DE102010032772A1 - Method for operation and maintenance of complex systems by person, involves using input and control elements for controlling or influencing performance of complex system - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft allgemein die Schnittstelle zwischen Menschen und technischen Geräten, hier insbesondere die variable und interaktive Nutzung von Bedienelementen, die zugleich als Eingabe- und Ausgabeelemente eingesetzt werden. Bedienelemente werden auf diese Weise zu vollständigen Mensch-Maschine-Schnittstellen (Mensch-Maschine-Interface = MMI) mit sehr viel allgemeineren Funktionszuordnungen.The invention generally relates to the interface between humans and technical devices, in particular the variable and interactive use of controls that are used at the same time as input and output elements. Controls thus become complete human-machine interfaces (man-machine interface = MMI) with much more generalized function assignments.
Aufgrund einer immer größer werdenden technischen Komplexität benötigen moderne technische Systeme oftmals auch recht komplexe Steuerungs-, Eingabe- und Ausgabeelemente, wobei aber die Bedienung des technischen Systems so einfach wie möglich ausgelegt sein soll. Der jeweils komplexe Systemzustand wiederum, der u. a. mit Sensoren erfasst wird, muss in irgendeiner Weise durch geeignete Darstellungen wiedergeben werden, was i. a. mittels optischer Signale, Displays und/oder mittels akustischer Signale erreicht wird, wobei aber die Übersichtlichkeit der Darstellung nicht verloren gehen darf.Due to ever-increasing technical complexity, modern technical systems often require quite complex control, input and output elements, but the operation of the technical system should be as simple as possible. The complex system state in turn, the u. a. detected by sensors must be reproduced in any way by suitable representations, which i. a. is achieved by means of optical signals, displays and / or by means of acoustic signals, but the clarity of the presentation must not be lost.
Eine Nutzung komplexer Systeme durch den Menschen setzt deshalb sowohl eine Anpassung der Bedienungsmöglichkeiten an die gegebenen Fähigkeiten des Menschen voraus (das sind i. a. seine motorischen Fähigkeiten mit einer – technisch gesehen – eingeschränkten Geschwindigkeit), wie auch eine Anpassung der Systemdarstellung an die Wahrnehmungsfähigkeiten des Menschen (das sind die sensorischen Fähigkeiten des Menschen mit eingeschränkter Kanalkapazität und einer – technisch gesehen – relativ langen Verarbeitungs- und Reaktionszeit).The use of complex systems by humans therefore presupposes both an adaptation of the operating possibilities to the given abilities of the human being (this is generally his motor skills with a - technically - limited speed), as well as an adaptation of the system representation to the human perception abilities ( these are the sensory abilities of humans with limited channel capacity and - technically speaking - relatively long processing and reaction time).
Bei einer solchermaßen gesehenen Systemeinteilung mit Signalaufbereitung und -darstellung sind Eingabe- und Ausgabesysteme im jeweils gegebenen Gesamtkonzept i. a. getrennt zu sehende oder gedachte Einheiten.In such a system classification with signal processing and representation, input and output systems are in the given overall concept i. a. separate units to be seen or imagined.
In der jeweils realen Situation sind die Bedienung, die Erfassung und die Wahrnehmung des Systemverhaltens bzw. des aktuellen Systemzustands, auch die Signalaufbereitung und die Signaldarstellung nebst der Einbindung der „Komponente Mensch” aber nicht trennbar; Mensch, Maschine (allgemeiner: technisches System) und die zugehörige Schnittstellenkonstruktion stellen dann eben doch eine funktionelle Einheit dar.In the real situation, however, the operation, the recording and the perception of the system behavior or the current system state, as well as the signal processing and the signal representation, as well as the integration of the "human component", are not separable; Man, machine (more generally: technical system) and the associated interface construction then constitute a functional unit.
Die
Eingangsgrößen (
Input variables (
Diese Ausgangsgrößen ((
Mit einer zu einem Kreis geschlossenen Signalflusskette (
Die Ausgangsgrößen (
In
Die Systemsteuerungen (
(Im Allgemeinen liegen mehrere Systemsteuerungen vor, z. B. kann für jedes Teilsystem (
Das Systemverhalten wird im Zusammenhang mit der Nutzung eines KFZs nicht ausschließlich durch das Verhalten der technischen Komponenten bestimmt, sondern (sogar im Wesentlichen) auch durch das Verhalten des Fahrzeugs relativ zu seiner Umgebung. Der Fahrer (
Informationen über den technischen Zustand des Systems (Ölstand, genaue Geschwindigkeit, die Drehzahl des Motors, usw.) liegen als zusätzliche Ausgabewerte (
Neben dieser eher globalen Betrachtung zum Umfeld der Erfindung sind die eng dem jeweiligen System selbst zuzuordnenden Rahmenbedingungen zum Stand der Technik einzuordnen:In addition to this rather global consideration of the environment of the invention, the framework conditions that are closely associated with the respective system itself must be classified as state of the art:
Die Bedienelemente (
Aus dem Stand der Technik ist nun bekannt, dass mittels relativ einfacher Bedienfunktionen, z. B. von Schaltfunktionen, durchaus sehr komplex ablaufende technische Vorgänge ausgelöst werden können. Die Bedienungsfunktion löst den komplexen Ablauf oftmals nur initial aus.From the prior art it is now known that by means of relatively simple operating functions, eg. B. switching functions, quite complex technical processes can be triggered. The operating function often only initiates the complex procedure initially.
Unter einer Schaltfunktion soll hierbei jede Form einer Eingabe- oder Betätigungsmöglichkeit verstanden werden, die sich auf eine oder mehrere Systemfunktionen bezieht und die diese ein-, aus- oder umschalten kann. Die komplexe Abfolge der technischen Einzelaktionen wird dann aber nicht mehr durch einzeln zu betätigende Schaltfunktionen, sondern automatisiert von einer elektronischen Systemsteuerung abgewickelt. Im Allgemeinen erfolgt das auf dem Stand der Technik durch eine hochwertige Signal- und Datenverarbeitung, meist unter Einsatz eines Mikrokontrollers oder vergleichbar komplexer Einheiten (ASICs, FPGAs, usw.), sowie einer geeigneten systeminternen Aktuatorik und Sensorik.A switching function is to be understood here as any form of input or actuation possibility which relates to one or more system functions and which can switch these on, off or over. The complex sequence of technical individual actions is then no longer handled by individually operable switching functions, but automated by an electronic system control. In general, this is done in the prior art by a high-quality signal and data processing, usually using a microcontroller or comparable complex units (ASICs, FPGAs, etc.), as well as a suitable system-internal actuators and sensors.
Das alles ist durchaus sinnvoll, weil letztendlich komplexe technische Bedienungsabfolgen durch den Menschen nur sehr selten in der gleichen optimalen Weise durchgeführt werden können, wie das mit einer automatischen Steuerung erreichbar ist.All of this makes perfect sense, because ultimately complex technical sequences of operations by humans can only very rarely be carried out in the same optimal way as can be achieved with automatic control.
Ein solcher technischer Hintergrund ist an vielen Stellen unseres täglichen Lebens vorzufinden: In einem KFZ z. B. erfolgt die Antriebsstrangsteuerung immer mehr automatisiert. Dabei wird der Schaltvorgang eines KFZ-Getriebes als Teilsystem des „Gesamtsystems KFZ” u. U. fast vollständig automatisiert durchgeführt; ein Vorgang, der die Stufenwahl, die Ausführung des Schaltvorgangs und die Kupplungssteuerung einschließt. Der Nutzer erzeugt über die gegebenen Bedienelemente dabei oftmals lediglich Signale für die jeweilige Systemsteuerung. Dies signalisiert dem „Gesamtsystem KFZ”, was der Fahrer gerade von dem Fahrzeug erwartet (Nutzerwunsch, Fahrerwunsch).Such a technical background can be found in many places in our daily lives: In a car z. For example, powertrain control is becoming increasingly automated. In this case, the switching operation of a motor vehicle transmission as a subsystem of the "total system vehicle" u. U. almost completely automated; a process that includes the step selection, the execution of the shift, and the clutch control. The user often only generates signals for the respective system control via the given operating elements. This signals to the "complete system motor vehicle" what the driver is currently expecting from the vehicle (user request, driver request).
Die Bedienungselemente des Systems „KFZ” sind diesbezüglich das Gaspedal (Fahrpedal), mit dem der Fahrer seinen Geschwindigkeitswunsch und seinen Beschleunigungswunsch dem System signalisiert und der Fahrschalter, mit dem er die Stufenwahl des Getriebes und die Schaltstrategie (z. B. automatisch, manuell) beeinflussen kann. Aber auch das Lenkrad, die Kupplungsbetätigung und selbst das Bremspedal (mit dem der Fahrer die von ihm gewünschte Geschwindigkeitsverringerung signalisiert) können auf dem Stand der Technik lediglich sensorische Bedienelemente bzw. Eingabeelemente sein, während die eigentlichen, die physikalischen Vorgänge im Inneren des Systems (und oftmals auch das Systemverhalten in Bezug zur Außenwelt) vom Nutzer nicht unmittelbar beeinflusst werden können und vieles von ihm auch nicht wahrgenommen wird.The operating elements of the system "motor vehicle" in this regard are the gas pedal (accelerator pedal), with which the driver signals his speed request and his acceleration request to the system and the driving switch, with which he the step selection of the transmission and the shift strategy (eg automatically, manually) can influence. But also the steering wheel, the clutch operation and even the brake pedal (with which the driver signals the desired speed reduction) can be in the prior art only sensory controls or input elements, while the actual, the physical processes inside the system (and often the system behavior in relation to the outside world) can not be influenced directly by the user and much of it is not perceived.
Aufgrund der Komplexität dieser Vorgänge und aufgrund der äußeren Fahrsituationen und der Fahrumgebung ergeben sich aber immer wieder Situationen, bei denen der Nutzer nicht nur das umgebungsbedingt von ihm unmittelbar wahrnehmbare Verhalten des Fahrzeugs erfassen muss, sondern zusätzliche Informationen an ihn heranzutragen sind. Diese Informationen benötigt der Mensch, damit er seine Handlungsreihenfolge bei einem oftmals nur scheinbar normalen Systemgeschehen nicht falsch ausrichtet. Zur Darstellung derartiger Parameter werden auf dem Stand der Technik akustische und optische Signale eingesetzt.Due to the complexity of these processes and due to the external driving situations and the driving environment, however, there are always situations in which the user not only has to grasp the vehicle's behavior, which is directly perceptible to the environment, but also has to provide additional information to him. Humans need this information so that they do not misalign their sequence of actions in an often seemingly normal system. To represent such parameters, acoustic and optical signals are used in the prior art.
Das findet aber letztlich Grenzen an der Wahrnehmungsfähigkeit des Nutzers. Lenken ihn z. B. während der Fahrt zu viele Signale vom Fahrgeschehen ab, dann kann das genauso zu sicherheitsgefährdenden Situationen führen, wie wenn zu wenig Informationen zugänglich sind.But this ultimately limits the perceptive ability of the user. Steer him z. If, for example, too many signals are emitted during the journey, this can lead to safety-threatening situations just as if too little information is available.
Andererseits haben Signale eine von der jeweiligen Situation abhängige, nicht immer gleiche Wertigkeit und unterschiedliche Wichtung.On the other hand, signals have a dependency which is dependent on the respective situation and is not always the same and has a different weighting.
Wie man daran sehen kann, steht der Nutzer eines komplexen Systems im Spannungsfeld zwischen einer möglichst einfach gehaltenen Bedienung und einer einfachen Systemdarstellung. Er muss aus der gegebenen Informationsmenge heraus (die zu groß, aber auch zu klein sein kann) seine Entscheidungen treffen und muss dann Einfluss auf das System nehmen, ohne es zu überfordern. Die eingeschränkten Fähigkeiten eines Menschen bringen dabei allerdings auch Einschränkungen bei der Systemwahrnehmung und eine ohnehin nur eingeschränkt vorhandene Systemkenntnis mit sich. Fehleinschätzungen bei der Bedienung werden dadurch letztendlich nicht zu vermeiden sein. Der in den Regelkreis eingebundene Mensch verursacht dabei zudem sehr große Totzeiten bei den auf Gesamtsystemebene ablaufenden Regelungsvorgängen.As you can see, the user of a complex system is caught between a simple operation and a simple system presentation. He has to make his decisions out of the given amount of information (which can be too big, but also too small) and then has to influence the system without overstraining it. However, the limited abilities of a person also entail restrictions in terms of system perception and an already limited knowledge of the system. Misjudgment in the operation will ultimately be unavoidable. In addition, the human being involved in the control loop causes very large dead times in the control processes that take place at the overall system level.
Letztendlich aus diesem Grund sind technischen Fahrassistenzsysteme Gegenstand der modernen KFZ- und Verkehrsentwicklung. Diese Fahrassistenzsysteme sichern – auch bei einem nicht optimalen Fahrerverhalten – ein nahe am Optimum liegendes Nutzungsverhalten oder warnen vor Fehleinschätzungen, z. B. bei einem in Relation zur aktuellen Geschwindigkeit zu geringen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug.For this reason, technical driver assistance systems are the subject of modern vehicle and traffic development. These driver assistance systems ensure - even in the case of a non-optimal driver behavior - a usage behavior that is close to the optimum or warn against misjudgments, eg, B. at a relation to the current speed too small distance to the vehicle in front.
Typische Mensch-Maschine-Schnittstellen im hier zu sehenden Zusammenhang werden auf dem Stand der Technik durch Bedienelemente (Schalter, Taster, Hebel usw.) und Anzeige- oder Signalelemente gebildet. Die Bedienelemente dienen dem Nutzer eines technischen Geräts zum Steuern des Gerätes, zum Aktivieren diverser Funktionen und zum Signalisieren seines Willens oder Wunsches zur Aktivierung oder Inaktivierung bestimmter Gerätefunktionen. Dieser Wunsch wird dann (direkt oder von einer Geräte- bzw. Systemsteuerung) in entsprechende Funktionen und Aktivitäten umgesetzt. Der sich daraus jeweils ergebende neue Zustand und/oder die aktuellen Parameter werden für den Nutzer geeignet aufbereitet und daraufhin von den Anzeige- oder Signalelementen (i. a. optisch oder akustisch) zugänglich gemacht.Typical man-machine interfaces in the context to be seen here are formed in the prior art by operating elements (switches, buttons, levers, etc.) and display or signal elements. The controls serve the user of a technical device to control the device, to activate various functions and to signal his or her desire or desire to activate or deactivate certain device functions. This request is then implemented (directly or by a device or system control) in appropriate functions and activities. The resulting each new state and / or the current parameters are prepared suitable for the user and then made accessible by the display or signal elements (ia optically or acoustically).
Bedienelemente und Anzeigeelemente sind auf dem Stand der Technik dabei i. a. getrennt zu sehende Einheiten.Controls and display elements are in the state of the art here i. a. separate units to be seen.
Es sind allerdings auch Verbindungen von Bedienungselementen und Anzeigeelementen bekannt. Berührungssensitive Bildschirme (sogenannte Touchscreens) sind ein Beispiel dafür: Auf einer Darstellungsoberfläche werden im Rahmen eines ohnehin vorgesehenen Monitorbildes Bedienungselemente dargestellt, z. B. Schaltersymbole. Diese Schaltelemente sind also lediglich Bilder. Das Erkennen einer Berührung der Monitoroberfläche an der Position des abgebildeten Bedienelements erlaubt dem jeweiligen System, so zu reagieren, als würde dort ein physikalisch realer Schalter betätigt. Da hier eine, mit einem realen mechanischen Schalter vergleichbare, haptische bzw. taktile Rückkopplung fehlt (im Folgenden wird dafür nur der Begriff „haptische Rückkopplung” verwendet), wird oftmals mittels eines akustischen Signals eine wirksam erkannte Betätigung des virtuellen Schalters dem Nutzer zusätzlich signalisiert.However, there are also known connections of controls and indicators. Touch-sensitive screens (so-called touchscreens) are an example of this: On a display surface, control elements are displayed in the context of an already provided monitor image, eg. B. switch symbols. These switching elements are therefore only pictures. Detecting a touch of the monitor surface at the position of the depicted control allows the respective system to respond as if a physically real switch were operated there. Since a haptic or tactile feedback comparable to a real mechanical switch is missing here (only the term "haptic feedback" is used hereafter), an effectively recognized actuation of the virtual switch is often additionally signaled to the user by means of an acoustic signal.
Auch analogähnliche Eingaben (z. B. Potentiometer, Schieberegler, usw.) sind mit einem Touchscreen realisierbar.Analog-like inputs (eg potentiometers, sliders, etc.) can also be implemented with a touch screen.
Weitere Beispiele zu Verbindungen von Bedienungselementen und Ausgabeelementen sind aus dem Stand der Technik bekannt:
- – Ein KFZ-Gaspedal (Fahrpedal) mit integriertem Elektromotor erlaubt z. B. eine haptische Rückkopplungen an den Nutzer, z. B. zur Ökonomisierung seines Fahrverhaltens (um so Treibstoff sparen zu können).
- – Auch die Nutzung einer derartigen Rückkopplung zur Warnung bei einem zu geringen Sicherheitsabstand (z. B. durch ein Pulsieren des Gaspedals) ist bekannt.
- – Die aktive Einflussnahme der Systemsteuerung auf die Lenkung eines Kraftfahrzeugs ist bekannt; eine Lenkkrafterhöhung trägt hier bei hoher Geschwindigkeit zur Verbesserung der Fahrsicherheit bei und kann ebenfalls hier eingeordnet werden (auch wenn der Fahrer das u. U. gar nicht mitbekommt, ist die dazu gehörende Aktuatorik als Ausgabeelement anzusehen).
- – Die u. U. gegebene haptische Wahrnehmung eines ABS-Eingriffs über das Bremspedal (durch eine ratternde Bewegung) stellt ebenfalls die Signalisierung eines definierten Betriebszustands des KFZs über ein Bedienelement an den Nutzer dar.
- - A car accelerator (accelerator pedal) with integrated electric motor allows z. As a haptic feedback to the user, z. For example, to economize on his driving behavior (so as to be able to save fuel).
- - The use of such a feedback to warn if too low Safety distance (eg by a pulsation of the gas pedal) is known.
- - The active influence of the system control on the steering of a motor vehicle is known; a steering effort increase here at high speed to improve driving safety and can also be classified here (even if the driver may not even notice, the associated actuator is to be regarded as an output element).
- - The u. U. haptic perception of an ABS intervention via the brake pedal (by a rattling movement) also represents the signaling of a defined operating state of the vehicle via an operating element to the user.
Diese Maßnahmen stellen sich als „mit dem Bedienelement verkoppelte Signalwiedergaben” dar: Hierbei wird ein Bedienelement (im Sinne einer getrennt zu sehenden Einheit) betätigt und der Fahrerwunsch damit festgelegt. Das System reagiert darauf, die durch die Eingabe bewirkte Änderung des Systemverhaltens ist direkt für den Nutzer erfassbar oder wird sensorisch erfasst und mittels Signalgebern, die hier in unmittelbarer Nähe des Bedienelements liegen, an den Nutzer vermittelt.These measures are represented as "signal reproductions linked to the operating element": In this case, an operating element (in the sense of a unit to be seen separately) is actuated and the driver's request is thus defined. The system reacts to this, the change in the system behavior caused by the input can be detected directly by the user or is detected by sensors and transmitted to the user by means of signal transmitters that are located in the immediate vicinity of the operating element.
Eine über die räumliche Nähe von Eingabe- und Ausgabeelement hinausgehende, wesentliche Änderung des technischen Standes ist dabei aber nicht zu erkennen, auch wenn derartige Kombinationen oftmals sehr interessante technische Lösungen darstellen. Eingabe und Ausgabe erfolgen nach wie vor getrennt über in der Signalreihenfolge getrennt zu sehende Einheiten.However, a significant change in the technical state beyond the spatial proximity of the input and output element can not be detected, even if such combinations often represent very interesting technical solutions. Input and output are still separated by units that can be seen separately in the signal sequence.
Auch im Zusammenhang mit den sogenannten Fahrassistenzsystemen wird auf dem Stand der Technik eine als notwendig erachtete Maßnahme von der Systemsteuerung sofort durchgeführt; erst aus den Auswirkungen des sich ergebenden Geschehens erfolgt – nach einer sensorischen Erfassung geeigneter Parameter – in der technisch-logischen Abfolge des Geschehens eine Signalisierung dieses dann aktuell gegebenen Zustands an den Menschen. Die Rückkopplung einer Information erfolgt also erst nach dem Einsatz der Wirkung einer derartigen Maßnahme, die aber u. U. dann bereits einen massiven Eingriff durch die Systemsteuerung darstellen kann. Der Eingriff der Systemsteuerung hat also u. U. schon längst begonnen und die daraus resultierende Wirkung hat schon längst eingesetzt, bevor die Wirkung erkennbar ist oder ein Signal, das diesen neuen Zustand signalisieren soll, vom Fahrer überhaupt wahrgenommen werden kann.Also in connection with the so-called driver assistance systems, a measure deemed necessary by the system control is performed immediately in the prior art; it is only from the effects of the resulting event that - following a sensory detection of suitable parameters - a signalization of this then currently given state to humans takes place in the technical-logical sequence of events. The feedback of information thus takes place only after the use of the effect of such a measure, but u. U. then already can constitute a massive intervention by the system control. The intervention of the system control has u. U. long ago begun and the resulting effect has long been used before the effect is recognizable or a signal that is to signal this new condition, the driver can be perceived at all.
Beim Aktivieren eines ABS-Systems ändert das System z. B. (periodisch) die vom Menschen vorgegebenen Anforderungen an die Bremsbetätigung und führt unter definierten Bedingungen alle dazu notwendigen Maßnahmen sofort aus. Wenn eine direkte Verbindung zwischen dem Bremspedal und dem bremsdruckerzeugenden System besteht, kommt es – durch den Aufbau des Bremssystems bedingt – bei aktiviertem ABS-System zu einem am Bremspedal spürbaren, ratternden Effekt, der dem Menschen als haptisches Signal zur Verfügung steht und der ihn über die ablaufenden Vorgänge informiert.When activating an ABS system, the system changes z. B. (periodically) specified by humans requirements for the brake and performs under defined conditions all necessary measures immediately. If there is a direct connection between the brake pedal and the brake pressure generating system, it comes - due to the structure of the brake system - activated ABS system to a noticeable on the brake pedal, rattling effect, which is available to the people as a haptic signal and him over informs about the ongoing processes.
In diesem Zusammenhang wird also ebenfalls eine viel zu langsame Bedienung des Menschen (für eine ABS-ähnliche Betätigung z. B. eine Stotterbremsung) angenommen. Das Geschick des Menschen reicht dazu einfach nicht so recht aus. Eine Verkürzung der durch die eingeschränkte Reaktionsfähigkeit des in den Regelkreis einbezogenen Menschen gegebenen Totzeiten wird deshalb gar nicht erst versucht, weil das ohnehin nicht wirklich erreichbar wäre.In this context, therefore too much human operation is assumed (for ABS-like actuation, for example, stutter braking). The fate of humans is simply not enough. A shortening of the given by the limited responsiveness of the people involved in the control loop dead times is therefore not even tried, because that would not really be reached anyway.
Die sich ergebende Rückkopplung wird aber nicht als gewollte Information an den Menschen herangeführt, sondern ist lediglich nützliches Beiwerk der tatsächlich realisierten Bremssysteme. Das gleiche Geschehen würde sich mit anderen, nicht über eine haptische Rückkopplung ablaufende Signalisierungsform in der sich abwickelnden Ereignisreihenfolge vergleichbar einstellen. Bei einem Bremspedal, das nur aus einem Potentiometergeber besteht, wäre eine derartige Informationsrückkopplung auf dem Stand der Technik nicht gegeben.However, the resulting feedback is not introduced as wanted information to humans, but is merely a useful accessory of the actually realized braking systems. The same happenings would be comparable to other forms of signaling not taking place via haptic feedback in the order of events being handled. In a brake pedal, which consists only of a potentiometer, such information feedback would not be given in the prior art.
Eine solche Abfolge bei der Nutzung eines Systems (also das Betätigen von Bedienelementen, das Einsetzen der Wirkung, das Erfassen der Wirkung mit Sensoren oder die Wahrnehmung der Wirkung selbst und u. U. noch das Aufbereiten der Messwerte in eine „menschgeeignete” Form) liegt auf dem Stand der Technik gleichermaßen sowohl bei sicherheitskritischen Vorgängen, als auch im Normalfall bei der Nutzung technischer Systeme vor. Eine Bedienung verändert das Systemverhalten, die damit ausgelöste bzw. erreichte Wirkung (sicherheitskritisch oder nicht) wird direkt erfasst oder sensorisch aufgenommen, geeignet gewandelt und dann dem Menschen signalisiert, der dann erst mit der ihm eigenen großen Totzeit auf diese Information reagieren und die Bedienungsparameter erneut geeignet beeinflussen kann.Such a sequence in the use of a system (ie the operation of controls, the onset of action, the detection of the effect with sensors or the perception of the effect itself and possibly even the preparation of the measured values in a "human-appropriate" form) in the prior art equally both in safety-critical operations, as well as in the normal case in the use of technical systems before. An operation changes the system behavior, the effect triggered or achieved thereby (safety-critical or not) is directly recorded or sensory recorded, suitably converted and then signaled to humans, who then only react to this information with its own large dead time and the operating parameters again can influence suitably.
Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, dass im jeweiligen technischen Geschehen ein über die bloße Nähe von Bedienelement und Informationsrückkopplung hinausgehender, erweiterter Nutzen gegeben sein kann, wenn eine vom Fahrer gewünschte Zielfunktion (die durch eine einmal begonnene Bedienungsbewegung von der Systemsteuerung sofort, noch vor einem tatsächlichen Auslösen der Funktion, erkannt werden kann) bereits vorab in ihrer Wirkung eingeschätzt werden kann, d. h. schon dann, wenn die Systemfunktion noch gar nicht wirklich angestoßen oder ausgeführt ist. Wenn dann noch diese Einschätzung direkt und unmittelbar (weil durch das Bedienelement selbst vermittelt) dem Nutzer signalisiert werden kann, dann können Folgen, die aus einer Bedienung an einem Eingabeelement entstehen können, gewissermaßen vorausschauend dem Nutzer mitgeteilt werden.The invention is based on the recognition that in the respective technical event, an extended beyond the mere proximity of control element and information feedback, extended benefits can be given if desired by the driver target function (by a once started operating movement of the system control immediately, yet before an actual triggering of the function can be detected) already in advance their effect can be assessed, ie even if the system function is not actually triggered or executed. If then this assessment directly and directly (because mediated by the control element itself) can be signaled to the user, then consequences, which can arise from an operation on an input element, in a sense forwarded to the user predictive.
Selbst wenn nur Bruchteile von Sekunden zwischen dem Beginn einer Bedienbewegung und der tatsächlichen Funktionsauslösung liegen, kann daraus ein erheblicher Nutzen gezogen werden. Eine Informationsrückkopplung erfolgt so nämlich u. U. bereits während der noch laufenden Betätigung des jeweiligen Bedienelements. Der Fahrer kann dadurch Information über die Folgen einer Betätigung eines Bedienelementes erhalten, noch bevor das Geschehen selbst eintritt und seine Reaktion können so schon vor dem Eintreten eines Geschehens geschärft werden. Unter Umständen kann eine begonnene Fehlbedienung sogar ganz vermieden werden, wenn vom Fahrer die Rückkopplung schnell genug bemerkt wird; bei einigen Bedienelementen könnte es sogar sinnvoll sein, die Bedienwege (genauer die Bedienzeiten) eines Bedienelements konstruktiv so zu verlängern, dass gewisse Fehlbedienungsversuche noch mit einer höheren Sicherheit abgebrochen werden können.Even if there are only fractions of seconds between the beginning of an operating movement and the actual function triggering, a considerable benefit can be drawn from this. An information feedback takes place namely u. U. already during the ongoing operation of the respective control element. The driver can thereby obtain information about the consequences of an operation of a control element, even before the event itself occurs and its reaction can be sharpened so even before the occurrence of an event. Under certain circumstances, an incorrect operation that has started can even be completely avoided if the feedback from the driver is noticed quickly enough; With some controls, it might even be useful to constructively extend the operating paths (more precisely the operating times) of an operating element so that certain operating errors can still be aborted with greater certainty.
Ein wichtiger Grund für eine solche Maßnahme kann z. B. sein, dass bei den auf dem Stand der Technik konventionell geführten Rückkopplungen (vgl. dazu die
Nach einer Fehlbedienung muss der Mensch das jeweilige Warnsignal selbst erst wahrnehmen, dies also selbst erst sensorisch umsetzen, dessen Bedeutung erfassen und einordnen. Erst dann kann er darauf überhaupt reagieren. Um dann aber noch geeignete, z. B. Gefahren abwehrende Maßnahmen einleiten zu können, ist durch die vom Nutzer eines komplexen Systems selbst verursachten Verzögerungen bereits viel Zeit verloren vergangen, u. U. zu viel Zeit.After an incorrect operation, the human must first perceive the respective warning signal itself, that is, to implement it only sensory, to grasp and classify its meaning. Only then can he react to it at all. But then still suitable, z. For example, in order to be able to initiate hazard-repelling measures, a lot of time has already been lost due to the delays caused by the user of a complex system itself. U. too much time.
Die Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist daher, die vom Menschen verursachten Regelkreis-Totzeiten in einem Regelkreis, in dem der Mensch selbst eingebunden ist, zu verkürzen und die daraus entstehenden Folgen zu vermindern.The object of the method according to the invention is therefore to shorten the man-made loop dead times in a control loop in which the human being is involved, and to reduce the consequences arising therefrom.
In diesem Zusammenhang bestehen zusätzliche Aufgaben zum einen darin, vorausschauende Informationen zu generieren und diese Informationen dem Nutzer zu einem frühest möglichen Zeitpunkt zugänglich, vor allem aber auch bewusst zu machen und zum anderen darin, die notwendigen Eigenschaften der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Bedienelemente zu spezifizieren und zu realisieren.In this context, there are additional tasks on the one hand to generate predictive information and this information to the user at an earliest possible time accessible, but above all to make aware and on the other hand to specify the necessary characteristics of the operating elements used in the process according to the invention and to realize.
Dies wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Im Wesentlichen wird das dadurch erreicht, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Rückkopplung von Signalen an den Menschen bzw. eine Informationsvermittlung nicht erst dann einsetzt, wenn das von der Bedienung bewirkte Systemgeschehen bereits abläuft, sondern vorausschauende Informationen bereits während der Bedienungsbetätigung ermittelt und dem Nutzer (vorausschauend) bereitgestellt werden.This is achieved by the characterizing features of
Um dies zu erreichen, sind die Eingabeelemente gegenüber dem Stand der Technik geeignet sensorisch auszugestalten bzw. zu modifizieren, damit die Systemsteuerung z. B. erkennen kann, dass und letztendlich auch wie ein Betätigungselement aktiviert werden soll, noch bevor das letztendlich wirklich passiert. Dazu muss eine entsprechende (u. U. zusätzliche) Sensorik vorgesehen werden, die dem jeweiligen Bedienelement so zugeordnet sein muss, dass praktisch vom ersten Zeitpunkt einer Berührung bzw. Betätigung an, ein entsprechendes Erkennungssignal bereitsteht. Beginnend mit der ersten Berührung des Bedienelements (z. B. eines Schalters) muss erkannt werden können, in welcher Weise eine Betätigung des Eingabeelementes aktuell erfolgt, damit die Systemsteuerung daraus das Ziel der Betätigung und daraus die zu erwartenden Folgen für das Systemverhalten abschätzen kann, noch bevor die gerade laufende Betätigung die Systemfunktion selbst auslöst.To achieve this, the input elements are compared to the prior art suitable to design or modify sensor so that the system control z. B. can recognize that and ultimately as an actuator to be activated even before that really happens. For this purpose, a corresponding (possibly additional) sensor system must be provided, which must be assigned to the respective control element in such a way that a corresponding detection signal is available practically from the first time of a touch or actuation. Starting with the first touch of the operating element (eg a switch), it must be possible to detect the manner in which an actuation of the input element is currently taking place, so that the system controller can estimate therefrom the target of the actuation and therefrom the expected consequences for the system behavior, even before the current operation triggers the system function itself.
Das ist auf dem Stand der Technik in sehr unterschiedlicher, aber in doch bekannter Weise möglich und bei Schaltfunktionen besonders einfach. So können z. B. Schalterkomponenten mit Piezo-Elementen oder -Folien oder anderen druck- bzw. kraftsensitiven Oberflächenelementen oder -Verkleidungen als Sensorkomponenten versehen sein, deren Signale eine Information über alle bei der Betätigung ausgeübten Kräfte liefern; alternativ können die oftmals ohnehin (als eigentliche Schalterfunktion selbst) erfassten Schalterbewegungen direkt den jeweiligen Bedienungsstatus widerspiegeln. Das später zur
Die Erfassung der Bedienbewegung von Anfang an ist also an sich leicht möglich. Die daraus abzuleitenden Folgerungen können innerhalb weniger Millisekunden von der Systemsteuerung ermittelt werden. Das Ergebnis dieser Folgerungseinschätzung kann – vor der wirklichen Auslösung der mit einer Betätigung jeweils assoziierten Systemfunktionen – an den Nutzer des Systems, also noch während der gerade noch laufenden Betätigung und zudem direkt über das Bedienelement selbst, vor allem aber bzgl. der Folgen vorausschauend, übermittelt werden.The detection of the operating movement from the beginning is therefore easily possible. The consequences to be derived from this can be determined within a few milliseconds by the system controller. The result of this inference estimation can - before the actual triggering of each associated with an actuation system functions - to the user of the system, so even during the ongoing operation and also directly via the control element itself, but above all with respect to the consequences forward-looking transmitted become.
Dazu muss das Bedienelement zusätzlich geeignet aktuatorisch modifiziert werden: Damit noch während der Betätigung des Bedienelements, die von der Systemsteuerung bereitgestellte Information zur Auswirkung der Betätigung, für den Nutzer auch wahrnehmbar übermittelt werden kann, muss eine direkt in das Bedienelement geeignet eingebaute (oder eine mit dem Bedienelement geeignet verbundene) Aktuatoranordnung so ausgelegt sein, dass z. B. haptisch wahrnehmbare Effekte zur jeweiligen Bedienbewegung passend vermittelt werden können.For this purpose, the control element must additionally be suitably modified actuarially: So that during the operation of the control element, provided by the system control information on the impact of the operation, can be transmitted perceptible to the user, a directly installed in the control properly (or with the control element suitably connected) actuator assembly be designed so that z. B. haptic perceptible effects can be mediated appropriate to the respective operating movement.
Das ist auf dem Stand der Technik in sehr unterschiedlicher, aber in doch bekannter Weise möglich. So können z. B. derartige Aktuatoren durch elektromechanische Vibratoren, durch Piezoelemente, durch Motoren, usw. zur Anregung oder zur Widerstandserzeugung realisiert werden, oder auch ganz andere Druck- bzw. Kraftereignisse vermittelnde Komponenten verwendet werden, z. B. indem kontinuierlich oder pulsierend Druckluft zwischen einem bedienenden Finger oder der bedienenden Hand und der Oberfläche einer Schalteranordnung geleitet wird oder mittels Druckluft die Reibungskoeffizienten beeinflusst werden, usw..This is possible in the prior art in very different, but in a known manner. So z. As such actuators by electromechanical vibrators, by piezoelectric elements, by motors, etc. for excitation or resistance generation can be realized, or quite different pressure or force events mediating components are used, for. B. by continuously or pulsating compressed air between a serving finger or the operating hand and the surface of a switch assembly is passed or by means of compressed air, the friction coefficients are affected, etc ..
Die Modifikationen sollen in jedem Fall so sein, dass über einen haptisch spürbaren Effekt, direkt an der Position der Betätigung, die bereitgestellten Informationen vermittelt werden können.The modifications should in any case be such that the information provided can be conveyed via a tactile effect, directly at the position of the actuation.
Der Unterschied zwischen einem erfindungsgemäß veränderten Regelkreis mit erfindungsgemäß modifizierten Bedienelementen und einem (in der Struktur gleich aufgebauten) Regelkreis auf dem bisherigen Stand der Technik kann vielfältig aufgezeigt und genutzt werden.The difference between an inventively modified control loop with control elements modified according to the invention and a control loop (of the same structure in the structure) of the prior art can be shown and used in manifold ways.
Indem z. B. die Absicht des Fahrers eines KFZs sofort (innerhalb von Millisekunden) aus einer gerade erst begonnenen Bedienungshandlung heraus von der Systemsteuerung erkannt werden kann, damit auch Konsequenzen der Folgen dieser vorgesehenen Bedienung eingeschätzt werden können und eine daraus abgeleitete Informationsrückkopplung über das Bedienelement selbst bereits zu einem Zeitpunkt beginnt, an dem das System auf die Bedienung physikalisch noch gar nicht wirklich reagiert hat, können einige der vom Menschen verursachten Totzeiten im in der Folge ablaufenden Geschehens u. U. deutlich reduziert werden.By z. B. the intention of the driver of a motor vehicle immediately (within milliseconds) from a just started operating action out of the system control can be detected, so that consequences of the consequences of this operation can be estimated and derived information feedback on the control itself to At a time when the system has not actually responded to the operation physically, some of the man-made dead times in the sequence occurring events u. U. significantly reduced.
Während im bisherigen Rückkopplungskreis auf dem Stand der Technik das jeweilige System
- – mit der Auslösung bzw. der Kontaktherstellung einer Bedienfunktion auf die Bedienung überhaupt erst reagiert,
- – erst dann die durch die Betätigung der Bedienungselemente angeforderten Maßnahmen einleitet, aus denen
- – erst dann das veränderte Systemverhalten mit sich ändernden Parametern folgt, was
- – erst dann zu einer Informationsrückkopplung an den Menschen führt, wobei dieses
- – entweder direkt über das erkennbare Verhalten des Systems,
- – oder über eine (meist) vom Bedienelement getrennt zu sehende Signaleinheit erfolgt, informiert im erfindungsgemäß veränderten Rückkopplungskreis mit erfindungsgemäß modifizierten Bedienelementen das System den Nutzer
- – direkt über das jeweils gerade betätigte Bedienelement,
- – beginnend vom ersten Zeitpunkt einer Betätigung an oder zumindest kurz nach einer beginnenden Betätigung, auch bei jedem Betätigungsversuch oder Betätigungsansatz, und
- – noch vor dein Zeitpunkt beginnend, an dem das Bedienelement die vom Nutzer mit der Bedienung angeforderte Funktion wirklich auslöst,
- - reacting to the operation in the first place by triggering or making contact with an operating function,
- - only then initiates the requested by the operation of the controls measures from which
- - only then the changed system behavior with changing parameters follows what
- - only then leads to an information feedback to humans, this being
- Either directly through the recognizable behavior of the system,
- - Or via a (usually) separated from the control unit to be seen signal unit, informs in accordance with the invention modified feedback loop with inventively modified controls, the system the user
- - directly via the currently operated control element,
- Starting from the first time of an actuation on or at least shortly after an incipient actuation, also with each actuation attempt or actuation approach, and
- - starting before your time, when the control really triggers the function requested by the user with the operation,
Gewonnen wird also zumindest die Zeit, die der Mensch benötigt, um das Bedienelement im gegebenen Rahmen einer Bedienung zu verändern (verschieben, drehen, usw.). Aber auch andere Reaktionszeitanteile verkürzen sich u. U. drastisch, weil sich zum einen nicht erst die Konsequenzen der Betätigung in Form von wirklich wahrnehmbaren Systemveränderungen zeigen müssen. Zum anderen werden aber Nutzer-Reaktionen auch in anderem Zusammenhang durch die direkte Rückkopplung soweit schon vorbereitet, dass auch dort die Reaktions- und Totzeiten wesentlich verkürzt werden können.Thus, at least the time that man needs to change the operating element in the given frame of an operator (move, turn, etc.) is gained. But other reaction time shares shorten u. U. drastically because on the one hand not only the consequences of the operation in the form of really perceptible system changes must show. On the other hand, however, user reactions are prepared in other contexts by the direct feedback so far that the reaction and dead times can be considerably shortened there as well.
Bedienelemente in derart modifizierten Regelkreisen können zudem als Informationsstellen genutzt werden, an denen der Nutzer gezielt Information abrufen kann. Indem der Fahrer Bedienelemente z. B. nur testweise bedient (z. B. antippt) erfährt er, was das System von einer Betätigung der gerade abgefragten Art halten würde. Auch dies kann unter bestimmten Bedingungen ausgesprochen nützlich sein.Control elements in such modified control circuits can also be used as information points where the user can selectively retrieve information. By the driver controls z. For example, if it is only being used as a test (for example, if it is tapped), it learns what the system is actually doing would polled. Again, this can be very useful under certain conditions.
Unter bestimmten Umständen stellt sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine ganz neue Bedienungsform für komplexe Systeme dar.Under certain circumstances, the method according to the invention represents a completely new form of operation for complex systems.
Auch der Unterschied zwischen den durch den in den Regelkreis eingebundenen Nutzer verursachten Totzeiten („menschinduzierte Totzeiten”) eines Systems auf dem vorherigen Stand der Technik und einem erfindungsgemäß veränderten Systems kann erheblich werden und kann nach einer Fehlbedienung einen gravierenden Einfluss auf das Gesamtgeschehen haben. Das Verfahren hat zudem den Vorteil, dass der Nutzer nicht das Gefühl entwickeln wird, nicht Herr des Geschehens zu sein. Die Verantwortung für das Geschehen bleibt hier beim Nutzer des Systems, für den aber die Komfortabilität erhöht werden kann.The difference between the dead times caused by the user involved in the control loop ("human-induced dead times") of a prior art system and a system modified according to the invention can also be considerable and can have a serious influence on the overall situation after an incorrect operation. The method also has the advantage that the user will not develop the feeling that he is not the master of the event. The responsibility for what is happening here remains with the user of the system, for which however the comfortableness can be increased.
Im erfindungsgemäßen Kontext werden zu einer „Normalsignalgebung” bevorzugt zusätzliche haptische Rückkopplungen, die noch während einer Betätigung über die Bedienelemente selbst vermittelt werden, in den Vordergrund gestellt. Eine Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts unter Nutzung anderer Rückkopplungsformen (optisch, akustisch) ist aber natürlich prinzipiell ebenfalls möglich und sinnvoll.In the context according to the invention, additional haptic feedbacks, which are still conveyed during an actuation via the operating elements themselves, are preferred in the foreground for a "normal signal". An application of the inventive concept using other feedback forms (optically, acoustically) is of course also possible and useful in principle.
Ein wichtiger Grund dafür, vorausschauende Informationen über eine haptische Rückkopplung, die direkt über das jeweilige Bedienelement läuft, zu leiten, liegt in der eingeschränkten bzw. kanalisierten Wahrnehmung des Menschen. Im Wesentlichen nutzt der Mensch sein optisches Wahrnehmungssystem, um z. B. seine Aufmerksamkeit auf die Fahrt und die Fahrtumgebung (Straßenverlauf, Verkehrssignale, Verkehrsteilnehmer, usw.) zu richten, muss aber auch akustische Signal, die ihn erreichen (Hupen, Verkehrsnachrichten, usw.) wachsam aufnehmen. Je mehr optische oder akustische Rückkopplungssignale ihm das System aber anbietet, desto mehr muss er entweder die Aufmerksamkeit vom Systemgeschehen, z. B. vom Fahrgeschehen und damit von der Straße weg auf diese Signale richten, oder Signale unter Aufrechterhaltung seiner Aufmerksamkeit für das Systemgeschehen zumindest zum Teil ignorieren. Die Kapazität des Menschen zur Aufnahme von Signalen ist bei einem komplexen Geschehen nun einmal einfach beschränkt. Er wird unter diesen Umständen auch die eine oder andere nicht so optimale Bedienung durchführen, einfach weil und wenn das Fahrgeschehen nur eine geringe (Rest-)Kanalkapazität zulässt.One important reason for providing predictive information about haptic feedback that passes directly over each control element is the limited or channeled perception of the human being. Essentially, humans use their optical perception system to B. to pay attention to the driving and the driving environment (road, traffic signals, road users, etc.), but must also be aware of acoustic signal that reach him (horns, traffic news, etc.) alert. However, the more optical or acoustic feedback signals the system offers it, the more it must either attract attention from the system, e.g. B. from driving and thus away from the road on these signals, or ignoring signals while maintaining his attention to the system, at least in part. The capacity of the human to record signals is simply limited in a complex event. Under these circumstances, he will also perform one or the other not so optimal operation, simply because and if the driving action allows only a small (residual) channel capacity.
Wird dem Nutzer – abweichend vom klassischen Reaktionsablaufschema, erfindungsgemäß vorausschauend bereits bei der Betätigung des Bedienelemente – durch das Bedienelemente selbst signalisiert, dass die vom Nutzer vorgesehene Maßnahme einen kritischen Zustand herbeiführen könnte (oder sogar unerlaubt ist), dann kann der Ablauf einer Fehlbedienung mit all seinen Folgen deutlich verkürzt oder über eine so erzeugte Erhöhung der Aufmerksamkeit eine Fehlbedienung auch ganz verhindert werden.Deviating from the classical reaction flow scheme, according to the invention, the control element itself indicates that the measure provided by the user could bring about a critical state (or even is unauthorized), then the course of a faulty operation with all can its consequences significantly shortened or over such a generated increase in attention a malfunction are also completely prevented.
Da sich der Mensch zur Betätigung des Bedienelements zuvor zumindest ansatzweise auf diesen Vorgang konzentriert hat und beim ersten Berühren des Bedienelements eine erste haptische Rückkopplung erfahren hat, ist dieser haptische Kanal des Menschen für eine weitere Wahrnehmung bereits vorbereitend geöffnet. Eine auf exakt dem gleichen Weg, wie diese erste haptische Wahrnehmung einlaufende Information erreicht den Menschen also auf einem zur Wahrnehmung bereits vorbereitend sensibilisierten Kanal. Genau dies wird erreicht, wenn die zurückgekoppelte, vorausschauend gegebene Information über das Bedienelement selbst (und nicht auf anderem Weg, auch wenn das zusätzlich natürlich möglich sein wird) dem Menschen, der dieses gerade bedient, zugeführt wird; dann trifft die zusätzliche, vorausschauend gegebene Information, gewissermaßen auf eine bereits weit geöffnete, sensorische Eingangstür. Derartige psycho-physiologische Effekte, bei denen sich neuronale Signale ihren Weg zunächst bahnen und dann schneller und effektiver arbeiten, sind aus der biomedizinischen Forschung bekannt (dazu gehört z. B. auch das erlernen von Reflexen).Since the human has previously focused on this process to actuate the operating element at least in the first place and has experienced a first haptic feedback when the operating element is first touched, this haptic channel of the human is already preparatory open for a further perception. A piece of information arriving in exactly the same way as this first haptic perception thus reaches the human being on a channel already sensitively sensitized to perception. This is exactly what is achieved when the feedback information provided through the operating element itself (and not by other means, even though this will of course be possible) is fed to the person who is operating it; then the additional, forward-looking information meets, so to speak, an already wide-open sensory entrance door. Such psycho-physiological effects, in which neuronal signals first pave their way and then work faster and more effectively, are known from biomedical research (this includes, for example, the learning of reflexes).
Die spürbaren, zusätzlichen Effekte, die direkt am Bedienelement haptisch erfasst werden können, können deshalb wesentlich schneller wahrgenommen werden, als wenn dies über einen anderen, nicht vorbereiteten Kanal abläuft. Sogenannte Schrecksekunden können so u. U. deutlich verkürzt werden, weil eine ähnlich ablaufende Vorbereitung auf ein zukünftiges Geschehen bereits im Vorstadium einer erst noch eintretenden Wirkung möglich erscheint.The noticeable additional effects, which can be detected haptically directly on the control element, can therefore be perceived much more quickly than if this was done via another, unprepared channel. So-called shock seconds can u. U. shortened significantly, because a similar running preparation for a future event already in the preliminary stage of a still occurring effect seems possible.
Solche Maßnahmen betreffen nicht nur sicherheitskritische Betriebszustände, sondern können auch unter Normalbetriebsbedingungen sinnvoll eingesetzt und genutzt werden. Sie stellen eine mögliche, zusätzliche Einflussmaßnahme (im KFZ z. B. zur Beeinflussung des Fahrerverhaltens) dar.Such measures not only affect safety-critical operating states, but can also be used and used effectively under normal operating conditions. They represent a possible additional influencing measure (in the motor vehicle, for example, for influencing driver behavior).
Dies kann als eine neue Art der Informationsvermittlung zwischen einem System und dem jeweiligen. Nutzer gesehen werden, bei der das Bedienelement gewissermaßen selbst als MMI in Erscheinung tritt.This can be considered as a new way of conveying information between a system and the respective one. Users can be seen, in which the control appears in a sense even as MMI in appearance.
Notwendigerweise ist eine Vorauswahl der auszutauschenden Signale und Informationen zu treffen, wenn diese zur Rückkopplung vom System zum Menschen verwendet werden sollen. Diese sind deshalb auf jeden Fall auf die Sensorik des Menschen anzupassen.Necessarily, a preselection of the signals to be exchanged and information to meet if they are to be used for feedback from the system to humans. These are therefore definitely adapt to the sensor technology of humans.
Analysiert man derartige Maßnahmen, Ziele und Auswirkungen, dann kann man feststellen, dass mittels zusätzlicher haptischer Rückkopplung über die Bedienelemente eine vorausschauende Systemeinflussnahme direkt und unmittelbar – also noch während der Betätigung des Bedienelements und noch vor einer auf anderem Weg feststellbaren Auswirkung aus dieser Betätigung – sinnvoll möglich ist, dass aber für verschiedene Situationen doch die sehr unterschiedlichen Signaltypen (Normalsignale, Warnsignale, Notsignale, usw.) und die darauf notwendigen Reaktionen beachtet und unterschieden werden sollten.Analyzing such measures, goals and effects, then you can find that by means of additional haptic feedback on the controls a predictive system influence directly and immediately - ie still during the operation of the control element and even before detectable in any other way effect from this operation - makes sense It is possible, however, that the very different signal types (normal signals, warning signals, emergency signals, etc.) and the reactions necessary therefor should be taken into account and differentiated for different situations.
Warnsignale können z. B. eingeteilt werden nach Aspekten der jeweiligen sicherheitskritischen Relevanz und nach ihrer jeweiligen Kritikalität (hier zu verstehen als Maß zur Einschätzung der Gefährlichkeit eines Geschehens bzw. einer Maßnahme) und das wiederum definiert u. U. die Auslegung des jeweiligen Signalgebungs- und Rückkopplungskanals.Warning signals can z. B. are classified according to aspects of the respective safety-critical relevance and their respective criticality (to be understood here as a measure to assess the danger of an event or a measure) and that in turn defines u. U. the interpretation of each Signalgebungs- and feedback channel.
Warnsignale, die eine akute Sicherheitsgefährdung signalisieren, also vor einer unmittelbaren Gefahr warnen sollen (z. B. vor einer Kollision oder vor einem gefährlichen technischen Defekt, z. B. dem Druckabfall in einem Bremssystem eines KFZs), müssen schnell, unmittelbar und durchdringend erfolgen. Je nach Art und Dringlichkeit müssen diese Signale den jeweiligen Signalhintergrund deutlich übertönen und auf Aufmerksamkeit erheischend ausgelegt sein. Diese Situationen sind oftmals vom Bedienungszustand unabhängig gegeben, wobei diese in einem KFZ sicher anders auszulegen sind, als in einem Operationssaal.Warning signals that signal an acute safety hazard, ie warn of an imminent danger (eg before a collision or before a dangerous technical defect, eg the pressure drop in a brake system of a motor vehicle), must be fast, direct and penetrating , Depending on the nature and urgency, these signals must clearly drown out the respective signal background and be designed to attract attention. These situations are often independent of the operating state, and these are certainly interpreted differently in a car, as in an operating room.
Warnsignale, die zwar eine Sicherheitsgefährdung, aber noch keine unmittelbar akute Gefahr signalisieren (zum Beispiel einen gefährlichen technischen Defekt, der aber z. B. noch eine Notfahrt zulässt) müssen ebenfalls schnell und unmittelbar gegeben werden, können aber zumindest so ausgestaltet werden, dass überzogene Notfallreaktionen dadurch nicht ausgelöst werden. Kann eine solche Situation z. B. durch eine Fehlbedienung zustande kommen, dann kann dies mit dem erfindungsgemäßen Konzept vermieden werden.Warning signals that signal a safety hazard, but still no immediate acute danger (for example, a dangerous technical defect, but, for example, still allows an emergency drive) must also be given quickly and immediately, but can at least be designed so that covered Emergency reactions are not triggered thereby. Can such a situation z. B. come through a faulty operation, then this can be avoided with the inventive concept.
Warnsignale, die zwar eine schnelle Reaktion erfordern, aber nicht sicherheitsrelevant oder gefährlich sind (z. B. Fehler in der Elektrik eines fahrenden Fahrzeugs), können durch eine geeignet ausgelegte Normalsignalgebung erzeugt werden. Allerdings sollten auch hier Situationen, die ja letztendlich Grund für derartige Warnsignale bei der Nutzung eines Systems sind, möglichst erst gar nicht auftreten. Auch in diesem Zusammenhang können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Situationen, die durch Fehlbedienungen provoziert werden, vermieden werden.Warning signals that require a quick response but are not safety-relevant or dangerous (eg faults in the electrical system of a moving vehicle) can be generated by suitably designed normal signaling. However, situations that are ultimately the reason for such warning signals when using a system should not occur at all. In this context too, situations which are provoked by incorrect operation can be avoided with the method according to the invention.
Weiter abzugrenzen sind Signale, die zwar nicht als Warnsignal einzustufen sind, die aber den jeweils aktuellen Systemzustand wiederspiegeln und die für ein optimales Fahrverhaltens notwendig oder zumindest sinnvoll sind. Normalerweise werden diese über optische und/oder akustische Warnsignale bereitgestellt (Anzeigen zum Verbrauch, von definierten Funktionen, von Temperaturen verschiedener Komponenten, usw.). Derartige Signale können aber auch auf Situationen Bezug nehmen, bei denen eine Bedienungsabhängigkeit besteht (z. B. eine falsche Gangwahl eines Getriebes). In all diesen Fällen kann das erfindungsgemäße Verfahren sinnvoll eingesetzt werden.Further delineate are signals that are not classified as a warning signal, but which reflect the current state of the system and which are necessary or at least useful for optimal driving behavior. Normally these are provided via visual and / or acoustic warning signals (indications of consumption, of defined functions, of temperatures of different components, etc.). However, such signals may also refer to situations where there is operator dependency (eg, a wrong gear selection of a transmission). In all these cases, the inventive method can be used meaningfully.
Weiter abzugrenzen sind Signale, deren Bedeutung für einen aktuell gegebenen Systemzustand, z. B. für die jeweilige Fahrsituation eines KFZs, an sich irrelevant sind, die aber eine langfristige Bedeutung haben, wie z. B. das Signalisieren der Wartungsintervalle, Tankinhaltsanzeigen, Ölstandanzeigen, evtl. Ölzustandsanzeigen, sowie die Anzeige anderer Diagnosesignale. Derartige Informationen sind i. a. nur im begrenzten Rahmen im erfindungsgemäßen Konzept einzubringen, wenn auch nicht unbedingt vernachlässigbar, weil „vorausschauend” ja signalisiert wird, dass ohne Wartung ein Systemfehler auftreten wird. Wenn z. B. der Ölstand oder auch der Ölzustand nicht mehr akzeptabel ist, könnte – z. B. beim Anfahren – durch eine geeignete haptische Rückkopplung (z. B. durch ein Lenkradrüttel, ein Fahrpedalrütteln, o. ä.) an den Fahrer gemeldet werden, dass ohne geeignete Wartung das Fahrzeug in Zukunft ausfallen könnte. Wenn unter solchen Bedingungen jedesmal beim Anfahren ein Rütteleffekt z. B. am Lenkrad auftritt, wird man den Nutzer (anders als mit einem Warnlämpchen) u. U. schnell motivieren, hier Abhilfe zu schaffen.Further delimit are signals whose meaning for a currently given system state, eg. B. for the particular driving situation of a vehicle, are irrelevant per se, but which have a long-term significance, such. This includes, for example, the signaling of maintenance intervals, tank contents displays, oil level readings, possibly oil level indicators, as well as the display of other diagnostic signals. Such information is i. a. only to a limited extent in the inventive concept, although not necessarily negligible, because "anticipatory" yes signaled that without maintenance, a system error will occur. If z. B. the oil level or the oil condition is no longer acceptable, could -. B. when starting - by a suitable haptic feedback (eg., By a steering wheel shaker, an accelerator pedal shaking, o. Ä.) Reported to the driver that without proper maintenance, the vehicle could fail in the future. If under such conditions each time when starting a shaking z. B. occurs on the steering wheel, the user (unlike a warning lamp) u. U. motivate quickly to remedy this situation.
Letztendlich erscheint es sinnvoll, alle Bedienelemente, die einen Einfluss auf Systemfunktionen haben (und auch alle beteiligten Regelkreise) erfindungsgemäß zu verändern. Damit besteht der in der
- 1. Die „Normalein- und ausgabe”, „Normalsignalgebung”, „Normalsignalverarbeitung” und das bisherige, auf dem Stand der Technik gegebene, technische Umfeld können bestehen bleiben. (In
- 2. Es sind besondere Bedingungen an die erfindungsgemäßen Bedienelemente (
22 ) (23 ) zu stellen, weil erfindungsgemäß eine Sensorik eingesetzt werden muss, die eine Betätigung an diesen Bedienelementen von Anfang an erfassen kann. - 3. Die Bedienelemente (
22 ) (23 ) müssen mit Mitteln versehen sein, mit denen während einer Bedienung haptisch erfassbare Effekte direkt am Bedienelement generiert werden können, die vom Nutzer bei der Bedienung spürbar sein müssen, z. B. eine Aktuatorik oder andere geeignet Ausgabeelemente aufweisen. - 4. Von der Systemsteuerung (
14 ) gesteuert, gelangen von ihr generierte Informationen über geeignete Verbindungen (26 ), (27 ) an die Bedienelemente (22 ) (23 ) und generieren hier über die Aktuatoren zusätzliche, haptisch erfassbare Effekte. Die Informationen von einer Systemsteuerung an den bedienenden Nutzer werden also im Sinne einer Rückkopplung auf den Menschen direkt über das/die jeweilige(n) Bedienelement(e) geleitet. Diese signalisieren z. B. dem Nutzer, wie die aus der gerade vom Nutzer vorgesehenen Bedienung wahrscheinlich resultierenden Folgen einzuschätzen sind. Das System kann damit zu einer ablaufenden Bedienung gewissermaßen sein Einverständnis signalisieren, kann „kommentieren” oder „meckern” und/oder kann sich bei Bedarf auch „wehren”. Information fließt hierbei vom System bzw. von der Systemsteuerung in Richtung des Nutzers. - 5. Das System wird nur in Notfällen oder bei einer akut gegebenen Gefahr die vom Fahrer gewünschte Aktivitäten nicht ausführen (oder sogar notwendig werdende Maßnahmen auch aktiv ergreifen); es wird daher letztendlich nicht explizit verbotene Wünsche des Nutzers, wenn auch u. U. „nur unter Protest” ausführen. Information fließt hierbei vom System bzw. von der Systemsteuerung in Richtung des Nutzers.
- 6. Besteht der Fahrer gegen den signalisierten Widerstand des Systems auf der Ausführung, dann wird dieses Verhalten von der Systemsteuerung als zusätzliche Information genutzt. Z. B. kann es schließen, dass der Fahrerwunsch vordringlich ist, dass z. B. ein Notfall vorliegt (oder eben auch nicht). Dabei fließt zusätzliche, von der Systemsteuerung aber erst aus der Interpretation des Bedienungsverhaltens gewonnene Information vom Menschen in Richtung der Systemsteuerung.
- 7. Zusätzlich stehen mit den so modifizierten Bedienelementen Informationszentralpunkte zur Verfügung, an denen der Fahrer z. B. Informationen von der Systemsteuerung abrufen kann. Indem er das Bedienelement in spezifischer Weise betätigt (z. B. ohne wirklich die jeweilige Systemfunktion aufzurufen das Bedienelement nur antippt) und so z. B. Informationen über die Bereitschaft des Systems erhält. Hier ist eine Vielfalt von Anwendungen denkbar. Hier ist auch denkbar, einen so modifizierten Schalter in verschiedenen Betriebsmodi zu betreiben, die unter bestimmten Betätigungsbedingungen (die z. B. nicht unbedingt zur primären Systemsteuerung benötigt werden, wie z. B. mit dem Bedienelement ein Muster – Kreis, Schräge, usw. – nachzufahren) von der jeweiligen Systemsteuerung abhängig aktiviert werden können.
- 1. The "normal input and output", "normal signal", "normal signal processing" and the previous, given the state of the art, technical environment can remain. (In
- 2. There are special conditions for the control elements according to the invention (
22 ) (23 ), because according to the invention a sensor must be used, which can detect an actuation of these controls from the beginning. - 3. The controls (
22 ) (23 ) must be provided with means by which haptic detectable effects can be generated directly on the control during operation, which must be felt by the user in the operation, eg. B. have an actuator or other suitable output elements. - 4. From the Control Panel (
14 ), information generated by it on suitable connections (26 )27 ) to the controls (22 ) (23 ) and generate here via the actuators additional haptic detectable effects. The information from a system control to the serving user is thus passed on directly via the respective control element (s) in the sense of a feedback to humans. These signal z. B. the user, as the likely from the operation just intended by the user probably resulting consequences are. The system can thus to a certain extent signal its consent, can "comment" or "complain" and / or can also "defend" if necessary. Information flows here from the system or from the system control in the direction of the user. - 5. The system will not perform the activities desired by the driver (or even actively take any necessary action) in an emergency or acute danger; it is therefore ultimately not explicitly prohibited wishes of the user, although u. U. "only under protest" run. Information flows here from the system or from the system control in the direction of the user.
- 6. If the driver is against the signaled resistance of the system on the execution, then this behavior is used by the system control as additional information. For example, it may conclude that the driver's request is urgent that z. B. an emergency (or not). In the process, additional information, gained by the system control but only from the interpretation of the operating behavior, flows from the person in the direction of the system control.
- 7. In addition, with the so modified controls central information points available to the driver z. B. can retrieve information from the control panel. By operating the control element in a specific manner (eg without actually calling the respective system function, the control element just taps) and so on. B. receives information about the readiness of the system. Here is a variety of applications conceivable. Here, it is also conceivable to operate such a modified switch in different operating modes which, under certain operating conditions (eg, not necessarily required for primary system control, such as a pattern - circle, slope, etc., with the control). - nachzufahren) can be activated depending on the respective system control.
Mit dem so erfindungsgemäß ausgestalteten Bedienelement liegt eine vollständig ausgestaltete Mensch-Maschine-Schnittstelle vor. Die Eigenschaften einer Eingabeschnittstelle und die Eigenschaften einer Ausgabeschnittstelle sind praktisch zu einer Einheit zusammengewachsen. Die Ausgabe von Information dient hierbei im Wesentlichen, aber u. U. nicht ausschließlich, dem Signalisieren der Folgen einer eingeleiteten Bedienung.With the control element configured in accordance with the invention, there is a completely configured human-machine interface. The properties of an input interface and the properties of an output interface have virtually merged into a single entity. The output of information essentially serves, but u. Not only, signaling the consequences of an initiated operation.
Es ist denkbar, dass der Informationsaustausch darüber hinaus ganz anderen Zwecken dienen kann.It is conceivable that the exchange of information can also serve completely different purposes.
Die Erfindung soll an einem beispielhaft angenommenen Bedienelement und anhand der Abbildungen verdeutlicht werden:The invention will be illustrated by an example assumed control element and with reference to the figures:
Die Darstellung der
Im Zusammenhang mit einem beliebigen Bedienelement kann (z. B.
Auch wenn der Nutzer gar nicht versucht, die mit einer Bedienung des Bedienelements (
Die normale haptische Rückkopplung, die ein solcher Schalter je nach Aufbau liefert, kann z. B. durch eine geeignete Aktuatorik derart geändert oder erweitert werden, dass sich der Schalter gewissermaßen gegen eine aktuell ablaufende Betätigung „spürbar” wehrt, z. B. indem eine von der Systemsteuerung geregelte, vom Vorhaben des Nutzers abhängige, variabel gestaltete Dreh- oder Schiebekraft zur Betätigung erforderlich wird (evtl. zusätzlich unterlegt mit einer Vibration) und/oder zusätzliche Informationen über den haptischen Kanal über die zu erwartende Folgen bereitgestellt werden. Dies muss und wird nicht so erfolgen, dass exakte Voraussagen übermittelt werden, sondern eher in dem Sinn, dass eine universelle Warnung wie z. B. „Vorsicht”, „Achtung”, „geht nicht” oder „das ist gefährlich, lass das sein” gegeben wird. Die diesbezügliche Ausgestaltung kann und wird ein verkaufsträchtiges und weiter abgrenzendes, eigenes Aufgabengebiet abgeben.The normal haptic feedback that provides such a switch depending on the structure, z. B. modified or extended by a suitable actuator so that the switch, so to speak, against a currently running operation "noticeable", z. B. by a controlled by the system control, dependent on the project of the user, variably designed rotary or pushing force for operation is required (possibly additionally underlaid with a vibration) and / or additional information about the haptic channel on the expected consequences are provided , This need not and will not be done so that exact predictions will be transmitted, but rather in the sense that a universal warning such as a "Caution", "Attention", "Does not work" or "That's dangerous, let that be" is given. The relevant design can and will deliver a sales-oriented and further delimiting own task area.
Wenn der Nutzer andererseits trotz eines von der Systemsteuerung (
Es ist zudem denkbar, dass auf diese Weise komplette Kommunikationsprotokolle abgewickelt werden können, bei denen der Schalter auch in verschiedenen Modi betrieben werden kann. Z. B. könnte ein mehrfaches Abrufen von Information ohne die zugehörige Systemfunktion wirklich auszulösen, eine besonderen Informationsmodus aktivieren.It is also conceivable that in this way complete communication protocols can be handled, in which the switch can also be operated in different modes. For example, retrieving information multiple times without actually triggering the associated system function could enable a special information mode.
Einen „modulierenden” Einfluss für die Wertigkeit bzw. für die Bedeutung einer Bedienung kann die Schnelligkeit der Bedienbewegung haben. Eine schnell ausgeführte Betätigung kann u. U. eine andere Bedeutung haben, als eine ruhig ausgeführte, langsame Betätigung. Derartige Gestaltungs- und Modifikationsmöglichkeiten können bei der Ausgestaltung erfindungsgemäßer Regelkreise und/oder bei erfindungsgemäß veränderten Bedienelementen ebenfalls sinnvoll genutzt werden.The speed of the operating movement can have a "modulating" influence on the value or meaning of an operation. A quick operation can u. U. have a different meaning, as a quiet, slow operation. Such design and modification options can also be used meaningfully in the design of control circuits according to the invention and / or in control elements modified according to the invention.
Ein solches grundsätzliches und neues Konzept zur Ausgestaltung der Rückkopplungssignale an den Menschen, zum Austausch von Informationen und auch der Eingabemodalitäten kann im Zusammenhang mit einem Bedienelement auf mehrdimensionale Konstruktionen angepasst bzw. umgesetzt werden. Zum Beispiel könnte eine Drehbewegung eines Bedienelements mit einer Wipp- und/oder Schiebebewegung verbunden werden, oder mehrere Bedienelemente mit unterschiedlicher Bedeutung eingesetzt werden, wobei jede Bedienungskomponente eine eigene, spezifische, zusätzliche, haptische Rückkopplung aufweisen kann. An jeder Schalterposition kann z. B. (hier ist das Bild einer Mulden-Kugel-Feder-Konstruktion nützlich) der jeweils nächste Zustand, der von der jeweiligen Position aus durch eine Schalterbetätigung eingenommen werden kann (z. B. zunächst aus einer Drehbewegung heraus), vom Fahrer aufgesucht und eingenommen werden. Die Schaltebene kann aber auch insgesamt nach oben und/oder unten oder nach rechts und/oder nach links zusätzlich verschoben werden.Such a fundamental and new concept for the design of the feedback signals to humans, for the exchange of information and also the input modalities can be adapted or implemented in connection with an operating element on multi-dimensional constructions. For example, a rotational movement of an operating element could be combined with a rocking and / or sliding movement, or a plurality of operating elements of different significance could be used, wherein each operating component can have its own, specific additional haptic feedback. At each switch position z. B. (here, the image of a trough-ball-spring construction is useful) the next state, which can be taken from the respective position by a switch operation (eg., First, from a rotational movement), visited by the driver and be taken. The switching level can also be moved upwards altogether and / or below or to the right and / or to the left additionally.
Analytisch kann eine solche, erfindungsgemäß ausgestaltete Schalterfunktion aufgeteilt werden in die Teilfunktionen ”Schaltbewegung” und ”haptische bzw. akustische Kontrolle”. Dabei genügt es u. U., gar keine echten Schalterfunktionen (in Form elektrischer oder mechanischer Kontakte) vorzusehen, sondern
- 1. nur die mechatronischen Funktionen der Bewegungs- und Vibrationssteuerung der Schalterebene in allen vorgesehenen Dimensionen zu ermöglichen und
- 2. die jeweiligen Bewegungspositionen (für die haptisch kontrollierbaren Lagen der Schalter) sensorisch zu erfassen und auszuwerten.
- 1. to allow only the mechatronic functions of movement and vibration control of the switch level in all intended dimensions and
- 2. Sensory detection and evaluation of the respective movement positions (for the haptically controllable positions of the switches).
Gerade der letzte Punkt ist im erfindungsgemäßen Konzept vielfältig nutzbar, weil damit die Bewegung eines Bedienelements von Anfang an gegeben ist. Eine zusätzliche Sensorik ist in diesem Fall nicht notwendig.Just the last point is versatile in the concept according to the invention, because it is given the movement of a control element from the beginning. An additional sensor is not necessary in this case.
Bedienelemente werden so gewissermaßen zu virtuell-mechanischen und zur Kommunikation befähigte Einheiten „mit einem durch Sensoren und Aktuatoren modifizierbaren Verhalten”, die in geeigneter Weise z. B. gegen die Bewegungs- bzw. Betätigungsversuche des Nutzers gerichtet sein können. Damit stellt ein solches Bedienelement ein eigenes, vollständiges MMI dar (auch ein an sich sehr einfaches, wie z. B. ein Schalter).Controls become virtually virtual-mechanical and communicative enabled units "with a modifiable by sensors and actuators behavior", which can be suitably z. B. may be directed against the movement or actuation attempts of the user. Thus, such an operating element is a separate, complete MMI (also a very simple one in itself, such as a switch, for example).
Die mechanischen Bewegungsfreiheitsgrade, Sensoren zur Erfassung von Schalterbewegungen und die Aktuatoren zur Widerstandserzeugung bzw. zur Ton- oder Vibrationserzeugung sind bei der Konstruktion und beim Design eines Bedienelements also geeignet auszulegen (pneumatische oder elektromechanische Aktuatoren).The mechanical degrees of freedom of movement, sensors for detecting switch movements and the actuators for generating resistance or for producing sound or vibration are therefore to be designed appropriately in the construction and design of a control element (pneumatic or electromechanical actuators).
Die Darstellung eines erfindungsgemäßen Bedienelements erfolgt hier anhand der
Die Komponenten (
Das hier im Beispiel der
- – Eine erste Komponente (
98 ) stellt die Basis des Bedienelements insgesamt dar; das soll der Teil des Fahrschalters sein, der die mechanische und/oder die elektrische Verbindung zum Fahrzeug bzw. zum System (96 ) herstellt. - – Eine auf dieser Basiskomponente (
98 ) aufliegende zweite Komponente (97 ) ist gegenüber dieser ersten Komponente (98 ) auf spezifische Weise durch die Eigenschaften der Grenze (95 ) definiert beweglich. Diese Grenze stellt an sich die eigentliche funktionelle Schicht der Bedienkomponente für eine erste Funktionsgruppe dar und kann durch die aufliegende Hand genutzt, z. B. verschoben, rotiert, durch ein Ausüben von Druck oder durch ein „Nachzeichnen von bestimmten Figuren oder Konturen” betätigt werden. - – Eine, auf dieser zweiten Komponente (
97 ) liegende dritte Komponente (99 ) bzw. (92 ) ist gegen diese zweite Komponente (97 ) auf eine definiert andere Weise an der jeweiligen Grenze (89 ) beweglich; dies stellt die zweite Bedienkomponente für eine zweite Funktionsgruppe dar und kann z. B. mit den auffliegenden Fingern nach vorn und hinten verschoben werden.
- - a first component (
98 ) represents the base of the control as a whole; this is supposed to be the part of the travel switch that controls the mechanical and / or electrical connection to the vehicle or system (96 ). - - One on this base component (
98 ) second component (97 ) is opposite this first component (98 ) in a specific way by the characteristics of the border (95 ) defined movable. This limit in itself represents the actual functional layer of the operating component for a first functional group and can be used by the resting hand, for. B. shifted, rotated, be actuated by exerting pressure or by a "tracing of certain figures or contours". - - One, on this second component (
97 ) third component (99 ) respectively. (92 ) is against this second component (97 ) in a defined way at the respective border (89 ) movable; this represents the second operating component for a second function group and can, for. B. be moved with the flying fingers forward and backward.
Jede Bewegung der Komponenten untereinander wird an den jeweiligen Grenzflächen sensorisch erfasst, so dass eine wie auch immer aussehende Betätigungsbewegung von Anfang an erfasst werden kann.Each movement of the components among each other is detected by sensors at the respective interfaces, so that an anyway-looking actuating movement can be detected from the beginning.
Die Hand des Nutzers liegt nach einer Kontaktaufnahme der Hand mit der Schaltanordnung bequem auf der Bedienelementanordnung (
Eine erste Form der Bedienung eines Fahrzeugs mit einem solchen Bedienelement kann der Fahrer z. B. durch Bewegungen der zweiten Komponente (
- – einer Drehbewegung,
- – einer seitliche Bewegung oder auch
- – einer Vor- oder Rückbewegungen
- A rotational movement,
- - a lateral movement or too
- - a forward or backward movement
In der Basiseinheit (
Als weiteres Beispiel seien Schrittmotoren erwähnt, die ohne eine Bestromung der Wicklungen eine bestimmte Anzahl an Haltepunkten und mit Bestromung beider Wicklungen (gleichzeitig) nur noch Hälfte an Haltepunkten haben. Werden zwei gegeneinander bewegliche Komponenten eines Bedienelements mit Rotor und Stator eines solchen Motors verkoppelt, dann erfährt eine Bewegung der Komponenten gegeneinander periodisch wiederkehrende Widerstandspunkte mit einer bestehenden Stromzuführung, ohne Bestromung treten zusätzliche Widerstandspunkte auf halber Strecke auf. Geeignet angesteuert lassen sich so auch andere, diverse Lösungen realisieren.As a further example, stepper motors are mentioned, which (without current supply to the windings) have a certain number of breakpoints and with energization of both windings (at the same time) only half at breakpoints. If two mutually movable components of a control element coupled to the rotor and stator of such a motor, then experiences a movement of the components against each other periodically recurring resistance points with an existing power supply, without energization occur additional resistance points halfway. Appropriately triggered, other, diverse solutions can be realized in this way.
Ebenso können den einzelnen Komponenten oder den Grenzschichten vibrationserzeugende Elemente zugeordnet werden (z. B. Piezoelemente), um damit einzelne Komponenten oder den Fahrschalter insgesamt in Vibrationen versetzen zu können. Die Signalform dieser Vibrationen (z. B. sägezahnförmig, sinusförmig, usw.) hat eine hohe Bedeutung bei der Signalisierung eines Widerstandes gegen eine Betätigungsrichtung. Eine weitere Möglichkeit ist, Druckluft pulsartig oder kontinuierlich in den Zwischenraum zwischen der Haut der bedienenden Hand und der Bedienkomponente zu leiten. Je nachdem, ob eine Druckmediumzufuhr gepulst, sägezahnförmig, sinusförmig oder auch kontinuierlich geschieht, kann sich die haptische Wahrnehmung stark verändern und unterscheiden.Likewise, the individual components or the boundary layers can be assigned vibration-generating elements (for example piezoelectric elements) in order to be able to vibrate individual components or the drive switch as a whole. The waveform of these vibrations (eg sawtooth, sinusoidal, etc.) is of great importance in signaling a resistance to an actuation direction. Another possibility is to conduct compressed air pulse-like or continuously into the space between the skin of the serving hand and the operating component. Depending on whether a pressure medium supply pulsed, sawtooth, sinusoidal or continuously happens, the haptic perception can vary greatly and differ.
Beliebige Kombinationen der aufgezeigten Möglichkeiten sind denkbar und möglich.Any combinations of the possibilities shown are conceivable and possible.
Im Normalfall, d. h. bei einer Betätigung der Komponenten des Fahrschalters in eine sinnvolle und erlaubte Richtung, unterscheidet sich die Betätigung und das „Betätigungserlebnis” eines erfindungsgemäß ausgestalteten Schalters evtl. zunächst nicht, oder nur geringfügig von der Betätigung eines Schalters auf dem Stand der Technik.Normally, d. H. upon actuation of the components of the travel switch in a meaningful and permitted direction, the operation and the "actuation experience" of a switch designed according to the invention may not initially differ, or only slightly, from the actuation of a switch in the prior art.
Versucht der Fahrer z. B. während der Fahrt einen anderen Gang in das Getriebe einzulegen, dann führt er seine Hand in Richtung des Fahrschalters und nimmt Kontakt mit dem Schalter auf, einfach indem er hier seine Hand auflegt. Das Gefühl, das der Fahrschalter (über die Hand) dem Fahrer vermittelt, ist eine erste haptische Rückkopplung und Kontrollfunktion; der Fahrer weiß einfach, auch ohne hinzuschauen, dass er den Schalter an der erwarteten Position aufgefunden hat und hat gelernt, wie er diesen für die vorgesehene Betätigung zu bedienen hat. Das ist bei den meisten Schaltbedienungen ein unbewusst ablaufender, sehr elementarer Vorgang, der eine kurze „Sichtaufnahme” und das Berühren bzw. Anfassen der Schalteranordnung beinhalten wird.The driver tries z. B. insert another gear in the transmission while driving, then he leads his hand in the direction of the switch and makes contact with the switch, simply by hanging up his hand here. The feeling that the driver gives to the driver (via the hand) is a first haptic feedback and control function; The driver simply knows, even without looking, that he has found the switch in the expected position and has learned how to operate it for the intended operation. For most switch operations, this is an unconscious, very elementary process that will involve a brief "visual pick-up" and the touching of the switch assembly.
Die anschließende Betätigung kann dann oftmals ohne weitere Sichtkontrolle erfolgen. Das Gefühl, das der berührte Schalter vermittelt, gibt dem Benutzer die Sicherheit, den Schalter auch zu beherrschen.The subsequent operation can then often be done without further visual inspection. The feeling imparted by the touched switch gives the user the certainty of mastering the switch as well.
Zugleich aber öffnet dieses erste haptische Erlebnis beim Nutzer auch den haptischen Kanal für eine zusätzlich über das Bedienelement einlaufende bzw. eingehende Information.At the same time, however, this first haptic experience also opens up to the user the haptic channel for information that additionally enters or comes in via the operating element.
Indem er den Schalter betätigt, initiiert er die von ihm gewünschte Veränderung des Systemverhaltens (z. B. indem er eine Komponente nach vorn, nach hinten, seitlich nach rechts, seitlich nach links, usw. bewegt, oder auch eine Drehbewegung mit dem Schalter insgesamt versucht, einen Druck auf ihn ausübt, usw.).By actuating the switch, it initiates its desired change in system behavior (eg, by moving a component forward, backward, sideways to right, sideways to left, etc., or even a rotary motion with the switch as a whole tries, puts a pressure on him, etc.).
Dabei erfährt er (i. a. wiederum über diese haptische Rückkopplung), wann sein Bemühung, diesen Schalter in der gewünschten Weise zu betätigen, Erfolg hat, z. B. indem er einfach die von ihm selbst ausgelöste Bewegung des Schalters wahrnimmt und/oder ein „Einrasten” bzw. ein „Rasten” spürt oder auch einen Signalton wahrnimmt. Das „Einrasten” oder „Rasten” kann z. B. jene bei einem normalen Schalter so typische Schwelllagenüberschreitung sein, mit der das Herstellen eines Kontaktes einfach wahrgenommen werden kann; das könnten die Haltemomente eines (bestromten oder nicht bestromten) Schrittmotors sein, usw.He learns (ia again about this haptic feedback) when his effort to operate this switch in the desired manner, has success, z. B. by simply perceiving the self-triggered by him movement of the switch and / or a "snapping" or "snapping" feels or even hears a beep. The "snap" or "rest" can z. For example, those thresholds that are so typical in a normal switch that make it easy to perceive the making of a contact; this could be the holding moments of a (energized or de-energized) stepping motor, etc.
Ein erfindungsgemäß modifizierter Schalter bzw. Regelkreis geht aber auch in einem Normalfall einen Schritt über den Stand der Technik hinaus. Zunächst einmal erfasst die zugehörige Systemsteuerung durch die geeignet ausgelegte Sensorik sofort, wenn eine Betätigung beginnt und in welcher Richtung die Betätigung läuft. Daraus kann die Systemsteuerung unmittelbar Schlüsse über auf das Ziel der Bewegung und die Folgen daraus ziehen, kann über die entsprechenden Apparaturen (Aktuatoren) die so ermittelten Informationen auch an den Nutzer leiten bzw. das Verhalten der jeweiligen Schalterkomponente modifizieren.However, a switch or control circuit modified according to the invention is also a step beyond the state of the art in a normal case. First of all, the associated system control system detects immediately by the suitably designed sensor system when an actuation begins and in which direction the actuation is running. From this, the system controller can draw conclusions directly about the target of the movement and the consequences thereof, can also use the corresponding apparatuses (actuators) to direct the information thus determined to the user or modify the behavior of the respective switch component.
Zum Beispiel signalisiert er (der Schalter) dem Fahrer evtl. bereits im Normalfall, dass er mit dieser Entscheidung einverstanden ist, z. B. indem er ”seine Zustimmung” durch spezifisches Signal, das ein ”zufriedenes Brummen” oder ein „zufriedenes Vibrieren” (wie immer ein solches auch aussehen mag) signalisiert. Das jeweilige Design einer diesen Zustand signalisierenden Signalform wird keinen universellen Charakter haben, weil ein sportlich jugendlicher Fahrer u. U. andere Signalformen als angenehm empfinden kann, als ein auf Sicherheit oder Ökonomie bedachter älterer Fahrertyp. Abhängig von der jeweiligen Zielgruppe wird man daher spezifische oder sogar individuelle Signalcharakteristiken konstruieren, mit denen die Systemsteuerung über diese zusätzliche haptische Rückkopplung seine Zustimmung zu dem Geschehen signalisieren kann. Der Fahrer kann daraus schließen, dass das System aktiv ist.For example, he (the switch) may already signal to the driver in the normal case that he agrees with this decision, eg. For example, by signaling "its approval" by a specific signal that may be a "happy hum" or a "happy vibration" (whatever that may be). The particular design of a waveform signaling this condition will not have a universal character, because a sporty youthful driver and the like will not be able to do so. U. may perceive other waveforms as pleasant, as a safety or economy considered older driver type. Depending on the particular target group, therefore, one will construct specific or even individual signal characteristics with which the system controller can signal its approval of the event via this additional haptic feedback. The driver can conclude that the system is active.
Betätigt der Fahrer den Schalter jedoch in einer nicht so sinnvollen Richtung (was von der Systemsteuerung ebenfalls sofort, d. h. innerhalb von wenigen Millisekunden, als sinnvoll, nicht sinnvoll oder gar unerlaubt eingestuft werden kann), dann würde sich bei einem Schalter auf dem bisherigen Stand der Technik die haptische Kontrolle für den Fahrer nicht unterscheiden. Dass eine Betätigung nicht sinnvoll oder gar unerlaubt ist, wird der Fahrer ohne erfindungsgemäße Modifikation erst dadurch feststellen, dass das System auf seine Bedienung nicht erwartungsgemäß oder überraschend reagiert und auch erst, wenn er die Signalgebung selbst erst einmal wahrgenommen hat. Im Falle einer nur ökonomisch fraglichen, aber noch nicht gefährlichen Schaltweise würde der Fahrer das auf dem Stand der Technik u. U. überhaupt nicht wahrnehmen, sondern sich u. U. nur über seinen hohen Spritverbrauch ärgern. (Oder die Getriebesteuerung nimmt ihm die Hoheit über sein Fahrzeug ab und korrigiert seine Wünsche zwecks Optimalitätssicherung, was in einigen Fällen sinnvoll sein wird).However, if the driver actuates the switch in a less sensible direction (which can also be classified as meaningful, meaningless or even unauthorized by the system controller immediately, ie within a few milliseconds), then the switch would be to the previous state of the art Technology does not distinguish the haptic control for the driver. The fact that an operation is not meaningful or even illegal, the driver without modification of the invention will be determined only by the fact that the system does not respond to his operation as expected or surprising, and only when he has even perceived the signaling itself. In the case of only economically questionable, but not yet dangerous switching mode, the driver would like the u on the state of the art. U. not at all, but u. U. annoy only about its high fuel consumption. (Or the transmission control takes away his sovereignty over his vehicle and corrects his wishes for optimality, which in some cases will be useful).
Das erfindungsgemäß modifizierte System lässt in einem solch einfachen Fall diese Funktion ebenfalls zu, informiert den Fahrer aber zumindest darüber, wenn er aktuell eine nicht sinnvolle Bedienung vornimmt und somit optimaler fahren könnte. Dies setzt neue Maßstäbe bei der Bedienung von Systemen.The inventively modified system also allows this function in such a simple case, but at least informs the driver if he is currently performing an inappropriate operation and thus could drive more optimally. This sets new standards in the operation of systems.
Als ein weiteres Beispiel sei wieder angenommen, das der Fahrer eines KFZs während der Fahrt versucht, einen anderen, diesmal nicht optimalen Getriebegang einzulegen. Wieder führt der Nutzer seine Hand in Richtung des Fahrschalters und nimmt Kontakt mit dem Schalter auf, indem er seine Hand darauf ablegt. Das Gefühl das der Fahrschalter über die Hand dem Fahrer vermittelt, ist das gleiche wie im Beispiel zuvor und stellt wieder den Teil der ersten haptischen Kontrolle dar, die immer da ist, auch wenn z. B. keine geeignet Systemsteuerung gegeben ist und keine Aktuatorik in den Bedienelementen vorliegt (oder diese ausgefallen sind). Der Fahrer weiß einfach, auch ohne hinzuschauen, dass er den Schalter an der erwarteten Position gefunden hat, (spürt ihn), weiß wie er ihn nutzen kann und kann diesen betätigen (z. B. nach vorn, nach oder seitlich bewegen, oder eine Drehbewegung ausführen).As another example, it is again assumed that the driver of a vehicle while driving tries to insert another, this time not optimal transmission gear. Again, the user guides his hand toward the switch and makes contact with the switch by resting his hand on it. The feeling that the driver handshakes over the driver's hand is the same as in the example above, and again represents the part of the first haptic control that is always there, even when e.g. B. no suitable control system is given and there is no actuator in the controls (or they have failed). The driver simply knows, even without looking, that he has found the switch in the expected position, (feels it), knows how he can use it and can operate it (for example, forward, to or move laterally, or one Perform rotary movement).
Aus dem Anfang einer solchen Bedienbewegung (also zu einem Zeitpunkt, an dem Auswirkungen auf das System noch gar nicht gegeben sind, weil die Schaltrichtung zwar schon erkannt werden kann, aber die Schaltfunktion noch gar nicht wirklich ausgelöst worden ist) kann die Systemsteuerung erkennen, was der Fahrer vorhat, bzw. wünscht und kann anhand eines Modells (das zur Konstruktion der Systemsteuerung ohnehin vorliegen wird) bewerten, ob dieses Vorhaben „sinnvoll” und/oder „erlaubt” oder „verboten” ist und kann daraus (i. a. innerhalb weniger Millisekunden) Bewertungen ableiten und Entscheidungen treffen. Je nachdem wie die Einordnung des Wunsches des Fahrers ausfällt, vermittelt die Systemsteuerung Zustimmung, eine Warnung oder zeigt seinen Widerstand. Dies geschieht über zumindest einen Aktuator, der dem Bedienelement zugeordnet ist bzw. über eine mechanisch wirksame Widerstandssteuerung. Die Informationsübermittlung an den Fahrer erfolgt also direkt über das Bedienelement (den Fahrschalter) und trifft dort, vorbereitet durch eine vorhergehende, erste haptische Wahrnehmung, auf einen dadurch bereits geöffneten Wahrnehmungskanal für diese zusätzliche haptische Wahrnehmung an der gleichen Stelle.From the beginning of such a control movement (ie, at a time when the system is not yet affected, because the switching direction can already be detected, but the switching function has not really been triggered), the system control can recognize what the driver intends or wishes and can use a model (which will be available anyway for the design of the system control) to assess whether this project is "reasonable" and / or "allowed" or "forbidden" and can be used (usually within a few milliseconds) Derive reviews and make decisions. Depending on how the driver's desire declines, the control panel gives approval, a warning, or shows its resistance. This is done via at least one actuator, which is assigned to the operating element or via a mechanically effective resistance control. The information transmission to the driver thus takes place directly via the operating element (the driving switch) and there, prepared by a previous, first haptic perception, encounters a thus already opened perception channel for this additional haptic perception in the same place.
Der Nutzer kann durch einen plötzlich zusätzlich spürbaren Widerstand des Schalters oder eine spürbare starke Vibration, also durch eine erweiterte haptische Signalwahrnehmung, „spüren”, ob sein Vorhaben bei der Systemsteuerung auf Zustimmung oder auf nicht sehr viel Gegenliebe stößt. Vertraut der Nutzer der Systemsteuerung, dann werden noch vor einer einsetzenden Wirksamkeit der jeweiligen Fehlbedienung beim Nutzer bereits „Korrekturverhalten” angestoßen bzw. Reflexe vorbereitet oder sogar ausgelöst.The user can "feel" by a sudden additional noticeable resistance of the switch or a noticeable strong vibration, so by an extended haptic signal perception, whether his project in the control panel on approval or not much love. Familiarized the user of the system control, then even before an incipient effectiveness of the respective misuse of the user already "corrective behavior" triggered or reflexes prepared or even triggered.
Der unmittelbare Effekt, der sich eingestellt, ist zum einen, dass der Fahrer durch dieses Verhalten des Bedienungselements sofort darauf aufmerksam gemacht wird, dass „etwas nicht stimmt”, und nicht erst das Systemverhalten selbst wahrnehmen muss. Er erfasst dieses zudem schneller, als auf einem anderen Weg, weil der haptische Kanal ja bereits durch die erste haptische Wahrnehmung geöffnet ist. Das darauf im Gesamtgeschehen Folgende kann der Fahrer dann ebenfalls deutlich schneller erfassen.The immediate effect that is set, on the one hand, that the driver is immediately made aware by this behavior of the operating element that "something is not right", and not only the system behavior itself must perceive. He also detects this faster, than in another way, because the haptic channel is already open by the first haptic perception. The following in the overall action the driver can then also capture much faster.
Erzwingt der Fahrer allerdings die Betätigung des Fahrschalters, indem er z. B. den zusätzlich spürbaren Widerstand und/oder das warnende Vibrieren des Fahrschalters ignoriert (und damit auf der Betätigungsausführung beharrt, obwohl er ja weiß, dass er damit einen nicht optimalen Schaltversuch unternimmt), dann kann die Systemsteuerung annehmen, dass eine besondere Situation vorliegt. Das kann in Notfallsituationen – wenn die dazu gehörenden Rahmenbedingungen stimmen – als notwendige Information an die Systemsteuerung gehen. Das ist ebenfalls schneller, als wenn Notfallreaktionen erst aus dem bereits ablaufenden Systemgeschehen selbst abgeleitet werden müssen.However, if the driver forces the operation of the driver by z. B. ignored the additional noticeable resistance and / or the warning vibration of the drive switch (and thus insists on the actuation version, although he knows that he is doing a less than optimal shift attempt), then the system control can assume that there is a special situation. In emergency situations, this can - if the associated framework conditions are right - be passed on to the system controller as necessary information. This is also faster than if emergency responses have to be derived from the already running system itself.
Die Systemsteuerung wird also in der Folge – auch wenn damit u. U. eine nicht optimale Steuerung gegeben ist – diesem Wunsch (u. U. im Rahmen eines Notfallprogramms) nachkommen. Ein Fahrer, der z. B. trotz einer Warnung des Systems schnell und kräftig das Gaspedal durchtritt, will einfach schnellstmöglich seinen aktuellen Standort verlassen, will oder muss maximal beschleunigen. Das Verhalten des Systems hat sich dann dieser Forderung zu beugen und sich der Situation anpassen.The system control is so in the episode - even if so u. This may be due to a lack of control (possibly under an emergency program). A driver, the z. B. despite a warning of the system quickly and vigorously the accelerator pedal passes, just wants to leave his current location as quickly as possible, wants or must accelerate maximum. The behavior of the system then has to comply with this requirement and adapt to the situation.
Schalten nach Neutral ist z. B. bei schneller Fahrt schlecht, ist aber nicht unbedingt verboten; die entsprechende Schalterposition ist daher auch nicht gesperrt. Ein Fahrer, der daher aus einer Vorwärtsfahrt heraus trotz hektischer Warnung von der Systemsteuerung direkt den Übergang der Schaltung nach Neutral erzwingen will, signalisiert dem System einen Notfall. Das System muss dann zwar nicht unbedingt ein selbstmörderisches oder zerstörerisches Programm abwickeln, muss aber schnellstmöglich, auch unter Nichtbeachtung der Lebensdauer des Systems den nächst sinnvollen Zustand erreichen. Ein braves, ökonomisch sinnvolles Verhalten oder ein – weil als „ungeeignet” eingestuft – vorgesehenes Ignorieren des Fahrerwunsches wäre hier schlichtweg kontraproduktiv.Switching to neutral is z. B. bad at high speeds, but is not necessarily prohibited; the corresponding switch position is therefore not locked. A driver who therefore wants to force the transition of the circuit to neutral directly from a forward drive despite hectic warning from the system control, signals the system an emergency. Although not necessarily a suicidal or destructive program, the system must reach the next reasonable state as soon as possible, even if the system does not live up to its expectations. A good, economically meaningful behavior or - because classified as "unsuitable" - intended ignoring the driver's wish would be simply counterproductive here.
Der Fahrer würde beim Einsatz eines normalen Fahrschalters nach einer Fehlbedienung normalerweise erst durch das veränderte, falsche oder auch gefährliche Verhalten des Systems (des Fahrzeugs) erfahren, dass eine Fehlbedienung vorliegt. Er muss dann diesen Zustand entweder direkt oder über eine Signalgebung aber selbst erst wahrnehmen, muss seine Entscheidungen treffen und kann erst dann reagieren (hier sind angelernte Reflexe zwar beschleunigend, ändern aber am Gesamtablauf nichts Wesentliches).The driver would normally find out from the changed, wrong or even dangerous behavior of the system (of the vehicle) that a faulty operation has occurred when using a normal travel switch after an incorrect operation. He then has to perceive this state either directly or via a signal but first, has to make his decisions and can only then react (here are learned reflexes but accelerating, but do not change anything essential to the overall process).
Der Einsatz von erfindungsgemäß veränderten Bedienelementen als Fahrschalter und der Einsatz eines erfindungsgemäß modifizierten Regelkreises würde unmittelbar, noch während des laufenden Betätigungsversuchs durch eine zusätzliche haptische Informationsrückkopplung dem Fahrer signalisieren, dass aus der von ihm eingeleiteten Bedienung heraus eine Sondersituation eintreten wird.The use of modified according to the invention controls as a driving switch and the use of a modified control loop would signal directly to the driver during the ongoing actuation attempt by an additional haptic information feedback that will emerge from the operation initiated by him out a special situation.
Da der haptische Sensorkanal des Nutzers durch den zuvor hergestellten Kontakt zu dem Bedienelement bereits offen ist, besteht zudem eine Vorabsensibilisierung. Der Fahrer kann also durch die so zugeführte Information schnell, noch bevor das eventuell gefährliche Geschehen wirklich begonnen hat, schon wahrnehmen, dass „etwas nicht stimmt”. Das kann ihn gewissermaßen auf das unmittelbar anschließend zu erwartende Geschehen (vielleicht nur Bruchteile von Sekunden, die aber eben u. U. einen entscheidenden Zeitvorsprung gegenüber dem bisherigen Stand der Technik bieten können) vorbereiten. Durch die u. U. so erzeugte, höhere Aufmerksamkeit kann ihn das sensibilisieren. Eine sogenannte Schrecksekunde (oder eben die vom Menschen induzierte Regelkreis-Totzeit) kann sich dadurch wesentlich verkürzen.Since the haptic sensor channel of the user is already open due to the previously established contact with the control element, there is also a presensitization. The driver can thus perceive by the information so quickly, even before the potentially dangerous event has actually begun, already perceive that "something is not right". In a sense, this can prepare him for what is to happen immediately afterwards (perhaps only fractions of a second, but which may, under certain circumstances, provide a decisive time advantage over the current state of the art). By the u. The higher attention that may be generated by it may sensitize him. A so-called shock second (or just the human-induced loop dead time) can be significantly shortened.
Betätigt der Fahrer den Schalter in eine nicht erlaubte Richtung, dann können die zugehörigen Signalisierungsformen für eine entsprechende, haptische Rückkopplung geeignet ausgestaltet werden, der Widerstand des Schalters kann sehr hoch gelegt werden und evtl. können zusätzliche Warnsignale (auch solche, die nicht über die haptische Kontrolle des Bedienelementes laufen) zusätzlich genutzt werden.If the driver actuates the switch in an unauthorized direction, then the associated forms of signaling for a corresponding, haptic feedback can be made suitable, the resistance of the switch can be set very high and possibly additional warning signals (even those that are not on the haptic Control of the control element run) can be additionally used.
Die Ausgestaltung kann zudem so sein, dass die Verantwortung der Nutzung nicht aus der Hand des Nutzers genommen wird. Die erfindungsgemäßen Modifikationen der Schalteranordnung und des jeweiligen Regelkreises erlauben aber gerade dies besser auszugestalten, als dies auf dem bisherigen Stand der Technik bisher möglich ist. Dass damit Verkaufsargumente verbunden sein können, braucht nicht erwähnt zu werden.The design can also be such that the responsibility of use is not taken out of the hands of the user. The modifications of the switch arrangement and the respective control circuit according to the invention, however, make it possible to design this better than has hitherto been possible in the prior art. There is no need to mention that this can be associated with sales arguments.
Während im Stand der Technik der sensorisch erfasste Zustand des Fahrzeugs für den Menschen geeignet aufbereitet und dargestellt wird, er also erst dann von und über die Wirkung, z. B. von der bereits eingesetzten Aktivierung des Antiblockiersystems erfährt, wird im erfindungsgemäß geänderten Regelkreis der Fahrer über erfindungsgemäß konstruierte Bedienelemente vorausschauend von einer Fehlbedienung informiert.While in the prior art, the sensory detected state of the vehicle is prepared and displayed suitable for humans, so it is only then from and about the effect, eg. B. learns from the already used activation of the anti-lock braking system, the driver is informed about inventively designed controls forward-looking from a faulty operation in accordance with the invention changed control loop.
Ein weiteres Beispiel soll dies noch einmal darstellen: Mittels diverser Sensoren kann eine Systemsteuerung eines Fahrzeugs Informationen auch aus der direkten Umgebung (also nicht nur systeminterne Parameter) des KFZs aufnehmen, diese verarbeiten und sodann über eines der aktuell verwendeten Bedienelemente an den Fahrer mittels zusätzlicher haptischer Rückkopplung weiterleiten. So sind z. B. Techniken bekannt, mit denen die Systemsteuerungen eines KFZs, auch z. B. eine Getriebesteuerung, die Eigenschaften des Kontakts zwischen Straße und Reifen erfassen können, z. B. indem der Reibkoeffizient der Kontaktstelle Reifen-Straßenoberfläche bestimmt wird.Another example is to illustrate this again: Using various sensors, a system control of a vehicle information from the immediate environment (ie not only intrinsic parameters) of the car record, process them and then via one of the currently used controls to the driver by means of additional haptic Forward feedback. So z. As techniques known with which the system controls a motor vehicle, including z. As a transmission control that can detect properties of the contact between road and tire, z. B. by the friction coefficient of the contact point tire road surface is determined.
Kommt das Fahrzeug nun z. B. während der Fahrt in eine nicht vorhersehbare gefährliche Fahrsituation, z. B. durch nasse oder vereiste Straßen, so droht u. U. eine schnell einsetzende Gefahrensituation. Der Übergang von einer Situation mit gerade noch gut greifenden Reifen zu einer neuen Situation mit glatter Straße und/oder der Möglichkeit eines Aquaplanings, kann recht schnell erfolgen. Der Fahrer, der diese neue Situation u. U. noch gar nicht erfasst hat, betätigt dadurch evtl. das Gaspedal – gerade noch auf fast sicherem Grund – über ein dann plötzlich unvernünftiges Maß hinaus, oder will in dieser Situation in einen ungeeigneten Getriebegang wechseln.Does the vehicle now z. B. while driving in an unpredictable dangerous driving situation, eg. B. by wet or icy roads, so threatening u. U. a rapidly occurring danger situation. The transition from a situation with just good tires to a new smooth road situation and / or the possibility of aquaplaning can be quite fast. The driver who has this new situation u. U. has not yet detected, thereby possibly pressed the accelerator pedal - just on almost sure reason - over a suddenly unreasonable degree addition, or wants to change in this situation in an unsuitable transmission gear.
Ein Fahrer der nach einer entsprechenden Betätigung von seiner Fehlbedienung erst durch ein spürbar nicht mehr zu beherrschendes Verhalten des Fahrzeugs erfährt, schwebt u. U. in akuter Gefahr. Er kann aber mit seinen Fähigkeiten – einfach auf Grund der menschlichen Unzulänglichkeiten und der von ihm verursachten Totzeiten, die er in den Regelkreis einbringt – die Regelkreiskette (Mensch-Eingabeelemente-System(hier das KFZ)-Ausgabeelemente-Mensch) in einem solchen Fall nicht mehr wirklich beherrschen. Vermittelt ihm erfindungsgemäß die Systemsteuerung noch während der aktuell laufenden Betätigung des Bedienelements (Fahrschalter, Fahrpedal, Bremspedal, usw.), dass die von ihm vorgesehene Betätigung nicht nur unerwünscht, sondern gefährlich ist, dann weiß der Fahrer – noch bevor das Fahrzeug „Wirkung zeigt”, dass „etwas nicht stimmt”.A driver who learns after a corresponding operation of his incorrect operation only by a noticeably uncontrollable behavior of the vehicle, floats u. U. in acute danger. However, in such a case he can not with his abilities - simply due to the human inadequacies and the dead times that he causes in the loop - the control loop chain (human-input elements system (here the car) -ausgabenelemente-Mensch) in such a case really master more. Gives him according to the invention, the system control even while the current operation of the control element (control switch, accelerator, brake pedal, etc.) that the operation provided by him not only undesirable, but dangerous, then the driver knows - even before the vehicle "effect "That" something is not right ".
Die Informationsweitergabe über das Fahrpedal kann z. B. durch eine starke, pulsartige oder stoßartige Anregung des Fahrpedals und/oder durch einen zusätzlichen hohen Widerstand gegen die weitere Betätigung erfolgen. Die Reaktionen des Fahrschalters sind vergleichbar ablehnend zu realisieren. Das soll und kann derart geschehen, dass der Fahrer gewissermaßen „erlebt”, dass das Fahrzeug ihn zur Rücknahme des geäußerten Fahrerwunsches auffordert.The information transfer via the accelerator pedal can, for. B. by a strong, pulse-like or jerky excitation of the accelerator pedal and / or done by an additional high resistance to further actuation. The reactions of the driver are comparable to realize rejecting. This should and can be done in such a way that the driver, so to speak, "experiences" that the vehicle asks him to cancel the expressed driver's request.
Vergleichbar kann diese Information auch über das Bremspedal vermittelt werden. Das ist z. B. sinnvoll, weil zum ersten ein durch den Schreck verursachter Wechsel des Fußes vom Fahrpedalauf das Bremspedal die haptische Informationsweitergabe unterbrechen würde, zum anderen aber auch, weil ein zu starkes Bremsen in dieser Situation einen ebenfalls gefährlichen Effekt haben könnte; die vorausschauende Warnung mittels haptischer Rückkopplung direkt über das jeweilige Bedienelement macht also auch hier durchaus Sinn. Zwar würde beim Bremsen u. U. das ABS-System als Sicherheitsmaßnahme aktiviert werden, was ja ebenfalls mit einer evtl. haptischen Rückkopplung auf den Fahrer (ratterndes Pedal) verbunden sein kann; diese Information zeigt aber auf dem Stand der Technik nur ein bereits ablaufendes Geschehen.Similarly, this information can also be conveyed via the brake pedal. This is z. B. useful, because for the first caused by the shock change of the foot of the accelerator pedal to the brake pedal would interrupt the haptic information dissemination, on the other hand, because too strong braking in this situation could also have a dangerous effect; the predictive warning by haptic feedback directly via the respective control element makes sense here as well. While braking u. U. the ABS system can be activated as a safety measure, which may also be connected to a possibly haptic feedback to the driver (rattling pedal); However, this information shows in the state of the art only an already running events.
Durch eine erfindungsgemäß vorrauschauend gegebene Rückkopplung mit Information zu einem erst noch zu erwartenden Geschehen, und das zu einem Zeitpunkt an dem das Fahrzeug noch keine Reaktion auf eine Fehlbedienung zeigt, kann die Reaktion des Fahrers unmittelbar nach Kenntnisnahme einer derartigen haptischen Rückkopplung zumindest bereits eingeleitet werden. Er kann und wird dann einfach anders und schneller reagieren.By an inventively provided vorrauschauend feedback with information on a yet to be expected events, and at a time when the vehicle is still no reaction to a faulty operation, the driver's reaction can be initiated immediately after taking note of such a haptic feedback at least already. He can and will then react differently and faster.
Durch die erfindungsgemäßen Modifikationen erhält ein Bedienelement eines komplexen Systems (in einem KFZ also das Gaspedal, das Fahrpedal, das Lenkrad, der Fahrschalter, usw.) eine über den Stand der Technik weit hinausgehende zusätzliche Bedeutung als Mensch-Maschine-Schnittstelle. Die Bedienung einer Regelkreisanordnung bei der Nutzung eines komplexen Systems durch den Menschen, der selbst Teil des Regelkreises ist, wird durch Einsatz der erfindungsgemäß modifizierten Bedienelemente und einer so möglichen, vorausschauenden Einschätzung der Folgen bzw. durch eine Begleitung der Bedienungsvorgänge mit vorausschauender Informationsbereitstellung sicherer.Due to the modifications according to the invention receives an operating element of a complex system (in a car so the gas pedal, the accelerator pedal, the steering wheel, the driving switch, etc.) beyond the state of the art additional significance as a human-machine interface. The operation of a control loop in the use of a complex system by humans, which is itself part of the control loop is safer by using the invention modified controls and a possible, predictive assessment of the consequences or by accompanying the operations with predictive information provision.
Übersicht der verwendeten Abkürzungen:
- ABS
- = Antiblockiersystem
- KFZ
- = Kraftfahrzeug
- MMI
- = Mensch-Maschine-Interface bzw. Mensch-Maschine-Schnittstelle
- SECTION
- = Anti-lock system
- motor vehicle
- = Motor vehicle
- MMI
- = Human-machine interface or human-machine interface
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012007388A1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-17 | Gm Global Technology Operations, Llc | A warning system with a vehicle warning signal generator and a method for warning occupants of a vehicle |
DE102014019124A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Audi Ag | Vehicle and method for operating such a vehicle |
DE102017217578A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Ford Global Technologies, Llc | A method of operating a brake pedal unit of a vehicle, with feedback to an operator of the brake pedal unit, and brake pedal unit |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10041178A1 (en) * | 2000-08-23 | 2002-03-07 | Volkswagen Ag | Operating device for controling motor vehicle has tactile feedback actuators working in all degrees of freedom for tactile signaling of when boundary conditions are reached or approached |
EP1666337B1 (en) * | 2004-12-02 | 2008-02-20 | Ford Global Technologies, LLC | Tactile signalling means |
-
2010
- 2010-07-29 DE DE201010032772 patent/DE102010032772A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10041178A1 (en) * | 2000-08-23 | 2002-03-07 | Volkswagen Ag | Operating device for controling motor vehicle has tactile feedback actuators working in all degrees of freedom for tactile signaling of when boundary conditions are reached or approached |
EP1666337B1 (en) * | 2004-12-02 | 2008-02-20 | Ford Global Technologies, LLC | Tactile signalling means |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012007388A1 (en) * | 2012-04-11 | 2013-10-17 | Gm Global Technology Operations, Llc | A warning system with a vehicle warning signal generator and a method for warning occupants of a vehicle |
DE102014019124A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Audi Ag | Vehicle and method for operating such a vehicle |
DE102017217578A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Ford Global Technologies, Llc | A method of operating a brake pedal unit of a vehicle, with feedback to an operator of the brake pedal unit, and brake pedal unit |
US10576887B2 (en) | 2017-10-04 | 2020-03-03 | Ford Global Technologies, Llc | Feedback operation of a vehicle brake pedal |
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