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Die
Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug,
umfassend eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit,
die eine Position mindestens eines Betätigungselements
innerhalb eines Detektionsvolumens berührungslos ermittelt, und
eine mit der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit
gekoppelte Steuereinheit, die anhand der von der einen berührungslos
arbeitenden Positionserfassungseinheit erfassten Position oder Positionen
des mindestens einen Betätigungselements Steuersignale
erzeugt.
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Aus
dem Stand der Technik sind Bedienvorrichtungen, die auch in Kraftfahrzeugen
eingesetzt werden, bekannt, die berührungslos arbeitende
Erfassungseinheiten nutzen, um ein Betätigungselement,
beispielsweise ein Körperteil, insbesondere eine Hand oder
einen Finger, in einem Detektionsbereich zu erfassen.
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Aus
der
DE 10 2005
038 678 A1 ist beispielsweise ein Erfassungssystem zur
Erfassung eines Präsenzereignisses innerhalb eines Observationsbereiches
mit einer Feldbereitungseinrichtung zur Generierung und Ausstrahlung
eines modulierten Wechselfeldes in einer Feldemissionszone und einer
auf den Observationsbereich ausgerichteten Signalabgriffseinrichtung
zur Erfassung feldelektrischer Einwirkungen bekannt, wobei das Erfassungssystem derart
konfiguriert ist, dass über die Signalabgriffseinrichtung
Signalereignisse abgreifbar sind, die im Bereich der Feldemissionszone
in ein zu observierendes Objekt, insbesondere ein Anwender, eingekoppelt
und über das Objekt, insbesondere den Anwender, in den
Observationsbereich eingekoppelt werden. Bei einer Ausführungsform
sind mehrere Feldbereitungsvorrichtungen vorgesehen, die örtlich
unterschiedliche Feldemissionszonen generieren. Eine Information
darüber, durch welche Feldbereitungseinrichtung ein Signalereignis
in das Objekt eingekoppelt und an den Erfassungseinrichtungen abgegriffen
wird, kann als schaltablaufsrelevante Information verarbeitet werden.
Beispielsweise können hierüber fahrer-/beifahrerbezogene
Menüs auf einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige bringen.
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Aus
der
US 7,239,947 B2 ist
ein Bediensystem für ein Fahrzeug bekannt, das eine Anzeige
umfasst, welche einen berührungsempfindlichen Schalter
mit einem berührungsempfindlichen Sensor zum Erfassen einer
Betätigung eines Beifahrers oder eines Fahrers des Fahrzeugs
erfasst. Der beschriebene berührungsempfindliche Sensor
umfasst einen dünnen Film und eine Vielzahl von Stromversorgungen.
Der dünne Film bildet einen Kondensator mit einer Kapazität
zwischen dem dünnen Film und der Hand oder dem Finger in
solchen Fällen, in denen die Hand oder der Finger dichter
an die Anzeigefläche bewegt wird oder die Anzeigefläche
berührt. Die Stromversorgungen liefern Ströme
zu dem dünnen Film. Der berührungsempfindliche
Sensor ermittelt die Annäherungsposition und die Berührposition
auf Basis der Kapazitäten des Kondensators, die anhand der
Ströme berechnet werden. Ferner ist eine Fahrer-Beifahrererkennung
vorgeschlagen, die darauf beruht, dass eine Handhaltung zwischen
Fahrer und Beifahrer bei einer Berührung unterschiedlich
sind und somit eine kapazitive Kopplung mit der dünnen Folie
für Fahrer und Beifahrer unterschiedlich ist.
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Aus
der
WO 2005/073834 ist
eine Touchscreen-Steueranordnung mit einem Touchscreen bekannt,
der über eine erste und zweite leitfähige Schicht
verfügt, die so angeordnet sind, dass sie durch Berühren
des Touchscreens zusammengebracht werden und mit einer Erfassungsanordnung, die
so angeordnet ist, dass sie durch das Überwachen elektrischer
Signale von wenigstens einer der Schichten eine Kontaktposition
erfasst, an welcher der Tochscreen berührt wird, wobei
die Anordnung ferner eine Antenne und eine Erfassungsanordnung sowie
einen Annäherungserfassungssignalgenerator aufweist, der
dazu ausgebildet ist, ein Annährungserfassungssignal zu
erzeugen, das über einen Benutzer der Anordnung zwischen
der Antenne und der ersten Schicht übertragen wird, und
die Erfassungsanordnung ferner dazu ausgebildet ist, das übertragene
Erfassungsannäherungssignal zu empfangen und daraus die
Entfernung zwischen dem Körperteil des Benutzers und dem
Touchscreen zu bestimmen.
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Aus
der
DE 10 2006
037 156 A1 ist ferner eine interaktive Bedienvorrichtung
bekannt, bei der mehrere Sensoreinheiten, die beispielsweise ein
Signal liefern, welches repräsentativ für einen
Abstand eines Betätigungselements von dem Sensor ist, zu einer
Positionserfassungseinheit zusammengefasst sind, welche eine Position
im Raum dreidimensional berührungslos erfasst. Als mögliche
Sensoreinheiten sind dort solche vorgeschlagen, die ähnlich
zu den oben im Zusammenhang mit der
DE 10 2005 038 678 A1 beschrieben
sind und ursprünglich in der
WO 2004/078536 beschrieben sind.
Die in der
DE
10 2006 037 165 A1 beschriebene interaktive Bedienvorrichtung,
die insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist,
umfasst eine Anzeigevorrichtung, auf der Informationen darstellbar
sind und/oder dargestellt werden, die Bedienelemente beinhalten
und eine Steuereinrichtung, wobei die Steuereinrichtung derart ausgebildet
ist, dass bei Ermittlung einer Bedienabsicht für mindestens
eines der auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Bedienelemente
die auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Informationen in Abhängigkeit
der ermittelten Bedienabsicht derart angepasst werden, dass das
mindestens eine der Bedienelemente optimiert für das Aktivieren
des Bedienelements dargestellt wird. Zeitlich vor der Betätigung
des Bedienelements wird dort eine Annäherung des Betätigungselements
erfasst.
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Die
bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie entweder
die dreidimensionale Position des Betätigungselements relativ
zu einem Bedienelement nur recht ungenau erfassen können oder,
sofern sie die dreidimensionale Position präzise erfassen
können, diese nur in einem kleinen Detektionsvolumen erfassen
können.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Bedienvorrichtung zu schaffen,
die eine Annäherung an Bedienelemente frühzeitig
erfasst und zugleich zumindest benachbart zu den Bedienelementen
die Position des Betätigungselements berührungslos
präzise bestimmen kann.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bedienvorrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierfür
ist bei einer eingangs genannten Bedienvorrichtung zusätzlich
zu der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit
mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
mit der Steuereinheit zu koppeln, die in mindestens einem weiteren
Detektionsvolumen die Position des mindestens einen Betätigungselements
berührungslos erfasst, wobei das Detektionsvolumen und
das mindestens eine weitere Detektionsvolumen aneinander angrenzen
(eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen) oder ein gemeinsames
Schnittvolumen umfassen und wobei eine Positionsauflösung
der Position in dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen
gegenüber der Positionsauflösung in dem einen
Detektionsvolumen gesteigert ist. Es ist somit vorgesehen, angrenzend an
die Bedienelemente eine berührungslos arbeitende weitere
Positionserfassungseinheit vorzusehen, die eine höhere
Positionsauflösung für das Betätigungselement
aufweist als die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit,
und ein Detektionsvolumen aufweist, welches zumindest an das weitere
Detektionsvolumen angrenzt und/oder sich mit diesem ganz oder teilweise überlappt.
Hierdurch wird erreicht, dass das Betätigungselement in
dem Detektionsvolumen, welches vorzugsweise größer als
das mindestens eine weitere Detektionsvolumen ist, erfasst werden
kann und die Position des Betätigungselementes ermittelt
werden kann und in einem vorzugsweise kleineren weiteren Detektionsvolumen besser
ortsaufgelöst erfasst werden kann. Unter dem Erfassen einer
Position wird hier immer das Erfassen einer dreidimensionalen Position
verstanden.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung
ist vorgesehen, dass mit der Steuereinheit Bedienelemente gekoppelt
sind, deren wahrnehmbare Erscheinungsform selektiv in Abhängigkeit
der erfassten Position des mindestens einen Bedienelements über
die Steuereinrichtung gesteuert ist oder wird. Hierdurch wird es
möglich, eine verbesserte interaktive Bedienvorrichtung
zu schaffen. In dem einen Detektionsvolumen kann frühzeitig
eine Annäherung erkannt werden und eine Anpassung der Bedienelemente
begonnen und/oder vorbereitet werden. Sobald die Position präziser
erfasst werden kann, d. h. angenähert an die Bedienelemente,
kann eines oder können mehrere der Bedienelemente selektiv,
d. h. ausgewählt, hinsichtlich ihrer Erscheinungsform verändert
werden. Eine Anpassung der Erscheinungsform der Bedienelemente kann
beispielsweise bei in Hardware ausgeführten Bedienelementen über
ein Beleuchten und/oder Hinterleuchten von transparenten Symbolen
und/oder Ansteuern von freiprogrammierbaren Anzeigeelementen, die
in die Bedienelemente integriert sind, erfolgen.
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Ebenso
ist es bei Ausführungsformen, bei denen mit der Steuereinheit
eine Anzeigevorrichtung mit einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche
gekoppelt ist, möglich, dass die Bedienelemente auf der Anzeigefläche
dargestellte virtuelle Bedienelemente umfassen. Bei einer solchen
Ausführungsform ist eine Anpassung der wahrnehmbaren Erscheinungsform
besonders einfach möglich. Virtuelle Bedienelemente sind
solche Bedienelemente, die auf einer Anzeigefläche dargestellt
sind, und über eine Betätigungshandlung eines
mit der Anzeigevorrichtung gekoppelten oder in diese integrierten
Bedienelements auslösbar sind. Bei einer berührungslos
arbeitenden Positionserfassungseinheit kann eine solche Betätigungshandlung
beispielsweise ein Verbringen des Betätigungselements an
eine Auslöseposition oder in einen Auslösebereich,
der in der Regel dreidimensional ausgebildet ist, erfolgen. Zusätzlich
kann eine vorgegebene Verweildauer an der Auslöseposition oder
in dem Auslösebereich erforderlich sein. Zum Auslösen
der virtuellen Bedienelemente können auch andere in Hardware
ausgeführte Bedienelemente vorgesehen sein.
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Bei
einer solchen Ausführungsform ist vorzugsweise das mindestens
eine weitere Detektionsvolumen benachbart zu der Anzeigefläche
bzw. den Bedienelementen ausgebildet und umfasst das mindestens
eine Detektionsvolumen zumindest zusätzlich ein Volumen
jenseits des mindestens einen weiteren Detektionsvolumens. Das mindestens
eine weitere Detektionsvolumen und das eine Detektionsvolumen sind
nicht identisch.
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Bei
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bedienelemente,
welche in Hardware ausgebildete Bedienelemente oder virtuelle Bedienelemente
sein können, die auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt
sind, berührungslos in Abhängigkeit von der erfassten
Position des mindestens einen Betätigungselements auslösbar
sind. Hierbei kann beispielsweise eine Verweildauer in einem Auslösebereich
ausgewertet werden, der relativ zu dem Bedienelement definiert ist.
In der Regel sind Nutzer von Kraftfahrzeugen jedoch gewohnt, ein
Bedienelement bei einer Betätigung zum Auslösen
zu berühren. Daher ist bei einer bevorzugten Weiterbildung
der Erfindung vorgesehen, dass der Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung
eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit
zugeordnet ist, die mit der Steuereinheit gekoppelt ist und eine
Berührposition der Anzeigefläche durch das mindestens
eine Betätigungselement erfasst. Eine Auslösung
der virtuellen Bedienelemente erfolgt bei einer solchen Ausführungsform
vorzugsweise dadurch, dass eine Berührung in einem Auslösebereich
erfolgt, der in einem solchen Fall zweidimensional ausgebildet und
relativ zu einer Darstellung des virtuellen Bedienelements definiert
ist. Die Steuereinheit erzeugt hierauf Steuersignale, die eine entsprechende
Funktion auslösen und/oder ein entsprechendes mit der Bedienvorrichtung
gekoppeltes System ansteuern.
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Besonders
bevorzugt ist die Anzeigevorrichtung mit der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit gemeinsam als Touchscreen ausgebildet.
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Bei
einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die eine berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit und/oder die mindestens eine
weitere berührungslos arbeitende Erfassungseinheit, mindestens
einen Sender umfassen, der in das mindestens eine Betätigungselement
oder ein mit dem mindestens einen Betätigungselement verbundenes
Element entfernt von dem Detektionsvolumen und entfernt von dem
mindestens einen weiteren Detektionsvolumen ein Signal einkoppelt
und (jeweils) mehrere Empfangseinheiten umfassen, die bei einer
Anwesenheit des mindestens einen Betätigungselements in
dem Detektionsvolumen oder dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen
das von dem mindestens einen Betätigungselement übertragene
Signal empfangen, und hieraus die Position des mindestens einen
Betätigungselements ermitteln. Dies bedeutet, dass eine
der berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheiten
oder beide ein Messprinzip verwenden, bei dem über das
Betätigungselement übertragene Signale genutzt
und ausgewertet werden.
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Um
einen störungsfreien Messbetrieb der einen berührungslos
arbeitenden Positionserfassungseinheit und der mindestens einen
weiteren berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit
zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese
unterschiedliche Messprinzipien verwenden. Bei einer Ausführungsform
ist daher beispielsweise vorgesehen, dass die eine berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit und/oder die mindestens eine
weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
Sensorelemente umfassen, die in, angrenzend zu oder benachbart zu
dem zugehörigen Detektionsvolumen und/oder dem mindestens
einen weiteren Detektionsvolumen angeordnet sind, und eine Position über
eine Auswertung einer kapazitiven Kopplung des mindestens einen
Betätigungselements an die Sensorelemente bei der Anwesenheit
in dem zugehörigen Detektionsvolumen und/oder in dem mindestens
einen weiteren Detektionsvolumen ermittelt wird. Bei der oben im
Stand der Technik erwähnten Ausführungsform einer
berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit, die
eine dünne Folie und mehrere Stromversorgungen umfasst, können
die einzelnen Anschlussstellen der Stromversorgungen an die dünne
Folie als Sensorelemente aufgefasst werden. Bei anderen Ausführungsformen, die
eine segmentierte Folie oder elektrisch leitende, voneinander isolierte
Elemente umfassen, können diese als Sensorelemente betrachtet
werden. Insbesondere bei Ausführungsformen, die eine berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit vor einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche
umfassen, können Bestandteile dieser berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit verwendet werden, um eine berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit auszubilden. Insbesondere
die mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
kann somit vorteilhafterweise mit der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit integriert ausgebildet sein.
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Ferner
ist es möglich, dass die eine berührungslos arbeitende
Positionserfassungseinheit und/oder die mindestens eine weitere
berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit mindestens eine
Strahlungsemissionseinheit und mindestens eine Empfangseinheit umfassen
und die Position anhand von von dem mindestens einen Betätigungselement
bei Anwesenheit in dem zugehörigen Detektionsvolumen und/oder
dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen reflektierter Strahlung
ermittelt wird, die von der Strahlungsemissionseinheit in das zugehörige
Detektionsvolumen und/oder das mindestens eine weitere Detektionsvolumen
eingestrahlt ist oder wird. Bei der Strahlung kann es sich beispielsweise
um elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im infraroten Wellenlängenbereich oder
auch im sichtbaren Wellenlängenbereich handeln. Ebenso
ist es möglich, dass es sich bei der Strahlung um Ultraschallstrahlung
handelt. Bei der Ultraschallstrahlung wird die Position vorzugsweise anhand
einer ermittelten Laufzeit der reflektierten Strahlung ermittelt,
die vorzugsweise gepulst eingestrahlt wird. Bei elektromagnetischer
Strahlung wird vorzugsweise eine Reflexionsintensität ausgewertet, um hierüber
einen Abstand zu bestimmen. Mehrere Sensoreinheiten und gegebenenfalls
mehrere Strahlungsemissionseinheiten können kombiniert
verwendet werden, um mittels Triangulation anhand der ermittelten
Abstände des mindestens einen Betätigungselements
von den einzelnen Sensoren die dreidimensionale Position des Betätigungselements
zu bestimmen.
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Darüber
hinaus ist es wünschenswert, unterscheiden zu können,
ob eine Betätigung durch einen Fahrer oder einen Beifahrer
ausgelöst wird. Daher ist bei einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass eine Nutzererkennungseinheit mit der Steuereinheit
gekoppelt ist, die zu einer erfassten Position des mindestens einen
Betätigungselements eine Zuordnung des mindestens einen
Bedienelements zu einem Nutzer angibt. Die Nutzererkennungseinheit kann
hierbei unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine
Bahnkurve ausgewertet werden, entlang derer sich das Betätigungselement
dem einen oder den mehreren Bedienelementen nähert. Geht
man davon aus, dass das eine Detektionsvolumen und das mindestens
eine weitere Detektionsvolumen in einem Kraftfahrzeug beispielsweise
zwischen den Sitzpositionen des Fahrers und des Beifahrers angeordnet
sind, so kann anhand des Eindringortes und/oder einer Eindringrichtung
des mindestens einen Betätigungselements in das eine Detektionsvolumen
und/oder das mindestens eine weitere Detektionsvolumen in der Regel
ermittelt werden, ob das Betätigungselement dem Fahrer
oder dem Beifahrer zuzuordnen ist. Eine zuverlässigere Bestimmung
der Zuordnung ist jedoch möglich, wenn die eine berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit und/oder die mindestens eine
weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
oder die Nutzererkennungseinheit ausgebildet sind, entfernt von
dem Detektionsvolumen und dem weiteren Detektionsvolumen in das
mindestens eine Betätigungselement oder hiermit verbundene
Elemente nutzerspezifisch unterschiedliche Signale oder nutzerspezifisch
zeitversetzte Signale einzukoppeln, die von der Nutzererkennungseinheit
zur Zuordnung des mindestens einen Bedienelementes, dessen Position
erfasst ist, einem der Nutzer zuzuordnen. Dies bedeutet, dass die
unterschiedlichen nutzerspezifischen Signale oder zeitversetzt nutzerspezifisch
eingekoppelten Signale von einer der Positionserfassungseinheiten
erfasst und an die Fahrerkennungseinheit weitergeleitet oder von
einem speziellen Sensor der Nutzererkennungseinheit erfasst werden
und entsprechend ausgewertet werden.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst
somit eine Anzeigevorrichtung mit einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche,
mit der eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit
gekoppelt und als Touchscreen ausgebildet ist, sowie zwei nach unterschiedlichen Prinzipien
wirkende berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheiten,
die in der Lage sind, eine dreidimensionale Position eines Betätigungselements,
insbesondere eines Körperteils eines Nutzers, bevorzugt
eines Fingers, in einem größeren Detektionsvolumen
und in einem kleineren weiteren Detektionsvolumen benachbart zu
der Anzeigefläche bestimmen können, wobei eine
Positionsbestimmung in dem weiteren Detektionsvolumen mit einer größeren,
d. h. feineren Positionsauflösung, möglich ist.
Ferner umfasst die bevorzugte Ausführungsform eine Nutzererkennungseinheit,
die in den Nutzer eingekoppelte Hochfrequenzsignale, die über
den Körper des Nutzer und das Betätigungselement übertragen
werden, auswertet. Vorzugsweise arbeitet die eine Positionserfassungseinheit,
die das größere Detektionsvolumen aufweist, mit
denselben in den Körper des Nutzers eingekoppelten Hochfrequenzsignalen
wie die Nutzererkennungseinheit. Die weitere berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit wertet bevorzugt eine kapazitive
Kopplung von um die freiprogrammierbare Anzeigefläche angeordneten
Elementen oder noch bevorzugter eine kapazitive Kopplung an Elemente
der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
aus. Die berührungsempfindlich arbeitende Positionserfassungseinheit
und die weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
nutzen somit gemeinsame Elemente zum Erfassen des Betätigungselements
und können über eine gemeinsam ausgeführte
Auswerteeinheit verfügen. Die bevorzugte Bedienvorrichtung
ist darüber hinaus mit einer Steuereinheit ausgebildet,
die die Signale der verschiedenen Positionserfassungseinheiten auswertet
und zum einen eine Anzeige auf der freiprogrammierbaren Anzeigefläche,
d. h., seine Darstellung von Informationen auf der freiprogrammierbaren
Anzeigefläche, steuert und darüber hinaus bei
einer Betätigung von virtuellen Bedienelementen über
eine Berührung der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
Steuersignale ausgibt, um eine entsprechende Funktion und/oder ein
System des Kraftfahrzeug zu steuern, welches vorzugsweise über
einen Fahrzeugdatenbus mit der Steuereinheit verbunden ist.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Bedienvorrichtung;
und
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2 eine
schematische Darstellung einer Anzeigefläche und der relativ
zu der Anzeigefläche definierten Detektionsvolumina unterschiedlicher
berührungslos arbeitender Positionserfassungseinheiten.
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In 1 ist
schematisch ein Innenraum eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt.
Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Bedienvorrichtung 2.
Diese umfasst eine freiprogrammierbare Anzeigefläche, die
mit einer berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit 4 integral
als Touchscreen ausgebildet ist. Die berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit 4 umfasst beispielsweise in
verschiedenen Ebenen parallel zu einer Anzeigefläche und
gekreuzt zueinander verlaufende transparente Leiterbahnen 6, 7, die
durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind. Die horizontal
verlaufenden Leiterbahnen 6 sind als Strichpunktlinien,
die vertikal verlaufenden Leiterbahnen als gestrichelte Linien angedeutet.
In einer realen Ausführung sind diese für einen
Nutzer nicht sichtbar, da sie transparent ausgeführt sind.
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Die
Anzeigevorrichtung 3 ist mit einer Steuereinheit 8 gekoppelt,
die eine Anzeige von Informationen auf der Anzeigefläche 5 steuert.
U. a. können virtuelle Bedienelemente auf der Anzeigefläche 5 dargestellt
werden. Diese können über eine Berührung
der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit 4 betätigt
werden, indem ein Betätigungselement 9, welches
vorzugsweise ein Finger eines Nutzers 10 ist, die Anzeigefläche 5 in
einem zweidimensionalen Auslösebereich, der relativ zu
der Darstellung des virtuellen Bedienelements definiert ist, berührt.
Die Steuereinheit erzeugt hieraufhin Steuersignale, die eine Funktion
auslösen und/oder ein System des Fahrzeugs oder mit dem
Fahrzeug gekoppeltes System (nicht dargestellt) betätigen. Diese
Systeme können beispielsweise direkt oder indirekt über
einen Fahrzeugdatenbus (nicht dargestellt) mit der Steuereinheit 8 gekoppelt
sein. Um ein Anzeigen der virtuellen Bedienelemente interaktiv in Abhängigkeit
von einer Position des Betätigungselements 9 steuern
zu können, ist es notwendig, eine dreidimensionalen Position
des Betätigungselements 9 vor der Anzeigefläche 5 der
Anzeigevorrichtung 3 berührungslos zu erfassen.
Hierfür ist eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit 11 vorgesehen.
Diese umfasst eine Signalgebereinheit 12 bzw. einen Sender,
der in einen Fahrersitz 13 integriert ist, und in der dargestellten
Ausführungsform einen weiteren Signalgeber (weiteren Sender) 14, der
in einen Beifahrersitz 15 integriert ist. In den Fahrersitz 13 und
den Beifahrersitz 15 sind zusätzlich vorzugsweise
Sitzbelegungssensoren 16, 17 integriert. Ferner
umfasst die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
benachbart zu der Anzeigefläche 5, vorzugsweise
benachbart zu Ecken 18 der Anzeigefläche 5,
angeordnete Empfangssensoren 19, die ebenso wie die Sitzbelegungssensoren 16, 17 und
der Signalgeber 12 und der weitere Signalgeber 14 mit
einem Steuer- und Auswertemodul 20 verbunden sind.
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In
Abhängigkeit von einer erfassten Sitzbelegung werden in
den Nutzer 10, d. h. den Fahrer oder Beifahrer, unterschiedliche
Hochfrequenzsignale eingekoppelt. Alternativ können auch
zeitversetzte Hochfrequenzsignale eingekoppelt werden. Die Hochfrequenzsignale
sind vorzugsweise moduliert, um die unterschiedlichen Signale einfach
unterscheiden zu können. Alternativ können unterschiedliche Frequenzen
verwendet werden. Die über den Körper des Nutzers
und das Betätigungselement 9 übertragenen
Hochfrequenzsignale werden von den Empfangssensoren 19 kapazitiv
erfasst. Diese können als Empfangseinheiten angesehen werden.
Eine Signalstärke der kapazitiv eingekoppelten Hochfrequenzsignale
in die einzelnen Sensoren 19 sind ein Maß für einen
Abstand des Betätigungselements 9 von den entsprechenden
Sensoren 19. Über eine Triangulation ist anhand
der empfangenen Signalstärken der unterschiedlichen Sensoren 19 eine
dreidimensionale Positionsbestimmung in einem Detektionsvolumen der
einen Positionsbestimmungseinheit 11 möglich. Je
nach Handhaltung und/oder Position über der Anzeigefläche
beeinflusst jedoch auch die mit dem als Finger ausgebildeten Betätigungselement
verbundene Hand oder ein Unterarm sowie gegebenenfalls andere benachbart
zu dem Detektionsvolumen befindliche Körperteile eine empfangene
Signalstärke der Sensoren 19. Daher ist eine Positionsbestimmung hinsichtlich
der dreidimensionalen Ortsauflösung beschränkt.
Um insbesondere bei einer Annäherung an die Anzeigefläche
die von dem Nutzer avisierte Position auf der Anzeigefläche
vor einer Berührung voraussagen zu können, um
beispielsweise in dem Bereich dargestellte virtuelle Bedienelemente
hinsichtlich ihrer Größe zum Verbessern einer
Treffsicherheit anzupassen, ist bei einer dargestellten Ausführungsform
eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit 21 vorgesehen,
die beispielsweise eine kapazitive Kopplung zwischen dem Betätigungselement
und den Leiterbahnen 6, 7 der berührungsempfindlichen
Positionserfassungseinheit 4 auswertet.
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Bei
einer alternativen Ausführungsform (abweichend von der
dargestellten Ausführungsfrom nach 1) sind
entlang von Kanten der Anzeigefläche für den Nutzer
vorzugsweise nicht sichtbare Elektroden angeordnet. Bei dieser alternativen
Ausführungsform wird eine kapazitive Ankopplung des Betätigungselements 9 an
diese um die Anzeigefläche herum angeordneten Elektroden
ausgewertet, um die Position des Betätigungselements berührungslos
in einem weiteren Detektionsvolumen angrenzend an die Anzeigefläche
der Anzeigevorrichtung höher aufgelöst dreidimensional
bestimmen zu können.
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Eine
Positionsbestimmung mit der weiteren Positionsbestimmungseinheit
ist ist bei beiden Ausführungsformen auf ein kleineres
weiteres Detektionsvolumen beschränkt. Die Verwendung nur
dieser mit einer höheren Ortsauflösung versehenen
berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit 21 ist
nicht ausreichend, da bei einer Bewegung des Betätigungselements 9 vor
der Anzeigefläche 5 bei einer Auswahl von unterschiedlichen
nacheinander dargestellten Bedienelementen zur Ausführung
eines komplexen Bedienvorgangs ansonsten die Gefahr bestünde,
dass das Betätigungselement 9 das weitere Detektionsvolumen
während einer solchen Sequenz verlassen würde.
Darüber hinaus ist es für eine Erfassung von Gesten
vorteilhaft, ein möglichst großes Detektionsvolumen
zu überwachen. Ferner ist es für eine gute Auge-Betätigungselement-Koordination
eines menschlichen Nutzers bei Verwendung einer sich bei einer Annäherung
adaptiv anpassenden Bedienoberfläche mit sich beispielsweise
vergrößernden und/oder eingeblendeten Bedienelementen besonders
vorteilhaft, wenn eine solche Einblendung bereits bei einem relativ
großen Abstand des Betätigungselements von der
Anzeigefläche einsetzt, auch wenn eine präzise
Zielposition einer solchen Betätigungshandlung noch nicht
erfassbar ist. Dies hat seine Ursache darin, dass bei einer Annäherung
des Betätigungselements ca. 70% bis 90% der zurückgelegten
Wegstrecke in der Hälfte für eine Betätigung benötigten
Zeit zurückgelegt wird und die restliche Zeit zur Überbrückung
der letzten 30% bis 10% der Distanz zu dem Bedienelement verwendet
wird. Angepasst an diese Situation bietet es sich somit an, zwei
unterschiedlich auflösende berührungslos messende
Positionserfassungseinheiten zu verwenden.
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Eine
Nutzererkennungseinheit 22 ist vorgesehen, um eine Fahrer-Beifahrer-Erkennung
auszuführen und der Steuereinheit bereitzustellen, um nutzerbezogene
Bedienelementeinblendungen und/oder Funktionsauslösungen
und/oder -blockaden zu ermöglichen. Hierfür kann
die Nutzererkennungseinheit beispielsweise die empfangenen über den
Nutzer 10 übertragenen Hochfrequenzsignale auswerten,
die über den Signalgeber 12 und den weiteren Signalgeber 14 nutzerspezifisch
eingekoppelt werden. Hierbei werden vorzugsweise unterschiedlich
modulierte oder zeitversetzt eingekoppelte Hochfrequenzsignale verwendet.
Die Nutzererkennungseinheit 22 ordnet eine erfasste Position
des Betätigungselements 9 einem Nutzer zu.
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Eine
beispielhafte Ausgestaltung der unterschiedlichen Detektionsvolumina
sind in 2 dargestellt. Relativ zu der
Anzeigefläche 5 (dichte Schraffur) ist ein Detektionsvolumen 31 definiert,
innerhalb dessen eine Position des Betätigungselements
nur mit einer geringen Ortsauflösung dreidimensional von
der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit
ermittelbar ist. Ein kleineres unmittelbar angrenzend an die Anzeigefläche 5 definiertes
weiteres Detektionsvolumen 32 ist bei der dargestellten
Ausführungsform ein echtes Teilvolumen des einen Detektionsvolumens 31.
Die Detektionsvolumina 31, 32 sind hier vereinfachend
als Quaderförmig angenommen. Um eine Ausdehnung der Volumina
anzudeuten, sind die rechten Seitenflächen 33, 34 der
Detektionsvolumina unterschiedlich schraffiert. In dem weiteren
Detektionsvolumen 32 kann die Position des Betätigungselements
höher ortsaufgelöst dreidimensional bestimmt werden.
Bei dieser Ausführungsform besteht der Vorteil, dass die Positionsinformationen,
d. h. die ermittelten Positionen, der beiden Positionserfassungseinheiten
verwendet werden können, um die Position des Betätigungselements
festzulegen. Beispielsweise kann die von der einen Positionserfassungseinheit
ermittelte Position zur Plausibilisierung der von der weiteren berührungslos
messenden Positionserfassungseinheit ermittelten Position in dem
weiteren Detektionsvolumen 32 verwendet werden. Die Berührposition beim
Auslösen eines virtuellen Bedienelements wird vorzugsweise
von einer berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit
erfasst. Diese Erfassung muss nur in zwei Raumdimensionen (in der
Fläche der Anzeigefläche (des Berührungsempfindlichen Sensors)
erfolgen, da eine dritte Koordinate durch die Oberfläche
der Anzeigefläche (Oberfläche des berührungsempfindlichen
Sensors) festgelegt ist. Bei vorausgesetzter Kenntnis der Oberflächenkontur
ist auch die dreidimensionale Position ermittelt bzw. kann ermittelt
werden.
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Vorstehend
wurde nur eine beispielhafte bevorzugte Ausführungsform
beschrieben. Für den Fachmann ergibt es sich, dass eine
Vielzahl von Modifikationen möglich ist. Insbesondere können
bei einer Ausführungsform die zwei berührungslos
arbeitenden Positionserfassungseinheiten nach demselben Messprinzip
arbeiten, jedoch beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl von
Sensoren und/oder Elementen, an die das Betätigungselement
ankoppelt, auswerten, um so eine größere Reichweite,
jedoch schlechtere Ortsauflösung, mit der einen Positionserfassungseinheit
und mit der anderen eine höher aufgelöste Position
ermitteln zu können. Die mit geringerer Auflösung
arbeitende Positionserfassungseinheit kann beispielsweise mehrere
Sensorsignale bündeln, um eine höhere Empfindlichkeit
bei einer größeren Entfernung zulasten einer Ortsauflösung
zu erreichen. Ferner kann ein Rechenaufwand durch eine Auswertung
einer geringeren Anzahl von Sensorsignalen reduziert werden, um
während einer schnellen Annäherung die Position
mittels der ersten Positionserfassungseinheit grob zu bestimmen
und bei einer "justierten" Annäherung seitens des Nutzers
mehr Sensorsignale mittels der weiteren Positionserfassungseinheit
zum Ermitteln einer höher aufgelösten dreidimensionalen
Position auszuwerten.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Bedienvorrichtung
- 3
- freiprogrammierbare
Anzeigefläche
- 4
- berührungsempfindliche
Positionserfassungseinheit
- 5
- Anzeigefläche
- 6,
7
- Leiterbahnen
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Betätigungselement
- 10
- Nutzer
- 11
- berührungslos
arbeitende Positionserfassungseinheit
- 12
- Signalgeber
(Sender)
- 13
- Fahrersitz
- 14
- weiterer
Signalgeber (weiterer Sender)
- 15
- Beifahrersitz
- 16,
17
- Sitzbelegungssensoren
- 18
- Ecken
der Anzeigefläche
- 19
- Sensoren
(Empfangssensoren, Empfangseinheiten)
- 20
- Steuer-
und Auswertemodul
- 21
- weitere
Positionserfassungseinheit
- 22
- Nutzererkennungseinheit
- 31
- Detektionsvolumen
- 32
- weiteres
Detektionsvolumen
- 33,
34
- rechte
Seitenflächen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005038678
A1 [0003, 0006]
- - US 7239947 B2 [0004]
- - WO 2005/073834 [0005]
- - DE 102006037156 A1 [0006]
- - WO 2004/078536 [0006]
- - DE 102006037165 A1 [0006]