-
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit, die eine Position mindestens eines Betätigungselements innerhalb eines Detektionsvolumens berührungslos ermittelt, und eine mit der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit gekoppelte Steuereinheit, die anhand der von der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit erfassten Position oder Positionen des mindestens einen Betätigungselements Steuersignale erzeugt.
-
Aus dem Stand der Technik sind Bedienvorrichtungen, die auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, bekannt, die berührungslos arbeitende Erfassungseinheiten nutzen, um ein Betätigungselement, beispielsweise ein Körperteil, insbesondere eine Hand oder einen Finger, in einem Detektionsbereich zu erfassen.
-
Aus der
DE 10 2005 038 678 A1 ist beispielsweise ein Erfassungssystem zur Erfassung eines Präsenzereignisses innerhalb eines Observationsbereiches mit einer Feldbereitungseinrichtung zur Generierung und Ausstrahlung eines modulierten Wechselfeldes in einer Feldemissionszone und einer auf den Observationsbereich ausgerichteten Signalabgriffseinrichtung zur Erfassung feldelektrischer Einwirkungen bekannt, wobei das Erfassungssystem derart konfiguriert ist, dass über die Signalabgriffseinrichtung Signalereignisse abgreifbar sind, die im Bereich der Feldemissionszone in ein zu observierendes Objekt, insbesondere ein Anwender, eingekoppelt und über das Objekt, insbesondere den Anwender, in den Observationsbereich eingekoppelt werden. Bei einer Ausführungsform sind mehrere Feldbereitungsvorrichtungen vorgesehen, die örtlich unterschiedliche Feldemissionszonen generieren. Eine Information darüber, durch welche Feldbereitungseinrichtung ein Signalereignis in das Objekt eingekoppelt und an den Erfassungseinrichtungen abgegriffen wird, kann als schaltablaufsrelevante Information verarbeitet werden. Beispielsweise können hierüber fahrer-/beifahrerbezogene Menüs auf einer Anzeigevorrichtung zur Anzeige bringen.
-
Aus der
US 7 239 947 B2 ist ein Bediensystem für ein Fahrzeug bekannt, das eine Anzeige umfasst, welche einen berührungsempfindlichen Schalter mit einem berührungsempfindlichen Sensor zum Erfassen einer Betätigung eines Beifahrers oder eines Fahrers des Fahrzeugs erfasst. Der beschriebene berührungsempfindliche Sensor umfasst einen dünnen Film und eine Vielzahl von Stromversorgungen. Der dünne Film bildet einen Kondensator mit einer Kapazität zwischen dem dünnen Film und der Hand oder dem Finger in solchen Fällen, in denen die Hand oder der Finger dichter an die Anzeigefläche bewegt wird oder die Anzeigefläche berührt. Die Stromversorgungen liefern Ströme zu dem dünnen Film. Der berührungsempfindliche Sensor ermittelt die Annäherungsposition und die Berührposition auf Basis der Kapazitäten des Kondensators, die anhand der Ströme berechnet werden. Ferner ist eine Fahrer-Beifahrererkennung vorgeschlagen, die darauf beruht, dass eine Handhaltung zwischen Fahrer und Beifahrer bei einer Berührung unterschiedlich sind und somit eine kapazitive Kopplung mit der dünnen Folie für Fahrer und Beifahrer unterschiedlich ist.
-
In der
DE 41 21 180 A1 werden ein Verfahren zur manuellen Steuerung einer elektronischen Anzeigevorrichtung sowie eine manuell steuerbare elektronische Anzeigevorrichtung beschrieben. Die Anzeigevorrichtung umfasst einen Bildschirm und Bedienungselemente sowie eine Auswerteschaltung. Mittels der Auswerteschaltung werden zwei Abstandszonen überwacht, die bei Annäherung einer Hand eines Benutzers zur Auslösung von Bedienungsfunktionen verwendet werden. Bei Eindringen der Hand in eine äußere Abstandszone werden auf dem Bildschirm Felder mit Bedienungshinweisen eingeblendet und bei Eindringen in eine oder mehrere innere Abstandszonen Bedienungsfunktionen ausgelöst, die diesen Abstandszonen durch die Bedienungselemente zugewiesen sind.
-
Die
WO 2006/ 003 588 A2 beschreibt ein grafische Nutzerschnittstelle für eine Anzeige, die eine dreidimensionale Erfassung aufweist, um verschiedene Funktionen zu beeinflussen. Ein Menü wird nur bei einer Annäherung eines Fingers an die Anzeige eingeblendet. Über eine Bewegung in der X-Y- Ebene kann ein Menüpunkt ausgewählt werden.
-
Die
DE 10 2006 028 046 A1 beschreibt eine kombinierte Anzeige- und Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen berührungsempfindlichen Bildschirm zur Anzeige und Anwahl von Bedienfunktionen, wobei eine Einrichtung zur Erfassung eines Bedienmittels, insbesondere einer Hand oder eines Fingers , vorgesehen ist, wobei der Bildschirm bei einem in einem vorbestimmten Bereich um den Bildschirm erfassten Bedienmittel von einem Informationsmodus in einen Betriebsmodus, in dem die Anwahl von Bedienfunktionen möglich ist, umschaltbar ist.
-
Die
US 5 923 267 A beschreibt eine Vorrichtung mit einer Menschmaschineschnittstelle für die Verwendung in einer Nutzersteuerschnittstelle, insbesondere im automobilen Umfeld, welche eine Funktion eines Bedienelements vor dessen Auslösung anzeigt, wenn eine Annäherung eines Betätigungselements an das Bedienelement erkannt ist.
-
Aus der
WO 2005/ 073 834 A2 ist eine Touchscreen-Steueranordnung mit einem Touchscreen bekannt, der über eine erste und zweite leitfähige Schicht verfügt, die so angeordnet sind, dass sie durch Berühren des Touchscreens zusammengebracht werden und mit einer Erfassungsanordnung, die so angeordnet ist, dass sie durch das Überwachen elektrischer Signale von wenigstens einer der Schichten eine Kontaktposition erfasst, an welcher der Tochscreen berührt wird, wobei die Anordnung ferner eine Antenne und eine Erfassungsanordnung sowie einen Annäherungserfassungssignalgenerator aufweist, der dazu ausgebildet ist, ein Annährungserfassungssignal zu erzeugen, das über einen Benutzer der Anordnung zwischen der Antenne und der ersten Schicht übertragen wird, und die Erfassungsanordnung ferner dazu ausgebildet ist, das übertragene Erfassungsannäherungssignal zu empfangen und daraus die Entfernung zwischen dem Körperteil des Benutzers und dem Touchscreen zu bestimmen.
-
Aus der
DE 10 2006 037 156 A1 ist ferner eine interaktive Bedienvorrichtung bekannt, bei der mehrere Sensoreinheiten, die beispielsweise ein Signal liefern, welches repräsentativ für einen Abstand eines Betätigungselements von dem Sensor ist, zu einer Positionserfassungseinheit zusammengefasst sind, welche eine Position im Raum dreidimensional berührungslos erfasst. Als mögliche Sensoreinheiten sind dort solche vorgeschlagen, die ähnlich zu den oben im Zusammenhang mit der
DE 10 2005 038 678 A1 beschrieben sind und ursprünglich in der
WO 2004/ 078 536 A2 beschrieben sind. Die in der
DE 10 2006 037 156 A1 beschriebene interaktive Bedienvorrichtung, die insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen ist, 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 Anzeigevorrichtung dargestellten Bedienelemente die auf der Anzeigevorrichtung dargestellten Informationen in Abhängigkeit der ermittelten Bedienabsicht derart angepasst werden, dass das mindestens eine der Bedienelemente optimiert für das Aktivieren des Bedienelements dargestellt wird. Zeitlich vor der Betätigung des Bedienelements wird dort eine Annäherung des Betätigungselements erfasst.
-
Die bekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, dass sie entweder die dreidimensionale Position des Betätigungselements relativ zu einem Bedienelement nur recht ungenau erfassen können oder, sofern sie die dreidimensionale Position präzise erfassen können, diese nur in einem kleinen Detektionsvolumen erfassen können.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bedienvorrichtung zu schaffen, die eine Annäherung an Bedienelemente frühzeitig erfasst und zugleich zumindest benachbart zu den Bedienelementen die Position des Betätigungselements berührungslos präzise bestimmen kann.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Hierfür ist bei einer eingangs genannten Bedienvorrichtung zusätzlich zu der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit mit der Steuereinheit zu koppeln, die in mindestens einem weiteren Detektionsvolumen die Position des mindestens einen Betätigungselements berührungslos erfasst, wobei das Detektionsvolumen und das mindestens eine weitere Detektionsvolumen aneinander angrenzen (eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen) oder ein gemeinsames Schnittvolumen umfassen und wobei eine Positionsauflösung der Position in dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen gegenüber der Positionsauflösung in dem einen Detektionsvolumen gesteigert ist. Es ist somit vorgesehen, angrenzend an die Bedienelemente eine berührungslos arbeitende weitere Positionserfassungseinheit vorzusehen, die eine höhere Positionsauflösung für das Betätigungselement aufweist als die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit, und ein Detektionsvolumen aufweist, welches zumindest an das weitere Detektionsvolumen angrenzt und/oder sich mit diesem ganz oder teilweise überlappt. Hierdurch wird erreicht, dass das Betätigungselement in dem Detektionsvolumen, welches vorzugsweise größer als das mindestens eine weitere Detektionsvolumen ist, erfasst werden kann und die Position des Betätigungselementes ermittelt werden kann und in einem vorzugsweise kleineren weiteren Detektionsvolumen besser ortsaufgelöst erfasst werden kann. Unter dem Erfassen einer Position wird hier immer das Erfassen einer dreidimensionalen Position (3D-Position) verstanden.
-
Um einen störungsfreien Messbetrieb der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit und der mindestens einen weiteren berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit zu gewährleisten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese unterschiedliche Messprinzipien verwenden.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass mit der Steuereinheit Bedienelemente gekoppelt sind, deren wahrnehmbare Erscheinungsform selektiv in Abhängigkeit der erfassten Position des mindestens einen Bedienelements über die Steuereinrichtung gesteuert ist oder wird. Hierdurch wird es möglich, eine verbesserte interaktive Bedienvorrichtung zu schaffen. In dem einen Detektionsvolumen kann frühzeitig eine Annäherung erkannt werden und eine Anpassung der Bedienelemente begonnen und/oder vorbereitet werden. Sobald die Position präziser erfasst werden kann, d.h. angenähert an die Bedienelemente, kann eines oder können mehrere der Bedienelemente selektiv, d.h. ausgewählt, hinsichtlich ihrer Erscheinungsform verändert werden. Eine Anpassung der Erscheinungsform der Bedienelemente kann beispielsweise bei in Hardware ausgeführten Bedienelementen über ein Beleuchten und/oder Hinterleuchten von transparenten Symbolen und/oder Ansteuern von freiprogrammierbaren Anzeigeelementen, die in die Bedienelemente integriert sind, erfolgen.
-
Ebenso ist es bei Ausführungsformen, bei denen mit der Steuereinheit eine Anzeigevorrichtung mit einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche gekoppelt ist, möglich, dass die Bedienelemente auf der Anzeigefläche dargestellte virtuelle Bedienelemente umfassen. Bei einer solchen Ausführungsform ist eine Anpassung der wahrnehmbaren Erscheinungsform besonders einfach möglich. Virtuelle Bedienelemente sind solche Bedienelemente, die auf einer Anzeigefläche dargestellt sind, und über eine Betätigungshandlung eines mit der Anzeigevorrichtung gekoppelten oder in diese integrierten Bedienelements auslösbar sind. Bei einer berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit kann eine solche Betätigungshandlung beispielsweise ein Verbringen des Betätigungselements an eine Auslöseposition oder in einen Auslösebereich, der in der Regel dreidimensional ausgebildet ist, erfolgen. Zusätzlich kann eine vorgegebene Verweildauer an der Auslöseposition oder in dem Auslösebereich erforderlich sein. Zum Auslösen der virtuellen Bedienelemente können auch andere in Hardware ausgeführte Bedienelemente vorgesehen sein.
-
Bei einer solchen Ausführungsform ist vorzugsweise das mindestens eine weitere Detektionsvolumen benachbart zu der Anzeigefläche bzw. den Bedienelementen ausgebildet und umfasst das mindestens eine Detektionsvolumen zumindest zusätzlich ein Volumen jenseits des mindestens einen weiteren Detektionsvolumens. Das mindestens eine weitere Detektionsvolumen und das eine Detektionsvolumen sind nicht identisch.
-
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Bedienelemente, welche in Hardware ausgebildete Bedienelemente oder virtuelle Bedienelemente sein können, die auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt sind, berührungslos in Abhängigkeit von der erfassten Position des mindestens einen Betätigungselements auslösbar sind. Hierbei kann beispielsweise eine Verweildauer in einem Auslösebereich ausgewertet werden, der relativ zu dem Bedienelement definiert ist. In der Regel sind Nutzer von Kraftfahrzeugen jedoch gewohnt, ein Bedienelement bei einer Betätigung zum Auslösen zu berühren. Daher ist bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass der Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit zugeordnet ist, die mit der Steuereinheit gekoppelt ist und eine Berührposition der Anzeigefläche durch das mindestens eine Betätigungselement erfasst. Eine Auslösung der virtuellen Bedienelemente erfolgt bei einer solchen Ausführungsform vorzugsweise dadurch, dass eine Berührung in einem Auslösebereich erfolgt, der in einem solchen Fall zweidimensional ausgebildet und relativ zu einer Darstellung des virtuellen Bedienelements definiert ist. Die Steuereinheit erzeugt hierauf Steuersignale, die eine entsprechende Funktion auslösen und/oder ein entsprechendes mit der Bedienvorrichtung gekoppeltes System ansteuern.
-
Besonders bevorzugt ist die Anzeigevorrichtung mit der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit gemeinsam als Touchscreen ausgebildet.
-
Bei einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit mindestens einen Sender umfassen, der in das mindestens eine Betätigungselement oder ein mit dem mindestens einen Betätigungselement verbundenes Element entfernt von dem Detektionsvolumen und entfernt von dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen ein Signal einkoppelt und (jeweils) mehrere Empfangseinheiten umfassen, die bei einer Anwesenheit des mindestens einen Betätigungselements in dem Detektionsvolumen das von dem mindestens einen Betätigungselement übertragene Signal empfangen, und hieraus die Position des mindestens einen Betätigungselements ermitteln. Dies bedeutet, dass eine der berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheiten ein Messprinzip verwenden, bei dem über das Betätigungselement übertragene Signale genutzt und ausgewertet werden.
-
Bei einer Ausführungsform ist daher beispielsweise vorgesehen, die mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit Sensorelemente umfasst, die in, angrenzend zu oder benachbart zu dem zugehörigen mindestens einen weiteren Detektionsvolumen angeordnet sind, und eine Position über eine Auswertung einer kapazitiven Kopplung des mindestens einen Betätigungselements an die Sensorelemente bei der Anwesenheit in dem zugehörigen mindestens einen weiteren Detektionsvolumen ermittelt wird. Bei der oben im Stand der Technik erwähnten Ausführungsform einer berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit, die eine dünne Folie und mehrere Stromversorgungen umfasst, können die einzelnen Anschlussstellen der Stromversorgungen an die dünne Folie als Sensorelemente aufgefasst werden. Bei anderen Ausführungsformen, die eine segmentierte Folie oder elektrisch leitende, voneinander isolierte Elemente umfassen, können diese als Sensorelemente betrachtet werden. Insbesondere bei Ausführungsformen, die eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit vor einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche umfassen, können Bestandteile dieser berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit verwendet werden, um eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit auszubilden. Die mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit kann somit vorteilhafterweise mit der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit integriert ausgebildet sein.
-
Ferner ist es möglich, dass die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit oder die mindestens eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit mindestens eine Strahlungsemissionseinheit und mindestens eine Empfangseinheit umfassen und die Position anhand von von dem mindestens einen Betätigungselement bei Anwesenheit in dem zugehörigen Detektionsvolumen oder dem mindestens einen weiteren Detektionsvolumen reflektierter Strahlung ermittelt wird, die von der Strahlungsemissionseinheit in das zugehörige Detektionsvolumen oder das mindestens eine weitere Detektionsvolumen eingestrahlt ist oder wird. Bei der Strahlung kann es sich beispielsweise um elektromagnetische Strahlung, beispielsweise im infraroten Wellenlängenbereich oder auch im sichtbaren Wellenlängenbereich handeln. Ebenso ist es möglich, dass es sich bei der Strahlung um Ultraschallstrahlung handelt. Bei der Ultraschallstrahlung wird die Position vorzugsweise anhand einer ermittelten Laufzeit der reflektierten Strahlung ermittelt, die vorzugsweise gepulst eingestrahlt wird. Bei elektromagnetischer Strahlung wird vorzugsweise eine Reflexionsintensität ausgewertet, um hierüber einen Abstand zu bestimmen. Mehrere Sensoreinheiten und gegebenenfalls mehrere Strahlungsemissionseinheiten können kombiniert verwendet werden, um mittels Triangulation anhand der ermittelten Abstände des mindestens einen Betätigungselements von den einzelnen Sensoren die dreidimensionale Position des Betätigungselements zu bestimmen.
-
Darüber hinaus ist es wünschenswert, unterscheiden zu können, ob eine Betätigung durch einen Fahrer oder einen Beifahrer ausgelöst wird. Daher ist bei einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass eine Nutzererkennungseinheit mit der Steuereinheit gekoppelt ist, die zu einer erfassten Position des mindestens einen Betätigungselements eine Zuordnung des mindestens einen Bedienelements zu einem Nutzer angibt. Die Nutzererkennungseinheit kann hierbei unterschiedlich ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine Bahnkurve ausgewertet werden, entlang derer sich das Betätigungselement dem einen oder den mehreren Bedienelementen nähert. Geht man davon aus, dass das eine Detektionsvolumen und das mindestens eine weitere Detektionsvolumen in einem Kraftfahrzeug beispielsweise zwischen den Sitzpositionen des Fahrers und des Beifahrers angeordnet sind, so kann anhand des Eindringortes und/oder einer Eindringrichtung des mindestens einen Betätigungselements in das eine Detektionsvolumen und/oder das mindestens eine weitere Detektionsvolumen in der Regel ermittelt werden, ob das Betätigungselement dem Fahrer oder dem Beifahrer zuzuordnen ist. Eine zuverlässigere Bestimmung der Zuordnung ist jedoch möglich, wenn die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit oder die Nutzererkennungseinheit ausgebildet sind, entfernt von dem Detektionsvolumen und dem weiteren Detektionsvolumen in das mindestens eine Betätigungselement oder hiermit verbundene Elemente nutzerspezifisch unterschiedliche Signale oder nutzerspezifisch zeitversetzte Signale einzukoppeln, die von der Nutzererkennungseinheit zur Zuordnung des mindestens einen Bedienelementes, dessen Position erfasst ist, einem der Nutzer zuzuordnen. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen nutzerspezifischen Signale oder zeitversetzt nutzerspezifisch eingekoppelten Signale von einer der Positionserfassungseinheiten erfasst und an die Fahrerkennungseinheit weitergeleitet oder von einem speziellen Sensor der Nutzererkennungseinheit erfasst werden und entsprechend ausgewertet werden.
-
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst somit eine Anzeigevorrichtung mit einer freiprogrammierbaren Anzeigefläche, mit der eine berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit gekoppelt und als Touchscreen ausgebildet ist, sowie zwei nach unterschiedlichen Prinzipien wirkende berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheiten, die in der Lage sind, eine dreidimensionale Position eines Betätigungselements, insbesondere eines Körperteils eines Nutzers, bevorzugt eines Fingers, in einem größeren Detektionsvolumen und in einem kleineren weiteren Detektionsvolumen benachbart zu der Anzeigefläche bestimmen können, wobei eine Positionsbestimmung in dem weiteren Detektionsvolumen mit einer größeren, d.h. feineren Positionsauflösung, möglich ist. Ferner umfasst die bevorzugte Ausführungsform eine Nutzererkennungseinheit, die in den Nutzer eingekoppelte Hochfrequenzsignale, die über den Körper des Nutzer und das Betätigungselement übertragen werden, auswertet. Vorzugsweise arbeitet die eine Positionserfassungseinheit, die das größere Detektionsvolumen aufweist, mit denselben in den Körper des Nutzers eingekoppelten Hochfrequenzsignalen wie die Nutzererkennungseinheit. Die weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit wertet bevorzugt eine kapazitive Kopplung von um die freiprogrammierbare Anzeigefläche angeordneten Elementen oder noch bevorzugter eine kapazitive Kopplung an Elemente der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit aus. Die berührungsempfindlich arbeitende Positionserfassungseinheit und die weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit nutzen somit gemeinsame Elemente zum Erfassen des Betätigungselements und können über eine gemeinsam ausgeführte Auswerteeinheit verfügen. Die bevorzugte Bedienvorrichtung ist darüber hinaus mit einer Steuereinheit ausgebildet, die die Signale der verschiedenen Positionserfassungseinheiten auswertet und zum einen eine Anzeige auf der freiprogrammierbaren Anzeigefläche, d.h., seine Darstellung von Informationen auf der freiprogrammierbaren Anzeigefläche, steuert und darüber hinaus bei einer Betätigung von virtuellen Bedienelementen über eine Berührung der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit Steuersignale ausgibt, um eine entsprechende Funktion und/oder ein System des Kraftfahrzeug zu steuern, welches vorzugsweise über einen Fahrzeugdatenbus mit der Steuereinheit verbunden ist.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Bedienvorrichtung; und
- 2 eine schematische Darstellung einer Anzeigefläche und der relativ zu der Anzeigefläche definierten Detektionsvolumina unterschiedlicher berührungslos arbeitender Positionserfassungseinheiten.
-
In 1 ist schematisch ein Innenraum eines Kraftfahrzeugs 1 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst eine Bedienvorrichtung 2. Diese umfasst eine freiprogrammierbare Anzeigefläche, die mit einer berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit 4 integral als Touchscreen ausgebildet ist. Die berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit 4 umfasst beispielsweise in verschiedenen Ebenen parallel zu einer Anzeigefläche und gekreuzt zueinander verlaufende transparente Leiterbahnen 6, 7, die durch eine isolierende Schicht voneinander getrennt sind. Die horizontal verlaufenden Leiterbahnen 6 sind als Strichpunktlinien, die vertikal verlaufenden Leiterbahnen als gestrichelte Linien angedeutet. In einer realen Ausführung sind diese für einen Nutzer nicht sichtbar, da sie transparent ausgeführt sind.
-
Die Anzeigevorrichtung 3 ist mit einer Steuereinheit 8 gekoppelt, die eine Anzeige von Informationen auf der Anzeigefläche 5 steuert. U.a. können virtuelle Bedienelemente auf der Anzeigefläche 5 dargestellt werden. Diese können über eine Berührung der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit 4 betätigt werden, indem ein Betätigungselement 9, welches vorzugsweise ein Finger eines Nutzers 10 ist, die Anzeigefläche 5 in einem zweidimensionalen Auslösebereich, der relativ zu der Darstellung des virtuellen Bedienelements definiert ist, berührt. Die Steuereinheit erzeugt hieraufhin Steuersignale, die eine Funktion auslösen und/oder ein System des Fahrzeugs oder mit dem Fahrzeug gekoppeltes System (nicht dargestellt) betätigen. Diese Systeme können beispielsweise direkt oder indirekt über einen Fahrzeugdatenbus (nicht dargestellt) mit der Steuereinheit 8 gekoppelt sein. Um ein Anzeigen der virtuellen Bedienelemente interaktiv in Abhängigkeit von einer Position des Betätigungselements 9 steuern zu können, ist es notwendig, eine dreidimensionalen Position des Betätigungselements 9 vor der Anzeigefläche 5 der Anzeigevorrichtung 3 berührungslos zu erfassen. Hierfür ist eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit 11 vorgesehen. Diese umfasst eine Signalgebereinheit 12 bzw. einen Sender, der in einen Fahrersitz 13 integriert ist, und in der dargestellten Ausführungsform einen weiteren Signalgeber (weiteren Sender) 14, der in einen Beifahrersitz 15 integriert ist. In den Fahrersitz 13 und den Beifahrersitz 15 sind zusätzlich vorzugsweise Sitzbelegungssensoren 16, 17 integriert. Ferner umfasst die eine berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit benachbart zu der Anzeigefläche 5, vorzugsweise benachbart zu Ecken 18 der Anzeigefläche 5, angeordnete Empfangssensoren 19, die ebenso wie die Sitzbelegungssensoren 16, 17 und der Signalgeber 12 und der weitere Signalgeber 14 mit einem Steuer- und Auswertemodul 20 verbunden sind.
-
In Abhängigkeit von einer erfassten Sitzbelegung werden in den Nutzer 10, d.h. den Fahrer oder Beifahrer, unterschiedliche Hochfrequenzsignale eingekoppelt. Alternativ können auch zeitversetzte Hochfrequenzsignale eingekoppelt werden. Die Hochfrequenzsignale sind vorzugsweise moduliert, um die unterschiedlichen Signale einfach unterscheiden zu können. Alternativ können unterschiedliche Frequenzen verwendet werden. Die über den Körper des Nutzers und das Betätigungselement 9 übertragenen Hochfrequenzsignale werden von den Empfangssensoren 19 kapazitiv erfasst. Diese können als Empfangseinheiten angesehen werden. Eine Signalstärke der kapazitiv eingekoppelten Hochfrequenzsignale in die einzelnen Sensoren 19 sind ein Maß für einen Abstand des Betätigungselements 9 von den entsprechenden Sensoren 19. Über eine Triangulation ist anhand der empfangenen Signalstärken der unterschiedlichen Sensoren 19 eine dreidimensionale Positionsbestimmung in einem Detektionsvolumen der einen Positionsbestimmungseinheit 11 möglich. Je nach Handhaltung und/oder Position über der Anzeigefläche beeinflusst jedoch auch die mit dem als Finger ausgebildeten Betätigungselement verbundene Hand oder ein Unterarm sowie gegebenenfalls andere benachbart zu dem Detektionsvolumen befindliche Körperteile eine empfangene Signalstärke der Sensoren 19. Daher ist eine Positionsbestimmung hinsichtlich der dreidimensionalen Ortsauflösung beschränkt. Um insbesondere bei einer Annäherung an die Anzeigefläche die von dem Nutzer avisierte Position auf der Anzeigefläche vor einer Berührung voraussagen zu können, um beispielsweise in dem Bereich dargestellte virtuelle Bedienelemente hinsichtlich ihrer Größe zum Verbessern einer Treffsicherheit anzupassen, ist bei einer dargestellten Ausführungsform eine weitere berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit 21 vorgesehen, die beispielsweise eine kapazitive Kopplung zwischen dem Betätigungselement und den Leiterbahnen 6, 7 der berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit 4 auswertet.
-
Bei einer alternativen Ausführungsform (abweichend von der dargestellten Ausführungsfrom nach 1) sind entlang von Kanten der Anzeigefläche für den Nutzer vorzugsweise nicht sichtbare Elektroden angeordnet. Bei dieser alternativen Ausführungsform wird eine kapazitive Ankopplung des Betätigungselements 9 an diese um die Anzeigefläche herum angeordneten Elektroden ausgewertet, um die Position des Betätigungselements berührungslos in einem weiteren Detektionsvolumen angrenzend an die Anzeigefläche der Anzeigevorrichtung höher aufgelöst dreidimensional bestimmen zu können.
-
Eine Positionsbestimmung mit der weiteren Positionsbestimmungseinheit ist ist bei beiden Ausführungsformen auf ein kleineres weiteres Detektionsvolumen beschränkt. Die Verwendung nur dieser mit einer höheren Ortsauflösung versehenen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit 21 ist nicht ausreichend, da bei einer Bewegung des Betätigungselements 9 vor der Anzeigefläche 5 bei einer Auswahl von unterschiedlichen nacheinander dargestellten Bedienelementen zur Ausführung eines komplexen Bedienvorgangs ansonsten die Gefahr bestünde, dass das Betätigungselement 9 das weitere Detektionsvolumen während einer solchen Sequenz verlassen würde. Darüber hinaus ist es für eine Erfassung von Gesten vorteilhaft, ein möglichst großes Detektionsvolumen zu überwachen. Ferner ist es für eine gute Auge-Betätigungselement-Koordination eines menschlichen Nutzers bei Verwendung einer sich bei einer Annäherung adaptiv anpassenden Bedienoberfläche mit sich beispielsweise vergrößernden und/oder eingeblendeten Bedienelementen besonders vorteilhaft, wenn eine solche Einblendung bereits bei einem relativ großen Abstand des Betätigungselements von der Anzeigefläche einsetzt, auch wenn eine präzise Zielposition einer solchen Betätigungshandlung noch nicht erfassbar ist. Dies hat seine Ursache darin, dass bei einer Annäherung des Betätigungselements ca. 70 % bis 90 % der zurückgelegten Wegstrecke in der Hälfte für eine Betätigung benötigten Zeit zurückgelegt wird und die restliche Zeit zur Überbrückung der letzten 30 % bis 10 % der Distanz zu dem Bedienelement verwendet wird. Angepasst an diese Situation bietet es sich somit an, zwei unterschiedlich auflösende berührungslos messende Positionserfassungseinheiten zu verwenden.
-
Eine Nutzererkennungseinheit 22 ist vorgesehen, um eine Fahrer-Beifahrer-Erkennung auszuführen und der Steuereinheit bereitzustellen, um nutzerbezogene Bedienelementeinblendungen und/oder Funktionsauslösungen und/oder -blockaden zu ermöglichen. Hierfür kann die Nutzererkennungseinheit beispielsweise die empfangenen über den Nutzer 10 übertragenen Hochfrequenzsignale auswerten, die über den Signalgeber 12 und den weiteren Signalgeber 14 nutzerspezifisch eingekoppelt werden. Hierbei werden vorzugsweise unterschiedlich modulierte oder zeitversetzt eingekoppelte Hochfrequenzsignale verwendet. Die Nutzererkennungseinheit 22 ordnet eine erfasste Position des Betätigungselements 9 einem Nutzer zu.
-
Eine beispielhafte Ausgestaltung der unterschiedlichen Detektionsvolumina sind in 2 dargestellt. Relativ zu der Anzeigefläche 5 (dichte Schraffur) ist ein Detektionsvolumen 31 definiert, innerhalb dessen eine Position des Betätigungselements nur mit einer geringen Ortsauflösung dreidimensional von der einen berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheit ermittelbar ist. Ein kleineres unmittelbar angrenzend an die Anzeigefläche 5 definiertes weiteres Detektionsvolumen 32 ist bei der dargestellten Ausführungsform ein echtes Teilvolumen des einen Detektionsvolumens 31. Die Detektionsvolumina 31, 32 sind hier vereinfachend als Quaderförmig angenommen. Um eine Ausdehnung der Volumina anzudeuten, sind die rechten Seitenflächen 33, 34 der Detektionsvolumina unterschiedlich schraffiert. In dem weiteren Detektionsvolumen 32 kann die Position des Betätigungselements höher ortsaufgelöst dreidimensional bestimmt werden.
-
Bei dieser Ausführungsform besteht der Vorteil, dass die Positionsinformationen, d.h. die ermittelten Positionen, der beiden Positionserfassungseinheiten verwendet werden können, um die Position des Betätigungselements festzulegen. Beispielsweise kann die von der einen Positionserfassungseinheit ermittelte Position zur Plausibilisierung der von der weiteren berührungslos messenden Positionserfassungseinheit ermittelten Position in dem weiteren Detektionsvolumen 32 verwendet werden. Die Berührposition beim Auslösen eines virtuellen Bedienelements wird vorzugsweise von einer berührungsempfindlichen Positionserfassungseinheit erfasst. Diese Erfassung muss nur in zwei Raumdimensionen (in der Fläche der Anzeigefläche (des Berührungsempfindlichen Sensors) erfolgen, da eine dritte Koordinate durch die Oberfläche der Anzeigefläche (Oberfläche des berührungsempfindlichen Sensors) festgelegt ist. Bei vorausgesetzter Kenntnis der Oberflächenkontur ist auch die dreidimensionale Position ermittelt bzw. kann ermittelt werden.
-
Vorstehend wurde nur eine beispielhafte bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Für den Fachmann ergibt es sich, dass eine Vielzahl von Modifikationen möglich ist. Insbesondere können bei einer Ausführungsform die zwei berührungslos arbeitenden Positionserfassungseinheiten nach demselben Messprinzip arbeiten, jedoch beispielsweise eine unterschiedliche Anzahl von Sensoren und/oder Elementen, an die das Betätigungselement ankoppelt, auswerten, um so eine größere Reichweite, jedoch schlechtere Ortsauflösung, mit der einen Positionserfassungseinheit und mit der anderen eine höher aufgelöste Position ermitteln zu können. Die mit geringerer Auflösung arbeitende Positionserfassungseinheit kann beispielsweise mehrere Sensorsignale bündeln, um eine höhere Empfindlichkeit bei einer größeren Entfernung zulasten einer Ortsauflösung zu erreichen. Ferner kann ein Rechenaufwand durch eine Auswertung einer geringeren Anzahl von Sensorsignalen reduziert werden, um während einer schnellen Annäherung die Position mittels der ersten Positionserfassungseinheit grob zu bestimmen und bei einer „justierten“ Annäherung seitens des Nutzers mehr Sensorsignale mittels der weiteren Positionserfassungseinheit zum Ermitteln einer höher aufgelösten dreidimensionalen Position auszuwerten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Bedienvorrichtung
- 3
- freiprogrammierbare Anzeigefläche
- 4
- berührungsempfindliche Positionserfassungseinheit
- 5
- Anzeigefläche
- 6, 7
- Leiterbahnen
- 8
- Steuereinheit
- 9
- Betätigungselement
- 10
- Nutzer
- 11
- berührungslos arbeitende Positionserfassungseinheit
- 12
- Signalgeber (Sender)
- 13
- Fahrersitz
- 14
- weiterer Signalgeber (weiterer Sender)
- 15
- Beifahrersitz
- 16, 17
- Sitzbelegungssensoren
- 18
- Ecken der Anzeigefläche
- 19
- Sensoren (Empfangssensoren, Empfangseinheiten)
- 20
- Steuer- und Auswertemodul
- 21
- weitere Positionserfassungseinheit
- 22
- Nutzererkennungseinheit
- 31
- Detektionsvolumen
- 32
- weiteres Detektionsvolumen
- 33, 34
- rechte Seitenflächen
