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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Eingabevorrichtung, wobei die Eingabevorrichtung ein Display zur optischen Darstellung eines Bedienelementes, einen über dem Display angeordneten Touchscreen zum Erkennen einer Berührung des Touchscreens im Bereich des Bedienelementes sowie einen Aktor zur Erzeugung einer haptischen Rückkopplung bei einer Berührung des Touchscreens im Bereich des Bedienelementes und/oder bei einer Bedienung des dargestellten Bedienelementes umfasst.
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Ein Touchscreen ist z.B. aus der
DE 201 02 197 U1 bekannt. In der
DE 201 02 197 U1 ist ein Touchscreen zur Visualisierung von elektronischen Signalen und einer bestätigenden Berührungseingabe von Zeichen und Symbolen bestehend aus einer Funktionsebene zur Visualisierung und Tasteingabe und einer hierzu korrespondierenden, höher gelegenen, punktuell deformierbaren Schutzebene offenbart. Dabei wird bei einer Auswahl bestimmter Punkte der Funktionsebene mittels Berührung über die Schutzebene hinweg mindestens ein Bestätigungssignal für den Tastsinn (haptischer Reiz) des Benutzers wahrnehmbar an der Position des Berührungspunktes in der deformierten Schutzebene erzeugt und das Bestätigungssignal für den Tastsinn (haptischer Reiz) durch exzentrisch, inner- und/oder unterhalb der Funktionsebene angeordnete Schwingungselemente erzeugt. Zudem erfolgt bei dem aus der
DE 201 02 197 U1 bekannten Touchscreen die Weiterleitung der erzeugten Schwingungen von der Funktions- auf die Schutzebene durch direkten Kontakt der beiden Ebenen und/oder über die Randbereiche der Ebenen durch starre oder elastische Verbindungselemente.
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Touchscreens sind zudem z.B. aus der
US 4 885 565 und der
EP 920 704 B1 bekannt. Geeignete Touchscreens können z.B. von 3M™ (siehe www.3m.com) bezogen werden. Weitere Einzelheiten zu Touchscreens können der
EP 1 560 102 A2 entnommen werden.
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Aus der
DE 201 80 024 U1 bzw. der korrespondierenden
WO 01/54109 A1 ist zur haptischen Rückkopplung zudem eine Berührungssteuerung mit haptischer Rückkopplung zur Eingabe von Signalen in einen Computer und zur Ausgabe von Kräften an einen Benutzer der Berührungssteuerung bekannt, wobei die Berührungssteuerung ein Berührungseingabegerät aufweist, das eine annähernd ebene Berührungsoberfläche aufweist, die derart betrieben wird, dass sie aufgrund einer Position auf der Berührungsoberfläche, die ein Benutzer berührt, ein Positionssignal in einen Prozessor des Computers eingibt, wobei das Positionssignal die Position in zwei Dimensionen wiedergibt. Die Berührungssteuerung gemäß der
WO 01/54109 A1 weist zudem mindestens einen mit dem Berührungseingabegerät verbundenen Aktor auf, wobei der Aktor eine Kraft auf das Berührungseingabegerät ausgibt, um dem die Berührungsoberfläche berührenden Benutzer eine haptische Empfindung zu liefern, wobei der Aktor die Kraft aufgrund einer von dem Prozessor ausgegebenen Kraftinformation direkt auf das Berührungseingabegerät ausgibt.
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Aus der
DE 197 31 285 A1 ist ein Bedienelement für eine Einrichtung mit mehreren wählbaren Menüs, Funktionen und/oder Funktionswerten bekannt, das eine Oberfläche besitzt, die durch den Bediener erfassbar ist und über die die Auswahl durch eine lokale Bewegung bzw. Berührung der Oberfläche vernehmbar ist. Die Oberfläche ist in ihrer Gestalt entsprechend dem/der gewählten und/oder auswählbaren Menü, Funktion und/oder Funktionswert veränderbar.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Bedienung einer Eingabeeinrichtung mit haptischer Rückmeldung eines Kraftfahrzeuges zu verbessern. Es ist wünschenswert, eine besonders gut für Kraftfahrzeuge geeignete Eingabe von Befehlen zu erreichen.
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Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einer Eingabevorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Die darin beanspruchte Steuerung kann dabei auch Teil der Eingabevorrichtung sein.
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In eines Ausgestaltung kann des hoptische Rückkopplung von weiteren Fahrzustanden des Kraftfahrzeuges abhängig sein.
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Ein Fahrzustand des Kraftfahrzeuges kann in diesem Sinne die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges, die Drehzahl eines Motors des Kraftfahrzeuges, die Position des Fahrzeugs, des eingeschlagenen Lenkwinkels, und/oder die Vertikalbeschleunigung des Kraftfahrzeuges bzw. deren zeitlicher Mittelwert sein bzw. umfassen. Die Vertikalbeschleunigung des Kraftfahrzeuges bzw. deren zeitlicher Mittelwert kann auch durch eine andere die Eigenschaften des Untergrundes bzw. der Fahrbahn repräsentierende Größe ersetzt werden. Die vorgehende Lehre geht dabei von der Erkenntnis aus, dass je nach Fahrsituation eine unterschiedliche haptische Rückmeldung vorteilhaft die Bedienung eines Touchscreens mit haptischer Rückmeldung unterstützt. Wenn beispielsweise während der Fahrt auf unebenen Strassen Erschütterungen des Fahrzeugs vorhanden sind und der Benutzer in dieser Situation den Touchscreen mit haptischer Rückmeldung bedient, überlagern sich die außerhalb des Fahrzeugs angeregten und in das Fahrzeuginnere auf die Eingabevorrichtung übertragenen Schwingungen mit der durch den Touchscreen bei Bedienung erfolgenden haptischen Rückmeldung. Erfindungsgemäß wird in dieser Situation die haptische Rückkopplung verändert, beispielsweise in der Amplitude vergrößert, ausgeführt. Fährt das Fahrzeug über unebene oder holprige Strassen und nimmt der Fahrer eine Bedienung an der Eingabevorrichtung vor, so kann es aufgrund der von außen angeregten Schwingungen oder Stöße für den Fahrer unklar sein, ob die haptische Rückmeldung von der Eingabeeinrichtung erfolgte oder auf die Erschütterung des Fahrzeugs zurückzuführen ist. In dieser beispielhaften Situation wird erfindungsgemäß die haptische Rückkopplung fahrsituationsabhängig verändert. Dabei wird vorzugsweise die Dauer oder die Amplitude der Rückkopplung erhöht. In den Fahrsituationen, bei denen das Fahrzeug steht oder in denen die Erschütterungen verringert sind, kann beispielsweise die Rückkopplung wieder auf einen normalen Ursprungswert bzw. auf einen individuell für diese Fahrsituation gewählten Wert zurückgenommen werden.
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Zur Einstellung der haptischen Rückkopplung kann insbesondere deren Dauer und/oder deren Amplitude und/oder deren Frequenz verändert werden.
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Vorteilhafterweise ist die haptische Rückmeldung mit der Einstellung einer härteren Fahrwerkseinstellung oder der Wahl einer Geländegetriebeübersetzung gegenüber der Normalfahrwerkeinstellung bzw. der normalen Getriebeeinstellung verstärkt. Es erfolgt somit eine intensivere haptische Rückmeldung, sofern beispielsweise bei einem luftgefederten Fahrwerk mit Dämpfungseinstellmöglichkeit eine härtere Fahrwerkeinstellung gewählt ist (z.B. Sportfahrwerkeinstellung), da Erschütterungen aufgrund unebener Fahrbahneigenschaften leichter in den Fahrzeuginnenraum übertragen werden. Bei der Wahl einer Geländeübersetzung des Fahrwerks wird ebenfalls von starken Geländeunebenheiten ausgegangen, so dass eine geänderte, insbesondere verstärkte, Rückmeldung an den Benutzer vorteilhaft ist.
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Wenn eine Sensoreinrichtung, beispielsweise in Form eines Erschütterungs- oder eines Beschleunigungssensors, zumindest die Anzahl und/oder die Amplitude der Fahrzeugerschütterungen erfasst und die haptische Rückkopplung in Abhängigkeit der erfassten Fahrzeugerschütterungen erfolgt, so kann diese Rückkopplung in Abhängigkeit der tatsächlich vorhandenen Erschütterung bzw. Beschleunigung in der jeweiligen Situation gesteuert werden. Die erfassten Erschütterungen können dabei beispielsweise über der Zeit, der Amplitude, der Frequenz oder über eine zurückgelegte Fahrstrecke gemittelt sein.
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Sofern eine Bedienung des Bedienelementes in Abhängigkeit des Fahrzustandes auch vorteilhafterweise in einem Bereich außerhalb des dargestellten Bedienelementes zur Betätigung des Bedienelementes führt, kann der Benutzer auch eine erfolgreiche Bedienung des Bedienelementes durchführen, sofern er beispielsweise aufgrund von Fahrzeugerschütterungen zwar das Bedienelement betätigen möchte, jedoch vor oder während des Bedienvorgangs auf dem Touchscreen verrutscht. Die Eingabevorrichtung erkennt dann trotzdem den Bedienwunsch des jeweiligen Bedienelementes. Der Bereich um das Bedienelement herum, in dem eine Betätigung möglich ist, kann zusätzlich in Bezug auf die Größe des Bereiches abhängig von dem Fahrzustand oder den erfassten Erschütterungen und/oder Beschleunigungen sein. Vorzugsweise wird die Größe des Bedienbereichs vergrößert, sofern eine Fahrsituation mit einer Erschütterung oder Beschleunigung vorliegt. Es ist auch möglich, dass die dargestellte Bedienelementgröße selbst von dem Fahrzustand oder den erfassten Erschütterungen und/oder Beschleunigungen abhängig ist.
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Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren gemäß Anspruch 3 gelöst.
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Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges in einer ausschnittsweisen Innenansicht,
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer Eingabevorrichtung mit einer zugeordneten Steuerung in einer Prinzipdarstellung,
- 3 die Eingabevorrichtung gemäß 2 in einer perspektivischen Draufsicht,
- 4 die Eingabevorrichtung gemäß 2 in einem Querschnitt,
- 5 die Eingabevorrichtung gemäß 2 von unten,
- 6 eine Auslenkung eines Touchscreens,
- 7 eine Detaildarstellung der Steuerung gemäß 2,
- 8 ein Ausführungsbeispiel eines Klassifizierers.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeuges 1 in einer ausschnittsweisen Innenansicht. In dem Kraftfahrzeug 1 ist unterhalb eines Armaturenbretts 3 ein Lenkrad 2 angeordnet. Das Armaturenbrett 3 weist eine neben dem Lenkrad 2 angeordnete Eingabevorrichtung 4 auf. Alternativ oder zusätzlich kann eine der Eingabevorrichtung 4 entsprechende Eingabevorrichtung auch in dem Lenkrad 2 angeordnet sein.
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2 zeigt die Eingabevorrichtung
4 mit einer zugeordneten Steuerung in einer Prinzipdarstellung.
3 zeigt die Eingabevorrichtung
4 in einer perspektivischen Draufsicht.
4 zeigt die Eingabevorrichtung
4 in einem Querschnitt.
5 zeigt die Eingabevorrichtung
4 von unten. Die Eingabevorrichtung
4 umfasst ein Gehäuse
15 sowie ein in dem Gehäuse
15 angeordnetes Display
12 zur optischen Darstellung von Informationen und Bedienelementen wie dem Bedienelement
55 und den in der
EP 1 560 102 A2 auf einem Display dargestellten Bedienelementen. Die Eingabevorrichtung
4 umfasst ferner einen über dem Display
12 angeordneten und mit dem Gehäuse
15 verbundenen Touchscreen
11 zum Erkennen einer Berührung des Touchscreens 11 bzw. zur Eingabe von Befehlen durch Berühren einer Bedienfläche
16 des Touchscreens
11 und einen Aktor
13 zur Erzeugung einer haptischen. Rückkopplung durch Bewegen des Gehäuses
15 und damit des Touchscreens
11 gegenüber dem Display
12 in eine mit x bezeichnete Richtung.
6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Bewegung zur Implementierung einer haptischen Rückkopplung, wobei mit t die Zeit bezeichnet ist. Der Eingabevorrichtung
4 ist eine Steuerung
10 zugeordnet, mittels der durch Ausgabe eines entsprechenden Anzeigesignals
A auf dem Display
12 unterschiedliche Informationen dargestellt werden können. Zudem liest die Steuerung
10 ein von dem Touchscreen
11 ausgegebenes Positionssignal
P ein, das die Position einer Berührung der Bedienfläche
16 oder eines Drückens auf die Bedienfläche
16 angibt. Zudem steuert die Steuerung
10 durch Ausgabe eines Aktorsteuersignals
S die Bewegung des Aktors
13. Eine Ausgestaltung des Aktors
13 kann z.B. der
EP 1 560 102 A2 entnommen werden. Darüber hinaus sind als Aktor
13 z.B. Piezoaktoren oder so genannte Voicecoils einsetzbar.
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Der Touchscreen 11 ist außen an dem Gehäuse 15 befestigt. Das Gehäuse 15 ist dabei zumindest in dem mit Bezugszeichen 17 bezeichneten Bereich unterhalb des Touchscreens 11 transparent. Alternativ kann der Touchscreen 11 auch als Teil des Gehäuses 15 ausgestaltet sein.
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Das Gehäuse 15 umfasst - wie in 4 bzw. 5 dargestellt - vier je durch eine flexible Manschette 24, 25, 26 bzw. 27 abgedeckte Öffnungen 20 und 21, durch die Befestigungselemente 22 und 23 zur Fixierung des Displays 12 an dem Lenkrad 2 oder dem Armaturenbrett 3 geführt sind. Das Gehäuse 15 umfasst zudem eine weitere durch eine weitere flexible Manschette 31 abgedeckte Öffnung, durch die ein Steckkontakt 30 zur Energieversorgung des Displays 12 und zur Übertragung des Anzeigesignals A zum Display 12 geführt ist. Die flexiblen Manschetten 24, 25, 26, 27 und 31 können z.B. aus einem Elastomer bestehen oder ein Elastomer umfassen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Flexibilität der Manschetten 24, 25, 26, 27 und 31 mit der Masse des Gehäuses 15 einschließlich des Touchscreens 11 derart abgestimmt ist, dass das Gehäuse 15 (einschließlich des Touchscreens 11) in Verbindung mit den Manschetten 24, 25, 26, 27 und 31 eine mechanische Eigenfrequenz zwischen 5Hz und 150Hz aufweist. Dabei wird die Eigenfrequenz insbesondere auf den Aktor 13 abgestimmt bzw. der Aktor 13 entsprechend der Eigenfrequenz ausgewählt.
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Die Eingabevorrichtung 4 umfasst Verbindungselemente zum formschlüssigen Verbinden des Gehäuses 15 mit dem Display 12, so dass das Gehäuse 15 gegenüber dem Display 12 nur entlang einer Geraden in Richtung x bewegbar ist. Dazu umfasst ein Verbindungselement zumindest ein mit dem Lenkrad 2 oder dem Armaturenbrett 3 verbundenes bzw. verbindbares Befestigungselement 44 bzw. 45 zur Fixierung je einer Stange 40 bzw. 41. Zudem umfasst ein Verbindungselement zumindest je ein mit dem Gehäuse 15 verbundenes Gleitelement 42 bzw. 43 mit je zumindest einem Gleitlager 46 bzw. 47, mittels dessen das Gleitelement 42 bzw. 43 entlang der Stange 40 bzw. 41 bewegbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Gleitelement 42 bzw. 43 mit dem Lenkrad 2 oder dem Armaturenbrett 3 verbunden bzw. verbindbar und das Befestigungselement 44 bzw. 45 mit dem Gehäuse 15 (fest) verbunden ist. Die bewegliche Verbindung zwischen dem Display 12 und dem Gehäuse 15 kann dabei über das Lenkrad 2 oder das Armaturenbrett 3 oder über ein zusätzliches Element erfolgen. Dabei können z.B. sowohl die Gleitelemente 42 und 43 als auch die Befestigungselemente 44 bzw. 45 an einem Rahmen befestigt sein. Dieser Rahmen wiederum kann zum Einbau in das Kraftfahrzeug 1 mit dem Lenkrad 2 oder dem Armaturenbrett 3 verbunden werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung umfasst die Eingabevorrichtung
4 ein vorgenanntes Display, einen über dem Display angeordneten vorgenannten Touchscreen sowie ein zwischen dem Display und dem Touchscreen angeordnetes flexibles Element zum Verhindern des Eindringens von Partikeln zwischen dem Display und dem Touchscreen. Außerdem umfasst die Eingabevorrichtung einen vorgenannten Aktor zum Bewegen des Touchscreens gegenüber dem Display in zumindest eine, insbesondere zur Bedienfläche des Touchscreens parallele, Richtung. Das flexible Element ist dabei vorteilhafterweise derart am Rand des Touchscreens angeordnet, dass es eine Anzeigefläche des Displays im Wesentlichen nicht verdeckt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das flexible Element eine Steifigkeit auf, die derart auf eine Masse des Touchscreens abgestimmt ist, dass der Touchscreen in Verbindung mit dem flexiblen Element in Bewegungsrichtung eine mechanische Eigenfrequenz zwischen 5Hz und 150Hz aufweist. Das flexible Element kann aus einem geschäumten Material, wie z.B. Polyurethan, oder einem Elastomer bestehen. Das flexible Element kann entsprechend der
US 4 044 186 oder der korrespondierenden
DE 2 349 499 ausgestaltet sein.
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Die mittels der Steuerung 10 durch Ausgabe eines entsprechenden Aktorsteuersignals S initiierte haptische Rückkopplung bei einer Berührung des Touchscreens 11 im Bereich eines dargestellten Bedienelementes und/oder bei einer Bedienung eines dargestellten Bedienelementes kann in Abhängigkeit der Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeuges 1 bzw. einer entsprechenden Stillstandsvariablen v0, die den Fahrzeugstillstand angibt, in Abhängigkeit des Übersetzungsverhältnisses φ des Getriebes des Kraftfahrzeuges 1, in Abhängigkeit der Drehzahl n des Motors des Kraftfahrzeuges 1, in Abhängigkeit der Dämpfung d des Fahrwerks des Kraftfahrzeuges 1 und in Abhängigkeit der Vertikalbeschleunigung des Kraftfahrzeuges 1 bzw. deren zeitlichen Mittelwertes av eingestellt werden. Entsprechende Werte werden von in 2 mit Bezugszeichen 50 bezeichneten Informationsquellen, wie Sensoren oder Steuergeräten, bereitgestellt.
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7 zeigt eine Detaildarstellung der in 2 dargestellten Steuerung 10. Die Steuerung 10 umfasst einen Klassifizierer 60, der in 8 in einer Ausgestaltung dargestellt ist. Dabei werden der Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeuges 1, der Drehzahl n des Motors des Kraftfahrzeuges 1, der Dämpfung d des Fahrwerks des Kraftfahrzeuges 1, dem Übersetzungsverhältnis φ des Getriebes des Kraftfahrzeuges 1 und dem zeitlichen Mittelwert av der Vertikalbeschleunigung des Kraftfahrzeuges 1 in Abhängigkeit ihrer Größe Werte zwischen „1“ und „4“ zugeordnet. Dabei sind links die zugeordneten Werte bei kleinen Größen und rechts die zugeordneten Werte bei großen Größen eingetragen. So ist bei einer geringen der Dämpfung d des Fahrwerks des Kraftfahrzeuges 1 der Wert „1“ und bei einer großen Dämpfung d des Fahrwerks des Kraftfahrzeuges 1 der Wert „4“ vorgesehen. Ist ein Geländegang eingelegt, so ist für Übersetzungsverhältnis φ des Getriebes des Kraftfahrzeuges 1 der Wert „4“ vorgesehen. Bei allen übrigen Gängen ist der Wert „1“ vorgesehen.
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Aus den derart ermittelten Werten und einer Bedienereinstellung E für das Ausmaß der haptischen Rückkopplung wird mittels eines Mittelwertbildners 61 ein Mittelwert M erzeugt. Bezugszeichen 62 bezeichnet einen Schalter, der bei einem durch die Stillstandsvariable v0 angezeigten Fahrzeugstillstand die Bedienereinstellung E für das Ausmaß der haptischen Rückkopplung und andernfalls den Mittelwert M ausgibt. In Abhängigkeit dieses Wertes bestimmt ein Feedbackmodul 63 das Ausmaß der haptischen Rückkopplung. Dies kann z.B. in Form eines (u. U. zeitabhängigen) Sollwertes für die Amplitude X(t) der Bewegung des Touchscreens 11, in Form eines (u. U. zeitabhängigen) Sollwertes für die Frequenz f(t) der Bewegung des Touchscreens 11 und/oder in Form eines Sollwertes für die Dauer т der Bewegung des Touchscreens 11 erfolgen. Aus diesen Werten ermittelt schließlich ein Aktorsteuersignalmodul 64 das Aktorsteuersignal S.
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Der Klassifizierer 60, der Mittelwertbildner 61, der Schalter 62, das Feedbackmodul 63 und/oder das Aktorsteuersignalmodul 64 können z.B. auch durch ein neuronales Netz oder ein Fuzzy-Logik ersetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Lenkrad
- 3
- Armaturenbrett
- 4
- Eingabevorrichtung
- 10
- Steuerung
- 11
- Touchscreen
- 12
- Display
- 13
- Aktor
- 15
- Gehäuse
- 16
- Bedienfläche
- 17
- Bereich
- 20, 21
- Öffnung
- 22, 23
- Befestigungselement
- 24, 25, 26, 27, 31
- Manschette
- 30
- Steckkontakt
- 40, 41
- Stange
- 42, 43
- Gleitelement
- 44, 45
- Befestigungselement
- 46, 47
- Gleitlager
- 50
- Informationsquellen
- 55
- Bedienelement
- 60
- Klassifizierer
- 61
- Mittelwertbildner
- 62
- Schalter
- 63
- Feedbackmodul
- 64
- Aktorsteuersignalmodul
- av
- zeitlicher Mittelwertes der Vertikalbeschleunigung eines Kraftfahrzeuges
- A
- Anzeigesignal
- d
- Dämpfung
- E
- Bedienereinstellung
- f
- Frequenz
- M
- Mittelwert
- n
- Drehzahl des Motors eines Kraftfahrzeuges
- P
- Positionssignal
- S
- Aktorsteuersignal
- t
- Zeit
- v
- Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeuges
- v0
- Stillstandsvariable
- x
- Richtung
- X
- Amplitude
- φ
- Übersetzungsverhältnis
- т
- Dauer einer haptischen Rückkopplung
