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Die
Erfindung betrifft ein Bediensystem, umfassend eine Bedieneinheit mit
mindestens einem Bedienelement zum Erfassen von Nutzereingaben und eine
Positions- und/oder Annährungserfassungseinheit zum berührungslosen
Erfassen einer Annäherung eines Betätigungselements,
insbesondere eines Körperteils eines Nutzers, an das mindestens
eine Bedienelement, wobei die Bedieneinheit bei einer erfassten
Annäherung für eine Bedienung automatisch angepasst
wird. Die Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Betreiben eines
solchen Bediensystems.
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Um
eine zunehmenden Anzahl von Funktionalitäten, die von einem
Bediensystem bereitgestellt werden, beispielsweise eine Anzahl von
Komfortfunktionen in einem Kraftfahrzeug, bedienen zu können,
sind eine Vielzahl von Bedienelementen zum Erfassen von Nutzereingaben
notwendig. Je mehr Bedienelemente notwendig sind, desto schwieriger
wird eine ergonomische Anordnung, die sowohl eine optische Überwachung
als auch eine manuelle Betätigung dieser Bedienelemente
zugleich gestattet.
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Um
eine Reduktion der Anzahl der benötigten Bedienelemente
zu erreichen, werden daher heute häufig mit Anzeigevorrichtungen
versehene Bedieneinheiten verwendet, wobei über die Anzeigevorrichtung
für eine Bedienung notwendige Informationen, beispielsweise
eine Zuordnung von Funktionen zu Bedienelementen, angegeben werden.
Die Anzeigevorrichtungen werden darüber hinaus zur "reinen Informationsvermittlung"
genutzt. Bei einem Kraftfahrzeug können auf einer solchen
Anzeigevorrichtung beispielsweise Navigationshinweise und/oder Zustandsinformationen über
einzelne Fahrzeugsysteme und Komponenten usw. dargestellt werden. Ferner
werden solche Anzeigevorrichtungen häufig mit einer Berührungsempfindlichen
Positionsermittlungseinheit gekoppelt als Touchscreen ausgeführt. Über
diese können bei einer Berührung der Anzeigefläche
durch ein Betätigungselement Nutzereingaben erfasst werden.
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Aus
der
DE 10 2006
037 156 A1 sind beispielsweise eine interaktive Bedienvorrichtung
und ein Verfahren zum Betreiben der interaktiven Bedienvorrichtung
bekannt. Die interaktive Bedienvorrichtung umfasst eine Anzeigevorrichtung,
auf der Informationen darstellbar sind und/oder dargestellt werden,
die Bedienelemente beinhalten, und eine Steuereinrichtung, wobei
die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass bei Ermittlung
einer Bedienabsicht für mindestens eines der auf der Anzeigeeinrichtung
dargestellten Bedienelemente die auf der Anzeigeeinrichtung dargestellten
Informationen in Abhängigkeit der ermittelten Bedienabsicht
derart angepasst werden, dass das mindestens eine Bedienelement
optimiert für das Aktivieren des Bedienelements dargestellt
wird. Zur Ermittlung der Bedienabsicht des mindestens einen auf
der Anzeigeeinrichtung dargestellten Bedienelements wird vorgeschlagen
zu erfassen, ob sich ein Körperteil eines Nutzers innerhalb
eines Aktivierungsbereichs befindet, der räumlich relativ
zu dem Darstellungsgebiet des mindestens einen der Bedienelemente
auf die Anzeigeeinrichtung festgelegt ist. Wird ein Körperteil
des Nutzers in den Aktivierungsbereich bewegt, d. h. in der Regel
der Anzeigeeinrichtung angenähert, so wird ein hierauf
dargestelltes Bedienelement für eine Bedienung angepasst
dargestellt.
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Wird
bei dem Bediensystem zusätzlich eine Aufmerksamkeit des
Nutzers für einen weiteren Prozess, bei einem Kraftfahrzeug
beispielsweise für einen Fahrprozess und ein Beobachten
eines Verkehrsgeschehens benötigt, so gibt es widerstreitende Interessen
hinsichtlich einer Anordnung der Bedienelemente, um eine möglichst
geringe Blickabwendung von dem Verkehrsgeschehen bei einer informativen Betrachtung
der Bedienelemente zu erreichen und andererseits bei einer Bedienung
für einen Nutzer möglichst einfache und ergonomisch
günstige Erreichbarkeit zu schaffen und zu gewährleisten.
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Zwar
ist bei den bekannten Systemen die Bedieneinheit bei einer Annäherung
eines Betätigungselements, insbesondere eines Körperteils
eines Nutzers, für eine Bedienung angepasst und beispielsweise über
eine Vergrößerung von virtuell dargestellten Bedienelementen
eine Treffsicherheit durch einen Nutzer vergrößert.
Insgesamt wird jedoch bei diesen Systemen eine Bedienergonomie nur
geringfügig oder gar nicht verbessert.
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Der
Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Bediensystem
zu schaffen, welches eine gute optische Wahrnehmung zur Verfügung
stehender Bedienoptionen und andererseits eine vereinfachte Bedienung
durch einen Nutzer ermöglicht.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bediensystem
mit dem Merkmal des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben
eines Bediensystems mit den Merkmalen des Patentanspruchs 16 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen.
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Hierbei
ist vorgesehen, bei einem Bediensystem eingangs genannter Art mit
der Bedieneinheit mindestens ein Stellglied zu koppeln, mittels
dessen die Bedieneinheit zwischen einer ersten Stellung und mindestens
einer zweiten Stellung bei Erfassen der Annäherung des
Betätigungselements an das mindestens eine Bedienelement
mechanisch bewegt wird oder bewegbar ist. Es wird somit ein Verfahren zum
Betreiben eines Bediensystems vorgeschlagen, welches eine Bedieneinheit
mit mindestens einem Bedienelement und eine Positions- und/oder
Annäherungserfassungseinheit umfasst, wobei mit der Positions-
und/oder Annäherungserfassungseinheit berührungslos
eine Annäherung eines Betätigungselements, insbesondere
eines Körperteils eines Nutzers, an das mindestens eine
Bedienelement erfasst wird und wobei die Bedieneinheit bei einer
erfassten Annäherung für eine Bedienung automatisch
angepasst wird und mit dem mindestens einen Bedienelement mindestens
eine Nutzereingabe erfasst wird, wobei mit der Bedieneinrichtung
mindestens ein Stellglied gekoppelt ist, mittels dessen die Bedieneinheit
zwischen einer ersten Stellung und mindestens einer zweiten Stellung
bei Erfassen der Annäherung des Betätigungselements
an das mindestens eine Bedienelement mechanisch bewegt wird. Durch
das automatische Bewegen der Bedieneinheit mit dem mindestens einen
Bedienelement bei Erfassen einer Annäherung eines Betätigungselements
an das mindestens eine Bedienelement wird die Bedienung durch das
Betätigungselement erleichtert. Die Bedieneinheit wird
in eine zweite Stellung verbracht, in der eine Betätigung
erleichtert ist. Hierzu wird die Bedieneinheit vorzugsweise auf
das Betätigungselement zubewegt, so dass ein durch das
Betätigungselement zurückzulegender Weg, um ein
Bedienelement zu betätigen, verringert wird.
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Als
Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit in dem
hier verwendeten Sinn können Einheiten verwendet werden,
die „nur" eine Annäherung erfassen. Vorzugsweise
können diese einen Abstand des Betätigungselements
von der Bedieneinheit zumindest grob ermitteln. Besonders bevorzugt wird
eine dreidimensionale Position absolut im Raum oder relativ zu der
Bedieneinheit ermittelt. Hierbei kann jede beliebige bekannte Technik
verwendet werden.
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Besonders
geeignet ist die Erfindung für ein Bediensystem, welches
ein Cockpit eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs,
ist. Bei Fahrzeugen wird ein Teil der Aufmerksamkeit des Nutzers
benötigt, außerhalb des bedienten Fahrzeugs ablaufende
Prozesse, beispielsweise ein Verkehrsgeschehen, zu beobachten. Zusätzlich
muss der Nutzer sich über Bedienoptionen oder andere Inhalte
informieren. Daher ist es vorteilhaft, die Bedienelemente möglichst
so anzuordnen, dass nur eine geringe Blickrichtungsänderung
notwendig ist, um von einer Wahrnehmung eines beobachteten Prozesses
zu einer Wahrnehmung der Bedieneinheit zu wechseln. Daher ist eine
Vielzahl von Bedienelementen so nah wie möglich an einem
Blickfeld des Nutzers angeordnet. Um die Anzahl der benötigten
Bedienelemente möglichst gering zu halten, umfasst die Bedieneinheit
vorzugsweise mindestens ein Bedienelement, dem unterschiedliche
Funktionen zuordenbar sind. Um auf einfache Weise eine solche Zuordnung
zu vermitteln, umfasst die Bedieneinheit vorzugsweise eine Anzeigevorrichtung.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst
die Bedieneinheit einen Touchscreen. Ein solcher umfasst eine, vorzugsweise
freiprogrammierbare, Anzeigevorrichtung und eine berührungsempfindliche
Sensoreinheit, die mit einer Anzeigefläche gekoppelt ist
und über die eine Berührposition der Anzeigefläche
durch ein Betätigungselement ermittelbar ist. Durch eine Korrelation
der Berührposition mit einer dargestellten Information
auf der Anzeigefläche kann die Berührbetätigung
einer entsprechenden Funktion, die der dargestellten Information
zugeordnet ist, zugewiesen werden. Ebenso ist es möglich,
dass die Bedieneinheit benachbart zu einer freiprogrammierbaren
Anzeigefläche angeordnete mechanisch betätigbare
Erfassungselemente umfasst. Diese Erfassungselemente können
als Tastschalter, Drehschalter, Drehdruckschalter, Kippschalter
oder ähnliches ausgebildet sein. Bei der freiprogrammierbaren
Anzeigefläche kann es sich um eine Anzeigefläche
eines Touchscreens handeln.
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Die
erste Stellung ist vorzugsweise eine für eine Betrachtung
durch den Nutzer angepasste Stellung und die mindestens eine zweite
Stellung eine für eine Betätigung seitens des
Betätigungselements des Nutzers angepasste Stellung. Ist
das Bediensystem beispielsweise ein Fahrzeugcockpit, beispielsweise
ein Kraftfahrzeugcockpit, so werden Bedieneinheiten in einem Armaturenbrett
seitlich beabstandet von einer Lenksäule und/oder einem
zentral angeordneten Kombiinstrument angebracht. Es ist ebenfalls üblich,
insbesondere als Touchscreen ausgebildete Bedieneinheiten in einer
Mittelkonsole zwischen einem Fahrer- und einem Beifahrersitz möglichst
hoch anzubringen. Für eine Bedienung durch ein Betätigungselement
ist jedoch eine niedrigere und/oder insbesondere nahe einem Lenkrad
gelegene Anordnung von Bedienelementen von Vorteil.
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Bei
einer einfach zu realisierenden Ausführungsform der Erfindung
ist die Bedieneinheit an einem Gelenk gelagert. Die Bedieneinheit
führt bei der Bewegung von der ersten Stellung in die zweite
Stellung eine Schwenkbewegung um das Gelenk aus. Bei dem Gelenk
kann es sich beispielsweise um ein scharnierartiges Gelenk handeln,
welches an einem Ende der Bedieneinheit angeordnet ist. Dieses Ende ist
vorzugsweise an der der Lenksäule zugewandten Seite der
Bedieneinheit angeordnet, so dass die Bedieneinheit bei einer Bewegung
aus der ersten Stellung in die zweite Stellung auf den Nutzer zu
geschwenkt wird.
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Eine
solche Ausführungsform ist mechanisch einfach auszuführen
und führt dennoch zu einer deutlichen Verbesserung der
Bedienbarkeit.
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Bei
einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die
Bedieneinheit mit dem mindestens einen Stellglied so gekoppelt ist,
dass die Bewegung zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung
eine eindimensionale gradlinige Translationsbewegung umfasst. Durch
eine gradlinige eindimensionale Translationsbewegung können
insbesondere in der ersten Stellung weit entfernt von dem Nutzer
angeordnete Bedienelemente günstig bewegt werden.
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Bei
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden bei der Bewegung
von der ersten in die zweite Stellung mindestens zwei Bewegungsfreiheitsgrade
der Bedieneinheit verändert. Beispielsweise kann eine eindimensionale
gradlinige Translationsbewegung des Gelenks vorgenommen werden, um
welches die Bedieneinheit zusätzlich verschwenkt oder verkippt
wird. Bei einer solchen Ausführungsform können
mit der Bedieneinrichtung ein oder mehrere weitere Stellglieder
gekoppelt sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen,
die Bewegung der Bedieneinheit mit einer Geschwindigkeit auszuführen,
die von einem aktuellen Abstand des Betätigungselements
von der Bedieneinheit bzw. des mindestens einen Bedienelements abhängig
ist. Ist ein Abstand groß, so kann die Bedieneinheit mit
einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden. Ist hingegen ein Abstand
gering, so ist eine geringere Bewegungsgeschwindigkeit von Vorteil.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass
die Geschwindigkeit mit einem Abstand des mindestens einen Betätigungselements
von dem Bedienelement abnimmt, sofern der Abstand einen vorgegebenen
Grenzabstand unterschritten hat. Bis zu dem vorgegebenen Grenzabstand
kann die Bedieneinheit mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden
und erst ab einem Unterschreiten des Grenzabstands wird die Geschwindigkeit
in Abhängigkeit von dem Abstand des mindestens einen Betätigungselements
von dem mindestens einen Bedienelement zur Steuerung der Geschwindigkeit
verwendet.
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Bei
einer Ausführungsform sind die erste Stellung und die mindestens
eine zweite Stellung fest definiert. Zusätzlich zu der
mindestens einen zweiten Stellung können weitere zweite
Stellungen festgelegt sein, beispielsweise in Stufen (die vorzugsweise
an unterschiedlichen äquidistant voneinander beabstandeten
Positionen entlang einer vorgegebenen Bahnkurve festgelegt sind,
auf der die Bedieneinheit zwischen der ersten Stellung und den zweiten
Stellungen bewegt wird). Eine Festlegung, in welche der zweiten
Stellungen die Bedieneinheit bewegt wird, kann beispielsweise in
Abhängigkeit davon entschieden werden, ob ein Abstand der
Bedieneinheit von dem mindestens einen Betätigungselement
bei einem Erreichen der mindestens einen zweiten Stellung ausreichend
ist, um die Bedieneinheit in eine weitere zweite Stellung zu bewegen,
bevor das Betätigungselement sich dem mindestens Bedienelement vollständig
angenähert hat.
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Eine
größere Flexibilität und komfortablere Bedienung
ist bei einer Ausführungsform möglich, bei der
die mindestens eine zweite Stellung in Abhängigkeit von
einer Bewegung des Betätigungselements bei jeder Annäherung
neu festgelegt wird, wobei die Bewegung der Bedieneinheit von der
ersten Stellung in die mindestens eine zweite Stellung auf das sich
annähernde Betätigungselement zu so ausgeführt
wird und die mindestens eine zweite Stellung so festgelegt wird,
dass eine Bewegung der Bedieneinheit beendet wird, wenn ein vorgegebener
Minimalabstand zu dem Betätigungselement unterschritten
wird. Hierdurch wird eine optimale Annäherung der Bedieneinheit
bzw. des mindestens einen Bedienelements an das Betätigungselement
bei jedem Betätigungsvorgang erreicht.
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Bei
einer Ausführungsform wird die Bewegung der Bedieneinheit
von der ersten Stellung in die mindestens eine zweite Stellung entlang
einer vorgegebenen Trajektorie ausgeführt. Bei einer anderen Ausführungsform
wird die Bewegungstrajektorie angepasst an die aktuelle Bewegung
des Betätigungselements vorgenommen. Letztere Ausführungsform ermöglicht
es, eine Bewegung der Bedieneinheit in Abhängigkeit von
einer aktuellen Körperhaltung und/oder Sitzstellung des
Nutzers oder Physiognomie des Nutzers angepasst auszuführen.
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Vorzugsweise
wird die Bedieneinheit automatisch in die erste Stellung zurückbewegt,
sobald bzw. sofern der Abstand des Betätigungselements
einen Rückbewegungsabstand, vorzugsweise für eine vorgegebene
Auslösezeitspanne, überschritten hat. Der Rückbewegungsabstand
wird so gewählt, dass eine fortgesetzte und/oder erneute
unmittelbare Betätigung des mindestens einen Bedienelements
oder weitere Bedienelemente der Bedieneinheit nicht zu erwarten
sind, wenn das Betätigungselement einen Abstand von dem
mindestens einen Bedienelement bzw. der Bedieneinrichtung erreicht
hat, der größer als der Rückbewegungsabstand
ist. Um eine Zurückbewegung in die erste Stellung zu vermeiden,
wenn das Betätigungselement nur kurzzeitig über
den Rückbewegungsabstand zurückgezogen wird und dann
erneut der Bedieneinheit angenähert wird, wird bei einigen
Ausführungsformen zusätzlich vorzugsweise eine
Auslösezeitspanne ausgewertet. Die Rückbewegung
in die erste Stellung erfolgt erst, wenn der Abstand des Betätigungselements
von der Bedieneinheit bzw. dem mindestens einen Bedienelement für
eine Zeitspanne überschritten ist, die der Auslösezeitspanne
entspricht oder diese übertrifft.
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Diese
Auslösezeitspanne kann in einzelnen Ausführungsformen
jedoch auch gleich Null gewählt sein, so dass eine Zurückbewegung
einsetzt, sobald ein Abstand des Betätigungselements von
dem mindestens einen Bedienelement bzw. der Bedieneinheit einmalig
den Rückbewegungsabstand überschritten hat.
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Die
hier als Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit
beschriebene Einheit kann jede beliebige Einheit sein, die in der
Lage ist, eine Annäherung eines Betätigungselements
berührungslos zu erfassen. Hierbei kann es sich beispielsweise um
eine kapazitiv messende Einheit handeln. Ebenso sind aus dem Stand
der Technik ultraschallbasierte oder kamerabasierte Systeme bekannt.
Insbesondere bei Systemen, die kapazitiv eine Ankopplung des Betätigungselements
an einen oder mehrere Sensoren erfassen, oder auch bei Systemen,
die ultraschallbasiert oder eine Lichtreflexion, vorzugsweise im
nicht sichtbaren, beispielsweise infraroten, Wellenlängenbereich
nutzen, ist es vorteilhaft, wenn die Bedieneinheit Sensoren der
Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit umfasst.
Dies bedeutet, dass die Sensoren auf der Bedieneinheit angeordnet
sind bzw. in diese integriert sind und mit dieser aus der ersten
Stellung in die zweite Stellung bewegt werden. Hierdurch ist eine
wesentlich präzisere Erfassung eines Abstands des Betätigungselements von
der Bedieneinheit möglich. Um eine ungewollte Auslösung
von Funktionen, d. h. eine ungewollte Betätigung des mindestens
einen Bedienelements, zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die
Bedieneinheit die mindestens eine zweite Stellung erreicht, bevor das
Betätigungselement einen Minimalabstand unterschreitet.
Dies bedeutet, dass die Bedieneinheit sich in Ruhe befinden soll,
bevor eine Betätigung durch das Betätigungselement
stattfindet.
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Die
Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen
dieselben Vorteile wie die entsprechenden Merkmale des Bediensystems
auf.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert.
Hierbei zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugcockpits mit einer Bedieneinheit
in einer ersten Stellung in einer Frontalansicht;
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1b eine
schematische Darstellung des Kraftfahrzeugcockpits nach 1a mit
der Bedieneinheit in der ersten Stellung in einer Draufsicht;
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1c eine
schematische Darstellung des Kraftfahrzeugcockpits nach 1a mit
der Bedieneinheit in einer zweiten Stellung in einer Frontalansicht;
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1d eine
schematische Darstellung des Kraftfahrzeugcockpits nach 1c mit
der Bedieneinheit in der zweiten Stellung in Draufsicht;
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2 eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugcockpits ähnlich
zu dem nach 1a mit zwei Bedieneinheiten,
die zwischen ersten und zweiten Stellungen bei einer Annäherung
bewegbar sind;
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3a eine
schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugcockpits mit einer Bedieneinheit,
die zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung eine
gradlinige eindimensionale Translationsbewegung ausführt;
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3b eine
schematische Draufsicht auf das Kraftfahrzeugcockpit nach 3a mit
der Bedieneinheit in der ersten Stellung;
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3c eine
schematische Darstellung des Kraftfahrzeugcockpits nach 3a mit
der Bedieneinheit in der zweiten Stellung in Draufsicht;
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3d eine
schematische Darstellung in Draufsicht eines Kraftfahrzeugcockpits
einer Weiterbildung des Bediensystems, welches in 3a dargestellt
ist, bei der die Bedieneinrichtung zusätzlich zu einer
gradlinigen eindimensionalen Translationsbewegung eine Rotation
um eine Drehachse beim Bewegen von der ersten Stellung in die zweite
Stellung ausführt;
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3e eine
schematische Darstellung in Draufsicht einer weiteren Ausführungsform ähnlich zu
der nach 3d, bei der die Bedieneinrichtung zusätzlich
eine Rotationsbewegung um eine zweite Drehachse beim Bewegen von
der ersten Stellung in die zweite Stellung ausführt; und
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4 eine
grafische Darstellung einer Abhängigkeit einer Bewegungsgeschwindigkeit
der Bedieneinheit, aufgetragen gegen einen Abstand des Betätigungselements
von der Bedieneinheit bzw. dem mindestens einen Bedienelement der
Bedieneinheit.
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In 1a ist
ein als Kraftfahrzeugcockpit ausgestaltetes Bediensystem 1 schematisch
dargestellt. Das Kraftfahrzeugcockpit umfasst ein Armaturenbrett 2 mit
einem Kombiinstrument 3. Das Kombiinstrument 3 ist
hinter einem Lenkrad 4 angeordnet. Seitlich beabstandet
zu dem Kombiinstrument 3 ist eine Bedieneinheit 5 angeordnet,
die einen Schwenkarm 6 umfasst, der nahe einer Lenksäule
(nicht dargestellt) lenkbar gelagert ist. Die Bedieneinheit 5 umfasst
einen Touchscreen 7, in dem eine freiprogrammierbare Anzeigevorrichtung
mit einem berührungsempfindlichen positionsermittelnden
Sensorsystem gekoppelt ist. Benachbart zu dem Touchscreen, welcher
ein Bedienelement darstellt, sind weitere, beispielsweise als Tasten
ausgebildete, Bedienelemente 8 angeordnet. Auf der Bedieneinheit 5 sind
ferner Sensoren 9 angeordnet, die gemeinsam mit einer Auswerteeinheit 10 eine
als Positionserfassungseinheit 11 ausgebildete Positions-
und/oder Annäherungseinheit bilden, welche eine Annäherung
eines Betätigungselements (nicht dargestellt), vorzugsweise
eines Fingers eines Nutzers, erfasst. Die Positionserfassungseinheit 11 ist
vorzugsweise so ausgebildet, dass sie eine dreidimensionale Position
des Betätigungselements von der Bedieneinheit bzw. dem
Touchscreen 7 oder einem der weiteren Bedienelemente 8 ermitteln
kann. In einer einfachen Ausführungsform reicht es jedoch
aus, wenn die Positionserfassungseinheit 11 so ausgebildet
ist, dass sie berührungslos eine Annäherung des
Betätigungselements erfassen kann. In einer verbesserten
Ausführungsform ist jederzeit ein aktueller Abstand des
Betätigungselements von der Bedieneinheit 5 bzw.
dem Touchscreen 7 oder einem der weiteren Bedienelemente 8 ermittelbar.
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Die
Sensoren
9 sind beispielsweise so ausgestaltet, dass sie
eine kapazitive Kopplung des Betätigungselements an die
Sensoren erfassen. Dem Fachmann sind verschiedene Positionserfassungs- und
Annäherungssensoren bekannt, mit denen eine dreidimensionale
Position und/oder ein Abstand und/oder eine Annäherung
des Betätigungselements erfasst werden können.
Beispielhaft sei ein Positionserfassungssystem genannt, welches
Sensoren nutzt, die beispielsweise in der Druckschrift
WO 2004/078536 beschrieben sind.
Bei dem dort offenbarten System wird über einen Signalgeber,
der beispielsweise in einem Fahrersitz integriert ist, ein Hochfrequenzsignal
kapazitiv in den Fahrer eingekoppelt. Dieses Hochfrequenzsignal
wird über den Körper des Fahrers übertragen.
Bei einer Annäherung des Betätigungselements an
die Sensoren
9 ist eine eingekoppelte Signalstärke
des Hochfrequenzsignals ein Maß für einen Abstand
des Betätigungselements von dem entsprechenden Sensor
9.
Aus den Abständen von mehreren Sensoren
9 kann über
eine Triangulation eine dreidimensionale Position erfasst werden.
Alternative Positionserfassungssysteme, die berührungslos
eine Annäherung des Betätigungselements an die
Bedieneinheit
5 bzw. den Touchscreen
7 oder die
weiteren Sensoren
9 erfassen können, können
auf Kameras basierende Systeme ultraschallbasierte Systeme oder
auf optischen Sensoren basierende Systeme sein.
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Optische
Sensoreinheiten verwendete Systeme können beispielsweise
gemäß folgendem Prinzip ausgestaltet sein. Eine
Sende-LED strahlt ein rechteckförmiges amplitudenmoduliertes
Lichtsignal im optischen oder infraroten Wellenlängenbereich ab.
Das an dem Betätigungselement reflektierte Lichtsignal
wird von einer Photodiode erfasst. Von einer Kompensations-LED wird
ein um 180° phasenversetztes, ebenfalls rechteckförmiges
amplitudenmoduliertes Referenzlichtsignal zu der Photodiode über
einen unveränderlichen Lichtweg gesandt. Die Kompensations-LED
wird über einen Regelkreis mittels eines Regelsignals so
ausgeregelt, dass sich das empfangene reflektierte Lichtsignal der
Sende-LED und das empfangene Referenzlichtsignal der Kompensations-LED
an der Photodiode aufheben und ein Gleichsignal detektiert wird.
Eine Änderung des Regelsignals ist ein Maß für
den Abstand des Betätigungselements. Nach diesem Prinzip
ausgestaltete Sensoreinheiten sind weitgehend unabhängig
von Temperatur- und Helligkeitsschwankungen. Erneut können
bei einem besonders bevorzugten System mehrere Sensoreinheiten eingesetzt
werden, um mehrere Abstände zu ermitteln, aus denen über
eine Triangulation eine dreidimensionale Position des Betätigungselements
relativ zu der Bedieneinheit 5 bzw. dem Touchscreen 7 bzw.
den weiteren Bedienelementen 8 ermittelt werden kann bzw.
ermittelt wird.
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Die
in 1 gestrichelt dargestellten Bestandteile
des Bediensystems 1 sind für einen Nutzer in der
Regel nicht sichtbar und in das Armaturenbrett 2 integriert.
Auch wenn die Sensoren 9 mit durchgezogenen Linien dargestellt
sind, sind diese in der Regel verdeckt ausgeführt und für
einen Nutzer nicht wahrnehmbar. Bei anderen Ausführungsformen
wird eine kapazitive Kopplung des Betätigungselements an
unterschiedliche Segmente der berührungsempfindlichen Positionsermittlungseinheit
des Touchscreens ausgenutzt, um eine Annäherung des Betätigungselements
und/oder eine Position des Betätigungselements zu detektieren.
D. h., eine Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit
benötigt bei einer solchen Ausführungsform keine
eigenen Sensoren und kann in den Touchscreen integriert sein.
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Mit
der Bedieneinheit 5 ist ein Stellglied 12 gekoppelt.
Eine Steuereinheit 13 steuert das Stellglied in Abhängigkeit
von Informationen der Positionserfassungseinheit 11 so
an, dass die Bedieneinheit 5 bei einer Annäherung
des Betätigungselements auf das Betätigungselement
zu bewegt wird, in diesem Falle mittels des Schwenkarms 6 verschwenkt
wird.
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In 1b ist
das als Kraftfahrzeugcockpit ausgestellte Bediensystem 1 schematisch
in einer Draufsicht dargestellt, wobei sich die Bedieneinheit 5 in
der ersten Stellung befindet.
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Gleiche
technische Merkmale sind in allen Figuren mit demselben Bezugszeichen
versehen. Aus Gründen der Vereinfachung sind in allen Draufsichten
das Kombiinstrument, die Steuereinheit und die Auswerteeinheit nicht
dargestellt.
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In 1b ist
ein Betätigungselement 14 in einer Ausgangsstellung
vor einer Bedienintention gezeigt. Zusätzlich ist das Betätigungselement 14' in
einer Position gepunktet dargestellt, in des es zu bewegen wäre,
wenn sich die Bedieneinheit bei einer Annährung nicht bewegt
würde. Eine hierbei zurückzulegende Wegstrecke 15 ist
ebenfalls angedeutet.
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In 1c und 1d ist
das gleiche Bediensystem 1 in Frontalansicht bzw. Draufsicht
schematisch dargestellt, wobei sich jedoch die Bedieneinheit 5 in
die zweite Stellung bewegt bzw. verschwenkt worden ist.
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Bei
einem Vergleich der 1b und 1d ist
zu erkennen, dass eine tatsächlich zurückzulegende
Wegstrecke 16 für das Betätigungselement 14'' in
einer Betätigungsstellung durch ein Verschwenken der Bedieneinheit 5 deutlich
reduziert ist gegenüber der Wegstrecke 15, die
das Betätigungselement 14' zurückzulegen
hätte, wenn die Bedieneinheit nicht beweglich gelagert
wäre.
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In 2 ist
schematisch eine Ansicht eines weiteren als Kraftfahrzeugcockpit
ausgestalteten Bediensystems 1 dargestellt. Seitlich neben
einem Kombiinstrument 3, welches hinter einem Lenkrad 4 in
einem Armaturenbrett 2 angeordnet ist, sind bei dieser
Ausführungsform zwei Bedieneinheiten 5, 5'' angeordnet,
die unabhängig voneinander auf einen vor dem Lenkrad sitzenden
(nicht dargestellten) Nutzer bei einer Annäherung eines
Betätigungselements (nicht dargestellt) zugeschwenkt werden
können. Die links neben dem Kombiinstrument 3 angeordnete
Bedieneinheit 5' umfasst einen Start-Stopp-Schalter 17. Dieser
ist beispielsweise als Tastschalter ausgebildet. Die rechts von
dem Kombiinstrument 3 angeordnete Bedieneinheit 5'' umfasst
einen Touchscreen 7 als Bedienelement. Die Sensoren der
Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit sind verdeckt
in den Bedieneinheiten 5' und 5'' für
einen Nutzer nicht sichtbar integriert. Die Positionserfassung, d.
h. zumindest eine Abstandserfassung, kann für zwei Betätigungselemente,
die den Bedieneinheiten 5' und 5'' angenähert
werden, unabhängig voneinander zeitgleich und/oder zeitversetzt
ermittelt werden. Eine in einer Mittelkonsole 18 angeordnete
weitere Bedieneinheit 5''' ist in einer Ausführungsform
so ausgebildet, dass sie bei einer Annäherung eines Betätigungselements
eine gradlinige eindimensionale Translationsbewegung auf den Nutzer
zu ausführt, um die darauf angeordneten Bedienelemente 19 leichter
bedienbar zu machen.
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In 3 ist eine weitere Ausführungsform
eines als Kraftfahrzeugcockpit ausgestalteten Bediensystems 1 dargestellt,
bei dem die Bedieneinheit 5 zwischen einer ersten Stellung,
die für eine optische Wahrnehmung optimiert ist, und einer
zweiten Stellung, die gepunktet angedeutet ist, bei einer Annäherung
bewegbar ist, um eine Betätigung des Touchscreens 7 oder
der weiteren Bedienelemente 8 der Bedieneinheit 5 zu
erleichtern. Bei dieser Ausführungsform führt
die Bedieneinheit 5 eine gradlinige eindimensionale Translationsbewegung
aus.
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In 3b ist
eine schematische zugehörige Draufsicht des Bediensystems 1 nach 3a gezeigt,
wobei sich die Bedieneinheit 5 in der ersten Stellung befindet.
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In 3c ist
entsprechend das Bediensystem schematisch in einer Draufsicht dargestellt,
wobei die Bedieneinheit 5 in die zweite Stellung bewegt ist.
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In 3d und 3e sind
Weiterbildungen der Ausführungsform nach den 3a bis 3c gezeigt,
bei denen zusätzlich zu der geradlinigen eindimensionalen
Translationsbewegung eine Drehbewegung um ein Gelenk 20 um
eine Achse (3d) oder um zwei Achsen (3e)
der Bedieneinheit 5 zusätzlich stattfindet, um
eine Eingabe in ergonomischer Hinsicht und gegebenenfalls eine optische Kontrolle
zu erleichtern.
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Bei
allen beschriebenen Ausführungsformen gilt, dass die zweite
Stellung vorfestgelegt sein kann. Ebenso ist es jedoch möglich,
dass die zweite Stellung jeweils für jede erneute Annäherung
des Betätigungselements individuell in Abhängigkeit
der Bewegung des Betätigungselements festgelegt wird. Hierbei
erfolgt die Festlegung vorzugsweise so, dass die Bedieneinheit zunächst
schnell auf das Betätigungselement zubewegt wird und eine
Geschwindigkeit reduziert wird, je geringer der Abstand des Betätigungselements
von der Bedieneinheit bzw. darauf angeordneten Bedienelementen abnimmt.
Bei einigen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass eine
Geschwindigkeitsabnahme in Abhängigkeit von dem Abstand
des Betätigungselements von der Bedieneinheit bzw. den
Bedienelementen erst einsetzt, wenn ein Grenzabstand unterschritten
ist. Die Bewegung der Bedieneinheit endet vorzugsweise, wenn ein
vorfestgelegter Minimalabstand zu dem Betätigungselement
erreicht oder unterschritten wird. Hierdurch wird erreicht, dass
sich die Bedieneinheit und die hierauf angeordneten Bedienelemente
relativ zu dem Rest des Bediensystems in Ruhe befinden, wenn der
Nutzer eine Betätigung vornimmt. Unbeabsichtigte Betätigungen,
insbesondere eines Touchscreens, werden hierdurch vermieden. Ferner
ist hierdurch eine Auge-Betätigungselement-Koordination
für einen menschlichen Nutzer erleichtert.
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In 4 ist
eine Bewegungsgeschwindigkeit der Bedieneinheit in Abhängigkeit
von einem Abstand des Betätigungselements von der Bedieneinheit
bzw. einem Bedienelement schematisch grafisch dargestellt. Sobald
die Positions- und/oder Annäherungserfassungseinheit eine
Annäherung bzw. eine Bedienabsicht durch ein Betätigungselement
seitens des Nutzers erkennt, wird die Bedieneinheit auf eine maximale
Bewegungsgeschwindigkeit beschleunigt und mit dieser auf das Betätigungselement
zubewegt. Sobald ein Grenzabstand 21 unterschritten ist, sinkt
die Geschwindigkeit im dargestellten Beispiel linear mit einem abnehmenden
Abstand, bis ein vorfestgelegter Minimalabstand 22 erreicht
und/oder unterschritten ist. Die Geschwindigkeitsabnahme muss nicht
linear von dem Abstand abhängen. Die Stellung, in der sich
die Bedieneinheit befindet, wenn die Geschwindigkeit den Wert Null
erreicht, legt die zweite Stellung fest. Es versteht sich für
den Fachmann, dass ein Bewegungsbereich der Bedieneinheit in der Regel
begrenzt ist. Erreicht die Bedieneinheit ihre maximale Annäherungsposition,
bevor der Minimalabstand 22 erreicht oder unterschritten
ist, endet eine Bewegung der Bedieneinheit selbstverständlich ebenfalls.
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Die
in 1a bis 1d und 3a und 3e dargestellte
Steuereinheit 13 kann ferner ausgebildet sein, auf der
Anzeigefläche des Touchscreens 7 dargestellte
Informationen zu steuern und/oder erfasste Betätigungen
des Touchscreens 7 oder der weiteren Bedienelemente 8 auszuwerten und
entsprechende Steuersignale für Fahrzeugfunktionen oder
Fahrzeugsysteme zu erzeugen. Ferner ist die Steuereinheit vorzugsweise
so ausgebildet, dass sie eine Entfernung, d. h. ein Zurückziehen,
des Betätigungselements von der Bedieneinheit nach einer
beendeten Bedienung oder einem Abbruch einer Bedienabsicht automatisch
erkennt. Beispielsweise ist die Steuereinheit so ausgestaltet, dass
sie bei einem Wachsen eines Abstandes zwischen der Bedieneinheit
oder einem Bedienelement und dem Betätigungselement über
einen so genannten Rückbewegungsabstand automatisch das Stellglied 11 ansteuert,
um die Bedieneinheit 5 in die erste Stellung zurückzubewegen.
Bei einigen Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die
automatische Rückbewegung erst ausgelöst wird,
wenn der Rückbewegungsabstand für eine Auslösezeitspanne überschritten
ist.
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Bei
den dargestellten Ausführungsformen, insbesondere den Ausführungsformen
nach 3d und 3e, ist
jeweils nur ein Stellglied 11 dargestellt. Es versteht
sich jedoch für den Fachmann, dass weitere Stellglieder,
insbesondere wenn eine Bewegung um mehrere Bewegungsfreiheitsgrade der
Bedieneinheit ausgeführt wird, vorgesehen sein können.
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Die
beschriebenen Ausführungsformen stellen lediglich beispielhafte
Ausführungsformen dar. Die einzelnen beschriebenen Merkmale
der unterschiedlichen Ausführungsformen können
beliebig miteinander kombiniert werden, um eine einfachere und komfortablere
Bedienung in einem Bediensystem zu ermöglichen. Die beschriebenen
Ausführungsformen beziehen sich auf ein Bediensystem, welches
ein Kraftfahrzeugcockpit ist. Die Erfindung kann jedoch auch in
anderen Bediensystemen, insbesondere anderen Fahrzeugen, vorteilhaft
eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006037156
A1 [0004]
- - WO 2004/078536 [0037]