DE102011112568B4

DE102011112568B4 - Bedienvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, Lenkrad für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011112568B4
Application number: DE102011112568.3A
Authority: DE
Inventors: Volker Entenmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-09-08
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: DE102011112568A1

Abstract

Bedienvorrichtung für ein Lenkrad (12) eines Kraftfahrzeugs, mit der eine durch einen Finger ausgeführte Bedieneingabe erfassbar ist, wobei die Bedienvorrichtung aufweist: ein Bedienflächenelement (14) zum Positionieren des Fingers, und eine Empfangseinheit zum Bestimmen der Bedieneingabe in Abhängigkeit von einem erfassten Signal, gekennzeichnet durch eine Sendeeinheit zum Aussenden eines optischen Signals zu dem Finger, wobei die Empfangseinheit zum Erfassen des von dem Finger reflektierten Signals ausgelegt ist, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an einer dem Finger abgewandten Seite des Bedienflächenelements (14) angeordnet sind und durch ein Kühlelement zum Kühlen der Sendeeinrichtung und/oder ein Heizelement zum Heizen der Sendeeinrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, mit der eine durch einen Finger ausgeführte Bedieneingabe erfassbar ist, ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Bedienvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Lenkrad.
Die Bedienung von Geräten über berührungssensitive Elemente setzt sich außerhalb und innerhalb des Kraftfahrzeugs immer mehr durch und bringt Modernität zum Ausdruck. Deshalb besteht auch der Wunsch, eine entsprechende Bedienung mit einem Touchpad auf das Lenkrad des Kraftfahrzeugs auszudehnen und diese für die Interaktion mit einem Anzeigeelement bzw. einem Display im Kombiinstrument zu nutzen.
Problematisch ist dabei, dass die für eine Touch-Bedienung typischerweise verwendeten kapazitiven Sensoren eine große Elektrodenfläche benötigen, um die Berührung und die Bewegung eines Fingers auf der Oberfläche detektieren zu können. Diese Flächen stehen in einem Lenkrad nicht zur Verfügung. Andernfalls muss das Lenkraddesign massiv verändert werden, um solche Flächen zu schaffen. Gleichzeitig ist es schwierig, diese großen berührungssensitiven Bereiche so anzuordnen, dass ein unbeabsichtigtes Berühren während des normalen Lenkvorgangs, z. B. beim Umgreifen der Hand während der Lenkraddrehung ausgeschlossen ist.
Hierzu beschreibt die DE 10 2009 030 592 A1 eine Bedieneinrichtung für ein Multifunktionsgerät in einem Kraftfahrzeug. Die Bedieneinrichtung weist ein Betätigungselement auf, das eine berührungssensitive Bedienfläche umfasst. Die Berührungssensitivität der Bedienfläche lässt sich beispielsweise durch eine kapazitive oder optische Sensorik erreichen. Die Bedieneinrichtung kann in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeugs verwendet werden.
Darüber hinaus beschreibt die DE 10 2009 047 406 A1 eine Fernbedienfeldvorrichtung für ein Fahrzeug. Die Fernbedienfeldvorrichtung umfasst eine Platine, die eine Mehrzahl von Leuchtelementen aufweist. Darüber hinaus ist eine Platte vorgesehen, die auf einem oberen Teil der Platine vorgesehen ist. Zudem weist die Fernbedienfeldvorrichtung eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Benutzerschnittstelle auf. Dabei wird die Platte verwendet, um zu erreichen, dass das von der Mehrzahl von Leuchtelementen ausgestrahlte Licht durch ein sich näherndes oder berührendes Objekt reflektiert wird und auf ein Lichtempfangselement fällt.
Ferner ist in der EP 1 591 880 A2 eine Dateneingabevorrichtung zur Verwendung mit einer optisch rauen Abrollfläche beschrieben. Die Dateneingabevorrichtung umfasst eine Lichtquelle zum Projizieren eines im Wesentlichen kohärenten Lichtstrahls auf eine Spuroberfläche zum Streuen des im Wesentlichen kohärenten Lichtstrahls. Ein Detektor empfängt zumindest einen Teil des gestreuten Lichtstrahls. Ferner ist eine Steuerung vorgesehen, die in einem Verfolgungsmodus anhand einer detektierten Speckle-Musters eine Relativbewegung zwischen einer Vorrichtung und der Spuroberfläche verfolgen kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Bedienvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, die eine einfache und effektive Bedienbarkeit zulässt, ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Bedienvorrichtung und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Lenkrad zu schaffen.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Bedienvorrichtung mit den in Anspruch 1, hinsichtlich des Lenkrads mit den in Anspruch 8 und hinsichtlich des Kraftfahrzeugs mit den in Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß weist eine Bedienvorrichtung für Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, mit der eine durch einen Finger ausgeführte Bedieneingabe erfassbar ist, ein Bedienflächenelement zum Positionieren des Fingers, eine Sendeeinheit zum Aussenden eines optischen Signals zu dem Finger und eine Empfangseinheit zum Erfassen des von dem Finger reflektierten Signals und zum Bestimmen der Bedieneingabe in Abhängigkeit von dem erfassten Signal auf, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an einer dem Finger abgewandten Seite des Bedienflächenelements angeordnet sind.
Ferner umfasst die Bedienvorrichtung ein Kühlelement zum Kühlen der Sendeeinrichtung und/oder ein Heizelement zum Heizen der Sendeeinrichtung. Für den Fall, dass als Sendeinheit ein Laser verwendet wird, ist sicherzustellen, dass dieser in einem erweiterten Temperaturbereich die notwendig optische Leistung und die geforderte Zuverlässigkeit über die Lebensdauer bereitstellt. Zu diesem Zweck weist die Bedienvorrichtung ein entsprechendes Kühlelement und/oder Heizelement auf, um die benötigte Betriebstemperatur für die Sendeeinheit zu garantieren. Somit kann der Einfluss von sehr niedrigen und sehr hohen Umgebungstemperaturen auf den Laser durch geeignete Heiz- oder Kühlmaßnahmen in der Bedienvorrichtung oder dessen Einbauumgebung reduziert werden. Um die Anforderungen bezüglich der Vibrationen im Kraftfahrzeug zu erfüllen, ist die Mechanik der Bedienvorrichtung entsprechend verstärkt bzw. angepasst. Somit kann ein zuverlässiger Betrieb der Bedienvorrichtung für ein Lenkrad sichergestellt werden. Die Bedienvorrichtung für ein Lenkrad umfasst eine Sendeeinheit und eine Empfangseinheit, mit der die Position eines Fingers auf einem Bedienflächenelement optisch erfasst werden kann. Somit werden keine großen Elektrodenflächen, wie beispielsweise bei kapazitiven Sensoren nötig wären, benötigt. Somit kann die moderne Touch-Bedienung auf das Lenkrad des Kraftfahrzeugs übertragen werden. Durch die kleinen Abmessungen der Bedienvorrichtung werden neue Gestaltungsfreiräume für das Lenkrad eröffnet. So können beispielsweise sehr schlanke Speichen des Lenkrads realisiert werden. Zum anderen kann die Bedienvorrichtung an Stellen des Lenkrads platziert werden, bei denen eine unbeabsichtigte Bedienung während des Lenkvorgangs ausgeschlossen ist.
Die Sendeeinheit, die beispielsweise als Lichtquelle, insbesondere als Laser ausgebildet sein kann, beleuchtet die Oberfläche des Fingers. Das Licht wird von der Oberfläche des Fingers reflektiert und das reflektierte Signal wird von der Empfangseinheit erfasst, die beispielsweise als Lichtsensor ausgebildet ist. Die Empfangseinheit kann zu diesem Zweck einen entsprechenden Sensor umfassen. Die Empfangseinheit ist mit einer entsprechenden Auswerteeinheit gekoppelt, die anhand des Speckle-Musters bzw. des Interferenz-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals das Vorhandensein eines Fingers auf dem Bedienflächenelement bzw. der Bedienoberfläche der Bedienvorrichtung feststellt. Somit kann eine Bedieneingabe eines Fingers besonders zuverlässig erfasst werden.
Vorzugsweise erfolgt die Bedieneingabe durch das Positionieren des Fingers auf dem Bedienflächenelement und ist durch eine Auswerteeinheit anhand eines Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals bestimmbar.
Vorzugsweise erfolgt die Bedieneingabe durch ein Bewegen des Fingers entlang des Bedienflächenelements und ist durch eine Auswerteeinheit anhand einer Änderung des Speckle-Musters bestimmbar. Anstelle des reinen Positionierens des Fingers oder zusätzlich zu dem reinen Positionieren des Fingers kann auch das Bewegen des Fingers entlang des Bedienflächenelements bzw. der Bedienoberfläche der Bedienvorrichtung als Bedieneingabe erfasst werden. Zu diesem Zweck kann eine Änderung des Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals ausgewertet werden. Auf diese Weise kann eine Bedieneingabe besonders zuverlässig erfasst werden.
Vorzugsweise ist das Bewegen des Fingers in eine erste und eine dazu senkrechte, zweite Erstreckungsrichtung entlang des Bedienflächenelements jeweils als Bedieneingabe von der Auswerteeinheit unterscheidbar. Durch die Ausgestaltung der Bedienvorrichtung, die Fingerbewegung sowohl in die erste als auch in die zweite Erstreckungsrichtung entlang des Bedienflächenelements zu erfassen, ermöglicht die Bedienvorrichtung auch neue Interaktionskonzepte im Zusammenspiel mit einem Anzeigeelement bzw. Display des Kombiinstruments des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise kann im Stillstand des Kraftfahrzeugs ein Mauszeiger in einem Internet-Browser gesteuert werden. Die Auswerteeinheit kann auch dazu ausgebildet sein, die Bewegung des Fingers entlang mehrerer Erstreckungsrichtungen des Bedienflächenelements zu unterscheiden. Somit ergeben sich erweiterte Bedienmöglichkeiten, die mit der Bedienvorrichtung im Lenkrad des Kraftfahrzeugs ermöglicht werden.
Vorzugsweise umfasst die Bedienvorrichtung eine Sensoreinheit zum Erfassen eines mit dem Finger auf das Bedienflächenelement ausgeübten Drucks. Der auf das Bedienflächenelement ausgeübte Druck mit dem Finger kann als zusätzliche Bedieneingabe berücksichtigt werden. Damit kann ein erweitertes Bedienkonzept bereitgestellt werden.
Vorzugsweise umfasst die Bedienvorrichtung eine Beleuchtungseinheit. Eine solche Beleuchtungseinheit, welche beispielsweise umfangsseitig bzw. ringförmig um die Bedienvorrichtung angeordnet ist, kann als Suchbeleuchtung verwendet werden, um das Bedienflächenelement der Bedienvorrichtung bei Nachtfahrten zu markieren. Eine solche Beleuchtungseinheit kann aber dazu verwendet werden, um dem Fahrer eine Rückmeldung zu geben, dass der Finger von der Bedienvorrichtung erkannt wurde. Berührt der Finger das Bedienflächenelement, wird die Beleuchtungseinheit eingeschaltet. Verlässt der Finger die Oberfläche des Bedienflächenelements, bleibt die Beleuchtungseinheit noch für eine gewisse Zeit eingeschaltet und wird dann zum Beispiel gedimmt ausgeschaltet. Somit kann die Bedienung zusätzlich vereinfacht werden.
Das erfindungsgemäße Lenkrad umfasst die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Bedienvorrichtung, die, wie die heutigen mechanischen Lenkradbedienelemente, auf der dem Fahrer des Kraftfahrzeugs zugewandten Seite des Lenkrads angeordnet ist. Durch den kleinen Bauraum der Bedienvorrichtung ist aber auch eine Anordnung auf der dem Fahrer des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite des Lenkrads in Verbindung mit einer entsprechenden Blindbedienung möglich. Auf diese Weise kann ein neues Bedienkonzept bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist die Bedieneingabe in Abhängigkeit von einem Signal des Lenkwinkelsensors des Kraftfahrzeugs von der Auswerteeinheit anpassbar. Aufgrund der kleinen Baugröße enthält die Bedienvorrichtung selbst keine Symbole. Zudem kann die Bedienvorrichtung eine Bewegungsrichtung des Fingers in beliebige Richtungen erfassen. Beides zusammen ermöglicht es, die Bewegung des Fingers in Abhängigkeit von dem Drehwinkel des Lenkrads so auszuwerten, dass für den Benutzer die Bedienvorrichtung unabhängig vom Lenkradwinkel wird. So kann beispielsweise in neutraler Lenkradstellung durch eine Wischbewegung nach oben eine bestimmte Funktion ausgelöst werden. Wird das Lenkrad nun um 90° im Uhrzeigersinn gedreht und die Auswertung der Fingerbewegung nicht an den Lenkradwinkel angepasst, dann müsste der Benutzer nun eine Wischbewegung nach rechts durchführen, um dieselbe Funktion auszulösen. Mit einer von dem Lenkradwinkel abhängigen Auswertung der Fingerbewegung kann dagegen erreicht werden, dass sich auch in der um 90° gedrehten Lenkradstellung dieselbe Funktion durch dieselbe Wischbewegung nach oben ausgelöst wird. Auf diese Weise kann die Bedienung für den Fahrer deutlich vereinfacht werden. Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung einer Bedienvorrichtung für ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs, und
2 ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug mit der in 1 gezeigten Bedienvorrichtung.
Das nachfolgend näher beschriebene Ausführungsbeispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Bedienvorrichtung 10 für ein Lenkrad 12 eines Kraftfahrzeugs. Die Bedienvorrichtung 10 umfasst ein Bedienflächenelement 14, auf der ein Finger zum Ausführen einer Bedieneingabe positionierbar ist. Überdies umfasst die Bedienvorrichtung 10 eine hier nicht dargestellte Sendeeinheit und ein Empfangseinheit, die in einem Gehäuse der Bedienvorrichtung 10 angeordnet sind. Die Sendeinheit ist dazu ausgebildet, ein optisches Signal zu dem auf dem Bedienflächenelement 14 positionierten Finger zu senden. Mit der Empfangseinheit kann das von dem Finger reflektierte optische Signal erfasst werden. Zudem umfasst die Bedienvorrichtung 10 eine hier nicht dargestellte Auswerteeinheit, mit der anhand des empfangenen Signals das Positionieren eines Fingers auf dem Bedienflächenelement 14 erfassbar ist.
Die Auswerteeinheit kann zusammen mit der Bedienvorrichtung 10 in einem Gehäuse angeordnet sein. Ebenso kann die Auswerteeinheit separat zu der Bedienvorrichtung 10 angeordnet sein. Die Bedienvorrichtung 10 umfasst zudem einen elektrischen Anschluss 16, mit dem die Sendeeinheit, die Empfangseinheit und weitere Komponenten der Bedienvorrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgbar sind. Zudem können über entsprechende Leitungen des elektrischen Anschlusses 16 Daten zu der Bedienvorrichtung 10 gesendet werden oder Daten von der Bedienvorrichtung 10 an andere Komponenten des Kraftfahrzeugs übermittelt werden.
Die Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, eine Bedieneingabe durch das Positionieren des Fingers auf dem Bedienflächenelement 14 anhand eines Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals zu bestimmen. Ebenso kann die Auswerteeinheit eine Bewegung des Fingers entlang des Bedienflächenelements 14 anhand einer Änderung des Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals bestimmen. Die Auswerteeinheit kann eine Bewegung des Fingers in eine erste und in eine dazu senkrechte, zweite Erstreckungsrichtung entlang des Bedienflächenelements 14 unterscheiden. Überdies kann die Bedienvorrichtung 10 eine entsprechende Sensoreinheit umfassen, mit der ein mit dem Finger auf das Bedienflächenelement 14 ausgeübter Druck erfassbar ist. Der mit dem Finger auf das Bedienflächenelement 14 ausgeübte Druck kann von der Auswerteeinheit als zusätzliche Bedienhandlung ausgewertet werden.
2 zeigt eine Draufsicht auf ein Lenkrad 12 eines Kraftfahrzeugs. Vorliegend ist die Bedienvorrichtung 10 in einer dem Fahrer zugewandten Seite des Lenkrads angeordnet. Ebenso ist es denkbar, dass die Bedienvorrichtung 10 auf einer dem Fahrer abgewandten Seite des Lenkrads 12 angeordnet ist. Zudem umfasst das Lenkrad 12 eine Beleuchtungseinheit 18, die der Bedienvorrichtung 10 zugeordnet ist. Die Beleuchtungseinheit 18 kann umfangseitig bzw. ringförmig um die Bedienvorrichtung 10 angeordnet sein. Die Beleuchtungseinheit 18 kann bei Nachtfahrten dazu dienen, die Bedienvorrichtung 10 leichter aufzufinden. Ebenso kann die Beleuchtungseinheit 18 dazu verwendet werden, dem Fahrer durch ein entsprechendes Lichtsignal eine Rückmeldung zu geben.
Die Bedienvorrichtung 10 kann beispielsweise über den elektrischen Anschluss 16 mit einem Lenkwinkelsensor des Kraftfahrzeugs verbunden sein. In Abhängigkeit von einem Signal des Lenkwinkelsensors kann die Bedieneingabe von der Auswerteeinheit angepasst werden.
Obgleich die vorliegende Erfindung vorhergehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden ist, versteht es sich, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wird ausdrücklich auf die Offenbarung der Zeichnung verweisen.
Bezugszeichenliste

10: Bedienvorrichtung
12: Lenkrad
14: Bedienflächenelement
16: Anschluss
18: Beleuchtungseinheit

Claims

Bedienvorrichtung für ein Lenkrad (12) eines Kraftfahrzeugs, mit der eine durch einen Finger ausgeführte Bedieneingabe erfassbar ist, wobei die Bedienvorrichtung aufweist: ein Bedienflächenelement (14) zum Positionieren des Fingers, und eine Empfangseinheit zum Bestimmen der Bedieneingabe in Abhängigkeit von einem erfassten Signal, gekennzeichnet durch eine Sendeeinheit zum Aussenden eines optischen Signals zu dem Finger, wobei die Empfangseinheit zum Erfassen des von dem Finger reflektierten Signals ausgelegt ist, wobei die Sendeeinheit und die Empfangseinheit an einer dem Finger abgewandten Seite des Bedienflächenelements (14) angeordnet sind und durch ein Kühlelement zum Kühlen der Sendeeinrichtung und/oder ein Heizelement zum Heizen der Sendeeinrichtung.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Bedieneingabe durch das Positionieren des Fingers auf dem Bedienflächenelement (14) anhand eines Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinheit zum Bestimmen der Bedieneingabe durch ein Bewegen des Fingers entlang des Bedienflächenelements (14) anhand einer Änderung eines Speckle-Musters des von der Empfangseinheit erfassten Signals.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit das Bewegen des Fingers in eine erste Erstreckungsrichtung entlang des Bedienflächenelements (14) und das Bewegen des Fingers in eine senkrecht zu der ersten Erstreckungsrichtung verlaufende zweite Erstreckungsrichtung entlang des Bedienflächenelements (14) als jeweilige Bedieneingaben unterscheidet.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sensoreinheit zum Erfassen eines mit dem Finger auf das Bedienflächenelement ausgeübten Drucks.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinheit (18).
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit die Bedieneingabe in Abhängigkeit von einem Signal eines Lenkwinkelsensors des Kraftfahrzeugs anpasst.
Lenkrad (12) für ein Kraftfahrzeug, das eine Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf einer einem Fahrer des Kraftfahrzeugs zugewandten Seite des Lenkrads (12) oder auf einer dem Fahrer des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite des Lenkrads (12) aufweist.
Kraftfahrzeug, das ein Lenkrad (12) nach Anspruch 8 aufweist.