DE19927464B4 - Steering wheel with feeler elements - Google Patents

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Abstract

Lenkrad mit Tastelementen zur Betätigung von elektrisch ansteuerbaren Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug, wobei die Tastelemente piezoelektrische Drucksensoren sind und die Drucksensoren (3; 5, 6) sich direkt unter einer aus einem elastisch nachgiebigem Material bestehenden Lenkradbeschichtung (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Lenkradbeschichtung (7) im Bereich der Drucksensoren (3; 5, 6) eine fühlbare, von der sonstigen Oberfläche abweichende Oberflächenstruktur (9) hat.steering wheel with feeler elements for actuation electrically controllable devices in a motor vehicle, wherein the sensing elements are piezoelectric pressure sensors and the Pressure sensors (3; 5, 6) are located directly under one of an elastic compliant material existing steering wheel coating (7) extend, characterized characterized in that the surface the steering wheel coating (7) in the region of the pressure sensors (3, 5, 6) a tactile, from the other surface different surface structure (9).

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Lenkrad mit Tastelementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a steering wheel with feeler elements according to the preamble of claim 1.

Aus Sicherheitsgründen und um einen verbesserten Bedienungskomfort zu erreichen, können am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs Tastelemente angeordnet werden, mit denen beispielsweise die Funktionen eines Autoradios gesteuert werden können. Grundsätzlich können über am Lenkrad angeordnete Tastelemente eine Vielzahl von unterschiedlichen elektrisch ansteuerbaren Einrichtungen betätigt werden, wie dies in der DE 298 06 461 U1 beschrieben ist. Als Tastelemente werden dort kapazitive Bedienerfolien in Form eines Multifunktions-Bedienerfeldes im Bereich des Pralltopfs des Lenkrades angeordnet. Problematisch ist bei derartigen kapazitiven Tastelementen, dass auch ungewollte Berührungen eine ungewollte Betätigung der entsprechenden elektrischen Einrichtung zur Folge haben können.For safety reasons and to achieve improved ease of use, scanning elements can be arranged on the steering wheel of a motor vehicle with which, for example, the functions of a car radio can be controlled. Basically, a plurality of different electrically controllable devices can be actuated via arranged on the steering wheel sensing elements, as shown in the DE 298 06 461 U1 is described. Capacitive operator foils in the form of a multifunction operator panel in the region of the impact pot of the steering wheel are arranged there as feeler elements. The problem with such capacitive sensing elements that even unwanted touches may result in an unwanted operation of the corresponding electrical device.

Aus der DE 196 25 966 A1 ist eine am Lenkrad eines Kraftfahrzeugs angeordnete Schaltergruppe bekannt, die aus mehreren Druckschaltern mit kugelcalottenförmigen Tasten besteht. Derartige Druckschalter sind mechanisch aufwendig und erfordern eine gezielte Betätigungsbewegung, die einen Fahrer vom Verkehrsgeschehen ablenken kann.From the DE 196 25 966 A1 is a arranged on the steering wheel of a motor vehicle switch group is known, which consists of several pushbuttons with kugelcalottenförmigen keys. Such pressure switches are mechanically complex and require a targeted actuation movement that can distract a driver from the traffic.

Die Schrift DE 197 39 626 A1 beschreibt für ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug, die Verwendung einer Innenseite eines Lenkkranzes und von annähernd horizontalen Speichen eines Lenkrades eines Kraftfahrzeuges. Hierbei sind die elektrischen Schalter auf dem inneren Bereich des Lenkkranzes und/oder in und an dem Lenkkranz angrenzenden Bereichen der Speichen im Zugriffsbereich einer an dem Lenkrad anliegenden Hand angeordnet. Der mechanische Aufbau dieser Druckschalter ist komplex und die Oberfläche ist haptisch nicht vom übrigen Lenkradbereich unterscheidbar.The font DE 197 39 626 A1 describes for a steering wheel for a motor vehicle, the use of an inner side of a steering wheel and of approximately horizontal spokes of a steering wheel of a motor vehicle. In this case, the electrical switches are arranged on the inner region of the steering rim and / or in and on the steering rim adjacent areas of the spokes in the access area of a hand applied to the steering wheel. The mechanical structure of these pressure switches is complex and the surface is haptically indistinguishable from the rest of the steering wheel range.

Die US-Schrift 5 539 259 A beschreibt neben der Verwendung eines veränderbaren Widerstands zum Auslösen der Hupfunktion in einem Fahrzeug auch den Einsatz eines piezoelektrischen Bauteils, das sich im Bereich des Pralltopfs befindet. Während die Ausgestaltung als Bauteil, das während der Herstellung des Pralltopfs eingelegt und eingespritzt wird, einen hohen fertigungstechnischen Aufwand erfordert, setzt die alternative Lösung mit Piezosensor im Inneren des Pralltopfs die zusätzliche Verwendung von vier Abstandsbolzen voraus. Die Oberfläche im Druckbereich ist haptisch nicht abgegrenzt gegenüber der übrigen Oberfläche des Pralltopfs. Durch zusätzliche Ausgestaltung des Symbols für ein Hupsignal wird der Druckbereich optisch hervorgehoben.The US Pat. No. 5,539,259 A describes in addition to the use of a variable resistor for triggering the Hupfunktion in a vehicle and the use of a piezoelectric component, which is located in the baffle pot. While the design as a component which is inserted and injected during the production of the baffle pot, requires a high production outlay, the alternative solution with piezo sensor inside the baffle pot requires the additional use of four standoffs. The surface in the printing area is not haptically delimited with respect to the remaining surface of the baffle. By additionally designing the symbol for a horn signal, the print area is highlighted optically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lenkrad mit Tastelementen zur Betätigung von elektrisch ansteuerbaren Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, wobei die Tastelemente möglichst einfach aufgebaut sein sollenOf the Invention is based on the object, a steering wheel with feeler elements for operation of electrically controllable devices in a motor vehicle to create, where the feeler elements are as simple as possible should

Die Lösung dieser Aufgabe erhält man durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.The solution receives this task one by the features specified in claim 1.

Die als Folien ausgebildeten Drucksensoren befinden sich vorzugsweise direkt unter der aus einem elastisch nachgiebigen Material bestehenden Lenkradbeschichtung.The formed as films pressure sensors are preferably directly under the steering wheel coating made of an elastically yielding material.

Somit lassen sich die Drucksensoren weitgehend gegenüber Umgebungseinflüssen schützen und es werden störende Oberflächenunterbrechungen in Form von Fugen im Bereich der Drucksensoren vermieden. Damit die Drucksensoren eindeutig vom Fahrer erkannt bzw. gefühlt werden können, ist die Oberfläche der Beschichtung im Bereich der Drucksensoren vorzugsweise mit fühlbaren Oberflächenstrukturen ausgestattet. Jeder Drucksensor kann dabei eine andere Oberflächenstruktur haben, so dass der Fahrer nicht nur anhand der Position des Drucksensors, sondern auch anhand seiner Oberflächenstruktur einen bestimmten Drucksensor erkennen kann.Consequently the pressure sensors can be largely protected against environmental influences and it will be disturbing surface disruption avoided in the form of joints in the field of pressure sensors. In order to the pressure sensors are clearly recognized or felt by the driver can, is the surface the coating in the field of pressure sensors preferably with tactile surface structures fitted. Each pressure sensor can have a different surface structure so that the driver is not limited to the position of the pressure sensor, but also a specific one based on its surface structure Pressure sensor can detect.

Die Verwendung von piezoelektrischen Drucksensoren stellt sicher, dass ein Tastelement nur dann betätigt wird, wenn ein ausreichend starker Druck auf den Drucksensor ausgeübt wird. Außerdem ist ein solcher Drucksensor in seinem Aufbau äußerst einfach, und er kann insbesondere in beliebiger Form und Größe ausgebildet sein.The Using piezoelectric pressure sensors ensures that a probe element only then actuated when a sufficiently strong pressure is exerted on the pressure sensor. Furthermore Such a pressure sensor is extremely simple in construction, and it can be formed in particular in any shape and size.

Besonders vorteilhaft ist es derartige Drucksensoren als piezoelektrische Folien auszubilden, die sich an die unterschiedlichen Oberflächenform des Lenkrads anpassen können. Es lassen sich damit flächige Drucksensoren praktisch an jeder beliebigen Stelle des Lenkrads anordnen.Especially It is advantageous such pressure sensors as piezoelectric Form films that are adapted to the different surface shape of the Steering wheel can adjust. It can thus be flat Pressure sensors virtually anywhere on the steering wheel Arrange.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Anordnung der Drucksensoren räumlich voneinander abgesetzt in einen Aktivierungsbereich und einen Steuerungsbereich unterteilt ist. Dabei kann der Aktivierungsbereich so positioniert sein, dass im normalen Lenkbetrieb eine ungewollte Betätigung des Aktivierungsbereichs vermieden wird. Erst eine gezielte Betätigung des Aktivierungsbereichs aktiviert den Steuerungsbereich, an dem dann die gewünschten Steuerfunktionen durch Betätigung der Drucksensoren im Steuerungsbereich ausgeführt werden können. Am Aktivierungsbereich kann auch eine Auswahl in der Weise erfolgen, dass dem Steuerungsbereich unterschiedliche Funktionsbereiche zugeordnet werden können. Beispielsweise können dem Steuerungsbereich die Radiofunktionen oder Innenbeleuchtungsfunktionen oder die Funktionen eines Bordcomputers wahlweise durch entsprechende Betätigung der Drucksensoren im Aktivierungsbereich zugeordnet werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the arrangement of the pressure sensors is spatially separated from each other into an activation area and a control area. In this case, the activation area can be positioned so that an unwanted actuation of the activation area is avoided in normal steering operation. Only a targeted actuation of the activation area activates the control area, at which the desired control functions can then be performed by actuating the pressure sensors in the control area. The activation area can also be selected in such a way that different functional areas can be assigned to the control area. For example, the control area may be the Ra diofunktionen or Innenbeleuchtungsfunktionen or the functions of an on-board computer are optionally assigned by appropriate actuation of the pressure sensors in the activation area.

Der Aktivierungsbereich kann in vorteilhafter Weise am Lenkrad radial weiter innen als der in einem äußeren Ringraum angeordnete Steuerungsbereich positioniert sein. Die Drucksensoren des Aktivierungsbereichs können beispielsweise an den Speichen und die Drucksensoren des Steuerungsbereichs am Lenkradkranz angeordnet sein.Of the Activation area can be beneficial on the steering wheel radially further inside than in an outer annulus arranged control area to be positioned. The pressure sensors of the activation area for example, on the spokes and the pressure sensors of the control area be arranged on the steering wheel rim.

Eine weitere Sicherheitsmaßnahme sieht vor, dass wenigstens ein Teil der Drucksensoren nur bei Geradeausfahrt oder einem geringen Lenkwinkel und/oder geringer Lenkwinkelgeschwindigkeit betätigbar ist. Es wird dabei davon ausgegangen, dass bei einer Kurvenfahrt mit entsprechendem Lenkeinschlag und/oder Lenkbewegungen beispielsweise die Bedienung des Autotelefons über die Drucksensoren nicht sinnvoll ist, da dies ein Sicherheitsrisiko darstellen würde. Die entsprechenden Steuerungsfunktionen sind daher in einer solchen Verkehrssituation gesperrt. Die zur Betätigung der Blinker vorzugsweise separat am Lenkrad angeordneten Drucksensoren können jedoch weiterhin freigegeben sein, damit der Fahrer in jeder Situation den Blinker ein- oder ausschalten kann.A further safety measure provides that at least some of the pressure sensors only when driving straight ahead or a low steering angle and / or low steering angular velocity actuated is. It is assumed that when cornering with appropriate steering angle and / or steering movements, for example, the Operation of the car phone over the pressure sensors does not make sense, as this represents a security risk would. The corresponding control functions are therefore in such Traffic situation locked. The for operating the turn signal preferably However, separately arranged on the steering wheel pressure sensors can still be released so that the driver can turn the turn signal on or off in any situation can.

Damit die sehr häufig zu betätigenden Drucksensoren für die Blinkfunktion vom Fahrer in jeder Situation eindeutig betätigt werden können, sind diese Drucksensoren vorzugsweise abgesetzt von den übrigen Drucksensoren angeordnet. Die Drucksensoren für die Blinkfunktion können an der Unterseite oder unten am Lenkrad angeordnet sein.In order to the very common to be operated Pressure sensors for the flashing function is clearly operated by the driver in every situation can, These pressure sensors are preferably offset from the other pressure sensors arranged. The pressure sensors for the flashing function can be arranged at the bottom or at the bottom of the steering wheel.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The Invention will now be described with reference to a drawing embodiment explained in more detail.

Es zeigen:It demonstrate:

1 eine vereinfachte Darstellung eines Lenkrades mit mehreren Drucksensoren und 1 a simplified representation of a steering wheel with multiple pressure sensors and

2 eine Teilansicht des Querschnitts entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1. 2 a partial view of the cross section along the section line AA according to 1 ,

Das in 1 dargestellte Lenkrad 1 besitzt an seinem Lenkradkranz 2 insgesamt acht Drucksensoren 3 und an den Lenkradspeichen 4 weitere zwei Drucksensoren 5, 6. Sämtliche Drucksensoren 3, 5, 6 sind als schraffierte Berührungsflächen dargestellt, die im schraffierten Bereich unterschiedliche Oberflächenstrukturen aufweisen können. Die Oberfläche der Drucksensoren 3, 5, 6 kann aus einem elastischen Lenkradüberzug, beispielsweise aus einer Lenkradbeschichtung aus Kunststoff oder Leder, bestehen.This in 1 illustrated steering wheel 1 owns at his steering wheel rim 2 a total of eight pressure sensors 3 and at the steering wheel spokes 4 another two pressure sensors 5 . 6 , All pressure sensors 3 . 5 . 6 are shown as hatched contact surfaces, which may have different surface structures in the hatched area. The surface of the pressure sensors 3 . 5 . 6 may consist of an elastic steering wheel cover, for example, a steering wheel coating of plastic or leather.

Die am Lenkrad 1 angeordneten Drucksensoren sind in einen Steuerungsbereich und einen Aktivierungsbereich unterteilt, wobei die Drucksensoren 3 den Steuerungsbereich und die Drucksensoren 5, 6 den Aktivierungsbereich bilden. Es können zusätzlich auch noch separate Drucksensoren am Lenkrad 1 angeordnet sein, beispielsweise an der hier nicht sichtbaren Unterseite des Lenkrades 1. Derart separat angeordnete Drucksensoren können beispielsweise zur Betätigung der Blinker vorgesehen sein.The on the steering wheel 1 arranged pressure sensors are divided into a control area and an activation area, wherein the pressure sensors 3 the control area and the pressure sensors 5 . 6 form the activation area. There may also be additional pressure sensors on the steering wheel 1 be arranged, for example, on the underside of the steering wheel not visible here 1 , Such separately arranged pressure sensors may be provided for example for actuating the turn signals.

Über die Drucksensoren 5, 6 des Aktivierungsbereichs lassen sich den Drucksensoren 3 des Steuerungsbereichs unterschiedliche Steuerungsfunktionen zuordnen. So kann beispielsweise durch Betätigung des Drucksensors 5 den Drucksensoren 3 der Funktionsbereich „Autoradio" oder der Funktionsbereich „Autotelefon" wahlweise zugeordnet werden. Durch Betätigung des Drucksensors 6 läßt sich der gesamte Steuerungsbereich mit den Drucksensoren 3 deaktivieren.About the pressure sensors 5 . 6 of the activation range can be the pressure sensors 3 assign different control functions to the control area. For example, by pressing the pressure sensor 5 the pressure sensors 3 the function area "car radio" or the function area "car phone" can be assigned as desired. By pressing the pressure sensor 6 can the entire control area with the pressure sensors 3 deactivate.

Wie in der Schnittansicht von 2 ersichtlich, ist der im Schnitt dargestellte Drucksensor 3 als dünnwandige, druckempfindliche piezoelektrische Folie ausgebildet, bei der aufgrund einer auf sie ausgeübten Druckänderung und einer damit verbundenen Deformierung auf den Folienoberflächen eine Ladungsverschiebung auftritt. Diese Ladungsverschiebung wird in an sich bekannter Weise als elektrisches Signal in einer Steuereinheit erkannt, so daß die Steuereinheit einen entsprechenden Schaltvorgang oder Steuerungsvorgang vornehmen kann.As in the sectional view of 2 can be seen, is the pressure sensor shown in section 3 formed as a thin-walled, pressure-sensitive piezoelectric film, in which due to a pressure change applied thereto and an associated deformation on the film surfaces, a charge displacement occurs. This charge shift is detected in a conventional manner as an electrical signal in a control unit, so that the control unit can make a corresponding switching operation or control process.

Die Lenkradbeschichtung 7 schließt die den Drucksensor 3 bildende piezoelektrische Folie 8 ein und hat an ihrer Oberfläche im Bereich des Drucksensors 3 eine fühlbare Oberflächenstruktur 9 in Form von kleinen punktförmigen Erhebungen.The steering wheel coating 7 closes the pressure sensor 3 forming piezoelectric film 8th and has on its surface in the area of the pressure sensor 3 a tactile surface structure 9 in the form of small punctiform elevations.

Die Drucksensoren 3, 5, 6 (1) können in bestimmten Verkehrssituationen zum Teil oder allesamt gesperrt sein, so daß eine Aktivierung in einer solchen Verkehrssituation nicht mehr möglich ist. Beispielsweise können bei starken Lenkbewegungen, die über einen den Winkeleinschlag des Lenkrades 1 angebenden Winkelmesser an eine Steuerung gemeldet werden, Drucksensoren von der Steuerung gesperrt werden. Die Steuerung gibt die Drucksensoren dann erst wieder frei, wenn keine Lenkbewegungen mehr stattfinden und ein geringer Lenkwinkel oder eine geringe Lenkwinkelgeschwindigkeit oder Geradeausfahrt festgestellt wird. Diese Maßnahmen lassen sich in einem sogenannten Steer-by-wire-System praktisch ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand realisieren, da die zur Ermittlung der Lenkbewegung erforderliche Sensorik bereits vorhanden ist.The pressure sensors 3 . 5 . 6 ( 1 ) may be partially or completely blocked in certain traffic situations, so that activation in such a traffic situation is no longer possible. For example, in the case of strong steering movements that exceed one the angle of the steering wheel 1 indicating goniometer to be reported to a controller, pressure sensors are locked by the controller. The controller then releases the pressure sensors only when no more steering movements take place and when a low steering angle or a low steering angle speed or straight-ahead driving is detected. These measures can be implemented in a so-called steer-by-wire system practically without additional design effort, since the required for determining the steering movement sensor is already present.

11
Lenkradsteering wheel
22
Lenkradkranzsteering wheel rim
33
Drucksensorenpressure sensors
44
Lenkradspeichensteering wheel spokes
55
Drucksensorenpressure sensors
66
Drucksensorenpressure sensors
77
Lenkradbeschichtungsteering wheel coating
88th
piezoelektrische Foliepiezoelectric foil
99
Oberflächenstruktursurface structure

Claims (10)

Lenkrad mit Tastelementen zur Betätigung von elektrisch ansteuerbaren Einrichtungen in einem Kraftfahrzeug, wobei die Tastelemente piezoelektrische Drucksensoren sind und die Drucksensoren (3; 5, 6) sich direkt unter einer aus einem elastisch nachgiebigem Material bestehenden Lenkradbeschichtung (7) erstrecken, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Lenkradbeschichtung (7) im Bereich der Drucksensoren (3; 5, 6) eine fühlbare, von der sonstigen Oberfläche abweichende Oberflächenstruktur (9) hat.Steering wheel with feeler elements for actuating electrically controllable devices in a motor vehicle, wherein the feeler elements are piezoelectric pressure sensors and the pressure sensors ( 3 ; 5 . 6 ) directly under a steering wheel coating made of an elastically yielding material ( 7 ), characterized in that the surface of the steering wheel coating ( 7 ) in the area of the pressure sensors ( 3 ; 5 . 6 ) a tactile, deviating from the other surface surface structure ( 9 ) Has. Lenkrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Drucksensor (3; 5, 6), an seiner Tastfläche eine fühlbar andere Oberflächenstruktur (9) hat.Steering wheel according to claim 1, characterized in that each pressure sensor ( 3 ; 5 . 6 ), a palpably different surface structure ( 9 ) Has. Lenkrad nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoren (3; 5, 6) an eine Oberflächenform des Lenkrades (1) angepasste piezoelektrische Folien (8) sind.Steering wheel according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure sensors ( 3 ; 5 . 6 ) to a surface shape of the steering wheel ( 1 ) adapted piezoelectric films ( 8th ) are. Lenkrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Drucksensoren (3; 5, 6) räumlich voneinander abgesetzt in einen Aktivierungsbereich und in einen Steuerungsbereich unterteilt ist.Steering wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement of the pressure sensors ( 3 ; 5 . 6 ) is spatially separated into an activation area and into a control area. Lenkrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Aktivierungsbereich am Lenkrad radial weiter innen als der in einem äußeren Ringraum angeordnete Steuerungsbereich befindet.Steering wheel according to claim 4, characterized that the activation area on the steering wheel radially further inside as the one in an outer annulus arranged control area is located. Lenkrad nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoren (5, 6) des Aktivierungsbereichs zur Aktivierung und/oder Auswahl unterschiedlicher, den Drucksensoren (3) des Steuerungsbereichs zuzuordnenden Funktionsbereiche dienen.Steering wheel according to one of claims 4 or 5, characterized in that the pressure sensors ( 5 . 6 ) of the activation area for activating and / or selecting different, the pressure sensors ( 3 ) of the control area to be assigned functional areas. Lenkrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Drucksensoren (3; 5, 6) nur bei Geradeausfahrt oder einem geringen Lenkwinkel und/oder geringer Lenkgeschwindigkeit betätigbar ist.Steering wheel according to one of the preceding claims, characterized in that at least a part of the pressure sensors ( 3 ; 5 . 6 ) is operable only when driving straight or a small steering angle and / or low steering speed. Lenkrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Blinkfunktion räumlich separat angeordnete Drucksensoren am Lenkrad (1) vorgesehen sind.Steering wheel according to one of the preceding claims, characterized in that for the flashing function spatially separately arranged pressure sensors on the steering wheel ( 1 ) are provided. Lenkrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoren für die Blinkfunktion als einzige an der Unterseite des Lenkrades (1) angeordnet sind.Steering wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the pressure sensors for the flashing function as the only on the underside of the steering wheel ( 1 ) are arranged. Lenkrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drucksensoren für die Blinkfunktion am in Geradeausstellung befindlichen Lenkrad (1) unten angeordnet sind.Steering wheel according to claim 8, characterized in that the pressure sensors for the flashing function on the steering wheel in the straight-ahead position ( 1 ) are arranged below.
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