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Die
Erfindung betrifft Bedienvorrichtungen für ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.
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Aus
der
DE 10 2004
007 253 B3 ist ein Lenkrad für ein Kraftfahrzeug bekannt,
das Betätigungsvorrichtungen
aufweist, die als reflexionsoptische Sensoreinrichtungen ausgebildet
sind. Nachteilig an einer derartigen Betätigungsvorrichtung ist deren Bauhöhe und das
Fehlen von räumlich
unmittelbar mit der Betätigungsvorrichtung
verknüpften
Informationen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug
zu entwickeln, die eine geringe Bauhöhe bzw. einen hohen, räumlich unmittelbar
mit der Betätigungsvorrichtung verknüpften Informationsgehalt
aufweist.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs
1 bzw. des Anspruchs 2 durch die kennzeichnenden Merkmale der jeweiligen
Ansprüche
gelöst.
In den Unteransprüchen
sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen
angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Bedienvorrichtung für ein Fahrzeug
sieht vor, zwischen einer Unterseite der Sensorfläche und
der Leuchtdiode und zwischen der Unterseite der Sensorfläche und
der Fotodiode jeweils einen Lichtleiter anzuordnen. Hierdurch ist unterhalb
der Sensorfläche
nur eine geringe Bauhöhe
für die
Zuführung
von Lichtleitern erforderlich und die Sensorfläche kann somit ohne eine signifikante Veränderung
der Dimensionen eines bestehenden Bauteils wie zum Beispiel einer
Mittelkonsole eines Kraftfahrzeugs in dieses integriert werden.
Kern der Erfindung ist somit eine Zweiteilung der Bedienvorrichtung
in eine flache Nutzerschnittstelle und eine von dieser entfernt
angeordnete Versorgungs- und Auswerteinheit.
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Erfindungsgemäß ist es
ergänzend
oder alternativ auch vorgesehen bei der Bedienvorrichtung wenigstens
eine Teilfläche
der Sensorfläche
der flächigen
reflexionsoptischen Sensoreinrichtung oder eine benachbart zu der
Sensorfläche
liegende Anzeigfläche
als frei programmierbare Anzeigeeinrichtung auszubilden. Hierdurch
können
der Sensorfläche
situationsabhängig
direkt unterschiedlichste Informationen zugeordnet werden. Hierdurch
kann die Bedienvorrichtung wechselnde Schalt- bzw. Steuer- bzw.
Regelfunktionen übernehmen,
wobei die aktuelle Funktion eindeutig erkennbar ist und auch eine
Zustandsänderung
während
der Bedienung anzeigbar ist. Beispielsweise verfärbt sich die Anzeigefläche bei der
Erhöhung
einer Innenraumtemperatur von blau nach rot.
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Des
weiteren kann es ergänzend
oder alternativ auch erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der
Zeit-Weg-Verlauf der Annäherung
eines Bedienelements an die Sensorfläche der flächigen reflexionsoptischen
Sensoreinrichtung für
die Betätigung
der Bedienvorrichtung ausgewertet wird. Für den Zeit-Weg-Verlauf lässt sich
die Annäherungsgeschwindigkeit
an die Sensorfläche,
die Verzögerung vor
Erreichen der Sensorfläche,
die Intensität
der Reflexion und/oder die Abdeckung an der Sensorfläche, die
Tast-, Wisch-, Dreh- und/oder
Gleitgeschwindigkeit an der Sensorfläche o. dgl. des Bedienelements heranziehen.
Beim Bedienelement handelt es sich insbesondere um den Finger des
Bedieners bzw. Benutzers. Der tatsächliche Zeit-Weg-Verlauf wird
mit einem vorgegebenen Soll-Verlauf verglichen und lediglich bei
in wesentlicher Übereinstimmung,
d.h. der tatsächliche
Zeit-Weg-Verlauf befindet sich innerhalb vorgegebener Grenzen des
Soll-Verlaufs, wird
die von der Bedienvorrichtung betätigbare Funktion dementsprechend
ausgelöst.
Für die
Auswertung des Zeit-Weg-Verlaufs ist eine Elektronik, beispielsweise
ein Mikroprozessor, in der Bedienvorrichtung befindlich. Die Elektronik
erzeugt bei einem zulässigen
Zeit-Weg-Verlauf ein die Betätigung
auslösendes
Schaltsignal.
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Weiterhin
sieht die Erfindung vor, einen Anzeigegegenstand der Anzeigeeinrichtung
in Abhängigkeit
von Daten, die von der flächigen
reflexionsoptischen Sensoreinrichtung erfassbar sind, zu verändern. Hierdurch
kann beispielsweise eine Skala in Abhängigkeit von einer detektierten
Bewegung feiner oder gröber
dargestellt werden, um dem Nutzer ein rasches und ein feines Auswählen zu
ermöglichen.
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Die
Erfindung sieht insbesondere vor, auf der Sensorfläche der
flächigen
reflexionsoptischen Sensoreinrichtung Symbole anzuzeigen. Hierdurch
ist eine eindeutige Zuordnung der Sensoreinrichtung zu ihrer aktuellen
Funktion möglich.
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Die
Erfindung sieht auch vor, auf der Anzeigefläche Symbole anzuzeigen, welche
der Sensorfläche
oder Teilflächen
der Sensorfläche
zugeordnet sind. Hierdurch ist ebenfalls eine eindeutige Zuordnung
der Sensoreinrichtung zu ihrer aktuellen Funktion möglich.
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Weiterhin
sieht die Erfindung vor, auf der Sensorfläche der flächigen reflexionsoptischen
Sensoreinrichtung Erhöhungen
und/oder Vertiefungen anzuordnen. Derartige Tasthilfen erlauben
dem Nutzer zwischen mehreren Funktionen ohne Blickkontakt auf die
Sensorfläche
zu unterscheiden und diese sicher zu wählen.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
die Sensorfläche
oder Teilflächen
der Sensorfläche
beispielsweise durch Peltier-Elemente zu erwärmen oder abzukühlen. Hierdurch
können
dem Nutzer durch den Tastsinn erfassbare Informationen gegeben werden,
welche beispielweise nicht nur eine Unterscheidung zwischen mehreren
auf der Sensorfläche
angeordneten Funktionen erlauben, sondern gleichzeitig einen Zusatzhinweis
geben, dass mit der Sensorfläche
gerade die Innenraumtemperatur einstellbar ist.
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Schließlich sieht
die Erfindung vor, die Sensorfläche
oder Teilflächen
der Sensorfläche
zu bewegen. Durch eine beispielsweise hin- und hergehende oder kreisende
Bewegung können
dem Nutzer Rückmeldungen
auf seine Bedienung gegeben werden.
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Unter
einer flächigen
reflexionsoptischen Sensoreinrichtung mit einer Sensorfläche wird
im Sinne der Erfindung eine optische Sensoreinrichtung verstanden,
welche nach dem Prinzip einer Reflex-Lichtschranke arbeitet, bei
welcher eine Leuchtdiode beispielsweise permanent Infrarotlicht
aussendet und ein Fotosensor die reflektierten Anteile des ausgesendeten
Infrarotlichts auffängt,
wobei eine Elektronik die aufgefangenen Signale auswertet und hieraus
auf die Annäherung
bzw. Berührung
der Sensorfläche
durch ein Objekt schließt.
Eine Weiterentwicklung dieses Systems mit erhöhter Fehlertoleranz wird in
der oben genannten
DE
10 2004 007 253 B3 im Absatz 11 beschrieben. Auch ein derartiges
System ist im Sinne der Erfindung eine flächige reflexionsoptische Sensoreinrichtung
mit einer Sensorfläche.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter einer frei programmierbaren Anzeigeeinrichtung
eine Anzeigeeinrichtung verstanden, mit welcher es möglich ist, unterschiedliche
Anzeigegegenstände
anzuzeigen und/oder unterschiedliche Farben oder Helligkeiten anzuzeigen.
Hierzu kann die Anzeigeinrichtung beispielsweise als Flachbildschirm
oder auch als Leuchtelement, dessen Leuchtintensität veränderbar
ist, ausgeführt
sein.
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Ergänzend wird
zur Erfindung noch folgendes ausgeführt:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Bedienvorrichtungen im Fahrzeuginnenraum,
die durch Annäherung
und/oder Berührung
betätigt
werden. Diese Bedieneinheiten besitzen ein reflexionsoptisches Sensorsystem,
Funktionsfläche,
Beleuchtungsvorrichtung und/oder andere wahrnehmbare Medien wie akustische
oder mechanische Vorrichtungen. Das integrierte Sensorsystem erkennt
das Annähern
und die Tast-, Wisch-, Dreh- oder Gleitbewegungen eines Bedieners.
Eine Steuerung regelt folgende weitere Elemente. Optische Signale
durch die Beleuchtungsvorrichtung, akustische oder haptische Signale
erzeugen eine Rückmeldung
für den
Bediener, sobald er die Bedienfunktion auslöst. Weiterhin werden die Beleuchtungen
als Erkennung der Bedieneinheit bzw. Bedienvorrichtung bei Dunkelheit
genutzt.
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Mit
wachsender Funktionalität
der Bedienvorrichtungen und bei der steigenden Anzahl der Bedienvorrichtungen
müssen
diese klar erkennbar sein, sodass der Bediener diese so einfach
und so schnell wie möglich
bedienen kann. Dies umfasst nicht nur die Beleuchtung zur Erkennung
der Funktionsflächen,
sondern auch die Wahrnehmung des Auslösens der Funktion, optische
und haptische Gestaltung der Oberfläche.
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Die
vorliegende Erfindung hat Bedienvorrichtungen im Innenraum von Kraftfahrzeugen
zum Gegenstand, die den Ansprüchen
der Automobilbranche gerecht werden. Dies umfasst Lebensdauer, sichere
Funktion, mechanische und chemische Robustheit, elektronische Realisierbarkeit
und Bedienerfreundlichkeit.
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Diese
Bedienvorrichtungen können
bei Fahrzeugen in der Mittelkonsole, Lenkrad, Türen, Sitze und Deckenbereich
sowohl im Fahrer- als auch Fondbereich eingesetzt werden.
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Vorgesehen
ist ein reflexionsoptischer Sensor, der nicht zwangsläufig unter
der Funktionsfläche platziert
sein muss. Die durch den Bediener zu reflektierende Strahlung kann
sich im gesamten Wellenlängenbereich
des Lichtes befinden. Der Bediener bedient die Bedienvorrichtung üblicherweise
mit dem Finger. Handschuhe oder ähnliche
Kleidungsstücke können getragen
werden. Der Sensor erkennt das Annähern durch den Benutzer. Im
zweiten Schritt wertet die integrierte Elektronik einen Tast-, Wisch-, Dreh-
oder Gleitvorgang aus. Positionserkennungen sind möglich.
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Ein
Sensor besteht aus einem oder mehreren Sendern und ein oder mehreren
Empfängern. Derartige
Sensorssysteme wie z.B. HALIOS des Herstellers MECHALESS-Systems
und ELMOS arbeiten durch Kompensation der Sendestrahlung weitestgehend
umgebungslichtunempfindlich, sind unabhängig von Alterung des Materials,
Verschmutzung oder Kratzern. Somit hängt die Lebensdauer rein von
der Oberfläche
der Bedienvorrichtung ab. Es ist dabei möglich, pro Sender ein Funktionsbereich
abzudecken, wobei für
mehrere Funktionsbereiche ein Empfänger die vom Bediener reflektierte
Strahlung aufnimmt. Üblicherweise
bestehen die Sender aus LEDs und die Empfänger aus Photodioden. Ein IC-Baustein
wertet die Signale aus.
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Mit
dieser Sensor-Applikation können
mehrere Arten von Bediensystemen bzw. Bedienvorrichtungen realisiert
werden. Dies kann ein Multifunktionsbedienfeld mit mehreren Tastern,
Dreh- oder Schieberegler oder ein 3-D Touchpad sein. Alle Varianten
sind mechanikfreie Elemente und besitzen wenigstens einen für die Sensorstrahlung
durchlässigen Bereich.
Mechanikfrei bedeutet hier, dass die Einrichtungen ohne bewegliche
Teile arbeiten. Dadurch sind diese Bedienvorrichtungen auf sehr
kleinem Bauraum zu realisieren.
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Gegenüber mechanischen
Bedienvorrichtungen fühlt
der Bediener keine Haptik oder Kraft-Weg-Verlauf. Bei einfachen
Tastern kann dies durch einen Zeit-Weg-Verlauf nachgebildet werden. Diese
typische Annäherung
prägt sich
dem Benutzer ein und erhält
so eine Haptik. Ähnlich
können
solche Zeit-Weg-Verläufe bei
den anderen Anwendungsfällen
realisiert werden.
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Folgende
Parameter für
die Annäherung
des Fingers sind hier ausschlaggebend: Annäherungsgeschwindigkeit, Verzögerung kurz
vor Erreichen der Oberfläche,
Haltezeit auf der Oberfläche,
Reflexion des Fingers, wobei der Finger eine genügend große Funktionsfläche abdecken
muss und Gleitgeschwindigkeit z.B. bei Schiebe- oder Dreheinheiten.
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Weiterhin
muss sichergestellt werden, dass durch „ungewollte Bewegungen" der Kraftfahrzeuginsassen
oder der Umwelt zum Beispiel durch eine Lichtveränderung oder Insekten keine
Betätigung
der Bedienfelder statt findet. Besonders bei den im Lenkrad integrierten
Bedienvorrichtungen muss dies beachtet werden, da hier durch die
Bewegungen beim Lenkvorgang die Funktionsflächen oftmals berührt werden
können.
Beim Abtasten des Bedienfeldes, also durch Suchbewegungen der jeweiligen
Funktion darf keine Betätigung
stattfinden. Dies wird im wesentlichen durch die oben genannten
Parameter erreicht.
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Bei
Betätigung
soll insbesondere der Fahrzeugführer
die Betätigungsflächen so
schnell wie möglich
finden. Dies wird durch Beleuchtung des Bereiches, optische Abtrennung
der Oberfläche
z.B. durch eine Lackierung oder durch konstruktive Elemente erreicht.
Es können
Erhöhungen,
Vertiefungen oder Riffelungen auf der Oberfläche ausgebildet sein, so kann
bei Abtasten der Oberfläche
die Funktionsfläche
gefunden werden. Weitere Möglichkeiten
sind denkbar.
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Die
Erfindung beinhaltet optional auch Rückmeldungen, sobald der Bediener
eine Funktion einer Bedienvorrichtung auslöst. Dies verbessert die Bedienerfreundlichkeit,
da so der Bediener er ohne Ablenkung erfährt, ob er einen Vorgang ausgelöst hat. Möglichkeiten
sind optische Rückmeldungen
wie z.B. Aufblinken eines separaten Bereiches, ständiges Aufleuchten
einer Funktionsbeleuchtung, Aufhellen der Suchbeleuchtung.
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Akustische
Rückmeldungen über integrierte Einrichtungen
oder über
das zentrale Audiosystem sind eingebunden. Haptische Rückmeldungen
in Form einer Vibration o.ä.
sind denkbar.
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Wie
oben erwähnt,
müssen
die Beleuchtungseinrichtungen nicht zwangsläufig unter den jeweiligen Flächen platziert
sein. Lichtleiter können diese
Strahlung von Funktionsbeleuchtung, Suchbeleuchtung und Sensorstrahlung
von der Quelle an die Bedienoberfläche leiten. Auf diese Weise
kann gegenüber
dem heutigen Stand der Technik wesentlich an Bauraum eingespart
werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch
dargestellten Ausführungsbeispielen
beschrieben.
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Hierbei
zeigt:
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1:
eine erste Bedienvorrichtung,
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2:
eine Sensorfläche
und
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3 bis 6:
weitere Bedienvorrichtungen.
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In 1 ist
eine Bedienvorrichtung 1 mit einer Sensorfläche 2 und
einer auf dieser definierten Funktionsfläche 3 in perspektivischer
Ansicht dargestellt. Eine Annäherung
an die Funktionsfläche 3 mit einem
Finger F wird von einer unter der Funktionsfläche 3 angeordneten,
nicht dargestellten Sensoreinrichtung erfasst, wobei ggf. eine Bewegungsrichtung und/oder
eine Bewegungsgeschwindigkeit und/oder eine Größe des Fingers F errechnet
werden. Der Finger F übernimmt
hier die Funktion eines Bedienelements.
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In
der 2 ist eine Sensorfläche 2 dargestellt.
Diese Sensorfläche 2 weist
drei Tasthilfen 4 für einen
Nutzer auf. Die Tasthilfen 4 sind jeweils durch Erhebungen 5 oder
Vertiefungen 6 gebildet. Die erste Tasthilfe 4 ist
als Riffelung 7 ausgeführt
und weist vier stegförmige
Erhebungen 5 auf. Die zweite Tasthilfe 4 ist als
scheibenförmige
Erhebung 5 in der Form eines Druckknopfes 8 ausgeführt. Die
dritte Tasthilfe 4 ist als Vertiefung 6 ausgeführt, welche
eine ringförmige Kontur 9 aufweist.
Die Sensorfläche 2 zeigt
weiterhin ein beleuchtbares Symbol 10 und ein aufgedrucktes Symbol 11.
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In
der 3 ist eine Sensorfläche 2 einer weiteren
Bedienvorrichtung 1 dargestellt. Bei dieser wird ein Symbol 10 über einen
an eine Unterseite 12 der Sensorfläche 2 herangeführten Lichtleiter 13 realisiert,
welcher das Licht einer Lichtquelle 14 weiterleitet.
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In
der 4 ist eine weitere Bedienvorrichtung 1 dargestellt.
Bei dieser ist eine Sensorfläche 2 als
Anzeigeeinrichtung 15 ausgeführt, welche als Anzeigegegenstände Pfeile 16, 17 anzeigt.
Eine unter der Sensorfläche 2 angeordnete,
nicht sichtbare Sensoreinrichtung weist zwei Funktionsflächen 3 auf, auf
welche eine Anzeigeposition der Pfeile 16 und 17 abgestimmt
ist. Eine Berührung
eines der auf der Sensorfläche 2 dargestellten Pfeile 16 bzw. 17 bewirkt
ein Auslösen
der angezeigten Funktion. Mit der Anzeigeeinrichtung 15 können für die Funktionsflächen 3 auch
andere Funktionen bzw. Symbole dargestellt werden. Somit können zum
Beispiel situationsabhängig
unterschiedliche Funktionen mit der Bedienvorrichtung 1 realisiert
werden.
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In
der 5 ist eine weitere Bedienvorrichtung 1 dargestellt.
Bei dieser Bedienvorrichtung 1 ist einer Sensorfläche 2 eine
Anzeigefläche 18 zugeordnet.
Die Anzeigefläche 18 gehört zu einer
Anzeigeeinrichtung 19. Unterhalb von auf der Anzeigefläche 18 der
Anzeigeeinrichtung 19 dargestellten Pfeilen 16, 17 sind
auf der Sensorfläche 2 Funktionsflächen 3 angeordnet,
welche für
den Nutzer durch Tasthilfen 4 in Form von Riffelungen 7 ertastbar
sind.
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Die 6 zeigt
eine weitere Bedienvorrichtung 1. Diese Bedienvorrichtung 1 weist
eine Sensorfläche 2 mit
zwei Funktionsflächen 3 auf,
wobei die Sensorfläche 2 gleichzeitig
als Anzeigeeinrichtung 15 ausgeführt ist. Hierzu ist unter der
Sensorfläche 2 ein
Flachbildschirm 20 angeordnet. Infrarotstrahlen S einer
reflexionsoptischen Sensoreinrichtung 21 der Bedienvorrichtung 1,
welche über
Lichtleiter 13 an eine Unterseite 12 der Sensorfläche 2 angeschlossen
ist, durchdringen den Flachbildschirm 20. Die von Leuchtdioden
LD ausgesandten Infrarotstrahlen S werden von Fotodioden FD erfasst.
Eine Auswertung erfolgt in einem Mikroprozessor 22. Der
Mikroprozessor 22 steuert den Flachbildschirm 20 in
Abhängigkeit
von erfassten Daten.
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Die
Erfindung ist nicht auf dargestellte oder beschriebene Ausführungsbeispiele
beschränkt.
Sie umfasst vielmehr Weiterbildungen der Erfindung im Rahmen der
Schutzrechtsansprüche.
Insbesondere sieht die Erfindung auch akustische Rückmeldungen auf
eine Bedienung der Sensorfläche
vor.
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- 1
- Bedienvorrichtung
- 2
- Sensorfläche
- 3
- Funktionsfläche von 2
- 4
- Tasthilfe
- 5
- Erhöhung auf 2
- 6
- Vertiefung
in 2
- 7
- Riffelung
- 8
- Druckknopf
- 9
- Kontur
- 10
- Symbol
- 11
- Anzeigegegenstand
bzw. Symbol
- 12
- Unterseite
von 2
- 13
- Lichtleiter
- 14
- Lichtquelle
- 15
- Anzeigeeinrichtung
- 16
- Anzeigegenestand
bzw. Pfeil
- 17
- Anzeigegenestand
bzw. Pfeil
- 18
- Anzeigefläche
- 19
- Anzeigeeinrichtung
- 20
- Flachbildschirm
- 21
- Sensoreinrichtung
- 22
- Mikroprozessor
- F
- Finger
bzw. Bedienelement
- FD
- Fotodiode
- LD
- Leuchtdiode
- S
- Infrarotstrahl