ist gestaltet, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Anwendung von Druck bereitzustellen. Der Regler stellt eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereit. Das drucksensitive Material weist mindestens einen variablen Widerstand und/oder mindestens eine variable Kapazität auf, die auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes basiert. Das elektrische Signal basiert zumindest auf dem einem variablen Widerstand und/oder der einen variablen Kapazität.

Description

Querverweis auf verwandte Patentanmeldungen
Diese Anmeldung nimmt die Priorität der am 31. März 2010 eingereichten provisorischen US-Anmeldung 61/319,637 in Anspruch, die hier in ihrer Gesamtheit durch Verweis eingefügt ist.
Hintergrund
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet von Lenkrädern. Konkreter bezieht sich diese auf Multifunktionssensoren auf dem Lenkrad.
Derzeitige Multifunktionsschalter, zum Beispiel am Lenkradkranz befestigte Schalter verwenden elektromechanische Druckknöpfe. In den meisten Fällen übt jeder Druckknopf eine einzelne Aktivität aus. Derzeitige Schalterkonfigurationen sind im Allgemeinen sehr statisch, wobei der Druckknopf sichtbar ist und bedient werden kann, ungeachtet dessen, ob die mit dem Druckknopf assoziierte Funktion für die derzeitige Situation relevant ist. Elektromechanische Schalter funktionieren im Allgemeinen basierend auf der relativen Bewegung von zwei oder mehreren Komponenten, welche einen Spalt zwischen jedem davon erfordern. Solche Spalten können das Risiko von Qualitäts- oder Ausführungsfragen (unebene Spalten, in den Spalten steckende Objekte) erhöhen.
Derzeitige Lenkräder und Fahrerairbagsysteme erfordern eine physikalische Bewegung des Airbags, um mit einem Hupsystem zu reagieren. Die Bewegung erfordert mindestens 1,5 bis 2,0 mm einer Bewegung zum Schließen einer Hupkontaktspalte. Diese Bewegung entspricht etwa einer Spalte zwischen einem Umfangsairbag und Lenkrad von ungefähr 2,5 bis 3,5 mm. Die Bewegung wird durch Befestigung des Airbags an Federn erreicht und Ermöglichen einer Bewegung des Airbags. Zusätzlich macht es die komplexe Toleranzschicht zwischen dem Lenkrad und dem Airbag es schwierig, Spalttoleranzen von weniger als +/–0,5 mm und symmetrische Toleranzen zwischen der linken Handseite und rechten Handseite von +/–0,3 mm zu erreichen. Derzeitige Hupsysteme sind auch einfache Ein-/Ausschalttypsysteme (Ein-/Aussysteme) mit nicht-variabler Ausgangsleistung.
Es wäre wünschenswert, ein Schalter oder Sensorsystem für ein Lenkrad bereitzustellen, der verbesserte Qualität und Leistung aufweist. Es wäre auch wünschenswert, ein Hupsystem bereitzustellen, das genauer befestigt ist und eine variable Ausgangsleistung bereitstellt.
Eine beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf einen Sensor zum Einbau in ein Lenkrad, der ein auf einem Basismaterial des Lenkrades befestigtes drucksensitives Material enthält. Das drucksensitive Material ist gestaltet, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Druckanwendung bereitzustellen. Der Regler stellt eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereit. Das drucksensitive Material weist mindestens einen variablen Widerstand und/oder eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes auf. Das elektrische Signal basiert auf dem mindestens einem variablen Widerstand und/oder der mindestens einen variablen Kapazität.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf ein Lenkrad. Das Lenkrad enthält ein Basismaterial und einen Sensor, der gestaltet ist, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Betätigung bereitzustellen. Der Regler stellt eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereit. Der Sensor enthält ein drucksensitives Material, das auf einem Basismaterial des Lenkrades befestigt ist. Das drucksensitive Material ist gestaltet, um das elektrische Signal bei Druckanwendung bereitzustellen. Das drucksensitive Material weist mindestens einen variablen Widerstand und/oder eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes auf. Das elektrische Signal basiert auf dem mindestens einen variablen Widerstand und/oder der mindestens einen variablen Kapazität.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform bezieht sich auf ein oder mehrere Sensoren, die gestaltet sind, um einelektrisches Signal für einen Regler bei Betätigung bereitzustellen. Der Regler stellt eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereit. Die einen oder mehreren Sensoren enthalten ein drucksensitives Material, das auf einem Basismaterial des Lenkrads befestigt ist. Das drucksensitive Material ist gestaltet, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Druckanwendung bereitzustellen. Der Regler stellt eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereit. Das drucksensitive Material weist mindestens einen variablen Widerstand und/oder eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Drucks auf. Das elektrische Signal basiert auf dem mindestens einen variablen Widerstand und/oder der mindestens einen variablen Kapazität.
Es ist anzumerken, dass die vorhergehende allgemeine Beschreibung und die folgende detaillierte Beschreibung lediglich beispielhaft sind und der Erklärung dienen und nicht begrenzend für die beanspruchte Erfindung sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Ausführungsformen werden aus der folgenden Beschreibung und den in den Zeichnungen gezeigten beiliegenden beispielhaften Ausführungsformen ersichtlich, welche kurz unten beschrieben werden.
1 ist eine isometrische Ansicht eines Fahrzeuges, die ein Lenkrad mit drucksensitiven Sensoren oder Schaltern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.
2A und 2B sind Vorderansichten eines Lenkrades mit drucksensitiven Sensoren oder Schaltern gemäß zweier beispielhafter Ausführungsformen.
3A bis 3D sind Querschnitte von drucksensitiven Sensoren oder Schaltern gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen.
4 ist ein Blockdiagramm eines Lenkradmeß- oder Schaltersystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
5 enthält Darstellungen von Benutzer-Feedback für drucksensitive Sensoren oder Schaltungen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
6 ist ein Flussdiagramm eines Tempomatverfahrens unter Verwendung von drucksensitiven Sensoren oder Schaltern gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine Draufsicht auf einen Sensorfilm gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
8 ist ein Querschnitt eines Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
9 ist eine Kurve von theoretischen Widerstandseigenschaften eines Sensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
Gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen betont ein Lenkrad-Design einen adaptiven/dynamischen Ansatz der Gestaltung und Bedienung von Multifunktionssensoren. Die Anwendung von alternativen Technologien für die Sensoren kann Spalten zwischen Komponenten verringern oder eliminieren und neue zusätzliche Eingabemöglichkeiten zur Feineinstellung der Funktionen der Sensoren bereitstellen. Gemäß der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen ersetzt das Lenkrad elektromechanische Schalter durch tast- und drucksensitive Sensoren oder Schalter (zum Beispiel übergangslose, adaptive Schalter) unter Verwendung von tast- und drucksensitivem Material. Solche drucksensitiven Sensoren ermöglichen eine adaptive oder dynamische Funktionalität der Sensoren basierend auf der Länge oder Position des bereitgestellten Druckes.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann bei Verwendung eines drucksensitiven Materials, das in der Lage ist, den Widerstand bei einer Druckänderung zu ändern, ein Hupsystem gestaltet sein, das es dem Fahrerairbag ermöglicht, mit einer größeren Genauigkeit starr befestigt zu sein, um eine größere Toleranz und eine begrenzte physikalische Bewegung von zwischen ungefähr 5 μm bis ungefähr 0,5 mm zu ermöglichen. Die Verwendung von drucksensitivem Material kann auch eine variable Widerstandsausgangsleistung bereitstellen, um ein variables drucksensitives Hupsystem zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 1 kann ein Fahrzeugfahrer ein Fahrzeug von einem Cockpit (Fahrzeuginnenraum) 10 mit einem Lenkrad 20 bedienen. Der Fahrer kann das Lenkrad drehen, um die Fahrzeugräder zu drehen und das Fahrzeug in eine gewünschte Richtung zu steuern. Das Lenkrad 20 enthält eine mittige Nabe 22, die mit einem äußeren Ring oder Kranz 24 verbunden ist. Die Nabe 22 ist mit der Lenksäule des Fahrzeuges 10 gekoppelt. In einer beispielhaften Ausführungsform kann das Lenkrad 20 ein Lenkrad mit vier Speichen, wie in 2A gezeigt, sein. In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das Lenkrad 20 ein Lenkrad mit drei Speichen sein, wie in 2B gezeigt. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das Lenkrad 20 eine unterschiedliche Anzahl oder Anordnung von Speichen aufweisen.
Das Lenkrad 20 kann auch verschiedene tast- oder drucksensitive Sensoren 26 enthalten, die innerhalb der Reichweite des Fahrers vorgesehen sind. Die Sensoren 26 können auf der Nabe 22 (zum Beispiel auf der Airbagabdeckung, neben der Airbagabdeckung, auf der Seite der Nabe 22 etc.), auf jeder Oberfläche des Kranzes 24 oder auf jeder Oberfläche der Speichen zwischen der Nabe 22 und dem Kranz 24 angeordnet sein. Während eine spezifische Anzahl von Sensoren gemäß den weiteren beispielhaften Ausführungsformen gezeigt ist, können mehr oder weniger Sensoren als dargestellt und an verschiedenen Positionen vorgesehen sein. Die Sensoren 26 können von dem Fahrer verwendet werden, um ein Fahrzeugaudiosystem (zum Beispiel Lautstärke, Einstellung, Betrieb etc.), Fahrzeugbeleuchtung (zum Beispiel Deckenbeleuchtung, Scheinwerfer etc.), Telefonfunktion oder andere Funktionen wie Tempomat zu steuern.
Wenn ein Sensor 26 eine Benutzereingabe empfängt, wird ein elektrisches Signal für einen Regler 28 bereitgestellt. Das drucksensitive Material produziert einen variablen Widerstand basierend auf der Höhe oder der Art (zum Beispiel Gestik, Druck, Schlag, längere Berührung, kurzes Klopfen etc.) des Druckes, der auf das Material angewendet wird. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann das drucksensitive Material ein Quantentunnelkomposit sein, während in anderen beispielhaften Ausführungsformen jedes andere drucksensitive Material verwendet werden kann, das in der Lage ist, variable elektrische Eigenschaften aufzuweisen.
Der Regler 28 ist gestaltet, um das Audiosystem, Beleuchtung, Telefon, Tempomat oder andere Funktionen basierend auf dem elektrischen Signal zu bedienen. Der Regler 28 kann auch ein Benutzer-Feedback bereitstellen, wenn ein Sensor 26 gedrückt wird, zum Beispiel ein visuelles, Audio- oder Vibrations-Feedback. Steuerungen für Systeme wie einem Audiosystem, Klimasystem, Beleuchtungssystem oder andere Systeme können auch woanders in dem Fahrzeug, wie auf dem Fahrzeugarmaturenbrett oder der Mittelkonsole, bereitgestellt werden.
Bezug jetzt nehmend auf die 2A bis 2B ist das Lenkrad 20 des Weiteren gemäß zweier beispielhafter Ausführungsformen dargestellt. Das drucksensitive Material kann mit dem Material (zum Beispiel Leder, Gewebe, Holz etc.), das den Kranz 24, die Nabe 22 oder die Speichen des Lenkrades 20 umgibt, vernäht, verbunden, mittels Siebdruck oder anderweitig befestigt sein. Das drucksensitive Material kann an einer Rückseite des Materials des Lenkrads 20, innerhalb des Materials des Lenkrads 20 oder an jeder alternativen Ausgestaltung des Lenkrads 20 befestigt sein. Die Struktur unterhalb des Umhüllungsmaterials kann in einer Weise gestaltet sein, so dass das Material des Sensors 26 in das Material vertieft werden kann, um unansehnliche Aufwölbungen auf der äußeren Oberfläche des Lenkrads 20 zu verhindern oder zu reduzieren. Wenn notwendig kann die Position des Sensors 26 durch verschiedene Mittel sichtbar gemacht werden enthaltend, aber nicht darauf begrenzt, Änderungen in dem Muster oder der Farbe des Hüllmaterials, Stickerei, Beleuchtung etc.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren oder Schalter 30 unterteilt und identifiziert werden (zum Beispiel durch vertiefte, erhöhte, strukturierte, gefärbte Bereiche etc.). Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen können ein oder mehrere Sensoren oder Schalter 32 eine tast- oder drucksensitive Zone umfassen, die gestaltet ist, um Benutzereingaben an jedem Punkt innerhalb der Zone zu empfangen. Solch eine Zone kann ein elektrisches Signal für den Regler 28 basierend auf der Höhe des bereitgestellten Druckes, der Position des Druckes und der Länge des Druckes bereitstellen.
Bei Verwendung eines tastsensitiven Materials für die Sensoren 30, 32 kann eine einzelne Oberfläche in verschiedene Zonen aufgeteilt sein, die unterschiedlich auf die Bedienungseingabe in Abhängigkeit von dem gedrückten Bereich reagieren. Durch Kombination von mehreren Funktionen auf derselben nahtlosen Oberfläche können Spalten zwischen unabhängigen Bereichen von Schaltern reduziert oder eliminiert werden. Bei Verwendung eines tastsensitiven Materials für den Schalter, kann die Menge der Auslenkung, die für die Funktion des Schalters erforderlich ist, größtenteils reduziert werden (zum Beispiel weniger als ungefähr 1 mm). Daher können die Sensoren 30, 32 im Gegensatz zu einem regulären elektromechanischen Schalter nahtlos sein, der Spalten zwischen jedem sich bewegenden Teil erfordert.
Während eine spezifische Anzahl von Sensoren 26 in spezifischen Positionen auf dem Lenkrad 20 der 2A und 2B gezeigt werden, kann gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen jede Zahl von Sensoren 30, 32 in jeder Position auf oder nahe der Nabe 22, dem Kranz 24 oder den Speichen des Lenkrads 20 sein. Die Druckempfindlichkeit der Sensoren 30, 32 kann in Abhängigkeit von der Funktion und der Position auf dem Lenkrad 20 unterschiedlich kalibriert werden, um eine versehentliche Aktivierung von Merkmalen durch Halten des Kranzes unter normalen Fahrbedingungen zu verhindern.
Das adaptive Systemdesign des drucksensitiven Mess- oder Schaltersystems ermöglicht die Verwendung eines gemeinsamen Bereiches des Sensors für verschiedene Funktionen. Die dem Benutzer zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellten Funktionen können nur Funktionen sein, die relevant für die derzeitige Situation sind. Weitere nicht-relevante Funktionen können nicht verfügbar sein oder können versteckt sein. Bei Verwendung eines gemeinsamen Mess- oder Schaltbereiches für mehrfache Funktionen kann die Verpackungsgröße und Anschlussfläche des Schalters reduziert werden,
Unter Bezugnahme auf die 3A bis 3D sind Querschnitte der Schalter 26 gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen gezeigt. Unter besonderer Bezugnahme auf die 3A enthält ein Schalter 300 ein drucksensitives Material 302, das an einem Verkleidungsmaterial 304 (zum Beispiel Leder, Holz, Kunststoff, Vinyl oder anderes Material der Lenkradnabe oder des Lenkradkranzes) und/oder an einem Basismaterial 306 einer Lenkradnabe oder eines Lenkradkranzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befestigt ist. Der Schalter 300 kann optional eine Vielzahl von Druckzonen 308 und 310 aufweisen, die für verschiedene Funktionen gestaltet sind oder gestaltet sind, unterschiedliche Arten von Benutzereingaben zu empfangen. Wie dargestellt kann der Schalter 300 im Allgemeinen eben sein und keine erhöhten oder vertieften Bereiche aufweisen. Eine Oberfläche der Verkleidung 304 kann gefärbt, strukturiert oder markiert sein, um die Position und/oder Funktion des drucksensitiven Materials für den Fahrer aufzuzeigen. Die Verkleidung 304 kann auch eine Schutzschicht für das drucksensitive Material 302 bereitstellen. Während der Schalter 300 im Allgemeinen eben ist, kann in weiteren beispielhaften Ausführungsformen der Schalter eine Kontur in einer Richtung aufweisen oder kann zumindest teilweise Konturen in zwei Richtungen aufweisen. Der Schalter 300 kann auch ein oder mehrere erhöhte oder vertiefte Bereiche zum Beispiel zumindest zwischen den Messzonen enthalten.
Gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen kann die Verkleidung 304 durch ein Anzeigenfeld (LCD, LED, OLED etc.) oder einem Berührungsfeld ausgetauscht werden. In solchen beispielhaften Ausführungsformen kann der Druck auf das Feld durch das drucksensitive Material 302 detektiert werden, um die Position des Druckes (zum Beispiel die Zonen 308, 310), die Größe des Druckes, Dauer des Druckes etc. zu bestimmen. Das Anzeigenfeld stellt Anweisungen der Funktionalität des Schalters 300 bereit. Die Funktionalität des Schalters kann sich dynamisch basierend auf den Fahrzeugbedingungen oder Benutzerauswahl ändern. Unter solchen Umständen kann das Anzeigenfeld die Anweisung ändern, um die derzeitige Funktion des Schalters 300 zu beschreiben. Es ist anzumerken, dass während zwei Zonen 308, 310 dargestellt sind, gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen der Schalter 300 jede Anzahl von Zonen, die von jeder entsprechenden Größe sein können, enthalten kann.
Spezifisch Bezug nehmend auf die 3B, enthält ein Schalter 320 ein drucksensitives Material 302, das an einem Verkleidungsmaterial 304 und/oder Basismaterial 306 einer Lenkradnabe oder eines Lenkradkranzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befestigt ist. Wie dargestellt, kann das drucksensitive Material 302 lediglich zwischen einem Bereich des Basismaterials 306 und dem Verkleidungsmaterial 304 vorhanden sein. Das Verkleidungsmaterial 304 kann das drucksensitive Material 302 überdecken oder mit diesem befestigt sein, um einen erhöhten Bereich des Schalters 320 herzustellen, um die Position des drucksensitiven Bereiches anzuzeigen. Eine Oberfläche der Verkleidung 304 kann auch gefärbt, strukturiert oder markiert sein, um des Weiteren die Position und/oder Funktion des drucksensitiven Bereiches für den Fahrer anzuzeigen.
Spezifisch Bezug nehmend auf die 3C enthält ein Schalter 340 zwei Bereiche von drucksensitivem Material 302, die an einem Verkleidungsmaterial 304 und/oder einem Basismaterial 306 einer Lenkradnabe oder eines Lenkradkranzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befestigt sind. Wie dargestellt, kann das drucksensitive Material 302 diskret zwischen mehreren Bereichen des Basismaterials 306 und des Verkleidungsmaterials 304 vorhanden sein. Das Verkleidungsmaterial 304 kann das drucksensitive Material 302 überdecken oder an diesem befestigt sein, um einen erhöhten Bereich des Schalter 340 herzustellen, um die Position des drucksensitiven Bereiches anzuzeigen. Eine Oberfläche der Verkleidung 304 kann auch gefärbt, strukturiert oder markiert sein, um des Weiteren die Position und/oder Funktion der drucksensitiven Bereiche dem Fahrer anzuzeigen. Während zwei Bereiche des drucksensitiven Materials 302 dargestellt sind, kann jede Anzahl von drucksensitiven Bereichen gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen verwendet werden.
Spezifisch Bezug nehmend auf die 3D enthält ein Schalter 360 ein drucksensitives Material 302, das an einem Verkleidungsmaterial 304 und/oder einem Basismaterial 306 einer Lenkradnabe oder eines Lenkradkranzes gemäß einer beispielhaften Ausführungsform befestigt ist. Wie dargestellt, ist das drucksensitive Material 302 im allgemeinen eben und kann mehrere Druckzonen 362 und 364 enthalten, die für verschiedene Funktionen gestaltet sind oder gestaltet sind, um verschiedene Arten von Benutzereingaben zu empfangen. Die Verkleidung 304 kann ausgebildet sein, um ein oder mehrere erhöhte oder vertiefte Abschnitte aufzuweisen. Das Verkleidungsmaterial 304 kann das drucksensitive Material 302 abdecken oder an diesem befestigt sein, um erhöhte und/oder vertiefte Bereiche des Schalters 360 herzustellen, um die Position des drucksensitiven Bereiches bzw. Bereiche anzuzeigen. Eine Oberfläche der Verkleidung 304 kann auch gefärbt, strukturiert oder markiert sein, um des Weiteren die Position und/oder Funktion des drucksensitiven Bereiches für den Fahrer anzuzeigen.
Bezug nehmend auf 4 ist ein Schaltersystem 400 gestaltet, um Benutzereingaben zu empfangen und Feedback für einen Benutzer bei Betätigung eines drucksensitiven Schalters 402 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform bereitzustellen. Wenn das drucksensitive Material des Schalters 402 betätigt wird, wird ein elektrisches Signal an den Regler 404 gesendet. Der Regler 404 ist gestaltet, um elektrische Anweisungen für ein Fahrzeugsystem 406 basierend auf dem empfangenen elektrischen Signal bereitzustellen. Zum Beispiel kann der Regler 404 elektrische Anweisungen zur Bedienung eines Audiosystems, Beleuchtung, Telefon, Tempomats oder anderen Fahrzeugsystemen 406 basierend auf dem Signal bereitstellen.
Der Regler 404 kann eine Lichtquelle 408 bedienen, um ein visuelles Feedback bereitzustellen, einen Lautsprecher 410 (zum Beispiel des Fahrzeugaudiosystems oder eines Lautsprechers in dem Lenkrad), um ein Audiofeedback bereitzustellen, oder einen Betätiger 412 (zum Beispiel positioniert unterhalb der Verkleidung, der Nabe oder des Kranzes des Lenkrades), um ein Vibrationsfeedback für den Fahrer bereitzustellen, wenn der Schalter 402 betätigt wird. Das Feedback kann sich auch in der Intensität in Abhängigkeit von der Höhe der auf dem Schalter 402 ausgeübten Kraft ändern. Der Regler 404 kann jede Hardware und/oder Softwareplattform sein, die in der Lage ist, ein elektrisches Signal zu empfangen und die Fahrzeugfunktionen des Fahrzeugsystems 406 zu steuern.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Lichtquelle 408 gestaltet sein, um eine visuelle Anzeige der Sensorfunktion bereitzustellen. In solchen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 408 basierend auf dem Kontext des Fahrzeuges und falls die Funktion des Sensors vorhanden ist, leuchten. Zum Beispiel kann die Lichtquelle 408 eine Anzeige oder Text für einen Lautstärke-Steuersensor oder Schalter für ein Audiosystem erleuchten. Wenn das Audiosystem angeschaltet ist, kann die Lichtquelle 408 leuchten, um anzuzeigen, dass die Lautstärkeregelung verfügbar ist. Wenn das Audiosystem ausgeschaltet ist, kann die Lichtquelle ausgeschaltet sein, um anzuzeigen, dass die Lautstärkeregelung nicht verfügbar ist. Solch eine kontextabhängige Beleuchtung kann für jede Fahrzeugfunktion angewendet werden, die durch ein drucksensitives Material gesteuert wird. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle 408 das drucksensitive Material überlagern oder benachbart zu diesem sein. In weiteren Ausführungsformen kann die Lichtquelle 408 hinter, unterhalb oder innerhalb eines lichtdurchlässigen oder transparenten drucksensitiven Materials angeordnet sein.
Auch Bezug nehmend auf die 5 sind verschiedene Arten von Fahrerfeedback gemäß einiger beispielhafter Ausführungsformen dargestellt. Die Drucksensitivität kann verwendet werden, um eine Vielzahl von Schichten von Berührungsflächen zusätzlich zu einem Standard-Ein-/Ausschalter hinzuzufügen, um die Berührungsfläche mit dem Benutzer zu verfeinern.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann, wenn der Schalter 402 gedrückt wird, ein Lichtband 502 um den Umfang des Schalters 402 (zum Beispiel ein strahlenförmiges Leuchten) durch die Lichtquelle 408 bereitgestellt werden. Die Breite und/oder Helligkeit des Lichtbandes 502 kann sich in Abhängigkeit von der Höhe des Druckes, die der Fahrer auf den Schalter 402 ausübt, ändern. Zum Beispiel kann das Band 502 dicker sein, oder kann heller sein, wenn der Schalter 402 stärker gedrückt wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann, wenn der Schalter 402 gedrückt wird, ein sich rotierendes Lichtband 504 um einen Bereich des Umfangs des Schalters 402 (zum Beispiel ein sich drehendes Leuchten) durch die Lichtquelle 408 bereitgestellt werden. Die Länge und/oder Geschwindigkeit des Lichtbandes 504 kann sich in Abhängigkeit von der Höhe des von dem Fahrer auf den Schalter 402 ausgeübten Druckes ändern. Zum Beispiel kann das Band 504 länger sein oder sich schneller drehen, wenn der Schalter 402 stärker gepresst wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann, wenn der Schalter 402 gedrückt wird, der Lautsprecher 410 ein Geräusch oder ein hörbares Warnsignal 506 für den Fahrer bereitstellen. Die Lautstärke des Geräusches 506 kann sich in Abhängigkeit von der Höhe des von dem Fahrer auf dem Schalter 402 ausgeübten Druckes ändern. Zum Beispiel kann die Lautstärke des Geräusches 506 größer sein, wenn der Schalter 402 stärker gepresst wird.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann, wenn der Schalter 402 gedrückt wird, der Betätiger 412 eine Vibration 508 für den Fahrer bereitstellen. Die Stärke der Vibration 508 kann sich in Abhängigkeit von der Höhe des vom Fahrer auf den Schalter 402 ausgeübten Druckes ändern. Zum Beispiel kann die Höhe der Vibration 508 größer sein, wenn der Schalter 402 stärker gepresst wird.
Das drucksensitive Material des Schalters 402 kann variable elektrische Eigenschaften in Abhängigkeit von der Größe der darauf angewendeten Kraft aufweisen. Diese variablen elektrischen Eigenschaften können zur weiteren Steuerung der Funktion des Schalters 402 verwendet werden. Nimmt man das Beispiel eines Schalters, der die Lautstärke des Audiosystems steuert, so kann sich die Lautstärke umso schneller erhöhen, je stärker der Schalter gedrückt wird. Wird der Schalter lediglich sanft gedrückt, kann sich die Lautstärke langsam erhöhen. Ähnlich kann ein Hupsystem durch einen drucksensitiven Schalter 402 aktiviert werden, um einen variablen Geräuschpegel in Abhängigkeit von der auf den Schalter 402 ausgeübten Kraft herzustellen, wie im größeren Detail unten beschrieben wird.
Nochmals Bezug nehmend auf die 4 kann sich in einigen beispielhaften Ausführungsformen die Funktion des Schalters 402 basierend auf einem Zustand des Fahrzeuges verändern. In solchen Ausführungsformen kann der Schalter 402 einen Anzeigebereich enthalten, der gestaltet ist, um dynamische Anweisungen der Funktion und/oder des Zustandes des Schalters bereitzustellen. Der Regler 404 kann auch mit einer vergänglichen oder nicht-vergänglichen Speicheranordnung 414 kommunizieren, die gestaltet ist, um Zustandskennungen des Fahrzeuges und/oder Schalters 402 zu speichern.
Bezug nehmend auch auf die 6 illustriert ein Flussdiagramm 600 eine adaptive Berührungsfläche für einen Tempomatschalter gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Anfangs ist der Tempomat ausgeschaltet (Schritt 602). Der Regler 404 bestimmt, ob das Fahrzeug die minimale erforderliche Geschwindigkeit erreicht, um den Tempomat zu verwenden (Schritt 604). Bis die minimale Geschwindigkeit erreicht wird, weist der Schalter keine Funktion auf, und die Anzeige verbleibt leer (Schritt 606). Wenn die minimale Geschwindigkeit erreicht wird, wird die „Ein”-Funktion sichtbar gemacht und angezeigt (Schritt 608). Wenn der Tempomat angestellt wird (Schritt 610), werden die Optionen zum Ausschalten des Tempomat („Aus”-Funktion) oder zur Aktivierung oder zum Einstellen der Tempomatgeschwindigkeit („Set”-Funktion) dargestellt (Schritt 612). Wenn der Tempomat ausgestellt ist (Schritt 614), kehrt die Anzeige entweder zum Leerzeichen oder dem „Ein”-Zustand in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit zurück. Wenn der Tempomat eingestellt ist (Schritt 616), stellt der Regler 404 die Tempomatgeschwindigkeit zu der derzeitigen Geschwindigkeit des Fahrzeuges ein (Schritt 618). Der Regler 404 schreibt dann oder speichert die derzeitige Geschwindigkeit auf dem Speicher 414 (Schritt 620).
Die Anzeige zeigt dann die Optionen, die Geschwindigkeit zu erhöhen („+” Funktion), zu erniedrigen („–”-Funktion) oder dem Tempomatbetrieb zu beenden (Schritt 622). Wenn „+” gedrückt wird (Schritt 624), erhöht der Regler 404 die Tempomatgeschwindigkeit (Schritt 626), schreibt die neue Tempomatgeschwindigkeit in den Speicher 414 ein (Schritt 628) und wartet auf weitere Benutzereingaben im Schritt 622. Wenn „–” gedrückt wird (Schritt 630), verringert der Regler 404 die Tempomatgeschwindigkeit (Schritt 632), schreibt die neue Tempomatgeschwindigkeit in den Speicher 414 ein (Schritt 634) und wartet auf weitere Benutzereingaben am Schritt 622.
Wenn „–” gehalten wird, „beenden” gedrückt wird oder die Bremse oder das Kupplungspedal gedrückt wird (Schritt 636), beendet der Regler 404 den Tempomat (Schritt 638) und zeigt die Optionen „Wiederaufnehmen”, „Set” und „Aus” an (Schritt 640). Wenn „Set” gedrückt wird (Schritt 642), kehrt der Regler 404 zu Schritt 618 zurück, um die Fahrgeschwindigkeit einzustellen. Wenn „Wiederaufnahme” gedrückt wird (Schritt 644), stellt der Regler 404 die Fahrgeschwindigkeit auf den in dem Speicher 414 (Schritt 646) gespeicherten Wert ein und wartet auf weitere Benutzereingaben im Schritt 622. Wenn „Aus” gedrückt wird (Schritt 648), löscht der Regler den Speicher 414 und stellt den Tempomat aus (Schritt 650) und kehrt zum Schritt 602 zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit zurück.
Unter Bezugnahme auf die 7 bis 8 enthält ein Sensorfilm 100 allgemein ein oder mehrere Sensoren 110 (zum Beispiel einen Schalter 30, 300, 320, 340, 360; eine drucksensitive Zone 26, 32 etc.). Die Sensoren 110 sind elektrisch über Eingangs- und Ausgangsleiter mit einem Regler oder Messvorrichtung (zum Beispiel Regler 28, Regler 404 etc.) elektrisch gekoppelt, welche gestaltet sind, um elektrische Signale an die Sensoren 110 zu senden und von diesen zu empfangen.
Wie in 8 gezeigt, enthalten die Sensoren 110 allgemein Bahnen vom Trägermaterial 113, 114, Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und ein drucksensitives Material 117, die in einer allgemeinen symmetrischen, übereinander geschichteten Beziehung (zum Beispiel eine Trägerbahn, Leiter und Elektroden angeordnet auf jeder Seite des drucksensitiven Material) gestaltet sind. Wie weiter unten im Detail diskutiert, können die Trägerbahnen 113, 114, Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und das drucksensitive Material 117 selektiv gestaltet sein, um leitende oder elektrische Eigenschaften der Sensoren 110 gemäß der während eines dynamischen Aufprallereignisses zu erwartenden Kräfte zu ändern.
Die ersten und zweiten Trägerbahnen 113, 114 können zum Beispiel gestaltet sein, um die Verkleidung 304 und das Basismaterial 306 relativ zur Oberfläche des Lenkrades 20 zu sein. Jede der Trägerbahnen 113, 114 kann aus einem halbstarren Bahnmaterial hergestellt sein. Zum Beispiel kann jede der Trägerbahnen 113, 114 eine Bahn aus Polyethylenterephthalat (PET) sein, die eine Dicke von ungefähr 50 μm aufweist. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen können die Trägerbahnen 113, 114 aus weiterem Material (zum Beispiel Polycarbonat, Polyamid, weiteren extrudierten Kunststoffmaterialien, Leder, weiteren Kunststoffen, Gewebe, Holz, verschiedene Materialien innerhalb einer Bahn, unterschiedliche Materialien für jede Bahn etc.) hergestellt sein oder andere Dicken (zum Beispiel zwischen ungefähr 25 μm und 250 μm, variierende Dicken für jede Bahn, unterschiedliche Dicken für jede Bahn etc.) aufweisen.
Jede der Leiter 111, 112 ist gestaltet, um elektrische Signale zwischen einem der Sensoren 110 und dem Regler oder Messvorrichtung zu leiten. Die Leiter sind aus einem leitenden Material wie Silber (Ag) hergestellt. Die Leiter 111, 112 können mittels eines Druckverfahrens, wie einem zwei- oder dreidimensionalen Tintenstrahldruck oder Siebdruck, Dampfabscheidung oder konventionellen Leiterdrucktechniken, wie Ätzen, Fotoätzung oder Fräsen mit den Trägerbahnen 113, 114 gekoppelt, darauf abgelagert oder angeordnet sein. Der Eingangsleiter 111 kann zum Beispiel mit einer inneren Oberfläche der ersten Trägerbahn 113 gekoppelt sein und der Ausgangsleiter 112 kann zum Beispiel mit einer inneren Oberfläche der zweiten Trägerbahn 114 gekoppelt sein. Die Leiter 111, 112 weisen eine Enddicke von weniger als ungefähr 25 μm auf. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen können die Leiter 111, 112 aus anderen Materialien (zum Beispiel Kupfer (Cu) oder weiteren leitenden Materialien, einer Kombination davon etc.) hergestellt sein, können aus voneinander unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, können eine unterschiedliche Enddicke aufweisen (zum Beispiel mehr oder weniger als ungefähr 25 μm, variierende Dicke für jeden Leiter, unterschiedliche Dicke oder unterschiedliche Leiter etc.) oder können durch andere Verfahren bereitgestellt werden.
Jede der Elektroden 115, 116 ist gestaltet, um effizient elektrische Signale zu oder von dem drucksensitiven Material 117 zu leiten. Die Elektroden 115, 116 sind aus einem leitenden Material wie Kohlenstoff (C) hergestellt. Die Elektroden 115, 116 können mittels einem Druckverfahren, wie einem zwei- oder dreidimensionalen Tintenstrahl- oder Siebdruckverfahren, Dampfabscheidung oder konventionelle Leiterdrucktechniken, wie Ätzen, Fotoätzung oder Fräsen jeweils mit den Leitern 111, 112 und/oder Trägerbahnen 113, 114 gekoppelt, darauf abgelagert oder angeordnet sein. Die Elektroden 115, 116 können eine Enddicke von weniger als ungefähr 25 μm aufweisen. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen können die Elektroden 115, 116 aus anderen Materialien hergestellt sein, können aus voneinander unterschiedlichen Materialien hergestellt sein, können eine unterschiedliche Enddicke (zum Beispiel ungefähr 25 μm oder mehr, variierende Dicke für jede Elektrode, unterschiedliche Dicke als andere Elektroden etc.) aufweisen, können durch unterschiedliche Verfahren bereitgestellt werden oder in einer unterschiedlichen Reihenfolge (zum Beispiel eine der Elektroden kann auf dem drucksensitiven Material 117 angeordnet werden) bereitgestellt werden.
Das drucksensitive Material 117 ist gestaltet, um Widerstand oder leitende/elektrische Eigenschaften in Reaktion auf darauf wirkende Kraft zu verändern. Insbesondere verhält sich das drucksensitive Material 117 im Wesentlichen wie ein Isolator, wenn keine Kraft oder Druck anweisend ist, und verringert den Widerstand, wenn mehr Druck oder Kraft anwesend ist. Zwischen niedrigen und hohen Kräften reagiert das drucksensitive Material 117 auf Kraft oder Druck in einer vorhersehbaren Weise, wobei sich der Widerstand mit zunehmender Kraft verringert. Diese Eigenschaften sind in der Kurve 900 der 9 gezeigt, welche die Widerstand-über-Kraft-Eigenschaften eines hierin beschriebenen Sensors 110 darstellt. 9 ist im weiteren Detail unten beschrieben.
Das drucksensitive Material 117 kann zum Beispiel ein leitendes Polymer aus Kohlenstoffnanoröhren sein. Das drucksensitive Material 117 ist auf eine der Elektroden 115, 116 durch ein Druckverfahren, wie zwei- oder dreidimensionales Tintenstrahldruck- oder Siebdruckverfahren, Dampfabscheidung oder konventionellen Leiterdrucktechniken, wie Ätzen, Fotoätzung oder Fräsen angebracht. Da drucksensitive Materialien 117 mit kleineren Partikelgrößen verwendet werden, wie das von Graphen oder graphenleitenden Polymeren, kann das drucksensitive Material 117 auch mittels konventioneller Leiterdrucktechniken, wie Dampfabscheidung, angebracht werden. Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das drucksensitive Material ein Polymermaterial aus Silicen dotiert mit einem Leiter, wie Silber oder Kupfer, sein.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen ist das drucksensitive Material ein Quantentunnelkomposit (QTC), welches ein drucksensitives Material mit variablen Widerständen ist, dass das Fowler-Nordheim Tunneln anwendet. QTC ist ein Material kommerziell hergestellt von Peratech (www.peratech.com) aus Brompton-on-Swale, GB. Das QTC-Material in den Sensoren 110 kann als ein Isolator fungieren, wenn kein Druck oder keine Kraft angewendet wird, da die leitenden Partikel zum Leiten zu weit voneinander sind, aber wenn Druck (oder Kraft) angewendet wird, bewegen sich die leitenden Partikel näher zu anderen leitenden Partikeln, so dass Elektronen die Isolatorschicht passieren können, wobei die Isolatorschicht verändert wird und der Widerstand des Sensors 110 sich ändert. Somit ist der Widerstand von QTC in den Sensoren 110 eine Funktion der auf dem Sensor 110 wirkenden Kraft oder des Drucks.
Die Trägerbahnen 113, 114 sind miteinander gekoppelt, um dem Sensorfilm 100 nach Abscheidung der Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und des drucksensitiven Materials 117 auszubilden. Die Trägerbahnen 113 können zum Beispiel zusammen laminiert sein, so dass die Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und das drucksensitive Material 117 in einer korrekten Ausrichtung sind. Das Laminierungsverfahren kann zum Beispiel ein konventionelles Verfahren unter Verwendung von Wärme und Druck sein. Klebstoffe können auch verwendet werden. Die Gesamtdicke des Sensorfilms 100 und/oder Sensoren 110 kann ungefähr 120 μm betragen. Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen können die Trägerbahnen 113, 114 zum Beispiel in anderer Weise miteinander gekoppelt sein (zum Beispiel Laminierung ohne Wärme oder Druck). Des Weiteren können der Sensorfilm 100 und/oder Sensoren 110 eine unterschiedliche Gesamtdicke aufweisen (zum Beispiel größer oder gleich ungefähr 70 μm).
Unter Bezugnahme auf die 9 wird jetzt eine Kurve 900 der Widerstand-über-Kraft-Eigenschaften eines Sensors 110 gezeigt. Der Widerstand des Sensors 110 ist auf der Y-Achse gezeigt und die auf dem Sensor 110 wirkende Kraft ist auf der X-Achse gezeigt. Bei relativ geringen Kräften (zum Beispiel am Punkt 910 unterhalb ungefähr 1 N) weist der Sensor 110 relativ hohe Widerstandseigenschaften auf (zum Beispiel ungefähr 300 kΩ oder höher), wobei er sich im Wesentlichen wie ein Isolator verhält. Bei relativ hohen Kräften (zum Beispiel 920 oberhalb ungefähr 3 N) weist der Sensor 110 relativ geringe Widerstandseigenschaften auf (zum Beispiel ungefähr 1 kΩ oder niedriger), so dass er im Wesentlichen das Verhalten eines Leiters erreicht. Zwischen ungefähr 1 N und 3 N weist der Sensor 110 Zwischenstufen des Widerstandes zwischen ungefähr 3 kΩ und 1 kΩ auf, der in einer vorhersehbaren Weise mit steigender Kraft abnimmt.
Die leitenden oder elektrischen Eigenschaften des Sensors 110 (das heißt, die Widerstand-über-Kraft-Eigenschaftskurve 900) kann gemäß der Auswahl von unterschiedlichen Materialien gestaltet werden und unterschiedliche Anordnungen der Trägerbahnen 113, 114, Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und drucksensitivem Material 117 bereitstellen. zum Beispiel, wie oben beschrieben, können die leitenden Schichten des Sensors 110 (das heißt, die Leiter 111, 112, Elektroden 115, 116 und drucksensitives Material 117) in unterschiedlicher Weise gestaltet sein, wie aus unterschiedlichen Materialien und/oder unterschiedlichen Dicken, um die leitenden oder elektrischen Eigenschaften des Sensors 110 zu ändern. Die Art des Materials kann auch verwendet werden, um die Eigenschaften des Sensors 110 einzustellen. Zum Beispiel kann ein spezifisches QTC-Material ausgewählt sein (zum Beispiel ein Polymer, eine Leitermischung etc.), um die leitenden oder elektrischen Eigenschaften zu beeinflussen.
Die Trägerbahnen 113, 114 können auch in unterschiedlicher Weise gestaltet sein, um die leitenden oder elektrischen Eigenschaften des Sensors 110 zu verändern. Zum Beispiel kann die relative Position der Trägerbahnen 113, 114 eingestellt werden. Bezug nehmend auf 8 können die Trägerbahnen 113, 114 in Bereichen nahe zum Sensor 110 beabstandet sein, um eine Spalte (wie gezeigt) zwischen dem drucksensitiven Material 117 und der Elektrode 115 bereitzustellen. Bei Bereitstellung einer Spalte muss eine ausreichende Kraft auf die Trägerbahnen 113, 114 einwirken, um einen entsprechenden Abstand vor der Einwirkung der Kräfte auf das drucksensitive Material zu überwinden. Somit Bezug nehmend auf die 9 können die Widerstand-über-Kraft-Eigenschaften des Sensors 110 nach rechts durch eine gewünschte Kraftvorspannung (das heißt Anzahl von Newton) durch Bereitstellung eines Spaltes mit einer bestimmten Größe (zum Beispiel 35 μm) entsprechend der Federkonstante der Trägerbahnen 113, 114 verlagert werden. Der Spalt kann zum Beispiel durch einen Klebstoff bereitgestellt werden, der zur Verbindung der Trägerbahnen 113, 114 verwendet wird. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der Sensor 110 mit einer Vorspannung versehen werden, um den entgegengesetzten Effekt eines Spaltes aufzuweisen, wie mit einer extern bereitgestellten physikalischen Last, wodurch die Widerstand-über-Kraft-Eigenschaften des Sensors 110 effektiv nach links verlagert werden.
Die leitenden oder elektrischen Eigenschaften des Sensors 110 können auch gemäß den für die Trägerbahnen 113, 114 verwendeten Materialen verändert werden. Eine steifere erste oder äußere Trägerbahn 113 kann bereitgestellt werden, wie durch Verwendung eines dickeren Materials oder eines unterschiedlichen Materials. Bei Verwendung einer steiferen äußeren Bahn 113 muss eine größere Kraft auf die äußere Trägerbahn 113 einwirken, um einen ähnlichen Abstand wie im Vergleich zu einem weniger steifen Material zu überwinden. Somit werden unter Bezugnahme auf die Kurve der 9 die Widerstand-über-Kraft-Eigenschaften des Sensors 110 nach rechts verlängert oder ausgeweitet (nicht verlagert), so dass für höhere Belastungsergebnisse stufenweise Änderungen der Kraft in größeren Änderungen des Widerstands resultieren, um eine akkuratere Detektion durch den Regler oder die Messvorrichtung zu ermöglichen. Die innere Bahn 114 kann auch gestaltet sein, um eine stabile Basis bereitzustellen und kann eine geringere, gleiche oder höhere Steifheit als die äußere Bahn 113 aufweisen.
Während die Sensoren 110 als auf Druckbelastungen reagierend beschrieben wurden, reagieren die Sensoren 110 auch auf Biegebelastungen, die ein Auslenken der Trägerbahnen 113, 114 und des drucksensitiven Materials 117 verursachen. Somit werden für eine einfache und/oder verlässliche Kalibrierung die Drucksensoren 110 allgemein in einer ebenen Anordnung gehalten, in der Messungen für Druckbelastungen wünschenswert sind. Gemäß weiteren beispielhaften Ausführungsformen können die Sensoren 110 in Anwendungen verwendet werden, in denen Messungen für Torsionsbelastungen wünschenswert sind.
In verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Hupsystem durch einen drucksensitiven Schalter aktiviert werden, um einen variablen Geräuschpegel in Abhängigkeit von der auf den Schalter angewendeten Kraft zu erzeugen. Bei Verwendung eines drucksensitiven Materials, dass in der Lage ist, eine Änderung im Widerstand mit einer Änderung des Druckes bereitzustellen, kann ein Hupsystem gestaltet sein, um es dem Fahrerairbag zu ermöglichen, starr mit hoher Genauigkeit befestigt zu werden, um eine engere Toleranz und begrenzte physikalische Bewegung von zwischen ca. 5 μm bis 0,5 mm zu ermöglichen. Die Verwendung von drucksensitivem Material kann auch eine variable Widerstandsausgangsleistung bereitstellen, um ein variables drucksensitives Hupsystem zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Lautstärke und/oder der Ton der Hupe basierend auf der Höhe des Druckes auf das drucksensitive Material eingestellt werden. Die Verwendung des drucksensitiven Materials kann auch eine verbesserte Ästhetik des Lenkrads oder Hubsystem bereitstellen.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in ein konventionelles Hupsystem integriert sein. Konventionelle Hupsysteme enthalten typischerweise bewegliche Strukturen mit zwei metallischen gegenüberliegenden Hupkontakten, die durch Federn getrennt sind. Die Federn definieren die Hupbedienungskraft. Der Abstand zwischen den Hupkontakten bestimmt die Verlagerung des Airbags, die erforderlich ist, um eine Berührung der Kontakte zu ermöglichen und somit die Hupe zu aktivieren. Die zwei metallischen Hupkontakte können durch ein drucksensitives Material ersetzt werden, das signifikant dünner sein kann als ein Kontaktspalt.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material an der Stelle eines konventionellen Hupsystems integriert sein. In solch einem System kann die einzige Bewegung des Fahrerairbags von den beim Airbagservice zu entfernenden Federn kommen, welche zur Unterstützung der Airbagmontage in das Lenkrad und für den Airbagservice verwendet werden. Der Airbag kann direkt mit dem Lenkrad unter Verwendung eines Schnappsystems befestigt werden. Zwei oder mehrere Federn können zwischen dem Lenkrad und dem Airbag mit einer vertikalen Kraft befestigt werden, die zum Einschnappen des Airbags in das Lenkrad überwunden werden muss. Das Schnappsystem kann eine geringe Höhe von Überbewegung benötigen, um den Airbag in das Lenkrad exakt einzuschnappen. Diese Überbewegung kann als der Federmechanismus für die Hupe verwendet werden. Das drucksensitive Material kann zwischen dem Lenkrad und dem Airbag eingeklemmt sein, und die Überbewegung als Federkraft verwenden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in die Fahrerabdeckung integriert sein, um die Biegung der Abdeckung für die Hupbedienung zu beobachten. Die Integration in die Airbagabdeckung kann ähnlich zu Membranhupen sein, aber das drucksensitive Material kann die Biegung über eine bestimmte Schwelle beobachten, um eine variable Ausgangsleistung zu aktivieren.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material zwischen der Fahrerairbagabdeckung und Halterbefestigungspunkten integriert sein, um die Bewegung zwischen der Abdeckung und dem Halter zu beobachten. Viele Fahrerairbagabdeckungen werden jetzt durch Einschnappen der Abdeckung in das Kunststoffhaltergehäuse montiert. Eine begrenzte Höhe von Überbewegung kann notwendig sein, um das Hupsystem korrekt zusammenzubauen. Das drucksensitive Material kann an der Überbewegung angebracht werden. Federkraft kann durch die Kissenpackung innerhalb des Airbagmoduls generiert werden.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in den Lenkradkranz integriert sein, um als ein Stoss-Hup-System zu wirken. Druck oberhalb einer spezifischen Kraft oder Schwellenkraft am Kranz kann das Hupsystem aktivieren (mit oder ohne variable Ausgangsleistung). Das drucksensitive Material kann in den kompletten 360° des Lenkradkranzes angebracht werden. Alternativ kann das drucksensitive Material an weniger als den vollen 360° des Kranzes angeordnet werden. Das Stoss-Hup-System kann die für normale Lenkmanöver oder Fahrbedienungen verwendeten Kräfte berücksichtigen und direkt die auf den Kranz angewendeten höheren Kräfte zur Aktivierung der Hupe beobachten.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in den Lenkradkranz zur Detektion der Handposition des Fahrers integriert sein. Wenn der Regler detektiert, dass der Fahrer nur eine Hand am Lenkrad hat, kann es visuelle, Audio- und/oder Schwingungsfeedbacks an den Fahrer bereitstellen, um den Fahrer zur Verwendung von beiden Händen zu veranlassen. Wenn der Regler detektiert, dass der Fahrer keine Hand an dem Lenkrad hat, kann es visuelle, Audio- und/oder Schwingungsfeedbacks bereitstellen, um zu versuchen, die Aufmerksamkeit des Fahrers zu erhalten. Alternativ oder zusätzlich kann der Regler den Fahrzeugmotor abbremsen, die Bremsen betätigen, ein Gefahrensignal erleuchten lassen und/oder ein Kommunikationssystem zur Kontaktierung von Rettungspersonal hervorrufen. Das drucksensitive Material kann in den vollen 360° des Lenkradkranzes angeordnet sein. Alternativ kann das drucksensitive Material bei weniger als den vollen 360° des Kranzes angeordnet sein, zum Beispiel an Positionen, an denen der Fahrer wahrscheinlich das Lenkrad hält.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in oder auf einen den Fahrerairbag umgebenden Aufkleber oder Blende integriert sein, um eine Befestigung des Airbagmoduls zu ermöglichen. Die Einfassung, Blende oder das Abziehbild können dann die Kraft oder den Druck beobachten. Die äußere Einfassung kann in das Airbagsystem eingebaut sein und kann das Lenkrad und den Airbagumfangsspalt abschirmen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann das drucksensitive Material in das Lenkrad nahe dem Airbagumfang integriert sein. Die Airbagabdeckung kann die Lenkradoberfläche überlappen (zum Beispiel Polyurethan, Leder etc.), so dass, wenn die Airbagabdeckung für die Hupe gedrückt wird, sich die Abdeckung in das darunterliegende am Lenkrad befestigte drucksensitive Material biegt, so dass die Hupe aktiviert wird.
Es ist anzumerken, dass gemäß der verschiedenen obigen beispielhaften Ausführungsformen das drucksensitive Material generell eine Änderung im Widerstand bereitstellt, die es einem Fahrzeugregler ermöglicht, eine Eingabe vom Fahrer zu erhalten, egal ob der Fahrer Handschuhe (oder andere Handabdeckungen) auf seinen oder ihren Händen hat oder nicht. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann das drucksensitive Material stattdessen gestaltet sein, um variable Kapazitäten basierend auf der Höhe des angewendeten Druckes bereitzustellen. In solchen Ausführungsformen kann der Nutzen der kapazitiven Sensoren angepasst werden, so dass der Fahrer Anweisungen eingeben kann, selbst wenn er oder sie Handschuhe tragen.
Gemäß weiterer beispielhafter Ausführungsformen kann derselbe Ansatz für verschiedene Arten von verschiedene Funktionen steuernde Schalter verwendet werden, enthaltend aber nicht begrenzt auf: Audiosysteme, HVAC-Systeme, Scheibenwischer, Bordcomputer, Telefon und Navigationssystem. Verschiedene Technologien können zur Herstellung von adaptiven Systemen verwendet werden, enthaltend aber nicht begrenzt auf: selektive Beleuchtung durch gemalte und geätzte Oberflächen, selektive Beleuchtung durch geschichtetes Siebdruckmaterial und programmierbare Symbole/Graphiken/Text auf elektronischen Anzeigen (zum Beispiel LCD, LED, OLED etc.).
Zusätzlich zu den oben erwähnten neuen Aspekten von drucksensitiven Schaltern durch Weglassen oder Reduzieren von mechanischen Komponenten wie Federn, Schiebe-/Presstasten etc. kann der Schalter robuster als derzeitige Designs sein. Der Schalter kann auch niedrigere Kosten aufgrund der reduzierten Zahl von Teilen aufweisen und kann eine verbesserte Benutzeroberfläche und Aussehen aufweisen.
Während das obige System als drucksensitives Material verwendend beschrieben ist, können in anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedliche Messmittel verwendet werden. Zum Beispiel können die Schalter Sensoren basierend auf Kapazität, Induktion oder Widerstand enthalten.
Wie hierin verwendet, sind die Formulierungen „annähernd”, „ungefähr”, „im Wesentlichen” und ähnliche Formulierungen dazu vorgesehen, eine breite Bedeutung in Übereinstimmung mit der durch einen Fachmann, den Gegenstand dieser Offenbarung betreffend, allgemeinen und akzeptierten Verwendung aufzuweisen. Der Fachmann, der diese Offenbarung prüft, sollte verstehen, dass diese Formulierungen dazu vorgesehen sind, eine Beschreibung von bestimmtes beschriebenen und beanspruchten Merkmalen ohne eine Beschränkung des Umfanges dieser Merkmale auf die präzise bestimmten numerischen Bereiche zu ermöglichen. Demnach sollten diese Formulierungen als Indikationen von nicht substantiellen oder unbedeutenden Modifikationen oder Veränderungen des beschriebenen und beanspruchten Gegenstandes interpretiert werden und als innerhalb des in den beigefügten Ansprüchen vorgetragenen Umfanges der Erfindung betrachtet werden.
Es sollte angemerkt werden, dass die hierin verwendete Formulierung „beispielhaft” zur Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen dazu vorgesehen ist, anzugeben, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Illustrationen von möglichen Ausführungsformen sind (und solch eine Formulierung nicht zur Suggerierung vorgesehen ist, dass solche Ausführungsformen notwendigerweise außergewöhnliche oder superlative Beispiele sind).
Die hierin verwendeten Formulierungen „gekoppelt”, „verbunden” und ähnliche bedeuten eine direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen zueinander. Solch eine Verbindung kann stationär (das heißt permanent) oder bewegbar (das heißt, entfernbar oder lösbar) sein. Solche Verbindung kann mit den zwei Elementen oder mit den zwei Elementen und jedem weiteren dazwischen liegenden Element, das einstückig als ein einzelner einheitlicher Körper miteinander oder mit den zwei Elementen und jedem weiteren dazwischen liegenden Element miteinander verbunden sind, bewirkt werden.
Referenzen hierin zu den Positionen der Elemente (das heißt „oben”, ”unten”, „oberhalb”, „unterhalb” etc.) werden lediglich zur Beschreibung der Orientierung von verschiedenen Elementen in den Figuren verwendet. Es ist anzumerken, dass die Orientierung der verschiedenen Elemente in Bezug zu anderen beispielhaften Ausführungsformen variieren kann und dass solche Variationen vorgesehen sind, von der vorliegenden Offenbarung mit eingeschlossen zu sein.
Es ist wichtig zu bemerken, dass der Aufbau und die Anordnung der Schaltersysteme, wie in den verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen gezeigt, lediglich illustrativ ist. Obwohl nur einige wenige Ausführungsformen im Detail in dieser Offenbarung beschrieben worden sind, wird der Fachmann, der diese Offenbarung prüft, leicht bemerken, dass weitere Modifikationen möglich sind (das heißt Variationen in Größe, Dimension, Struktur, Form und Proportionen der verschiedenen Elemente, Parameterwerte, Befestigungsanordnungen, Verwendung von Material, Farbe, Orientierung etc.), ohne grundlegend von der neuen Lehre und den Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstandes abzuweichen. Zum Beispiel können die einstückig geformten Elemente als vielfache Teile oder Elemente konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Zahl der diskreten Elemente oder Positionen kann verändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Sequenz von jedem Prozess oder Verfahrensschritt kann gemäß alternativer Ausführungsformen variiert oder umgeordnet werden. Andere Substitutionen, Modifikationen, Veränderungen oder Auslassungen können ebenfalls im Design, in den Verfahrensbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Ein Sensor zum Einbau in ein Lenkrad umfassend: ein auf einem Basismaterial des Lenkrads befestigtes drucksensitives Material, wobei das drucksensitive Material gestaltet ist, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Druckanwendung bereitzustellen, wobei der Regler eine Anweisung an ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereitstellt, wobei das drucksensitive Material mindestens einen variablen Widerstand und/oder mindestens eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes aufweist, wobei das elektrische Signal auf dem mindestens einen variablen Widerstand und/oder der mindestens einen variablen Kapazität basiert.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei das drucksensitive Material mindestens ein Quantentunnelkomposit, ein leitendes Polymer aus Kohlenstoff-Nanoröhren, ein leitendes Polymer aus Graphen und/oder ein leitendes Polymer aus dotiertem Silicene umfasst.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei das drucksensitive Material mehrere Druckzonen umfasst, die für unterschiedliche Funktionen gestaltet sind oder gestaltet sind, um unterschiedliche Arten von Benutzereingaben zu empfangen.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Sensor einen Schalter umfasst, der im Allgemeinen eben ist und keine erhöhten oder vertieften Bereiche aufweist.
Der Sensor nach Anspruch 1, des Weiteren mindestens ein Oberflächenmaterial, ein Anzeigefeld und/oder ein Berührungsfeld umfassend, die das drucksensitive Material überlagern oder an diesem befestigt sind.
Der Sensor nach Anspruch 5, wobei eine Oberfläche des Oberflächenmaterials mindestens einen erhöhten Bereich, Farbe, Textur und/oder Beschriftung umfasst, um eine Position und/oder Funktion des drucksensitiven Materials anzuzeigen.
Der Sensor nach Anspruch 1, des Weiteren eine Lichtquelle umfassend, die in der Nähe des drucksensitiven Materials befestigt ist, wobei die Lichtquelle gestaltet ist, um mindestens in Intensität, Form, Farbe und/oder Einstellung basierend auf der Höhe des auf das drucksensitive Material ausgeübten Druckes zu variieren.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Regler ein elektrisches Signal für einen Lautsprecher bereitstellt, um ein Geräusch oder akustischen Alarm bei Drücken des drucksensitiven Materials bereitzustellen, wobei sich zumindest die Lautstärke, der Ton, die Frequenz und/oder Einstellung des Geräusches basierend auf der Hohe des auf das drucksensitive Material ausgeübten Druckes ändert.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Regler ein elektrisches Signal für einen Betätiger bereitstellt, wobei der Betätiger eine Schwingung bereitstellt, wenn das drucksensitive Material gedrückt wird, wobei sich zumindest die Stärke, Einstellung und/oder Frequenz der Vibration basierend auf der Höhe des auf das drucksensitive Material ausgeübten Druckes ändert.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Regler die variablen Eigenschaften des elektrischen Signals verwendet, um variierende Anweisungen für das Fahrzeugsystem bereitzustellen, so dass eine Stärke der Betätigung des Fahrzeugsystems auf der Höhe des auf das drucksensitive Material ausgeübten Druckes basiert.
Der Sensor nach Anspruch 1, wobei der Sensor auf einer Nabe, Speiche oder Kranz des Lenkrades angeordnet ist.
Der Sensor nach Anspruch 1, des Weiteren ein Paar von Elektroden umfassend, die gestaltet sind, um das elektrische Signal zu empfangen und das Signal für den Regler bereitzustellen.
Der Sensor nach Anspruch 1, des Weiteren eine Lichtquelle umfassend, die gestaltet ist, um einen visuellen Hinweis auf die Funktion des Sensors bereitzustellen, wobei das Aufleuchten der Lichtquelle auf dem Kontext des Fahrzeuges und auf der Verfügbarkeit der Funktion des Sensors basiert.
Ein Meßsystem zum Einbau in ein Fahrzeug umfassend: ein oder mehrere Sensoren gestaltet zur Bereitstellung eines elektrischen Signals für einen Regler bei Betätigung, wobei der Regler eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischem Signal bereitstellt, wobei der eine oder die mehreren Sensoren umfassen: ein auf einem Basismaterial eines Bereiches des Fahrzeuges befestigtes drucksensitives Material, wobei das drucksensitive Material gestaltet ist, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Anwendung von Druck bereitzustellen, wobei der Regler eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereitstellt, wobei das drucksensitive Material mindestens einen variablen Widerstand und/oder mindestens eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes aufweist, wobei das elektrische Signal auf dem mindestens einen variablen Widerstand und/oder der mindestens einen variablen Kapazität basiert.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Sensor mehrere Druckzonen umfasst, die für unterschiedliche Funktionen gestaltet sind oder die gestaltet sind, um unterschiedliche Arten von Benutzereingaben zu erhalten.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Sensor einen Schalter umfasst, der im Allgemeinen eben ist und keine erhöhten oder vertieften Bereiche aufweist.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, des Weiteren mindestens ein Oberflächenmaterial, ein Anzeigenfeld und/oder ein Berührungsfeld umfassend, die das drucksensitive Material überlagern oder an diesem befestigt sind.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, des Weiteren mindestens eine Lichtquelle, die am Umfang des drucksensitiven Materials befestigt ist, einen Lautsprecher und/oder einen Betätigen umfassend, wobei zumindest die eine Lichtquelle, der Lautsprecher und/oder Betätiger gestaltet sind, um basierend auf der Höhe des auf das drucksensitive Material ausgeübten Druckes zu funktionieren.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Regler die variablen Eigenschaften des elektrischen Signals verwendet, um variierende Anweisungen für das Fahrzeugsystem bereitzustellen, so dass eine Stärke der Betätigung des Fahrzeugsystems auf der Höhe des auf das drucksensitiven Material angewendeten Druckes basiert.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Sensor auf einer Nabe, Speiche oder Kranz des Lenkrades angeordnet ist.
Das Meßsystem nach Anspruch 14, wobei der Sensor des Weiteren ein Paar von Elektroden umfasst, die gestaltet sind, um das elektrische Signal zu erhalten und das Signal dem Regler bereitzustellen.
Ein Lenkrad umfassend: ein Basismaterial, und ein Sensor gestaltet, um ein elektrisches Signal für einen Regler bei Betätigung bereitzustellen, wobei der Regler eine Anweisung für ein Fahrzeugsystem basierend auf dem elektrischen Signal bereitstellt, wobei der Sensor umfasst: ein auf einem Basismaterial des Lenkrads befestigtes drucksensitives Material, wobei das drucksensitive Material gestaltet ist, um das elektrische Signal bei Anwendung von Druck bereitzustellen, wobei das drucksensitive Material mindestens einen variablen Widerstand und/oder mindestens eine variable Kapazität basierend auf der Höhe oder der Art des auf das Material angewendeten Druckes umfasst, wobei das elektrische Signal auf dem mindestens einen variablen Widerstand und/oder der einen variablen Kapazität basiert.