ТАКТИЛЬНЫЙ УЗЕЛ
TACTILE ASSEMBLY

Настоящее изобретение принадлежит к тактильному узлу для сиденья транспортного средства, в частности к узлу тактильной навигации и/или предупреждения, к тактильной системе и к сиденью транспортного средства, содержащему тактильный узел или тактильную систему.
Известны тактильные узлы для сидений транспортных средств.
US2014/0008948 раскрывает вибрирующую сигнализирующую вставку для сидений транспортных средств. Сиденье включает в себя поролоновую подушку и, по меньшей мере, один узел мотора рядом с поверхностью подушки. Узел мотора включает в себя множество ячеек-преобразователей.
Поролоновая подушка включает в себя предварительно сформированное углубление, в которое помещается вибрирующая сигнализирующая вставка. Альтернативно, ячейки-преобразователи могут быть заключены в резиновую вставку.
DE102013211029 A1 относится к сигнализирующей системе для автомобиля, имеющей улучшенное средство крепления актуатора. Сиденье содержит по меньшей мере два актуатора. Актуаторы размещаются в корпусе, который, в свою очередь, помещается в многоступенчатую полость обивки, которая соответствует форме корпуса.
US6744370 B1 направлен на вибротактильную систему сигнализации и массирования, объединенную в мягкую набивку для сиденья транспортного средства. Система включает в себя множество моторизированных вибраторов. Система может быть размещена на сиденье или быть встроена в него.
Однако ни одна из известных систем не обеспечивает размещение актуатора, которое предоставляет возможность высоко локализованного и сильного тактильного сигнализирования.
Целью настоящего изобретения является предоставление улучшенного тактильного узла, особенно в отношении предоставления сильных и локально ограниченных сигналов пассажиру сиденья транспортного средства. В одном варианте осуществления сигналы локально ограничиваются таким образом, чтобы обеспечивать возможность предоставления навигационных инструкций. Предпочтительно, тактильный узел предоставляет тактильные сигналы, которые являются достаточно специфическими, чтобы предоставлять навигационные инструкции поворот за поворотом пользователю без использования звуковых инструкций.
Изобретение реализует эту цель, предоставляя тактильный узел для сиденья транспортного средства или для чехла, помещаемого на сиденье транспортного средства, содержащий по меньшей мере один тактильный актуатор (5), по меньшей мере два опорных слоя и матричный слой (1), содержащий по меньшей мере одну полость (2), при этом тактильный актуатор (5) размещается на первом опорном слое (3), а первый опорный слой (3) размещается протягивающимся внутрь полости (2) без соприкосновения с дном полости (6), и актуатор (5) размещается на первом опорном слое (3) в полости (2) так, что он не соприкасается с боковыми стенками или дном полости (6), и отверстие полости (7) закрывается вторым опорным слоем (4).
Фиг.1 предоставляет вид в поперечном разрезе варианта осуществления тактильного узла согласно изобретению.
Полость (2) формируется как углубление в матричном слое (1). Первый опорный слой (3) протягивается внутрь полости. Второй опорный слой (4) покрывает отверстие полости (7) и размещается над первым опорным слоем. На первом опорном слое (3) размещается актуатор (5). Дно полости указывается ссылкой (6).
Вследствие размещения тактильных актуаторов настоящего изобретения, которые "плавают" между первым и вторым опорным слоем в полости, тактильные актуаторы не зажимаются матричным материалом, формирующим полость. Даже когда сиденье транспортного средства занято и сдавливается, тактильный актуатор не будет, или практически не будет, соприкасаться с дном или боковыми стенками полости, и предпочтительно, актуатор не будет (даже через первый опорный слой) соприкасаться с дном и боковыми стенками полости. Это устраняет распространение тактильного сигнала через более крупные области сиденья.
Тактильный узел настоящего изобретения может быть встроен в сиденье транспортного средства, или он может быть помещен поверх сиденья транспортного средства, таким образом, формируя по меньшей мере частичное покрытие сиденья транспортного средства.
Первый опорный слой может быть слоем текстильного полотна, который содержит или состоит из естественных и/или синтетических волокон. Второй опорный слой может быть слоем текстильного полотна, который содержит или состоит из естественных и/или синтетических волокон.
Одно или сочетание следующих волокон могут быть использованы в слое текстильного полотна:
полиэфирное волокно, полиамидное волокно или эластомерные волокна (например, спандекс).
Альтернативно, один из двух опорных слоев может быть выполнен из фольги, пленки, натуральной кожи или искусственной кожи.
Предпочтительно, первый опорный слой является слоем растягивающегося текстильного полотна, а второй опорный слой либо также является слоем текстильного полотна, либо выполнен из кожи.
Когда опорный слой, используемый в узле, является слоем текстильного полотна, он может быть трикотажным, плетеным, тканым, нетканым, войлочным или скрепленным полотном, предпочтительно слой текстильного полотна является трикотажным.
В одном варианте осуществления первый опорный слой имеет более высокую эластичность, чем второй опорный слой. Это означает, что в контексте узла изобретения первый опорный слой не будет уменьшать эластичность второго опорного слоя. Предпочтительно, первый опорный слой имеет высокую эластичность в многочисленных, предпочтительно всех, направлениях, приводя в результате к растяжимости во множестве направлений. В одном варианте осуществления эластичность первого и второго опорного слоя в сочетании вынуждает тактильный актуатор подвешиваться между первым и вторым опорным слоем.
Первый и второй опорный слой обычно помещаются один поверх другого, с актуатором, размещенным между обоими слоями. В некоторых вариантах осуществления один или более дополнительных слоев, по меньшей мере, в некоторых областях вставляются между первым и вторым опорным слоем. Когда первый и второй опорный слой находятся в непосредственном соприкосновении друг с другом, они могут быть присоединены друг к другу, например, посредством клея. Это имеет преимущество в том, что актуатор, размещенный между ними, даже лучше закрепляется в своем местоположении.
Дополнительные слои могут также присутствовать между матричным слоем и первым опорным слоем или быть интегрированы в матричный слой. Например, слой, содержащий нагревательные устройства сиденья (например, мат или подкладку, содержащую нагревательные провода), может быть размещен между матричным слоем и первым опорным слоем.
В предпочтительном варианте осуществления, по меньшей мере, область первого опорного слоя и/или второго опорного слоя имеет модуль Юнга, равный по меньшей мере 1 ГПа, предпочтительно, модуль Юнга, равный по меньшей мере 5 ГПа, более предпочтительно - по меньшей мере 10 ГПа, предпочтительно, упомянутая область локализуется в области узла, которая покрывает или окружает отверстие полости, или которая является по меньшей мере его частью. Модуль Юнга ссылается на эластичность слоя (например, текстильного полотна), а не волокон, содержащихся в слое. Более предпочтительно, область первого и/или второго опорного слоя, имеющая более высокий модуль Юнга, является такой же, что и область поверхности отверстия полости, и размещается поверх отверстия полости. В одном варианте осуществления область первого и/или второго опорного слоя, имеющая модуль Юнга, равный по меньшей мере 1 ГПа, самое большее на 25%, более предпочтительно - на 10% больше или меньше области поверхности отверстия полости.
Предпочтительно, модуль Юнга для этих областей, по меньшей мере, вдвое выше модуля Юнга остального опорного слоя.
Область опорного слоя, имеющая более высокую эластичность, может быть реализована посредством объединения локально различных материалов в опорный слой или посредством формирования опорного слоя другим образом (например, другим плетением или узором вязания).
Альтернативно, материал, имеющий модуль Юнга, равный по меньшей мере 1 ГПа, предпочтительно, модуль Юнга, равный по меньшей мере 5 ГПа, более предпочтительно - по меньшей мере 10 ГПа, может быть присоединен к первому и/или второму опорному слою в соответствующих областях. Альтернативно, вышеописанные области могут быть выполнены из материала, имеющего более высокую плотность, чем остальной опорный слой (т.е., часть опорного слоя не в непосредственной близости к полостям).
Альтернативно, вышеописанные области могут также состоять из материала, имеющего более низкий модуль Юнга, чем окружающие части второго опорного слоя. Это может быть реализовано посредством замены частей второго опорного слоя в этих областях текстильным полотном, имеющим более низкий модуль Юнга.
Когда сиденье транспортного средства покрывается кожей, может быть использован альтернативный вариант осуществления. Кожа обычно имеет модуль Юнга приблизительно 0,1-0,5 ГПа, предоставляющий возможность распространения тактильного сигнала по сиденью транспортного средства.
В этом варианте осуществления слой материала, имеющий модуль Юнга, равный по меньшей мере 1 ГПа, помещается между первым и вторым опорным слоем, так что материал по меньшей мере частично окружает отверстие полости, например, как непрерывное или сегментированное кольцо для вариантов осуществления, когда отверстие имеет форму круга.
Предпочтительно, в этом варианте осуществления, матричный слой на периферии полости имеет небольшое углубление, чтобы помещать дополнительный слой, или дополнительный слой может быть присоединен ко второму опорному слою и размещается, чтобы протягиваться внутрь полости.
Пример этого варианта осуществления показан на фиг.2.
Полость (2) является углублением в матричном слое (1). Первый опорный слой (3) протягивается внутрь полости. Второй опорный слой (4) покрывает отверстие полости (7) и размещается над первым опорным слоем. На первом опорном слое (3) размещается актуатор (5). Дно полости указывается ссылкой (6). Между первым слоем (3) текстильного полотна и вторым опорным слоем (4) и на крае полости (2) размещается высокоэластичный материал (8).
В этом варианте осуществления кожаное покрытие сиденья может быть использовано в качестве второго опорного слоя (4).
Этот способ введения локально материала, имеющего модуль Юнга, равный по меньшей мере 1 ГПа, в узел согласно изобретению, может также быть использован для узлов, где первый и/или второй опорный слой является слоем текстильного полотна или выполнен из пленки, фольги или искусственной кожи.
В варианте осуществления изобретения матричный слой является поролоновым слоем.
Поролон может быть любым подходящим пеноматериалом, например вспененным полиэтиленом или вспененным полиуретаном.
Поролоновый слой может также содержать сочетание вспененных материалов.
Полость узла формируется в матричном слое. В контексте этого описания, отверстие полости направляется в сторону поверхности сиденья транспортного средства, которая находится в соприкосновении с пассажиром сиденья, дно полости находится напротив отверстия, и боковые стенки определяют форму полости между отверстием и дном. Глубина полости является кратчайшим расстоянием между дном и отверстием.
Полость может иметь любую форму, предпочтительно полость является цилиндрической с круглым или овальным отверстием и дном. Альтернативно, полость может быть кубической или конусообразной и иметь эллиптическое или прямоугольное отверстие и дно.
Отверстие полости и форма полости должны быть достаточно большими, чтобы размещать комфортно актуатор, предпочтительно такими, что через первый опорный слой актуатор не соприкасается с боковыми стенками и/или дном, и обеспечивать достаточно большую площадь тактильной вибрации для пассажира сиденья.
2
2
2
В предпочтительном варианте осуществления отверстие полости имеет площадь поверхности в диапазоне 3-80 см, предпочтительно - в диапазоне 7-50 см, более предпочтительно - в диапазоне 12-30 см.
Предпочтительно, площадь поверхности отверстия полости, по меньшей мере, на 50% больше площади выступающей поверхности актуатора, обращенного к отверстию, предпочтительно, площадь поверхности отверстия полости по меньшей мере на 100% больше площади выступающей поверхности актуатора, обращенного к отверстию.
Глубина полости должна быть достаточно большой, чтобы размещать тактильный актуатор, так что тактильный актуатор не находится в соприкосновении с дном полости, даже когда узел сдавливается пассажиром сиденья.
В одном варианте осуществления полость имеет глубину в диапазоне 0,5-5 см, предпочтительно - в диапазоне 1-3 см.
Предпочтительно, глубина полости по меньшей мере на 50% больше высоты актуатора, и предпочтительно, глубина полости по меньшей мере на 100% больше высоты актуатора. Глубина может быть выбрана в зависимости от объединенной эластичности опорных слоев и плотности поролона.
В варианте осуществления, когда узел помещается в подушке или чехле, размещенном поверх сиденья транспортного средства, узел содержит средство крепления, например, отдельный растягиваемый текстильный слой или первый и второй опорные слои являются достаточно эластичными, чтобы предоставлять возможность присоединения к сиденью транспортного средства. Помимо этих материалов и матричного слоя, такая подушка или чехол может содержать дополнительные материалы, чтобы делать подушку или чехол более комфортными, например, дополнительные поролоновые слои. Предпочтительно, узел для помещения на сиденье транспортного средства является складываемым. Это может быть реализовано посредством разделения узла на отдельные сегменты. В таком варианте осуществления опорные слои и/или матричный слой не должны быть непрерывными. Предпочтительно, каждый сегмент узла содержит, по меньшей мере, один актуатор.
Когда узел встраивается в сиденье транспортного средства или под чехол сиденья, части, которые обычно являются частью сиденья транспортного средства, могут быть использованы в качестве заменителей узла согласно изобретению. Например, матричный слой тактильного узла может быть сформирован посредством части набивки сиденья, и полости вырезаются в ней.
Например, второй опорный слой может быть сформирован посредством самого верхнего покрывающего слоя сиденья транспортного средства, или он может быть отдельным слоем.
Альтернативно, узел, содержащий матричный слой и актуаторы, может быть встроен в сиденье под текстильным или кожаным слоем, покрывающим сиденье.
В вариантах осуществления, когда сиденье транспортного средства содержит систему подогрева сиденья, нагревательные подкладки, включенные в сиденье, могут быть использованы в качестве первого текстильного слоя, и актуаторы могут быть помещены на нагревательные подкладки.
Также, когда узел включается в сиденье транспортного средства, тактильный узел согласно изобретению может быть разделен на множество сегментов. В таком варианте осуществления какой-либо один или множество слоев узла могут быть прерывистыми.
Тактильный актуатор узла предпочтительно является вибрационным мотором. Тактильный актуатор может содержать корпус, окружающий мотор. Перемещение актуатора может быть преимущественно в направлении, параллельном или перпендикулярном направлению протяжения второго опорного слоя. В частности, вибрационный мотор размещается так, что направление волн вибрации является перпендикулярным направлению протяжения второго опорного слоя. Актуаторы могут быть выбраны из моторов с эксцентрической инерционной массой (ERM) и линейных резонансных актуаторов (LRA).
Актуатор присоединяется к первому опорному слою, чтобы удерживать его на месте, например, посредством клея, сшивки или системы крепления на застежке-липучке, такой как Velcro. Опционально, актуатор может также быть присоединен ко второму опорному слою, также, например, посредством клея, сшивки или систем крепления на застежке-липучке.
В другом варианте осуществления актуатор внедряется в формовочный состав, который предоставляет возможность адаптироваться к форме актуатора. Формовочный состав может быть нанесен на актуатор посредством инжекционного формования. Необязательно, во время формования, формовочный состав, пока все еще является формуемым, может быть использован, чтобы присоединять актуатор к первому и/или второму опорному слою.
Предпочтительно, формовочный состав является термопластическим или термопластическим упругим полимером, например, полиамидной смолой. Эти смолы могут наноситься методом расплава и принимать форму по желанию.
Например, посредством внедрения актуатора в формовочный состав, вибрационная масса, включающая в себя актуатор, увеличивается. Также форма вибрационной массы, включающей в себя актуатор, может быть приспособлена по желанию, например, она может быть сформирована остроконечной или заостренной.
Формовочный состав может также покрывать точки входа кабеля актуатора, чтобы обеспечивать улучшенную защиту от перелома.
Тактильный узел изобретения предоставляет тактильные сигналы и, следовательно, потенциально инструкции пассажиру сиденья транспортного средства, предпочтительно навигационного или предупреждающего свойства.
Инструкции предоставляются посредством программного обеспечения через блок управления. Блок управления соединяется, по меньшей мере, с одним актуатором тактильного узла. Для соединения между блоком управления и актуаторами, между множеством актуаторов, между актуаторами и платами возбудителей актуаторов и между платами возбудителей актуаторов и кабелями блока управления могут быть использованы провода или растягиваемые токопроводящие схемы. Растягиваемые токопроводящие материалы на основе токопроводящих чернил были описаны в US2014/318699 A1. Однако также могут быть использованы другие растягиваемые токопроводящие материалы или схемы (также широко известные как гибкие токопроводящие материалы), например, растягиваемые токопроводящие материалы на основе инкапсулирующих материалов, окружающих проводник (например, тонкую металлическую пленку или ленту, в частности, медную пленку или ленту, или проводник на основе токопроводящего полимера или геля). Растягиваемые токопроводящие схемы могут быть в форме текстильного материала и могут быть непосредственно соединены с первым и/или вторым опорным слоем.
От каждого отдельного актуатора соединение, например, электрический кабель, может идти частично между первым и вторым слоем и затем проходить через отверстие или щель в первом опорном слое в щели в поролоне, которые ведут кабель к плате возбудителя актуатора, размещенной далеко от поверхности для сидения пассажира (например, на периферии матричного слоя). Каждый актуатор обычно соединяется с одной платой возбудителя актуатора. Платы возбудителей актуаторов соединяются через провода в шинной топографии, т.е. они присоединяются к общему проводу. Одна или более таких шинных топографий, содержащих, каждая, по меньшей мере один актуатор и плату возбудителя актуатора, соединяются с блоком управления. Платы возбудителей актуаторов могут быть размещены под или рядом с матричным слоем или рядом с актуатором, например, соединены с актуатором посредством формовочного состава.
Следовательно, в одном варианте осуществления, узел согласно изобретению дополнительно снабжается соединениями, соединяющими по меньшей мере один актуатор с платой возбудителя актуатора и, наконец, с блоком управления, где соединение может быть проводом или растягиваемой токопроводящей схемой.
Блок управления может быть частью сиденья транспортного средства или установлен в непосредственной близости к сиденью транспортного средства. Он может быть, например, размещен под сиденьем.
Блок управления принимает сигналы от программного обеспечения, которые предоставляют информацию, например, тревожные сигналы, навигационную или информацию о состоянии транспортного средства. На основе сигнала, введенного из программного обеспечения, блок управления приводит в действие по меньшей мере один актуатор.
Программное обеспечение может быть частью информационной системы в автомобиле, например, навигационной системы и/или предупреждающей системы в автомобиле, которая обрабатывает внутреннюю (например, состояние бдительности водителя) или внешнюю (например, приближающееся столкновение) информацию.
Блок управления соединяется (либо беспроводным образом, либо проводным) с программным обеспечением. В варианте осуществления, когда беспроводное соединение выполняется с программным обеспечением информационной системы в транспортном средстве, источник энергии, например, аккумулятор, должен быть включен в тактильную систему.
Блок управления обычно содержит управляющие аппаратные средства с микропрограммным обеспечением и оборудованием для его соединения с информационной системой автомобиля, например, Bluetooth-модуль и/или USB-разъем.
Блок управления интерпретирует инструкции, предоставленные программным обеспечением, и активирует соответствующий, по меньшей мере, один актуатор. Предпочтительно, множество актуаторов активируются пространственно-временным образом, который предоставляет особую информацию или инструкции пассажиру сиденья транспортного средства, например, относящуюся к навигационной информации, информации о состоянии транспортного средства или тревожным оповещениям.
В предпочтительном варианте осуществления блок управления содержит включающий/выключающий переключатель, который размещается так, что он может быть приведен в действие пассажиром сиденья (обычно водителем) во время езды.
Следовательно, настоящее изобретение также направлено на тактильную систему, содержащую программное обеспечение, блок управления и тактильный узел этого изобретения, как описано в каком-либо из вариантов осуществления выше.
Предпочтительно, тактильный узел настоящего изобретения содержит множество тактильных актуаторов, которые размещаются в пространственной конфигурации. Предпочтительно, по меньшей мере 2, более предпочтительно - по меньшей мере 6 тактильных актуаторов размещаются в или поверх сиденья транспортного средства. Обычно, тактильные актуаторы размещаются в нижней части сиденья (или поверх него). Альтернативно или дополнительно, тактильные актуаторы могут быть размещены в (или поверх) спинке сиденья (в частности, нижней части спинки) и/или подлокотниках. Обычно в нижней части сиденья тактильные актуаторы будут размещены по меньшей мере в два (более или менее параллельных) ряда, проходящих от передней стороны сиденья к задней стороне сиденья и грубо соответствующих позиции ног на сиденье.
Тактильный узел, тактильная система и сиденье транспортного средства согласно изобретению могут быть помещены в различные транспортные средства, включающие в себя пассажирские автомобили, автобусы, фургоны и грузовые автомобили.
Тактильный узел согласно изобретению особенно подходит для специализированных транспортных средств, таких как, например, кареты скорой помощи, пожарные машины, полицейские автомобили, в качестве замены или в дополнение к звуковым системам информирования водителя, относящимся, например, к навигационным инструкциям, тревожным оповещениям и информации о состоянии транспортного средства.
Особенно под давлением, в стрессовых ситуациях, водитель транспортного средства может получать пользу от получения тактильного входного воздействия для навигации и/или тревожных оповещений.
В последующем неограничивающем примере дополнительно иллюстрируется один вариант осуществления изобретения.
Пример
Следующий пример относится к тактильному узлу согласно изобретению, который интегрируется в сиденье автомобиля. Сначала собирается модуль, который содержит шесть вибрационных моторов и их аппаратные возбудители, затем он помещается в сиденье автомобиля.
Модуль создается с помощью растяжимого непрерывного текстильного материала с застежкой-липучкой в качестве первого опорного слоя. Поверх него шесть перпендикулярно вибрирующих, помещенных в оболочку вибрационных моторов (цилиндрических моторов, имеющих диаметр 7 мм и длину 24 мм) присоединяются с помощью кругов застежки-липучки диаметром 1 см. Эти круги застежки-липучки присоединяются к вибрационному мотору с помощью эпоксидной смолы. Вибрационные моторы размещаются в два столбца, каждый из трех моторов. Расстояние между столбцами равно приблизительно 23 см, а расстояние между моторами (от центра до центра) в каждом столбце равно приблизительно 8 см.
Гибкие провода проходят в витом виде от каждого из вибрационных моторов до каждой соответствующей платы печатного монтажа аппаратных средств возбудителя (одна плата печатного монтажа аппаратных средств возбудителя для каждого вибрационного мотора). Платы печатного монтажа аппаратного возбудителя, таким образом, являются отдельными платами возбудителей актуаторов. Они присоединяются с помощью застежки-липучки к первому опорному слою и будут располагаться под спинкой сиденья в окончательном узле. От плат возбудителей кабель идет к заключенной в оболочку плате модуля управления (блоку управления). Второй опорный слой пришивается к первому опорному слою и состоит из растягиваемой тонкой ткани.
Чтобы интегрировать модуль в сиденье автомобиля, с подушки сиденья автомобиля снимается чехол. Второй опорный слой модуля приклеивается с помощью аэрозольного клея к внутренности чехла. Из поролона 6 сиденья автомобиля вырезаются цилиндрические отверстия, соответствующие местоположениям вибрационных моторов. Отверстия имеют диаметр 5 см и глубину 2 см. Вибрационные моторы размещаются так, что их наименьший размер (7 мм) протягивается в отверстия. Чехол, включающий в себя модуль, помещается обратно и прикрепляется к подушке сиденья автомобиля. Модуль управления, соединенный с платами печатного монтажа аппаратных средств возбудителей, присоединяется к шасси сиденья автомобиля с помощью кабельных стяжек.