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Die
Erfindung geht aus von einer Bedienvorrichtung nach der Gattung
des Hauptanspruchs. Es ist schon die Verwendung von Computern im
Kraftfahrzeug bekannt, die insbesondere der Fahrzeugnavigation,
der Steuerung einer Klimaautomatik oder als Bordcomputer der Information
des Fahrers dienen. Für
die Durchführung
einer Navigation muss z. B. der Fahrer in das Navigationssystem
das gewünschte
Fahrziel eingeben. Aus der Eingabe bei einem Computer ist es bereits
bekannt, die Eingabe sowohl mit einer Tastatur, als auch mit einer
sogenannten „Maus" durchzuführen, mittels
der eine Anzeigemarke auf einem Bildschirm gesteuert werden kann
und somit eine gewünschte
Eingabe bequem durchgeführt
werden kann. Im Gegensatz zu einem Standard-Computer z. B. in einem
Büro ist
im Fahrzeug jedoch eine derartige Steuerungsvorrichtung in Form
einer Maus nicht vorhanden. Es ist aber bekannt, die Eingabe über Druck-
und/oder Drehknöpfe in
dem Navigationssystem selbst vorzunehmen. Um die Eingaben zu erleichtern,
ist es ferner bekannt, auch am Lenkrad entsprechende Steuerungselemente
vorzusehen.
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Aus
der
DE 103 18 713
A1 ist eine Vorrichtung zur Bedienung von elektronischen
Funktionen insbesondere an einem Lenkrad eines Fahrzeugs bekannt.
Hierbei werden Bedienelemente in Form eines Touch-Pads, eines Trackballs
oder eines Trackpoints verwendet, die am Lenkrad angeordnet sind. Aus
der
DE 102 11 946
C1 ist ein Steuer- oder
Schaltelement für
ein Fahrzeug bekannt, bei dem die den Tastsinn ansprechenden Mittel
eine Sensorfunktion besitzen, durch die ein ausgeübter Druck
in elektronisch verarbeitbare Signale umgesetzt wird, die der Bedienung
des Fahrzeugs dienen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Bedienvorrichtung mit
den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass Sensoren
zur Durchführung
der Steuerung nicht in das Lenkrad selbst eingebracht werden müssen. Hierdurch
ist es nicht erforderlich, die Daten von dem drehbaren Lenkrad an
die übrige
Fahrzeugelektronik zu übertragen.
Ferner ist es nicht erforderlich, dass ein Fahrer zur Bedienung von
an dem Lenkrad angeordneten Bedienelementen seine Handhaltung verändern muss
und zu diesen Bedienelementen umgreifen muss. Im Übrigen kann
bei einer Erfassung einer Krafteinwirkung außerhalb des Lenkrades auch
eine Detektion unabhängig
von der aktuellen Drehstellung des Lenkrades ermöglicht werden, sodass keine
Fehldetektionen infolge einer aktuellen Drehung des Lenkrades erfolgen
können.
Darüber
hinaus ist es für
den Benutzer des Fahrzeugs auch möglich, das Lenkrad auszutauschen,
um z. B. ein Sportlenkrad zu montieren, ohne dass er auf die entsprechenden
Steuerungsfunktionen verzichten muss. Sollte einmal ein in das Lenkrad
integrierter Airbag ausgelöst
werden, so ist ebenfalls kein Austausch der Bedienelemente selbst
erforderlich. Darüber
hinaus wird dem Fahrer ein einfach und intuitiv zu bedienendes Bedienelement
zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen, die über die Lenkung hinausgehen,
mit dem Lenkrad ermöglicht.
Damit wird vermieden, dass der Fahrer insbesondere auch zu anderen
im Fahrzeug angeordneten Bedienelementen umgreifen muss und somit
möglicherweise vom
Fahrgeschehen abgelenkt wird.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch
angegebenen Bedienvorrichtung möglich.
Besonders vorteilhaft ist es, eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung
der Krafteinwirkung und gegebenenfalls auch zur Auswertung der eingegebenen
Steuerbefehle an der Lenksäule
anzuordnen. Hierdurch kann auf einfache Weise eine Krafteinwirkung
auf die Lenksäule
detektiert werden. Unter der Lenksäule ist hierbei nicht nur eine
unmittelbare Verbindung zwischen dem Lenkrad und einem Lenkgestänge zu verstehen,
sondern auch eine Montageachse für
eine elektronische Lenkung, bei der eine Betätigung des Lenkrades in elektronische
Signale zur Steuerung der Lenkung umgesetzt wird, indem eine Drehung des
Lenkrades elektronisch erfasst wird. Es ist dabei insbesondere vorteilhaft,
Drucksensoren vorzusehen, die preisgünstig realisiert werden können und die
eine sichere Datenerfassung ermöglichen.
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Ferner
ist es vorteilhaft, eine radial und axial auf die Lenkachse wirkende
Kraft zu erfassen, um somit eine intuitive Bedienung in der Weise
zu ermögliche,
dass einerseits mittels einer radialen Krafteinwirkung eine Auswahl
getroffen werden kann, die mit einer axialen Krafteinwirkung anschließend bestätigt wird.
Damit wird eine Bedienung ermöglicht, die
einer Bedienung eines Computers mit einer Computermaus sehr ähnlich ist
und somit einem Benutzer bereits im Allgemeinen bekannt sein wird.
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Ein
weiterer Vorteil ist die individuelle elektronische Einstellbarkeit
der Wirkung der Bedienvorrichtung. Hierbei können beispielsweise das Signalmuster
für einen
sogenannten „Klick", einem einfachen kurzen
Druckimpuls auf das Lenkrad, und einen sogenannten „Doppelklick". einem doppelten
kurzen Druckimpuls auf das Lenkrad, nutzerabhängig einprogrammiert werden.
Diese Funktionalität
stellt ein Treiber z.B. in einem Softwarepaket der Bedienvorrichtung
bereit, ähnlich
einem Maustreiber bei einem Computer.
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Ferner
ist es vorteilhaft, eine Erfassung während eines Lenkvorgangs in
einer Kurve abzuschalten. Hierdurch wird vermieden, dass während des Lenkens
Kräfte
auf das Lenkrad einwirken, die eine Eingabe eines Benutzers verfälschen und
somit zu einer fehlerhaften Eingabe führen könnten.
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Diese
Abschaltung erhöht
gleichzeitig gegenüber
einer Bedienung z.B. über
Knöpfe
gemäß dem Stand
der Technik die Sicherheit, denn damit wird eine Ablenkung des Fahrers
in Kurvenfahrten automatisch unterbunden.
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Es
ist ferner vorteilhaft, eine Schnittstelle zu einem Bussystem vorzusehen, über das
Steuerungsbefehle an eine Vielzahl von in einem Fahrzeug angeordneten
elektronischen Systemen übermittelt werden
können.
Die Schnittstelle ist dabei vorzugsweise außerhalb des Lenkrades angeordnet,
sodass eine Verdrahtung in das Lenkrad für den Anschluss des Bussystems
nicht erforderlich ist.
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Schafft
man weiterhin eine Schnittstelle zu den Raddrehzahlen, so kann der
Fahrzustand detektiert werden. Damit ist eindeutig erkennbar, wenn
das Fahrzeug in Ruhe ist. Es bietet sich an, dass diese Information
softwaretechnisch dazu verwendet wird, um einzelne Menüs (Softwarefunktionen)
dem Bediener nur im Ruhezustand freizugeben. Damit wird die Sicherheit
gesteigert bzw. die Unfallgefahr weiter gesenkt, da schwierige Bedienvorgänge wie
beispielsweise die Systemkonfiguration nur im Stand möglich sind.
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Denke
man dieses Konzept weiter, so wird klar, dass genauso wie an einem
Personal-Computer jeder
Nutzer seine individuelle Konfiguration einstellen kann und z.B. über einen
Passwortschutz sichern kann. Damit kann nicht nur der Fahrer den „Auto-PC" bedienen, sondern
auch alle anderen freigeschalteten Personen. Dieses Konzept würde beispielsweise auch
Kindern die Benutzung des „Auto-PC" für ihre Zwecke
ermöglichen.
Eine mögliche
Anwendung wäre
die Verwendung des Autos als Spielkonsole z.B. in Verbindung mit
einem Head-Up-Display.
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Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert. Es
zeigen
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1 eine
Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung,
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2 einen
Schnitt entlang der Linie I durch die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
nach 1,
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3 einen
Anschluss einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
an ein Bussystem,
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4 und 5 Ausführungen
einer Anzeigendarstellung zur Steuerung mittels der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Die
erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
ist prinzipiell für
beliebige Fahrzeuge einsetzbar, bei denen eine Steuerung mittels
eines Lenkrades erfolgt. Insbesondere ist die Verwendung in Kraftfahrzeugen vorteilhaft,
bei denen lediglich eine begrenzte Möglichkeit zur Anordnung von
Bedienelementen zur Verfügung
steht. Daher wird die vorliegende Erfindung im Folgenden anhand
einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug erläutert.
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In
der 1 ist eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung 1 dargestellt.
Die Bedienvorrichtung 1 weist ein Lenkrad 2 auf,
das so ausgeführt
ist, das ein mechanischer Druck auf das Lenkrad erfasst werden kann.
In einer ersten Ausführungsform
ist ein Druck und/oder ein Zug axial zu einer Lenkachse 3 erfassbar,
deren Verlauf durch eine Strichpunkt-Linie in der 1 dargestellt
ist. Zur Durchführung
einer entsprechenden Eingabe kann das Lenkrad entweder gezogen oder
gedrückt
werden, was durch eine Pfeildarstellung 4 skizziert ist.
Zur Erfassung des Zuges und/oder des Druckes ist eine Erfassungseinheit 5 vorgesehen,
die um ein Lenkgestänge 6 herum
angeordnet ist. Das Lenkgestänge 6 verläuft um die Lenkachse 3 herum,
und ist mit dem Lenkrad 2 einerseits und mit der zu lenkenden
Fahrzeugachse des Fahrzeugs andererseits verbunden, wobei die zu
lenkende Fahrzeugachse und ein Lenkgehäuse in der 1 nicht
dargestellt sind. Im Bereich der Erfassungseinheit 5 weist
das Lenkgestänge 6 eine
Erweiterung 7 in Form einer Verdickung auf, die in einen Hohlraum 8 der
Erfassungseinheit 5 hineinragt. Das Lenkgestänge 6 ist
dabei so gelagert, dass sie sich geringfügig innerhalb des Hohlraums 8 bewegen kann.
Der Abstand zwischen der Erweiterung 7 und der Erfassungseinheit 5,
die den Hohlraum 8 bildet, ist dabei so klein zu bemessen,
dass das übliche Spiel
des Lenkgestänges 6 in
radialer und tangentialer Richtung größer ist, als dieser Abstand.
An der dem Lenkrad zugewandeten und abgewandeten Seite des Hohlraums 8 sind
Drucksensoren 9 bzw. 10 angeordnet. Die Drucksensoren 9, 10 sind
bevorzugt als Halbleiterdrucksensoren ausgeführt. Die Drucksensoren 9, 10, 13 können ferner
auch als mikromechanische Piezosensoren ausgeführt sein. Wird eine Zugkraft
axial zu der Drehachse 3 auf das Lenkrad 2 ausgeübt, so verschiebt
sich das Lenkgestänge 6 geringfügig und
die Erweiterung 7 übt
eine entsprechende Druckkraft auf die Drucksensoren 9 aus,
die bevorzugt kreisförmig
um das Lenkgestänge 6 herum in
dem Hohlraum 8 in der Erfassungseinheit 5 angeordnet
sind.
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Der
Holraum 8 ist bevorzugt zylinderförmig ausgeführt, sodass sich die ebenfalls
zylinderförmig ausgeführte Erweiterung 7 frei
in dem Holraum drehen kann. Eine Lagerung der Lenkstange 6 ist
durch Führungselemente 11 außerhalb
der Erfassungseinheit 5 sichergestellt. Die Erfassungseinheit 5 ist
bevorzugt im Bereich der Armaturentafel fest in das Fahrzeug integriert.
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Wird
auf das Lenkrad 2 eine Kraft radial zu der Lenkachse 3 ausgeübt, entsprechend
den Pfeilen 12, 12' so
sind zur Erfassung einer auf das Lenkrad 2 ausgeübten Kraft
an Seitenwänden
des Hohlraums 8 ebenfalls Drucksensoren 13 angeordnet. Die
Anordnung dieser Sensoren ist in der 2 im Detail
dargestellt. Ein Gehäusebereich 14 der
Erfassungseinheit 5 umschließt den Hohlraum 8 mit
der Erweiterung 7. In dem Schnitt gemäß I in der 1 ergibt
sich ein kreisförmiger
Querschnitt des Hohlraums 8. In diesem Kreis sind rundherum
Drucksensoren 13 angeordnet, von denen nur einige mit einem Bezugszeichen
versehen sind. In dem hier vorliegenden Ausführungsbeispiel sind acht Drucksensoren um
die Erweiterung 7 herum angeordnet, sodass eine Erfassung
der Richtung einer auf das Lenkrad ausgeübten Kraft nach oben, rechts
oben, rechts, rechts unten, unten, links unten, links, links oben möglich ist.
Die entsprechenden Richtungen sind in der Pfeildarstellung 15 in
der 2 skizziert. Die einzelnen Drucksensoren sind über angedeutete
Anschlussleitungen 16 mit einer Auswerteelektronik 17 verbunden.
Die Auswerteelektronik 17 weist eine Schnittstelle 18 zu
einem Datenbus auf, über
den Daten an eine Fahrzeugelektronik weitergegeben werden. Ferner
weist die Auswerteelektronik 17 einen Mikrocontroller 19 mit
einem integriertem Festwertspeicher zur Auswertung und Übermittlung
von Steuerbefehlen sowie einen ASIC 20 (Application-Specific
Integrated Circuit) auf, der einer nachgeschalteten Signalaufbereitung
und Auswertung der von den Drucksensoren übermittelten Daten dient. Der
Mikrocontroller 19 setzt die damit ausgewerteten Daten
in über
den Datenbus zu übertragende
Befehle für
die Fahrzeugelektronik um.
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In
der 3 ist ein Ausführungsbeispiel
für an
den Datenbus angeschlossene Geräte
gezeigt. Ausgehend von dem Steuergerät der Auswerteelektronik 17 können über den Datenbus 21 Daten
an eine Navigationsvorrichtung 22, an einen Bordcomputer 23,
an eine Klimaanlage 24 und an eine Autoradioeinheit 25 weitergegeben
werden. Für
die Steuerung wirkt die Auswerteelektronik 17 in einer
ersten Ausführungsform
mit einer Anzeige 26 insbesondere in der Mittelkonsole
des Fahrzeugs und/oder mit einem Kombinationsinstrument vor dem
Fahrer zusammen. Ergänzend
oder stattdessen kann jedoch auch eine Zusammenwirkung mit einem
sogenannten Head-Up-Display erfolgen, bei dem Informationen insbesondere über eine
Projektionsoptik in eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs eingeblendet werden.
Das Bild des Head-Up-Displays wird insbesondere unmittelbar vor
dem Lenkrad bzw. knapp oberhalb des Lenkrades auf die Frontscheibe
des Fahrzeugs eingeblendet. Die Größe des Bildes auf der Frontscheibe
kann vom Fahrzustand abhängig gemacht
werden. Damit ist im Ruhezustand ein großes, übersichtliches Display verfügbar.
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Eine
Anzeigendarstellung in der Anzeige 26, aber auch in dem
Head-Up-Display 27 kann entsprechend den in den 4 und 5 erläuterten
Ausführungsbeispielen
erfolgen. In der 4 ist eine Kartendarstellung 30 mit
Straßen
gezeigt, bei der z. B. eine aktuelle Position des Fahrzeugs 31 eingeblendet
ist. Durch eine Krafteinwirkung nach links auf das Lenkrad entsprechend
einem ersten Pfeil 32 kann der Fahrer den Kartenausschnitt
weiter nach links bewegen. Entsprechend einer Druckausübung nach
rechts gemäß dem zweiten
Pfeil 33 kann der Fahrer den Kartenausschnitt weiter nach
rechts bewegen. Ferner ist durch eine Steuerung gemäß dem dritten
Pfeil 34 eine Bewegung nach oben und gemäß dem vierten
Pfeil 35 eine Bewegung nach unten möglich. In einer alternativen
Ausführungsform
kann durch einen Druck auf das Lenkrad 2 der Kartenmaßstab vergrößert und
durch einen Zug an dem Lenkrad 2 der Kartenmaßstab verkleinert
werden oder umgekehrt. Welche Art der Steuerung verwendet wird, kann
dabei durch einen Benutzer festegelegt werden. Neben der hier skizzierten
Kartensteuerung nach Westen, Osten, Norden, Süden kann jedoch auch vorgesehen
sein, die Karte in jede beliebige Richtung entsprechend einer Druckausübung auf das
Lenkrad zu verschieben.
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In
der 5 ist ein Ausführungsbeispiel
für ein
Auswahlmenü in
einer Anzeige dargestellt. In einer ersten Ausführungsform kann eine Anzeigemarke 40 innerhalb
einer Liste 41 bewegt werden. Durch einen Druck nach oben,
also gemäß dem Pfeil 12 in der 1,
kann die Anzeigemarke 40 in der Liste weiter nach oben
bewegt werden. Durch einen Druck auf das Lenkrad nach unten, also
gemäß der Pfeilrichtung 12' in der 1,
wird die Anzeigemarke 40 nach unten bewegt. Durch einen
Druck in axialer Richtung auf das Lenkrad kann der angewählte Menüpunkt ausgewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform
ist es jedoch auch möglich,
durch einen radialen Druck auf das Lenkrad 2 in eine beliebige
Richtung, wie in der 2 angedeutet, eine Anzeigemarke 42 frei über die
Fläche
der Anzeige 43 zu bewegen, sodass auch außerhalb
einer Liste vorhandene Menüpunkte 44, 45 oder
beliebige Positionen innerhalb einer Karte ausgewählt werden
können. Um
nicht durch einen einfachen, versehentlichen Druck auf das Lenkrad
bereits eine Auswahl auszulösen,
ist es bevorzugt vorgesehen, dass eine Auswahl erst dann erfolgt,
wenn zwei Druckpulse hintereinander auf das Lenkrad ausgeübt werden, ähnlich eines „Doppelklicks" mit der Computermaus.
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Wird
ein Druck für
eine längere
Zeit ausgeübt,
so wird damit bevorzugt eine kontinuierliche Betätigung verbunden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 4 könnte hiermit
solange der Maßstab
der Karte geändert
werden, wie ein Druck in eine entsprechende Richtung ausgeübt wird.
Auch eine Bewegung der Anzeigemarke 42 in eine vorgesehene
Richtung kann solange erfolgen, wie ein Druck in die gewünschte Richtung
ausgeführt
wird. Gleiches gilt für
eine Bewegung des dargestellten Kartenausschnitts in eine gewünschte Richtung
gemäß dem Ausführungsbeispiel
der 4. Ferner ist es auch möglich, noch weitere Funktionen
wie z. B. ein Einschalten der Lüftung,
ein Öffnen
der Seitenscheiben, ein Einschalten des Lichtes, eine Betätigung des Blinkers,
eine Betätigung
der Heckscheibenheizung, eine Höhenverstellung
der Scheinwerfer, eine Einstellung der Außenspiegel oder eine Sitzverstellung mittels
der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
zu steuern.
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Um
Fehlbedienungen während
einer Kurvenfahrt zu verhindern, weist die Erfassungseinheit 5 in
einer bevorzugten Ausgestaltung wenigstens einen Lenkwinkelsensor 50 auf,
der insbesondere dazu dient, eine Lenkbewegung bzw. eine Lenkgeschwindigkeit
des Lenkrades 2 zu erfassen. Wird eine Lenkgeschwindigkeit
erfasst, die über
einer Korrektur einer normalen Geradeausfahrt liegt, so z. B. mehr
als 5° pro
Sekunde, so wird eine Eingabemöglichkeit über die
erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
deaktiviert. Erst wenn die Lenkgeschwindigkeit wieder unter den
genannten Wert fällt,
wird eine Eingabe, bevorzugt nach dem Ablauf von einer Sperrdauer,
z. B. von 3 Sekunden, wieder zugelassen. Hierdurch wird vermieden,
dass bei Kurvenfahrten infolge von Lenkbewegungen, bei denen der
Fahrer Kraft auf das Lenkrad ausübt,
Fehleingaben erfolgen. Diese Sperrung bei Kurvenfahrten dient gleichzeitig der
Erhöhung
der Fahrsicherheit, da damit eine Ablenkung durch Bedienvorgänge in Kurven
unterbunden wird.
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Neben
den bereits genannten Verwendungen für die Steuerung der Fahrzeugelektronik
können
mit der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung auch
andere Computeranwendungen im Fahrzeug bedient werden. Damit wird
es auch ermöglicht,
auf bequeme Weise Standard-Büroprogramme
oder Computerspiele im Fahrzeug auf einfache Weise zu bedienen,
ohne eine Computermaus anschließen
zu müssen.
Bevor jedoch solche Programme gestartet werden, wird bevorzugt über einen
Raddrehzahlsensor abgefragt, ob das Fahrzeug steht. Nur in diesem Fall
wird ein Aufruf bzw. ein Bedienen dieser Programme im Fahrzeug zugelassen.
Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
kann zudem dazu dienen, andere Bedienelemente im Fahrzeug teilweise
oder auch vollständig
zu ersetzen.