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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Mensch-Maschine-Schnittstelle
(HMI). Insbesondere betrifft die Erfindung ein HMI-System, das eine
Vielzahl von austauschbaren Benutzerschnittstellenfeldern umfasst.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die
OEM-Hersteller und Lieferanten im Automobilbereich sind bemüht,
Fahrzeuginnenausstattungen mit Bedienelementen zu entwickeln und
zu verbessern, die für Fahrer und Passagiere möglichst einfach
zu erreichen und zu bedienen sind. Diese Bemühungen, die
sich auf die Qualität der HMI (Mensch-Maschine-Schnittstelle)
konzentrieren, betreffen Elemente wie Lage und Funktion der Benutzereingabezonen
(früher wären dies Schalter und/oder Knöpfe
gewesen) sowie Verfahren, um bestimmte Eingabezonen selektiv mit
bestimmten Funktionen durch selektive und/oder neu konfigurierbare
Beleuchtung zu verknüpfen. Ist die Lage der Eingabezone
einmal bestimmt (typischerweise durch den OEM-Hersteller), so ist
nur noch die Möglichkeit einer Funktionsänderung
gegeben.
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Es
gibt zahlreiche Patente, die neu konfigurierbare Bedienfelder beschreiben.
Manche Patente beschreiben Verfahren zum Andern der Beleuchtung oder
der Funktion der Benutzerschnittstellenpunkte. Beispielsweise beschreibt
das
US-Patent Nr. 6,529,125 ein
Bedienfeld für ein Fahrzeug mit „mindestens einem” Multifunktions-Einstellschalter
und Betriebsart-Wählschalter zum manuellen Auswählen zwischen
mindestens zwei Betriebsarten. Beleuchtungsvariationen werden verwendet,
um die Eingabezonen in der ausgewählten Betriebsart anzuzeigen.
Eine automatische Neukonfiguration von Benutzereingabefeldern für
Funktion und Lage wird jedoch nicht besprochen.
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Als
weiteres Beispiel erläutern die folgenden Patente den Stand
der bestehenden und bekannten Technik mit Bezug auf konfigurierbare
Felder und HMI:
- das europäische
Patent Nr. 0 854 798 beschreibt ein Fahrerbedienungs-Schnittstellensystem,
das selektiv aktivierte Merkmalsgruppen umfasst, die Teilsätze von
Merkmalsgruppen umfassen können, die eine Anpassung/Personalisierung
ermöglichen;
- das US-Patent Nr. 6,441,510 offenbart
eine neu konfigurierbare modulare Kombi-Instrument-Anordnung, die
ein konfigurierbares Armaturenbrett umfasst, die es ermöglicht,
die Konfiguration „gegen Ende des Montageverfahrens” vorzunehmen;
und
- die US-Patente Nr. 5,999,104 und 6,005,488 beschreiben eine
Benutzerbedienungs-Schnittstellenarchitektur für elektronische
Automobilsysteme und ein Verfahren zum Herstellen anpassbarer elektronischer
Automobilsysteme, um kleinere Änderungen an einer Benutzerbedienungs-HMI
vorzunehmen, ohne die Steuerungs-Software zu ändern.
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Keine
der bisherigen Bemühungen hat es einem Endbenutzer ermöglicht,
seine Eingabezonen zu positionieren oder anzuordnen und das Bedienfeld
zu veranlassen, sich automatisch neu zu konfigurieren, damit es
die neue Position der Eingabezone versteht und akzeptiert.
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Es
wäre wünschenswert, ein Mensch-Maschine-Schnittstellensystem
und ein Verfahren zur automatischen Konfiguration des Mensch-Maschine-Schnittstellensystems
zu entwickeln, wobei das System und das Verfahren basierend auf
mindestens entweder einer Art, einer Position oder einer Orientierung
eines Benutzereingabeabschnitts im Verhältnis zum Sensorabschnitt
jeweils eine automatische Neukonfiguration einer Bedienfunktion
eines Sensorabschnitts bereitstellen.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit und gemäß der vorliegenden Erfindung wurden überraschenderweise ein
Mensch-Maschine-Schnittstellensystem und ein Verfahren zur automatischen
Konfiguration des Mensch-Maschine-Schnittstellensystems entdeckt, wobei
das System und das Verfahren basierend auf mindestens entweder einer
Art, einer Position oder einer Orientierung eines Benutzereingabeabschnitts im
Verhältnis zum Sensorabschnitt jeweils eine automatische
Neukonfiguration einer Bedienfunktion eines Sensorabschnitts bereitstellen.
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Bei
einer Ausführungsform umfasst ein Mensch-Maschine-Schnittstellensystem
folgendes: einen Sensorabschnitt, der dazu geeignet ist, ein Vorliegen
und eine Lage einer Berührung zu erfassen; einen Benutzereingabeabschnitt,
der lösbar mit dem Sensorabschnitt gekoppelt ist, wobei
der Benutzereingabeabschnitt ein Zeichen umfasst, das eine Bedienfunktion
darstellt, die mit dem Sensorabschnitt verknüpft ist; und
ein Steuergerät in Verbindung mit dem Sensorabschnitt,
um basierend auf dem Benutzereingabeabschnitt die Bedienfunktion,
die mit dem Sensorabschnitt verknüpft ist, zu konfigurieren.
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Bei
einer anderen Ausführungsform eines Mensch-Maschine-Schnittstellensystems
zum Bedienen eines Fahrzeugsystems umfasst die Mensch-Maschine-Schnittstelle
folgendes: einen Sensorabschnitt, der dazu geeignet ist, ein Vorliegen und
eine Lage einer Berührung zu erfassen; einen Benutzereingabeabschnitt,
der lösbar mit dem Sensorabschnitt gekoppelt ist, wobei
der Benutzereingabeabschnitt ein Zeichen, das eine Bedienfunktion darstellt,
die mit dem Sensorabschnitt verknüpft ist, ein Feldidentifizierungsmerkmal
und ein Orientierungsbezugsmerkmal umfasst; ein Steuergerät
in Verbindung mit dem Sensorabschnitt, um basierend auf mindestens
entweder dem Feldidentifizierungsmerkmal oder dem Orientierungsbezugsmerkmal
die Bedienfunktion, die mit dem Sensorabschnitt verknüpft
ist, zu konfigurieren.
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Die
Erfindung stellt auch Verfahren bereit für die automatische
Konfiguration eines Mensch-Maschine-Schnittstellensystems.
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Ein
Verfahren umfasst die Schritte des Bereitstellens eines Sensorabschnitts,
der dazu geeignet ist, ein Vorliegen und eine Lage einer Berührung zu
erfassen; des Bereitstellens eines Benutzereingabeabschnitts, der
lösbar mit dem Sensorabschnitt gekoppelt ist, wobei der
Benutzereingabeabschnitt ein Zeichen, das eine Bedienfunktion darstellt,
die mit dem Sensorabschnitt verknüpft ist, ein Feldidentifizierungsmerkmal
und ein Orientierungsbezugsmerkmal umfasst; des Erfassens des Feldidentifizierungsmerkmals;
des Erfassens des Orientierungsbezugsmerkmals; und des Konfigurierens
der Bedienfunktion, die mit dem Sensorabschnitt verknüpft
ist, basierend auf mindestens entweder dem Feldidentifizierungsmerkmal
oder auf dem Orientierungsbezugsmerkmal.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den Fachmann ohne Weiteres aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform hervorgehen,
wenn sie mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen gesehen wird.
Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ausschnittsansicht einer Innenausstattung eines
Fahrzeugs, die eine Mensch-Maschine-Schnittstelle nach einer Ausführungsform
der Erfindung umfasst.
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2 ein
schematisches Diagramm der Mensch-Maschine-Schnittstelle aus 1,
welche die Mensch-Maschine-Schnittstelle in Verbindung mit einem
Fahrzeugsystem zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNG
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Die
nachstehende ausführliche Beschreibung und die beiliegenden
Zeichnungen beschreiben und erläutern verschiedene Ausführungsformen
der Erfindung. Die Beschreibung und Zeichnungen dienen dazu, es
dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung durchzuführen
und zu benutzen, und sind nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung
auf irgendeine Art und Weise einzuschränken. Mit Bezug auf
die offenbarten Verfahren sind die vorgestellten Schritte beispielhaft,
und somit ist die Reihenfolge der Schritte weder notwendig noch
ausschlaggebend.
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1 und 2 bilden
ein Mensch-Maschine-Schnittstellensystem (HMI) 10 ab, das
in einer Zentralkonsole eines Fahrzeugs gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angeordnet ist.
Die HMI 10 kann jedoch in einer beliebigen Position angeordnet
sein und je nach Bedarf bei anderen Anwendungen verwendet werden.
Wie gezeigt, umfasst die HMI 10 einen Sensorabschnitt 12,
ein Steuergerät 14 und eine Vielzahl von Benutzereingabeabschnitten 16.
Bei der gezeigten Ausführungsform steht die HMI 10 in
Verbindung mit einem Fahrzeugsystem 18. Es versteht sich,
dass das Fahrzeugsystem 18 ein beliebiges benutzergesteuertes
System sein kann, wie z. B. ein Audiosystem, ein Klimasteuerungssystem,
ein Navigationssystem, ein Videosystem, ein Fahrzeuginformationssystem,
ein Fahrtencomputer und ein Fahreraufmerksamkeitssystem. Es können
auch andere Systeme von der HMI 10 gesteuert werden. Es
versteht sich ferner, dass eine beliebige Anzahl von Sensorabschnitten,
Steuergeräten und Benutzereingabeabschnitten verwendet
werden kann.
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Der
Sensorabschnitt 12 ist typischerweise ein berührungsempfindlicher
Abschnitt, der dazu geeignet ist, ein Vorliegen und eine Lage einer
Berührung (Finger oder Fühlerstift) innerhalb
eines vorbestimmten Sensorbereichs zu erfassen und ein Sensorsignal
zu erzeugen, das mindestens die Lage der erfassten Berührung
darstellt. Es versteht sich, dass eine beliebige Berührungssensor-Technologie
verwendet werden kann, wie z. B. kapazitive Erfassung, induktive
Erfassung, Infraroterfassung, akustische Erfassung und optische
Erfassung. Es versteht sich ferner, dass der Sensorabschnitt 12 in
eine beliebige Oberfläche des Fahrzeugs eingebaut sein
kann. Als nicht einschränkendes Beispiel wird der Sensorabschnitt 12 gezeigt,
wie er in die Zentralkonsole des Fahrzeugs eingebaut ist. Jede beliebige,
flache oder gekrümmte Oberfläche kann jedoch den
Sensorabschnitt 12 umfassen.
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Das
Steuergerät 14 ist dazu geeignet, um das Sensorsignal
zu empfangen, das Sensorsignal zu analysieren und mindestens ein
Fahrzeugsystem 18 als Reaktion auf die Analyse des Sensorsignals
zu steuern. Bei bestimmten Ausführungsformen umfasst das
Steuergerät 14 einen Prozessor 20 und
ein Speichersystem 22. Der Prozessor 20 ist dazu
geeignet, das Sensorsignal auf einem Befehlssatz 24 basierend
zu analysieren. Der Befehlssatz 24, der innerhalb eines
beliebigen computerlesbaren Datenträgers ausgebildet sein
kann, umfasst von einem Prozessor ausführbare Anweisungen
zum Konfigurieren des Prozessors 20, um diverse Aufgaben
auszuführen. Das Speichersystem 22 kann eine einzelne Speichervorrichtung
sein, oder es kann sich um mehrere Speichervorrichtungen handeln.
Bestimmte Abschnitte des Speichersystems 22 können
sich auch auf dem Prozessor 20 befinden. Ferner kann das Speichersystem 22 ein
Festzustand-Speichersystem, ein magnetisches Speichersystem, ein
optisches Speichersystem oder ein beliebiges anderes geeignetes
Speichersystem sein. Es versteht sich, dass das Speichersystem 22 dazu
geeignet ist, um den Befehlssatz 24 zu speichern. Je nach
Bedarf können weitere Daten und Informationen in dem Speichersystem 22 gespeichert
werden.
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Eine
Funktionsidentifizierungs-Verweistabelle 26 ist ebenfalls
in dem neu programmierbaren Arbeitsspeicher des Speichersystems 22 gespeichert. Die Verweistabelle 26 enthält
eine Abbildung der Sensorsignale auf spezifische Funktionsidentifizierungscodes,
die mit den Bedienfunktionen des Sensorabschnitts 12 verknüpft
sind. Es versteht sich, dass das Neuprogrammieren der Verweistabelle 26 die
Bedienfunktionen und die Architektur der HMI 10 ändert.
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Das
Steuergerät 14 kann ferner ein programmierbares
Bauteil 28 umfassen. Das programmierbare Bauteil 28 steht
mit dem Prozessor 20 in Verbindung. Es versteht sich, dass
das programmierbare Bauteil 28 mit einem beliebigen anderen
Bauteil, wie z. B. dem Fahrzeugsystem 18 und dem Speichersystem 22,
in Verbindung stehen kann. Bei bestimmten Ausführungsformen
ist das programmierbare Bauteil 28 dazu geeignet, Verarbeitungsfunktionen
des Prozessors 20 zu handhaben und zu steuern. Insbesondere
ist das programmierbare Bauteil 28 dazu geeignet, um die
Analyse des Sensorsignals zu steuern. Es versteht sich, dass das
programmierbare Bauteil 28 dazu geeignet sein kann, das
Fahrzeugsystem 18 zu handhaben und zu steuern. Es versteht
sich ferner, dass das programmierbare Bauteil 28 dazu geeignet
sein kann, um Daten und Informationen auf dem Speichersystem 22 zu
speichern, und um Daten und Informationen aus dem Speichersystem 22 abzurufen.
Wenn das Steuergerät 14 ein programmierbares Bauteil 28 umfasst,
kann die Analyse des Sensorsignals durch das Steuergerät 14 vorprogrammiert
werden. Es versteht sich, dass die Analyse des Sensorsignals in
Echtzeit eingestellt werden kann oder von dem OEM-Hersteller oder
Benutzer vorprogrammiert werden kann. Es versteht sich ferner, dass die
Funktionen des Steuergeräts 14 über gespeicherte
Einstellungen verfügen können, die je nach Bedarf aufgerufen
und verarbeitet werden können.
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Die
Benutzereingabeabschnitte 16 sind typischerweise laminierte
Applikationen, die eine Vielzahl von grafischen Zeichen 30 aufweisen,
um bestimmte Bedienfunktionen darzustellen, die mit dem Sensorabschnitt 12 verknüpft
sind. Der Benutzereingabeabschnitt 16 kann z. B. Zeichen
aufweisen, die sich auf Audiobedienelemente beziehen. Als weiteres
Beispiel kann der Benutzereingabeabschnitt 16 Zeichen aufweisen,
die sich auf Klimabedienelemente beziehen. Es versteht sich, dass
der Benutzereingabeabschnitt 16 Zeichen aufweisen kann,
die sich auf die Bedienung des Fahrzeugsystems 18 beziehen.
Als nicht einschränkendes Beispiel können die Benutzereingabeabschnitte 16 aus
geformtem Kunststoff, einem geformten Material (Gummi, Kunststoffbogenware) oder
bearbeiteten Materialien (Holz, usw.) oder aus einem von einer Unterstruktur
getragenen Gewebe gebildet werden. Es können andere unbiegsame
und biegsame Materialien verwendet werden.
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Wie
deutlicher in 2 abgebildet, umfassen die Benutzereingabeabschnitte 16 ferner
ein Feldidentifizierungsmerkmal 32 und Orientierungsbezugsmerkmale 34.
Das Feldidentifizierungsmerkmal 32 stellt Informationen
mit Bezug auf Art, Struktur, Form und Zeichen des Benutzereingabeabschnitts 16 dar.
Es versteht sich, dass jeder einer Vielzahl der Benutzereingabeabschnitte 16 einzigartige
Feldidentifizierungsmerkmale 32 aufweisen kann. Bei bestimmten
Ausführungsformen ist das Feldidentifizierungsmerkmal 32 eine
Vielzahl von sensorlesbaren Punkten oder Elementen, die auf einer
Sensorseite des Benutzereingabeabschnitts 16 angeordnet
sind. Das Feldidentifizierungsmerkmal 32 wird von dem darunterliegenden
Sensorabschnitt 12 erfasst und analysiert bzw. „abgelesen”.
Als nicht einschränkendes Beispiel ist das Feldidentifizierungsmerkmal 32 mindestens
entweder ein infrarotlesbarer Strichcode, der mit Infrarottinten
auf einer Oberfläche des Benutzereingabeabschnitts 16 geschrieben
wird, oder ein leitfähiges oder metallisches Muster, das
von einer induktiven oder kapazitiven Sensoroberfläche
erfasst werden kann. Es versteht sich, dass andere Tinten, Punkte,
Muster und Elemente verwendet werden können, wie z. B.
ein optisch lesbares Zeichen.
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Wie
gezeigt, sind drei Orientierungsbezugsmerkmale 34 enthalten,
wobei jedes Orientierungsbezugsmerkmal 34 durch das spezifische
darunterliegende Sensorsystem 12 lesbar ist. Es kann jedoch eine
beliebige Anzahl von Orientierungsbezugsmerkmalen 34 verwendet
werden. Als nicht einschränkendes Beispiel sind die Orientierungsbezugsmerkmale 34 mindestens
entweder ein infrarotlesbares Zeichen, ein leitfähiges
Muster oder ein optisches Zeichen. Die Orientierungsbezugsmerkmale 34 werden auf
einer dem Sensor zugewandten Seite des Benutzereingabeabschnitts 16 angeordnet,
um einen Positionsbezugspunkt bereitzustellen, um eine Winkeldrehung
des Benutzereingabeabschnitts 16 zu bestimmen. Es versteht
sich, dass die Orientierungsbezugsmerkmale 34 eine beliebige
Anzahl von Punkten oder Zeichen umfassen können.
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Im
Gebrauch ist der Benutzereingabeabschnitt 16 lösbar
mit dem Sensorabschnitt 12 gekoppelt. Es versteht sich,
dass der Benutzereingabeabschnitt 16 mit dem Sensorabschnitt 12 unter
Verwendung diverser druckempfindlicher Klebstoffe, eines mechanischen
Druckverfahrens und eines magnetischen Kopplungsmittels gekoppelt
werden kann. Es können andere Kopplungsmittel verwendet
werden, vorausgesetzt die Kopplungsmittel stören die Sensortechnologie
des Sensorabschnitts 12 nicht. Nach der Kopplung erfasst
der Sensorabschnitt 12 eine Lage, Orientierung und Art
des Benutzereingabeabschnitts 16, indem er das Feldidentifizierungsmerkmal 32 und
die Orientierungsmerkmale 34 erfasst. Insbesondere wird
ein Sensorsignal von dem Sensorabschnitt 12 an das Steuergerät 14 übertragen.
Das Steuergerät 14 verarbeitet das Sensorsignal,
das die Informationen umfasst, die aus dem Feldidentifizierungsmerkmal 32 und
den Orientierungsbezugsmerkmalen 34 erfasst werden. Das
Steuergerät 14 stellt die Bedienfunktion des Sensorabschnitts 12 als Reaktion
auf das bestimmte Benutzereingabefeld 16 ein, das mit dem
Sensorabschnitt 12 gekoppelt ist. Insbesondere stellt das
Steuergerät 14 die Bedienfunktion des Sensorabschnitts 12 als
Reaktion auf das Benutzeridentifizierungsmerkmal 32 und
die Orientierungsbezugsmerkmale 34 ein. Es versteht sich, dass
eine beliebige Anzahl von Benutzereingabeabschnitten 16 mit
dem Sensorabschnitt 12 gekoppelt und dadurch erfasst werden
kann.
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Bei
bestimmten Ausführungsformen wird das Sensorsignal als
Adresse verwendet, um auf eine Lage innerhalb einer Funktionsidentifizierungs-Verweistabelle 26 zu
zeigen, um die Bedienfunktion des Sensorabschnitts 12 zu ändern.
Die Verweistabelle 26 ist z. B. mit einem Bedienfunktions-Identifizierungscode
vorprogrammiert, der eine gewünschte Einstellung für
das Fahrzeugsystem 18 als Reaktion auf die Aktivierung
der Bedienfunktion des Sensorabschnitts 12 durch den Benutzer
identifiziert.
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Als
nicht einschränkendes Beispiel kann einer der Benutzereingabeabschnitte 16 mit
einer Audiobedienfunktion verknüpft werden, und daher stellt das
Feldidentifizierungsmerkmal 32 die Audiobedienfunktion
dar. Wenn somit der Benutzereingabeabschnitt 16, der das
Audiobedienelement darstellt, mit dem Sensorabschnitt 12 gekoppelt
ist, erfasst der Sensorabschnitt 12 das Feldidentifizierungsmerkmal 32 und
das Steuergerät 14 ändert die Bedienfunktion des
Sensorabschnitts 12, damit sie zu der Struktur und Funktionsdarstellung
des Benutzereingabeabschnitts 16 (z. B. Audiobedienelement)
passt.
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Die
vorliegende Erfindung unterscheidet sich von anderen, weil sie eine
automatisch konfigurierbare HMI ermöglicht. Die Erfindung
ermöglicht es dem Benutzer, die Benutzereingabeabschnitte 16 an
beliebiger Stelle in einem vorherbestimmten Bereich anzuordnen,
der mit dem Sensorabschnitt 12 verknüpft ist.
Art, Lage und Orientierung des Benutzereingabeabschnitts 16 werden
erfasst, und der Sensorabschnitt 12, das Steuergerät 14 und
das Fahrzeugsystem 18 werden automatisch konfiguriert,
um auf geeignete Art und Weise zusammenzuwirken, wenn eine gewünschte
Bedienfunktion ausgewählt wird.
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Aus
der vorstehenden Beschreibung kann der Fachmann ohne Weiteres die
wesentlichen Kennzeichen der vorliegenden Erfindung ermitteln und,
ohne ihren Geist und Umfang zu verlassen, diverse Änderungen
und Modifikationen an der Erfindung vornehmen, um sie verschiedenen
Anwendungen und Verhältnissen anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 6529125 [0003]
- - EP 0854798 [0004]
- - US 6441510 [0004]
- - US 5999104 [0004]
- - US 6005488 [0004]
