CN115516408A - 用于控制车辆功能的控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆功能的控制装置(10)，它具有基本位置固定但可运动的物体(1)，该物体可由人主动操作用以控制。本发明的控制装置的特点是，该物体(1)设计成通过受控磁场而浮动的物体(1)，其中，设有传感器系统(4,5)，用于检测呈“物体(1)被人偏移离开其零位”形式的主动操作。

Description

用于控制车辆功能的控制装置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所详细限定类型的用于控制车辆功能的控制装置。本发明还涉及一种利用这种控制装置控制车辆功能的方法。
背景技术
用于控制车辆功能的控制装置一般由现有技术公开了。作为控制装置，很常见地使用具有触敏面、键、旋钮和/或类似物的操作区。这对于操作车辆的人是相对费事的，因为他必须始终将其手移动向所需操作件。因此，从一般现有技术中也知道了通过基本上位置固定但可运动的物体形成控制装置，该物体可被人主动操作以便控制。这种物体例如是操纵杆(Joystick)、示踪球(Trackball)等。在此可以想到各种不同的设计，例如做法是旋钮如此安装，即，除了旋转外还可以实现至少向前、后、左和右的运动。另外，可以通过按压该旋钮例如确认选择。通过这种控制装置，于是可以例如在多功能显示器的菜单内作出相应选择，存在输入文本、选择功能等的初级可能性。但本发明意义上的控制装置也可以是方向盘、踏板等。
发明内容
本发明的任务现在是指明一种改善的用于控制车辆功能的控制装置以及一种改善的控制方法。尤其是，该控制装置应该允许与其操作相关的额外自由度以及改善的可操纵性。
根据本发明，该任务通过一种具有权利要求1中的特征的控制装置来完成。一种用于利用这种控制装置控制车辆功能的方法在权利要求10中被说明。关于该控制装置和该方法都从其各自从属权利要求中得到有利的设计和改进方案。
根据本发明的用于控制车辆功能的控制装置包括基本位置固定的但可运动的物体。该物体可类似于操作钮、操纵杆等被人主动操作以便控制。根据本发明，该物体现在被设计成通过受控磁场来浮动的物体。在此，根据本发明设有传感器系统，用于检测呈“人使物体偏移离开其零位形式”的主动操作。本发明控制装置在此利用所谓悬浮技术，使得具有可磁化元件例如软铁芯的物体(根据本发明控制装置的一个有利改进方案是球)可自由浮动在借助闭合控制回路被调节的磁场中。于是该物体因被想要触发车辆功能的人偏移离开其零位而允许多样化控制，因为该物体能够在所有空间方向上偏移并绕每个任意空间轴以其角度被转动。由此可以实现数量巨大的不同操作，其给短暂训练后的使用控制装置的人提供很广泛的能简单、直观和高效操作的控制可能性。
根据本发明控制装置的一个很有利的改进方案，在此规定将传感器系统连接至磁场调整器，确切说以如下方式，即，在偏移情况下，该磁场将物体复位至零位。通过将物体复位至零位，一方面允许总是相同的初始状况，另一方面允许针对由人造成的物体运动的反作用力，因为所述控制持续尝试使物体复位至初始位置。视功能不同，抵抗“由使用者造成的偏移”的力在此可以通过给受控磁场的电磁铁相应通电而被设定为彼此不同。另外，可以简单高效地生成感觉或触觉反馈，以便向使用控制装置的人表明识别了该运动，并且借此可实现相应的车辆功能或其所期望的控制指令。为了产生压力点或开关标记，可以通过该磁场例如调节以使该力增大直至预定偏移且接着又减小。该控制装置的传感器系统在此可以按照任意方式来设计。它可以例如通过内室摄像头、专门对准物体的可分别设计成单摄像头或立体摄像头来实现。另外，可以使用多个摄像头或其它形式的传感器例如基于超声波等的距离传感器。
如已经解释地，根据本发明控制装置的一个很有利的改进方案，该物体可以设计成球。在此，根据本发明的一个有利改进方案，可以在物体内集成有传感器。这种传感器尤其可以是触敏的传感器或触敏表面，以便获得在检测人的期望的控制输入时的更多的自由度。此外，可以设置加速度传感器和/或陀螺仪传感器，以更容易地探测物体的旋转运动和/或能将作用于物体的加速度直接用作人的期望的输入的量度。可测知的物体加速度在此可以利用物体内的加速度传感器(如果有)来识别。它们于是可以直接用作控制信号，而不必费事地先从平移运动中推导出它们。
该物体可以优选具有永磁铁来代替可磁化元件，或作为其替代而本身可被磁化。在此特别有利的是在物体内设置永磁铁。根据本发明控制装置的一个极其有利的改进方案，该永磁铁在此可以被万向悬置。因此可行的是该物体本身关于至少两个、优选至少三个空间方向又转动到零位，即，基本上总是相同取向，从而例如在布置在开车人右侧的情况下(用于左驾车辆时)，在右侧设置触敏传感器，当物体以换挡杆形式被人侧向握住时，触敏传感器例如在接触物体时位于食指与中指之间。
根据本发明控制装置的一个很有利的改进方案而规定，车辆传感器的数据被处理，这些数据至少包含车辆加速度变化，其中，磁场调整器设立用于将该物体保持在其零位而不受这种车辆加速度变化影响。因此可能的是，在急加速的驾驶操作时，悬浮物体仍可保持在其零位，并且没有因出现的惯性力而离开其原有位置。这一方面为使用车辆且使用控制装置的人提供舒适性，另一方面可以因此禁止可能被误解为控制运动的运动。
该控制装置可被用于各不同的车辆功能。它尤其适用于完成由传感器辅助的内室控制或在车辆多功能设备等的菜单中进行控制。但原则上也可通过这种控制装置进行车辆直接控制，例如做法是转向装置或动力系被控制，这一般被称为线控转向或线控驱动。为此，本发明的概念是理想的，因为通过基本直观地操作该悬浮物体可以实现许多功能的很简单高效的控制。
不同于常见的控制装置，这种根据本发明的控制装置允许全新的车辆内室概念，因为可以在使用一个或多个本发明的控制装置时放弃如迄今已知的且关于其在车辆内室中的位置被基本设定的复杂部件例如方向盘或踏板。因此，该控制装置适于在不带方向盘或踏板的自主驾驶车辆中仍输入驾驶方向期望或行程期望。例如可以通过在一个横向于行驶方向的方向上作用于球的轻微压力来向自主驾驶车辆表明在下一个十字路口想要朝压力方向转弯。相应地，通过沿车辆纵向的或与之相反的方向施压，可使车辆起步或停止。
根据本发明的用于借助这种控制装置控制车辆功能的方法在此规定，由接触物体的人造成的物体从零位的偏移被识别并根据偏移的方向、程度和/或类型被转换为对车辆功能的控制指令。如已解释地，在此有大量不同的操作可能性，因为加速度、方向、偏移程度、旋转运动等是可能的并可被测量，从而可实现控制指令和车辆功能的新颖但直观的控制和触发。
在此根据该方法的一个有利改进方案而规定，该物体在偏移的情况下通过磁场调整、自身磁化或永磁铁而被返回至其零位。借此获得抵制偏移的力。这一方面导致该物体基本保持位置固定，即，总是处于预期位置并且总是能以相同的方式被操作。另外，复位也允许力作用于操作物体进行控制的人的手，从而他直接获得对其输入的触觉反馈或感觉反馈，这提升功能安全性并且使人们更信任控制装置。
附图说明
本发明的控制装置的其它有利设计以及用于借助控制装置控制车辆功能的方法来自以下参照图来详细说明的实施例，其中：
图1示出本发明的控制装置的工作方式的示意图；
图2示出用于表示本发明的控制装置的工作方式的另一视图；
图3示出本发明控制装置的工作方式和可能功能的示意图；
图4示出车辆内室连同本发明控制装置的可能布置的原理图。
具体实施方式
闭合控制回路允许所谓的永磁铁或铁磁性物质在可变受控磁场内的悬浮。因此这意味着，物体的重力通过磁力被补偿。在图1的图示中，这种物体1以球的形式被示出。通常也被称为永磁体的永磁铁2位于物体1中。在在此所示的实施例中，各有一个电磁铁3a、3b位于上方和下方。在图1的图示中在物体1下方的电磁铁3a在此如此取向，即，它以同一极指向物体1内的永磁铁2，使得在此出现排斥。在物体1上方的电磁铁3b如此极化，即，它相应吸引物体1内的永磁铁2。总体上作为磁力Fm被示出的磁斥力和/或磁吸力因此与物体1的重力Fg相互抵消并且物体因此浮动或悬浮。磁力Fm在此通过永磁铁2的恒定磁场强度、永磁铁2与电磁铁3a、3b之间的距离以及流过电磁铁3a、3b的电流和电磁铁3a、3b的由此产生的可变磁场强度来确定。传感器例如像用于测量电场强度的霍尔传感器4以及摄像头5以及或许其它传感器例如像用于测量距离的超声波传感器等于是允许确定永磁铁2的和进而物体1的相对于电磁铁3a、3b的位置并且通过控制器6调节流过电磁铁3a、3b的电流，从而维持物体1的悬浮、即浮动。
永磁铁2在此优选可以通过在此被示意性示出的万向支承机构7容置在物体1中。因此可能的是，永磁铁2的极(N,S)的取向在物体1转动时不被改变。物体1、即在这里是具有被万向支承的永磁铁2的球因此可以通过在物体的上方和/或下方的可调的电磁铁3a和/或3b保持悬浮，其中，在电磁铁3a、3b与物体1之间的距离可以通过流向电磁铁3a、3b的电流来调节并且该重力Fg通过磁力Fm被补偿。
例如在物体1上方的附加的电磁铁3允许补偿作用于物体1的切向力，这些附加的电磁铁以非垂直的方式安置在物体1上方。在图2的图示中，这种在此用3总体概括表示的电磁铁被相应示出。由此，诸如尤其在车辆运动时、即例如在加速时出现的力等可以通过控制器6基于测得的车辆运动和/或也基于例如因为开始转向运动而预期有的规划车辆运动借助于在物体1周围的附加的电磁铁3来予以补偿。因此可靠地维持物体1的浮动状态，并且物体1在车辆运动期间伴随出现的纵向加速或横向加速情况下也可靠保持其也可被称为零位的规划位置。
在图2的图示中，为此又举例示出重力Fg以及与之垂直的切向力Ft。因此，两个分别是向量的力现在能够通过磁力Fm被相应平衡。这在图2的图示中作为切向力Ft与物体1的重力Fg两者的向量和的反作用力被虚线示出。所述力的向量和于是导致磁力Fm，其必须被相应平衡，在此是通过用3c表示的且用与力箭头一样的虚线标示的电磁铁3。
如已经描述地，物体1的位置且在此是物体1的空间位置、即其3D位置被连续确定且被用于控制电磁铁3以维持悬浮。为了确定3D位置，在此使用外部传感器如已述的摄像头5、未示出的超声波传感器等。另外，可以执行主动测量。为此，定位用信号由物体1发出并且被外部探测和评估。替代地或补充地，也可以将定位用外部位置信号发送入物体1中并在物体1中被评估。
现在，整个结构用作控制装置10，使用车辆的在此未示出的人借此能控制车辆功能。为此，人接触物体1并使其运动。在图3的图示中，现在示意性示出人所具备的使物体1相应运动的可能性。在物体1、在此是球的旁边，在此再次单纯举例地根据图1的图示示出两个永磁铁3a、3b以及霍尔传感器4。作为其它传感器的摄像头5位于物体1的右侧旁，其中，该结构不必局限于该传感器类型。现在有不同的运动可能性。利用位于物体1中心的箭头表示绕在竖向上延伸的竖轴x的偏摆(Gieren)运动。在此情况下，人们提到绕竖轴x的偏摆。在此，偏摆在英语区被称为yaw。横轴y垂直于竖轴x地在根据图3的图示的y方向上延伸。绕横轴y延伸的在物体1右侧的箭头在此表明所谓的绕横轴y的俯仰(Nicken)。俯仰(在英语区也被称为pitch)是另一种绕预定轴的转动。此外可以绕沿z方向延伸的纵轴进行一种运动。绕纵轴z的翻滚(Rollen)在此由多个箭头和以虚线示出的绕纵轴z旋转的竖轴x位置来相应表明。该翻滚在英文中被称为roll。
除了基于物体1旋转的运动外，显然在所有三个空间方向上、即沿竖轴x、横轴y和纵轴z可以实现平移运动，它们通过在这里也与物体1内的各自轴线x、y、z相邻的或在物体1旁的箭头来表示。在物体1例如在竖向上、即沿竖轴x向上或向下发生这种平移偏转时，闭合控制回路调节电磁铁3a、3b的磁场，使得物体1的重力Fg以及使用控制装置10的人为了使物体1平移偏转所施加的力之和现在被附加补偿。使用控制装置10的人因此感觉到在物体1平移运动时的反作用力并因此通过物体1获得对控制输入的感觉反馈。当物体1被人在一水平平面之内、即沿横轴y和/或纵轴z平移偏移时，闭合控制回路选择以相应角度定位的电磁铁3并且调节其电磁场，使得物体1的重力Fg以及使用者为了物体1的平移偏移所施加的力之和又被补偿，从而使用控制装置10的人在此情况下也察觉到反作用力和进而感觉反馈。相似的情况也适用于在物体上的旋转运动、即偏摆、俯仰或翻滚。
此外，物体的加速可以利用物体1内的加速度传感器来识别，其中，该传感器在此未被示出。它们在这里也被直接转换为控制信号，而不必先复杂地从平移运动中推导出加速。另外，物体1可以包含陀螺仪和/或可以执行万向悬置7的位置测量，以由此确定绕所有三条轴线、即竖轴、横轴和/或纵轴的相应旋转运动。如果现在物体1被使用控制装置10的人旋转，则电磁铁有利地又维持浮动状态并且相应抵消位置变化，从而一方面生成控制信号，另一方面在此也能实现物体1的感觉反馈。
因此，浮动物体1的所有六个自由度、即所有三个空间方向和所有三个转动角度以及其它的可选信号例如加速度、物体被施以的压力(通过压力传感器)、物体接触(通过接触传感器例如电容传感器等)可被测知。所有这些可以被用于控制车辆内的不同功能。来自物体的控制信号在此优选以无线的方式、通过滑动触点和/或合适的缆线布置而被传输至图1所示的控制器6并在那里被相应处理。同样，在那里处理传感器系统例如霍尔传感器4和摄像头5以及或许其它在此未示出的超声波传感器等在外部采集的信息并转换为相应的信号，一方面用于以期望的方式维持物体1的悬浮，另一方面用以通过浮动的物体1的取向和姿态的改动来产生人所期望的控制信号并转发给车辆控制器。
在车辆内的呈电子形式的控制信号的传输、例如线控转向或线控驱动允许实现这种创新的控制装置10，而无需在控制输入器和执行机构、即例如方向盘和转向装置之间的物理连接。因此现在可行的是，通过在此所解释的控制装置10和转送至车辆控制器的控制信号来控制车辆的各不同功能。它例如可以是已提到的转向或动力系的控制。因此，例如物体1绕横轴y的转动可以按照类似于摩托车中的加速控制的方式导致车辆加速，而绕竖轴x的运动可被用于控制转向装置。一般，可以想到浮动的物体1的取向和姿态的改动的各种各样的设计和关联，用以整合车辆控制。在此可以实现针对许多控制任务来很直观地操作物体1。除了加速和减速以及转向外，也可以简单高效地实现其它功能例如像手动换挡、转向灯操作等。这尤其适用于自主驾驶车辆，因此例如针对5级自主驾驶不需要输入器，或者在例如4级时仅有时需要输入器。这种悬浮球在此完全足以代替常见的固定安装的控制输入器并且允许车辆内室设计中的高艺术创造自由度，而无需不必要地限制用于在车内作为乘员随行的人的使用空间。
另一个使用这种控制装置10来输入车辆功能的例子例如是将它用于由传感器辅助的内室控制。它因此例如可以如在图4的图示中看到地布置在车辆的中央扶手9区域内并且在那里允许代替原有的操纵杆等而控制大量任务。因此，例如可以利用在车辆前排座之间在中央扶手区域内浮动的作为物体1的球来控制氛围内室灯光、内室气味等。另一个要点可能在于，带有物体1的控制装置10也可以用作防盗器。不使用物体1进行的车辆操作在此例如能借助配属于物体1的编码被禁止。但它可以在例如设计成小球时独立于车辆地被携带并且因此可以被使用车辆的人近似经常随身携带。如果另一人现在试图使用该车辆，则因为没有该物体1而无法达成。
最后还可能注意到，对于未使用控制装置10的情况，物体1可以为了控制而很好接近的区域中下降。因此物体例如可以如同在图4的图示中示出的那样从其在主动使用该控制装置10中的物体1时用实线所示的位置被置于在中间扶手9表面上的在虚线位置被示出的安放位置，以便因此对于不需要物体1的情况提供可以将物体1节省空间地安放在内室中的可能性。当通过启动电磁铁3而接通磁场时，物体可以根据需要又置于适用于控制的且根据有利改进方案可由使用者个别调设的位置或高度。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆功能的控制装置(10)，具有基本位置固定但可运动的物体(1)，该物体能够由人主动操作用以控制，
其特征是，
该物体(1)被设计成通过受控磁场而浮动的物体(1)，其中，设有传感器系统(4,5)，用于检测呈“该物体(1)被人偏移离开其零位”形式的主动操作。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征是，该传感器系统(4,5)连接至该磁场的按下述方式设立的调整器，即，在偏移的情况下，该磁场使该物体(1)复位到其零位。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置(10)，其特征是，该物体(1)设计为球。
4.根据权利要求1至3之一所述的控制装置(10)，其特征是，该物体(1)具有集成的传感器。
5.根据权利要求4所述的控制装置(10)，其特征是，所述集成的传感器包括触敏的传感器或触敏表面、加速度传感器和/或陀螺仪传感器。
6.根据权利要求1至5之一所述的控制装置(10)，其特征是，该物体(1)本身磁化构成或具有永磁铁(2)。
7.根据权利要求6所述的控制装置(10)，其特征是，该永磁铁(2)被万向安装在该物体(1)内。
8.根据权利要求1至7之一所述的控制装置(10)，其特征是，它被设立用于处理至少包含车辆加速度变化的车辆传感器数据，其中，该磁场的调整器设立用于将该物体(1)保持在其零位而不受所述车辆加速度变化之影响。
9.一种用于利用根据权利要求1至8之一所述的控制装置(10)控制车辆功能的方法，其特征是，识别到该物体(1)被接触该物体(1)的人偏移离开其零位，并且根据所述偏移的方向、程度和/或类型被转换为用于车辆功能的控制指令。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征是，在偏移情况下，借助该磁场的调整器和/或自身磁化或自有的永磁铁(2)而将该物体(1)复位至其零位，借此获得针对偏移的反作用力。
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