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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Bedieneinheit für
ein Fahrzeug, mit einer Anzeigeeinrichtung und einer sich mit der
Anzeigeeinrichtung wenigstens teilweise überlagernden,
berührungsempfindlichen Eingabeeinrichtung mit einer Bedienfläche,
die ein Sensorsignal zur Verfügung stellt, wobei die Oberfläche
der Bedienfläche wenigstens teilweise durch wenigstens
einen Aktuator zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung
während der Eingabe reversibel veränderbar ist.
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Bedieneinheiten
mit einer Kombination aus Anzeigeeinrichtung und Eingabeeinrichtung
werden in Kraftfahrzeugen beispielsweise in Form sogenannter Touchscreens
verwendet. Bei diesen erfolgt die Darstellung von Informationen über
einen Bildschirm, der für die Eingabe von Informationen
durch den Nutzer zumindest in Teilbereichen berührungsempfindlich
ist. Touchscreens können dabei für unterschiedliche
Anwendungen verwendet werden, z. B. für die Einstellung
der Klimaanlage oder die Bedienung eines Fahrzeugnavigationssystems.
Durch die Integration der Bedienflächen in die Anzeigeeinrichtung,
d. h. in den Bildschirm, kann die Zahl der im Cockpitbereich eines
Fahrzeugs verwendeten Bedienelemente insgesamt reduziert werden,
da beispielsweise Klimaanlage und Fahrzeugnavigation über
eine Benutzerschnittstelle gesteuert werden. Um den Nutzer über
eine erfolgte Eingabe zu informieren, kann die visuelle Rückmeldung
beispielsweise durch eine graphische Veränderung der Bedienfläche
vermittelt werden. Nachteilig ist dabei jedoch, dass der Nutzer für
die Bestätigung seinen Blick weiter auf die Anzeigeeinrichtung
richten muss. Handelt es sich dabei um den Fahrer, wird dieser unnötig
vom Verkehrsgeschehen abgelenkt. Zur Verbesserung des Nutzerkomforts
sieht beispielsweise die
WO 2006/097400 A1 einen berührungsempfindlichen
Bildschirm mit haptischer Rückmeldung vor. Dazu wird vorgeschlagen,
die zu berührende Fläche als ganzes zu bewegen.
Durch die haptische Rückmeldung ist der Nutzer in der Lage,
seinen Blick von der Bedieneinheit abzuwenden, sobald er die Stelle
gefunden hat, an der er den berührungsempfindlichen Bildschirm
betätigen muss. Für eine differenziertere Rückmeldung
ist in der
US
2002/0033795 A1 ein Touchscreen beschrieben, bei dem die
berührungsempfindliche Bedienfläche zur haptischen
Rückmeldung neben einer Bewegung als ganzes auch in ihrer
Oberflächentextur verändert werden kann. Es hat
sich jedoch gezeigt, dass der Fahrer durch das Auffinden der Bedienflächen unnötig
vom Verkehrsgeschehen abgelenkt wird. Ein wesentlicher Nachteil
von Touchscreens besteht folglich darin, dass der Nutzer seinen
Blick solange auf die Anzeigeeinrichtung richten muss, bis seine
Hände bzw. Fingerspitzen die richtigen Bereiche gefunden
haben. Die oftmals hohe Verkehrsdichte erfordert jedoch eine möglichst
hohe Aufmerksamkeit und Konzentration des Fahrers, so dass die vorstehend beschriebene
Ablenkung ein nicht unerhebliches Risiko darstellt. Ein weiterer
Aspekt, der bei der Gestaltung von Benutzeroberflächen
zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist die intuitive Bedienbarkeit,
d. h. die Frage, ob sich die Bedienung für den Nutzer unmittelbar
ergibt. Ausschließlich graphisch abgebildete Bedieneinheiten
eines Touchscreens sind in der Regel z. B. nicht in der Lage, den
Bedien- und Nutzerkomfort von üblichen Schaltern, Tasten
und Dreh- oder Schiebereglern vollwertig zu ersetzen. Bei einem
herkömmlichen Drehregler erfolgt eine Rückmeldung über
die vorgenommene quantitative Einstellung beispielsweise unmittelbar
durch die vom Nutzer ausgeführte Drehbewegung der Hand.
Für die Kontrolle einer quantitativen Eingabe über
Bedienflächen eines Touchscreens hingegen muss der Nutzer auf
die Anzeigeeinheit schauen, sofern es sich nicht um eine Einstellung
handelt, deren Auswirkungen er unmittelbar über andere
Sinnesorgane erfassen kann, wie z. B. eine vorgenommene Verstellung
der Lautstärke des Radios, die der Fahrer unmittelbar hören
kann.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine benutzerfreundliche
Bedieneinheit zu schaffen, die für die Bedienung möglichst
wenig Aufmerksamkeit des Nutzers erfordert.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch eine Bedieneinheit der eingangs genannten Art
gelöst, bei der die Oberfläche der Bedienfläche
zur Eingabe von Informationen unter Verstellung des wenigstens einen
Aktuators veränderbar ist, wobei der Aktuator als Eingabeeinrichtung
ein Sensorsignal generiert.
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Der
Vorteil der erfindungsgemäßen Bedieneinheit besteht
einerseits darin, dass für die Eingabe der Informationen
und für die Erzeugung der haptischen Rückmeldung
nur eine Komponente erforderlich ist, da die Eingabe durch Verstellung
des Aktuators erfolgt, der das Sensorsignal erzeugt. Dies erfolgt
beispielsweise durch die Umkehr des physikalischen Effekts, der
zur Erzeugung der haptischen Rückmeldung genutzt wird.
Andererseits kann die Verformung während der Eingabe mit
Hilfe des Aktuators beeinflusst werden, da der Aktuator gleichzeitig auch
als Sensor fungiert, d. h. für die Eingabe können beispielsweise
unterschiedliche Widerstände für die Verformung
und unterschiedliche Richtungen der Verformbarkeit eingestellt werden.
Damit erhält der Nutzer bereits während der Eingabe
eine korrespondierende haptische Rückmeldung, so dass die
zur Bedienung erforderliche Aufmerksamkeit des Nutzers reduziert
ist.
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Vorzugsweise
sind auf der Bedienfläche Eingabeelemente räumlich
darstellbar, damit dem Nutzer bereits vor der Eingabe haptische
Informationen zur Verfügung gestellt werden können.
Der Nutzer ist dadurch beispielsweise in der Lage, schon vor der Eingabe
den berührungsempfindlichen Bereich der Bedienfläche
zu ertasten, statt ihn mit den Augen zu suchen, wenn sich der Bereich
der Bedienfläche haptisch von seiner Umgebung unterscheidet.
Für die Betätigung der Bedieneinheit ist der Nutzer
also nur noch minimal vom Verkehrsgeschehen abge lenkt, da er lediglich
einen flüchtigen Blick auf die Anzeigeeinrichtung werfen
muss, um eine ungefähre Orientierung zu haben, in welche
Richtung bzw. an welche Stelle er seine Hand bewegen muss, was durch
die Kombination mit einer grafischen Abbildung der Eingabeelemente
unterstützt werden kann. Die notwendige visuelle Aufmerksamkeit
kann z. B. dadurch noch weiter reduziert werden, dass die verschiedenen
Eingabeelemente mit unterschiedlichen Formen dargestellt werden.
Statt das Eingabeelement vor der Eingabe auf der Bedieneinheit mit
den Augen zu suchen, kann der Nutzer eine bestimmte Funktion anhand
einer spezifischen Form ertasten, um dann die gewünschte
Eingabe vorzunehmen. Die räumliche Darstellbarkeit der
Bedienelemente kann auch dazu genutzt werden, den Nutzer darüber
zu informieren, welche Bedienelemente als nächstes zu bedienen sind,
indem diese beispielsweise stärker hervortreten.
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Besonders
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der auf der Bedienfläche
Reliefs von Schaltern, Tasten und/oder Reglern räumlich
darstellbar sind. Dadurch ist die Bedieneinheit in der Lage, dem Nutzer
je nach Art der Eingabe, d. h. qualitativ oder quantitativ, eine
entsprechende haptische Rückmeldung zu vermitteln. Beispielsweise
kann das Aktivieren oder das Deaktivieren einer Funktion, d. h.
eine qualitative Eingabe, über einen Schalter oder einen Taster über
die zwei Zustände AN oder AUS erfolgen. Für das
quantitative Einstellen beispielsweise der Lautstärke des
Radios kann ein Schiebe- oder Drehregler abgebildet werden, so dass
der Nutzer bereits während der Eingabe über die
Bewegung einen Anhaltspunkt für das Maß der erfolgten
Eingabe erhält. Der Nutzer kann die reliefartige Erhöhung
der Bedienfläche in Abhängigkeit davon verändern,
ob es sich um eine qualitative oder um eine quantitative Eingabe
handelt. So kann der Nutzer bei einem dargestellten Taster die Bedienfläche
z. B. entsprechend eindrücken. Wenn es sich bei der Eingabe
beispielsweise um eine quantitative Regelung des Ventilators handelt,
kann der Nutzer das einen Schieberegler darstellende Relief auf
der Be dienfläche sozusagen verschieben. Selbstverständlich
erfolgt dabei keine wirkliche Verschiebung der Bedienfläche.
Durch entsprechende Veränderung der Oberfläche
wird lediglich der haptische Eindruck einer Verschiebung eines Reglers
simuliert, d. h. es wird dem Nutzer lediglich der Eindruck vermittelt,
er würde einen Regler verschieben.
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Bevorzugt
ist eine Ausführungsform bei der wenigstens ein elektromechanischer
Aktuator vorgesehen ist, da dieser mit einfachen Mitteln auch als Eingabeeinrichtung
verwendet werden kann. Wenn die Anzeigeeinrichtung flexibel ausgebildet
ist, kann der Aktuator z. B. unterhalb der Anzeigeeinrichtung angeordnet
sein.
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Vorzugsweise
weist wenigstens ein Aktuator piezoelektrische Elemente auf. Bei
diesen erfolgt eine Deformation über das Anlegen einer
elektrischen Spannung. Da die piezoelektrischen Elemente umgekehrt
bei Verformung auch eine Spannung erzeugen, die dann als Signal
für eine Verformung verwendet werden kann, übernehmen
die piezoelektrischen Elemente neben der Funktion des Aktuators auch
die Funktion des Eingabeelements. Selbstverständlich können
die piezoelektrischen Elemente auch mit elektromechanischen Aktuatoren
kombiniert werden.
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Vorzugsweise
sind die piezoelektrischen Elemente mit Nanostrukturen aufgebaut,
um eine möglichst präzise räumliche Darstellung
zu erhalten und gleichzeitig möglichst wenig Bauraum in
Anspruch zu nehmen. Wenn die piezoelektrischen Elemente transparent
oder unterbrochen ausgebildet sind, können diese auch oberhalb
der Anzeigeeinrichtung angeordnet werden.
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Weiter
bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der sich die Oberfläche
der Bedienfläche bei Annäherung des Nutzers ändert.
Beispielsweise kann die Darstellung eines Bedienelements zunächst
nur grafisch erfolgen. Erst bei Annäherung des Nutzers erfolgt
die reliefartige Veränderung der Oberfläche. Dadurch
wird eine unnötige Aktivierung der Aktuatoren und da mit
auch ein unnötiger Energieverbrauch vermieden. Außerdem
können manche Bereiche bei Annäherung stärker
hervorgehoben werden, während andere schwächer
dargestellt werden.
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Für
einen möglichst großen Nutzerkomfort ist die Bedienfläche
applikationsbezogen und/oder situationsbezogen angepasst. Durch
die Anpassbarkeit an verschiedene Anwendungen wird der Nutzerkomfort
erhöht, indem je nach zu bedienender Komponente unterschiedliche
Eingabeelemente dargestellt werden können. So lassen sich
beispielsweise zur Bedienung des Radios Dreh- oder Schieberegler, bzw.
Stationstasten für eine Sendervorwahl ausbilden, die an übliche
Radiogestaltungen angelehnt sind. Zur Bedienung anderer Fahrzeugfunktionen, wie
z. B. Heckscheibenheizung, Sitzheizung, Lüftung etc. werden
auf der Bedieneinheit entsprechende Tast- bzw. Schaltflächen
abgebildet, die für eine möglichst intuitive Bedienung
durch den Nutzer ausgelegt sind. Neben der Anpassbarkeit für
bestimmte Anwendungen kann die Bedieneinheit auch für unterschiedliche
Situationen angepasst werden, z. B. zur Verbesserung des Nutzerkomforts
oder aus sicherheitsrelevanten Aspekten. Beispielsweise kann tagsüber
eine andere grafische und haptische Ausgestaltung der Bedienfläche
erfolgen als nachts. Beispielswiese müssen die Bedienelemente
bei Überlandfahrten während der Nacht nur mit
einer geringeren Intensität beleuchtet werden, damit sie
der Fahrer erkennen kann, da das allgemeine äußere
Helligkeitsniveau sehr gering ist. Die Lage eines nur schwach beleuchteten
Schalters ist bei einem ansonsten eher dunklen Umfeld schnell auffindbar.
Hingegen sind beispielsweise im städtischen Bereich zahlreiche
externen Lichtquellen vorhanden, so dass ein Bedienelement stärker
beleuchtet werden muss, um vom Fahrer wahrgenommen zu werden. Auch
die haptische Rückmeldung kann bei nächtlichen Überlandfahrten
etwas weniger stark ausgeprägt sein, da der Fahrer hier
durch weniger Sinneseindrücke abgelenkt ist. Neben der
Tag-/Nachtsituation kann eine Bedienfläche zur Aktivierung
der Warnblinkanlage beispielsweise in einer Gefahrensituation vergrößert dargestellt
werden. Dies kann z. B. dadurch erfol gen, dass bei einer Vollbremsung
ein entsprechendes Signal an die Bedieneinheit gesendet wird, die
daraufhin den Bereich der Bedienfläche der Warnblinkanlage
vergrößert und andere Bereiche verkleinert abbildet.
Außerdem ist es möglich, die Ausprägung
der haptischen Rückmeldung an den Straßenzustand anzupassen.
Bei einer Fahrt auf einer Straße mit einer rauhen beziehungsweise
holprigen Oberfläche kann es sinnvoll sein, die haptische
Ausprägung zu verstärken.
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Zur
Unterstützung der haptischen Rückmeldung erzeugt
der Aktuator in einer weiter bevorzugten Ausführungsform
bei Betätigung des Sensors eine zusätzliche Rückmeldung
in optischer und/oder akustischer Form.
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In
einer einfachen Ausführungsform ist eine Bedieneinheit
mit einer kleineren Anzeigeeinrichtung für Fahrzeugfunktionen
ausgelegt, die keine komplexe Menüstruktur erfordern, wie
beispielsweise Heizungs- oder Lüftungseinrichtungen, Heckscheibenheizung,
elektrische Sitzverstellung etc. Wenn mehrere derartige Bedieneinheiten
im Fahrzeug verteilt angeordnet sind, können die Bedieneinheiten
drahtlos oder drahtgebunden miteinander in Verbindung stehen und
ein adaptives Informationsnetzwerk bilden. Für die Bedienung
komplexerer Teilsysteme des Fahrzeuges, beispielsweise eines Fahrzeugnavigationssystems,
empfiehlt sich eine Bedieneinheit mit einer größeren
Anzeige- bzw. Eingabeeinrichtung, um die entsprechend komplexeren
Informationen besser abbilden zu können. In einer weiter
bevorzugten Ausführungsform bilden die Anzeigeeinrichtung
und die Eingabeeinrichtung daher einen Touchscreen, um einerseits
Informationen möglichst differenziert darstellen zu können
und andererseits die haptische Rückmeldung möglichst
differenziert auszubilden.
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Nachfolgend
wird anhand der beigefügten Zeichnung näher auf
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung eingegangen. Es zeigen:
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1 einen
Ausschnitt eines Fahrzeugcockpits mit einem Touchscreen im Bereich
der Mittelkonsole und
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2 den
Touchscreen nach 1.
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In 1 ist
ein Cockpit 10 eines Fahrzeugs in einem Ausschnitt gezeigt.
Das Cockpit 10 ist in drei Bereiche aufgeteilt. Zwischen
einem Fahrerbereich 12 und einem Beifahrerbereich 14 befindet
sich ein Mittelkonsolenbereich 16. In dem Mittelkonsolenbereich 16 ist
unter anderem ein Touchscreen 18 mit einer Bedienfläche 20 angeordnet.
Die Oberfläche des Touchscreens 18 ist einerseits
als Anzeigeeinrichtung und andererseits als berührungsempfindliche Eingabeeinrichtung
ausgebildet. Zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung
während der Eingabe ist die Oberfläche mittels
nicht gezeigter Aktuatoren reversibel veränderbar. Zur
Eingabe von Informationen können die Aktuatoren verändert
werden, wobei die Aktuatoren als Eingabeeinrichtung ein Sensorsignal
generieren.
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Damit
der Nutzer für einen Einstellvorgang möglichst
wenig vom Verkehrsgeschehen abgelenkt wird, sind auf der Bedienfläche 20 Eingabeelemente, wie
zum Beispiel ein Lautstärkeregler 22 oder Senderwahltasten 24 eines
Radios, Temperatur- und Lüftungsregler 26 der
Klimaanlage, ein Auslöseelement 28 für
die Warnblinkanlage oder andere Funktionen 30 räumlich
darstellt. In den Touchscreen 18 ist auch eine Anzeige-
und Eingabeeinrichtung eines Systems zur Fahrzeugnavigation 32 integriert.
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Die
Eingabeelemente 22, 24, 26, 28, 30 sind beispielsweise
als räumliche Reliefs von Schaltern, Tastern und/oder Reglern
ausgebildet. Der Nutzer erhält dadurch bereits vor der
Eingabe haptische Informationen. Z. B. kann der Fahrer zur Veränderung
der Lautstärke des Radios die Lage des Lautstärkereglers 22 ertasten,
so dass er den Blick nicht vom Verkehrsgeschehen abwenden muss.
Die Ausbildung als Schalter, Taster und/oder Regler bietet die Möglichkeit
einer Anpassung des Eingabevorgangs an den einzustellenden Wert
beziehungsweise Parameter. Zur Verbesserung des Nutzerkomforts für
eine qualitative Eingabe, d. h. für die Eingabe von EIN oder
AUS, wird beispielsweise ein Taster dargestellt, der durch Drücken
die Funktion an- oder ausschaltet. Zur Eingabe einer quantitativen
Größe empfiehlt sich ein Schiebe- bzw. Drehregler.
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Das
Relief des jeweils dargestellten Eingabeelements lässt
sich durch den Nutzer während der Eingabe verändern.
Beispielsweise kann der als Schieberegler dargestellte Lautstärkeregler 22 vom Nutzer
nach links und rechts verschoben werden, wobei natürlich
nicht die Oberfläche des Touchscreens 18 selbst
verschoben wird, sondern nur eine entsprechende haptische Rückmeldung
erfolgt, die dem Nutzer lediglich den haptischen Eindruck vermittelt,
als würde er den Regler 22 verschieben. Durch die
manuelle Veränderung der Oberfläche generieren
die nicht dargestellten Aktuatoren ein Eingabesignal. Über
die haptische Rückmeldung kann der Nutzer auch während
der Eingabe Informationen darüber erhalten, welchen Wert
er gerade eingibt beziehungsweise einstellt, beispielsweise durch
schneller werdendes rhythmisches Vibrieren bei einem zunehmenden
Wert.
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Um
im Vorfeld der Bedienung die ungefähre Lage im Augenwinkel
zu erkennen, sind die räumlich dargestellten Bedienelemente
graphisch hinterlegt. Beispielsweise sind die Bedienelemente 22, 24 des Radios
durch einen Rahmen 34 zusammengefasst. Für eine
möglichst intuitive Bedienung korrespondiert die graphische
Hinterlegung mit dem jeweiligen Bedienelement und dessen Betätigung.
Beispielsweise ist der Lautstärkeregler 22 mit
einem keilförmigen Balken 36 hinterlegt.
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Da
die auf der Bedienfläche 20 dargestellten Funktionen
unterschiedliche Bedeutungen für die Sicherheit haben,
kann eine Größenanpassung der Zonen in einer eventuell
auftretenden Gefahrensituation stattfinden. Beispielsweise kann
das Auslöseelement 28 für die Warnblinkanlage
bei einem starken Brems vorgang größer und die
Bedienfläche des Radios kleiner dargestellt werden. Während
der Fahrt kann die Fahrzeugnavigation 32 größer,
d. h. nahezu die ganze Fläche der Bedieneinheit einnehmend
abgebildet werden. Zur Verstellung der Werte für die Klimaanlage über
die Regler 26 berührt der Nutzer die zunächst
klein abgebildeten Regler 26, die dann entsprechend größer
dargestellt werden, um eine differenziertere Einstellung der Werte
vornehmen zu können. Während der Eingabe erfolgt über
den als Relief dargestellten Regler 26 eine haptische Rückmeldung,
die beim Nutzer ein ähnliches Gefühl erzeugt, wie
er es von herkömmlichen Lüftungsreglern kennt, bei
denen die Drehbewegung mit einem feinen Raster unterlegt ist. Nach
erfolgter Eingabe wird nach Ablauf eines festgelegten Zeitintervalls,
in dem der Nutzer den eingestellten Wert noch einmal korrigieren möchte,
das Navigationssystem wieder größer dargestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2006/097400
A1 [0002]
- - US 2002/0033795 A1 [0002]