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Die
Erfindung betrifft ein Anzeigeinstrument für ein Fahrzeug
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein
Kombinationsinstrument mit mehreren derartigen Anzeigeinstrumenten
gemäß Anspruch 13.
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Stand der Technik
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Anzeigeinstrumente
auf Instrumententafeln von Kraftfahrzeugen dienen zur Darstellung
von fahrerrelevanten Informationen, wie zum Beispiel der augenblicklichen
Fahrtgeschwindigkeit, der Drehzahl des Antriebsmotors, des Füllstands
eines Kraftstofftanks, der augenblicklichen Uhrzeit und dergleichen. Während
diese Anzeigeinstrumente früher nahezu ausschließlich
in Form von analogen Zeigerinstrumenten mit einem drehbaren Zeiger
verbaut wurden, sind sie heute auch sämtlich in Form von
elektronischen Anzeigeinstrumenten mit einer frei programmierbaren
Anzeige verfügbar, d. h. einem Display, auf dem die relevanten
Informationen in einer beliebigen gewünschten Art und Weise
dargestellt bzw. dargeboten werden können. Häufig
werden mehrere elektronische Anzeigeinstrumente zu einem Kombinationsinstrument
mit einer einzigen frei programmierbaren Anzeige zusammengefasst,
auf der diese Instrumente in einer beliebigen gewünschten
Anordnung dargestellt werden können.
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Jedoch
hat sich gezeigt, dass die mitunter als Fahrtgeschwindigkeits- und
Drehzahlanzeige weiterhin ein Zeigerinstrument bevorzugt wird. Dies ist
neben einer besseren Anmutung ein weiterer Grund für die
Verwendung elektronischer Anzeigeinstrumente der eingangs genannten
Art, auf deren Anzeigeflächen konventionelle analoge Instrumente und
insbesondere Zeigerinstrumente, wie Fahrtgeschwindigkeitsanzeige
und Drehzahlanzeige nachgebildet werden, indem die bei analogen
Anzeigeinstrumenten als reale dreidimensionale Körper ausgebildeten, über
eine Anzeigefläche überstehenden mechanischen
Elemente der Anzeige, wie Zeiger, Tuben, Rahmen oder Einfassungen,
mit Hilfe von Software auf elektronischem Weg in Form einer simulierten
dreidimensionalen Darstellung auf der Anzeige abgebildet werden.
Um einer solchen Darstellung eine größere räumliche
Tiefe zu verleihen, wird das simulierte mechanische Element nicht
selten zusammen mit einem ebenfalls simulierten Schatten dargestellt,
das heißt einer dunklen Fläche, deren Form in
etwa der Form des Schattens entspricht, der von dem entsprechenden
mechanischen Element eines entsprechenden konventionellen analogen
Anzeigeinstruments auf eine umgebende Oberfläche geworfen
wird. Dieser Schatten wird jedoch stets in einer festen räumlichen
Beziehung zu der Darstellung des simulierten mechanischen Elements
abgebildet, wobei er zum Beispiel bei einem Zeiger in der Regel
als eine langgestreckte, an eine Seite des Zeigers angrenzende dunkle
Fläche dargestellt wird.
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Im
Unterschied zu einem echten Schatten eines Zeigers oder eines anderen
mechanischen Elements eines konventionellen analogen Anzeigeinstruments,
der sich immer auf der zum Lichteinfall entgegengesetzten Seite
des mechanischen Elements befindet und bei einer Veränderung
der Helligkeit und/oder des Einfallswinkels des Lichts seine Intensität
bzw. seine Form verändert oder bei beweglichen mechanischen
Elementen, wie Zeigern, im Zuge einer Bewegung des Elements seine
Lage in Bezug zu diesem verändert, sind elektronisch dargestellte
Schatten jedoch bisher immer statisch, das heißt, sie reagieren
nicht auf Veränderungen des Lichteinfalls.
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Insbesondere
bei starkem Sonnenlichteinfall kann dies zu irrealen Darstellungen
führen, zum Beispiel wenn sich ein elektronisch erzeugter
Schatten eines simulierten mechanischen Elements auf einer Seite
der Darstellung dieses Elements befindet, während sich
ein durch den Sonnenlichteinfall erzeugter Schatten eines benachbarten
Bauteils auf der Instrumententafel des Fahrzeugs, wie zum Beispiele
der Schatten von Teilen einer Hutze, auf der entgegengesetzten Seite
des schattenwerfenden Bauteils befindet, oder wenn ein elektronisch
erzeugter Schatten seine Form und Lage beibehält, während
der durch den Sonnenlichteinfall erzeugte Schatten bedingt durch
eine Fahrtrichtungsänderung des Kraftfahrzeugs über
das Anzeigeinstrument wandert.
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Weitere
Unterschiede zwischen elektronisch erzeugten statischen Schatten
und durch Sonnenlichteinfall erzeugten Schatten bestehen darin,
dass bei den ersteren bisher auch die Helligkeit und die Länge
des Schattenwurfs statisch ist, während sich bei den letzteren
im Verlauf eines Tages zusammen mit dem Sonnenstand gewöhnlich
sowohl die Intensität als auch die Ausrichtung des Schattens
verändert. Durch diese Unterschiede leidet bei elektronischen Anzeigeinstrumenten
die Realitätsnähe der Darstellung, was eine schlechtere
Anmutung oder Wertigkeit des Anzeigeinstruments zur Folge hat.
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Entsprechendes
gilt auch für Lichtreflexionen, zum Beispiel für
Lichtreflexionen von Elementen der Anzeige oder von umgebenden Bauteilen,
die ebenfalls zur Verbesserung der Realitätsnähe
der Darstellung auf der Anzeige abgebildet werden.
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Aus
der
DE 2005 035
481 A1 ist bereits ein Anzeigeinstrument der eingangs genannten
Art bekannt, bei dem die graphische Darstellung auf der Anzeige
mit Hilfe einer durch den Fahrer bedienten Auswahleinrichtung zwischen
mehreren verschiedenen Moden umschaltbar ist, wobei sich die beiden Moden
unter anderem hinsichtlich des Schattenwurfs von Anzeigeelementen,
wie Zeigern oder Ringen, voneinander unterscheiden können.
Durch eine manuelle Umschaltung zwischen unterschiedlichen Darstellungen
können jedoch die zuvor beschriebenen Probleme nicht beseitigt
werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend
hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Anzeigeinstrument
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine
realistischere Darstellung des Schattenwurfs von simulierten mechanischen
Elementen ermöglicht wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Mittel zur
Veränderung der Darstellung des Schattenwurfs oder der
Lichtreflexion in Abhängigkeit von einem Lichteinfall auf
das Kraftfahrzeug gelöst.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, an Stelle eines statischen
Schattens eines simulierten mechanischen Elements, d. h. eines in
einer festen räumlichen Beziehung zum simulierten mechanischen
Element befindlichen Schattens mit einer unveränderlichen
Schattenintensität bzw. an Stelle einer statischen Lichtreflexion
mit einer festen Position und unveränderlichen Intensität,
einen vom tatsächlichen Lichteinfall abhängigen
variablen Schatten bzw. eine vom tatsächlichen Lichteinfall
abhängige variable Lichtreflexion elektronisch auf der
Anzeige darzustellen.
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Bei
dem abgebildeten oder simulierten Schatten handelt es sich vorzugsweise
um denjenigen Schatten, der bedingt durch den Lichteinfall von der
Sonne von einem mit dem simulierten Element im Wesentlichen identischen
mechanischen Element eines entsprechenden dreidimensionalen analogen Anzeigeinstruments
auf eine umgebende Oberfläche der Anzeige geworfen würde,
jedoch ist es natürlich auch möglich, eine Schattierung
des mechanischen Elements selbst zu verändern.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Mittel zur
Veränderung der Darstellung des Schattenwurfs oder der
Lichtreflexion Mittel zur Veränderung der Intensität
des Schattenwurfs oder der Lichtreflexion in Abhängigkeit
von einer Lichtintensität des Lichteinfalls auf das Kraftfahrzeug.
Diese Mittel weisen vorzugsweise mindestens einen Fotosensor zur
Messung der Lichtintensität des Lichteinfalls auf, dessen
Sensorfläche zweckmäßig im Wesentlichen
dieselbe Ausrichtung wie die Anzeige besitzt.
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Darüber
hinaus umfassen die Mittel zur Veränderung der Darstellung
des Schattenwurfs oder der Lichtreflexion bevorzugt auch Mittel
zur Veränderung der Größe, Form und/oder
Ausrichtung des Schattenwurfs in Bezug zur Darstellung des mechanischen
Elements oder zur Veränderung der Größe, Form
und/oder Ausrichtung der Lichtreflexion in Abhängigkeit
von einer Einfallsrichtung des Lichteinfalls auf das Kraftfahrzeug.
Diese Mittel dienen zweckmäßig dazu, einerseits
die Ausrichtung und Länge des Schattenwurfs oder der Lichtreflexion
an einen Neigungswinkel des Lichteinfalls in Bezug zu einer Fahrbahnoberfläche
in einer zur Fahrbahnoberfläche senkrechten vertikalen
Ebene anzupassen und andererseits die Ausrichtung des Schattenwurfs
an den jeweiligen Winkel zwischen der Fahrtrichtung einerseits und
der Richtung des Lichteinfalls andererseits in einer zur Fahrbahnoberfläche
parallelen horizontalen Ebene anzupassen.
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Da
es sich bei dem Lichteinfall auf das Fahrzeug überwiegend
um den Lichteinfall von der Sonne handelt, sind vorzugsweise Mittel
vorgesehen, mit denen der Neigungswinkel des Lichteinfalls in einer vertikalen
Ebene unter Zugrundelegung von örtlichen und kalendarischen
Sonnenstandsdaten aus der augenblicklichen Position des Fahrzeugs
sowie aus dem augenblicklichen Datum und der augenblicklichen Uhrzeit
berechnet werden kann.
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Zur
Ermittlung des Winkels zwischen der Fahrtrichtung und der Richtung
des Lichteinfalls in einer horizontalen Ebene können die
Mittel zweckmäßig einen oder mehrere Fotosensoren
mit unterschiedlich ausgerichteten vertikalen Sensorflächen umfassen,
von denen die Intensität des jeweiligen Lichteinfalls gemessen
wird, sowie eine Auswerteeinrichtung zur Berechnung der ungefähren
Lichteinfallsrichtung in Bezug zur Fahrtrichtung aus den von den
Fotosensoren ermittelten Lichtintensitäten.
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Ein
bevorzugtes Mittel zur Ermittlung von sowohl der Lichtintensität
des einfallenden Lichts als auch des Neigungswinkels des Lichteinfalls
in einer vertikalen und in einer horizontalen Ebene, das letztere
in Bezug zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs, ist ein Sonnensensor,
wie er zur Steuerung von Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen verwendet
wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
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1 und 2 Vorderseitenansichten
eines Kombinationsinstruments eines Kraftfahrzeugs mit zwei Anzeigeinstrumenten
bei unterschiedlichen Lichteinfallbedingungen.
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Ausführungsform der
Erfindung
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Das
in der Zeichnung in Vorderseitenansicht schematisch dargestellte
Kombinationsanzeigeinstrument 2 eines Kraftfahrzeugs besitzt
eine frei programmierbare Anzeige 4 in Form eines Farbdisplays, beispielsweise
eines LCD-Displays, auf der nach dem Einschalten einer Zündung
des Kraftfahrzeugs fahrerrelevante Informationen angezeigt werden,
wie zum Beispiel die Drehzahl eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs
und die augenblickliche Fahrtgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs.
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Die
Anzeige der Drehzahl und der Fahrtgeschwindigkeit erfolgt mittels
zweier nebeneinander auf der Anzeige 4 abgebildeter Anzeigeinstrumente 6, 8.
Bei der Abbildung der Anzeigeinstrumente 6, 8 handelt
es sich um eine Darstellung, die durch Ansteuerung des Farbdisplays
mittels einer geeigneten Software auf elektronischem Wege auf der
Anzeige 4 erzeugt wird. Die durch die Software festgelegte
Darstellung der beiden Anzeigeinstrumente 6, 8 zeigt
dabei Nachbildungen konventioneller analoger Zeigerinstrumente,
nämlich einer konventionellen analogen Drehzahlanzeige
und eines analogen Tachometers, die jeweils als dreidimensionale
Abbildung dargestellt sind. Die Darstellung der Anzeigeinstrumente 6, 8 umfasst
dabei die Darstellung einer ringförmigen erhabenen Einfassung 10 und
die Darstellung eines innerhalb der Einfassung 10 angeordneten
drehbaren Zeigers 14, der einseitig über eine
zur Einfassung 10 koaxiale Achse 12 übersteht
und sich zu einer Spitze 16 verjüngt.
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Um
der Darstellung der Einfassung 10 und des Zeigers 14 eine
größere räumliche Tiefe zu verleihen,
werden neben der Abbildung der Einfassung 10 und des Zeigers 14 auf
der Anzeige 4 auch Schatten 18, 20 abgebildet,
die denjenigen Schatten entsprechen, welche bei einem realen analogen
Anzeigeinstrument mit einer entsprechenden Einfassung und einem
entsprechenden Zeiger infolge des Einfalls von Sonnenlicht auf einer
ebenen, die Einfassung umgebenden und unter dem Zeiger angeordneten
Oberfläche erzeugt würden. Ebenso wie bei den Abbildungen
der Anzeigeinstrumente 6, 8 und von deren mechanischen
Elementen 10, 14 handelt es sich auch bei den
Abbildungen der Schatten 18, 20 um elektronisch
durch die Software erzeugte Darstellungen, deren Helligkeit zur
Erzeugung des Eindrucks eines Schattens um ein bestimmtes Maß gegenüber
der Helligkeit benachbarter Bereiche auf der Anzeige 4 verringert
wird.
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Um
eine möglichst realitätsnahe grafische Darstellung
der Anzeigeinstrumente 6, 8 auf der Anzeige 4 und
damit eine möglichst gute Anmutung zu erzielen, erfolgt
die Abbildung der Schatten 18, 20 nicht statisch,
d. h. nicht in einer festen räumlichen Beziehung zu dem
zugehörigen Anzeigeelement 10, 14 und
mit einer gleichbleibenden Helligkeit, sondern in Abhängigkeit
vom Lichteinfall des Sonnenlichts auf das Fahrzeug. Dadurch soll
zum einen erreicht werden, dass der elektronisch erzeugte Schatten 18, 20 der
Anzeigeelemente 10, 14 auf der Anzeige 4 im Hinblick
auf Intensität und Bewegungsverhalten im Wesentlichen dem
realen Schattenwurf benachbarter Bauteile auf einer Instrumententafel
des Kraftfahrzeugs entspricht und somit bei einem Betrachter kein irrealer
Eindruck entsteht. Zum anderen soll erreicht werden, dass die Schatten
beweglicher Elemente, wie der Zeiger 14 der beiden Anzeigeinstrumente 6, 8,
im Zuge einer Bewegung des jeweiligen Elements 14 entsprechend
der dadurch verursachten Veränderung des Lichteinfalls
ebenfalls seine Form und Ausrichtung verändert.
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Dazu
wird erstens die Form und Ausrichtung des Schattens 18, 20 in
Abhängigkeit von der Einfallsrichtung E des Lichts der
Sonne 22 verändert, die zum einen in vertikaler
Richtung durch den Neigungswinkel α der Richtung E in Bezug
zu einer horizontalen Fahrbahnoberfläche 24 und
zum anderen in horizontaler Richtung durch den Winkel zwischen der Fahrtrichtung
des Fahrzeugs und der Azimutrichtung der Sonne beeinflusst wird.
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Zweitens
wird auch die Intensität der Schatten 18, 20,
d. h. die im Vergleich zu benachbarten, außerhalb der Schatten 18, 20 gelegenen
Bereiche der Anzeige 4 dunklere Farb- oder Helligkeitsstufe der
Schatten 18, 20 in Abhängigkeit von der
Intensität des auf das Fahrzeug einfallenden Sonnenlichts
verändert, indem man bei hoher Intensität der
Sonneinstrahlung eine dunklere Abbildung als bei niedriger Intensität
wählt.
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Drittens
wird bei beweglichen Elementen, wie dem Zeiger 14, deren
Bewegung bei der Berechnung der Form, Größe und/oder
Ausrichtung ihres Schattens 20 mitberücksichtigt,
so dass der Schatten 20 seine Form, Größe
und/oder Ausrichtung verändert, wenn er zusammen mit der
Darstellung des beweglichen Elements 14 über die
Anzeige 4 wandert.
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Zum
Beispiel wird bei links vom Fahrzeug befindlicher hoch stehender
Sonne 22 rechts unterhalb von der ringförmigen
Einfassung 10 und vom Zeiger 14 der Instrumente 6, 8 ein
kurzer Schatten 18, 20 mit intensiver Dunkelfärbung
abgebildet, wie in 1 dargestellt, während
bei rechts vom Fahrzeug befindlicher niedrig stehender Sonne 22 links
unterhalb von der ringförmigen Einfassung 10 ein
längerer Schatten 18 mit schwächerer
Dunkelfärbung abgebildet wird, wie in 2 dargestellt.
Da sich der Zeiger 14 in 1 und 2 gerade
in einer Stellung befindet, in der er nahezu entgegengesetzt zur
Einfallsrichtung E des Sonnenlichts in 2 ausgerichtet
ist, wird in 2 neben dem Zeiger 14 kein
Schatten 20 dargestellt.
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Zur
Ermittlung der Einfallsrichtung und der Intensität des
Sonnenlichts ist am Fahrzeug eine Sensoranordnung (nicht dargestellt)
angebracht, die einen oder mehrere Fotosensoren mit unterschiedlich
ausgerichteten Sensorflächen umfasst. Die Sensoranordnung
ist mit einer Steuerung (nicht dargestellt) der Anzeige 4 verbunden,
in der die Signale von der Sensoranordnung ausgewertet werden.
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Vorzugsweise
wird ein einziger Sensor in Form eines Sonnensensors einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage
verwendet, der die Intensität des Lichteinfalls sowie den
Neigungswinkel des Lichteinfalls in einer vertikalen Ebene und den
Lichteinfallswinkel in Bezug zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs
in einer horizontalen Ebene misst.
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Bei
Sensoren mit mehreren Sensorflächen dient eine der Sensorflächen,
vorzugsweise eine zur Anzeige 4 parallele Sensorfläche,
zur Messung eines Absolutwerts der augenblicklichen Intensität
des Sonnenlichts, der als Soll-Wert zur Steuerung der Intensität
des Schattens 18, 20 der Darstellungen der Elemente 10, 14 dient.
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Eine
Gruppe von weiteren Sensorflächen ist senkrecht zur Fahrbahnoberfläche 24 ausgerichtet, wobei
die Sensorflächen dieser Gruppe in unterschiedliche horizontale
Richtungen weisen, so dass der Neigungswinkel der Einfallsrichtung
des Sonnenlichts in einer vertikalen Ebene in Bezug zu sämtlichen
dieser Sensorflächen derselbe ist. Dies gestattet es, aus
der Intensität des auf verschiedene Sensorflächen
dieser Gruppe einfallenden Sonnenlichts Relativwerte der Lichtintensität
zu berechnen. Aus diesen Relativwerten lässt sich in Kenntnis
der paarweise von den Sensorflächen eingeschlossenen Winkel
die ungefähre Einfallsrichtung des Sonnenlichts in einer
zur Fahrbahnoberfläche parallelen horizontalen Ebene bestimmen.
Da sich die Ausrichtung der Sensorflächen in Bezug zur
Fahrtrichtung nicht verändert, kann daraus auch der ungefähre Lichteinfallswinkel
bestimmt werden, der in dieser horizontalen Ebene zwischen der Einfallsrichtung des
Sonnenlichts und der Fahrtrichtung des Fahrzeugs eingeschlossen
wird. Die Sensorflächen können zum Beispiel entlang
des Umfangs eines Antennenfußes einer auf einem Dach des
Fahrzeugs montierten Dachantenne angebracht sein.
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Der
augenblickliche Neigungswinkel der Sonne, d. h. der Einfallswinkel
des Sonnenlichts in einer vertikalen Ebene, wird aus der augenblicklichen, von
einem satellitengestützten oder erdgebundenen Navigationsgerät
ermittelten Fahrzeugposition, der aktuellen Uhrzeit und aus dem
aktuellen Datum bestimmt, indem zum Beispiel aus einer in einem
Speicher abgelegten Tabelle mit Neigungswinkeln der Sonne in Abhängigkeit
von Position, Datum und Uhrzeit für die auf einer Uhr des
Fahrzeugs eingestellte Uhrzeit- und Datumsangabe der zu dieser Uhrzeit- und
Datumsangabe zugehörige Neigungswinkel für die
aktuelle Fahrzeugposition entnommen wird. Die Positionsangaben brauchen
dabei nur den ungefähren Breiten- und Längengrad
umfassen, da sich der Sonnestand mit der geographischen Breite und
Länge nur sehr allmählich ändert. Da ähnliches
auch für das Datum gilt, macht es keinen großen
Unterschied, wenn dieses auf der Uhr des Fahrzeugs nicht ganz korrekt
eingestellt ist.
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Alternativ
kann die Position und die Fahrtrichtung des Fahrzeugs aus Signalen
des Navigationsgeräts berechnet werden. Diese Informationen können
dann zusammen mit Informationen über den örtlichen
und den kalendarischen Sonnenstand benutzt werden, um an der augenblicklichen
Position des Fahrzeugs zum einen den Neigungswinkel des augenblicklichen
Lichteinfalls E von der Sonne 22 in einer vertikalen Ebene
und zum anderen den Lichteinfallswinkel zwischen der ebenfalls vom
Navigationsgerät gelieferten Fahrtrichtung und der Einfallsrichtung
E des Sonnenlichts in einer horizontalen Ebene zu berechnen.
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Zur
Auswertung der Signale vom Navigationsgerät und der Uhr
sind diese ebenfalls mit der Steuerung (nicht dargestellt) der Anzeige 4 verbunden.
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Zwischen
den beiden Anzeigeinstrumenten 6, 8 kann bei Bedarf,
d. h. zum Beispiel durch Betätigung eines Schalters am
Lenkrad, ein Auswahlmenü auf der Anzeige 4 abgebildet
werden, aus dem der Fahrer durch weitere Betätigung des
Schalters einen Menüpunkt, wie beispielsweise Wartung,
Uhr, Wetter, Audio, Navigation, Telefon, usw. auswählen
kann, um dann zu dem ausgewählten Menüpunkt weitere
Informationen zu erhalten, wie zum Beispiel unter dem Menüpunkt
Wartung den Zeitpunkt der nächsten fälligen Inspektion
und den Ölfüllstand des Antriebsmotors bzw. unter
dem Menüpunkt Uhr das augenblickliche Datum und die aktuelle
Uhrzeit. Die Anzeige dieser Informationen erfolgt in einer für
frei programmierbare Anzeigen üblichen Art und Weise und
soll daher hier nicht näher beschrieben werden.
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Außer
bei Kraftfahrzeugen können die zuvor beschriebenen Anzeigeinstrumente
auch bei anderen Fahrzeugen eingesetzt werden, bei denen sich der
Lichteinfall aus der Umgebung verändert, zum Beispiel bei
Wasser- oder Luftfahrzeugen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 2005035481
A1 [0008]