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Die Erfindung betrifft eine Anzeige- und Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Menüs mit einer Vielzahl von auswählbaren Menüobjekten, mit einer Sensoreinrichtung, welche einen dreidimensionalen Erfassungsraum aufweist und Sensordaten zu dem Erfassungsraum bereitstellt, und mit einer Steuereinrichtung, die anhand der Sensordaten ein in dem Erfassungsraum befindliches Betätigungselement, insbesondere ein Körperteil einer Bedienperson, detektiert und abhängig von der Detektion die Anzeigeeinrichtung ansteuert. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Anzeige- und Bedienvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeigeeinrichtung in einem Kraftfahrzeug.
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Anzeige- und Bedienvorrichtungen für Kraftfahrzeuge sind bereits aus dem Stand der Technik in vielfältiger Ausgestaltung bekannt. So werden beispielsweise Touch-Displays eingesetzt, welche einerseits zur optischen Anzeige von Informationen dienen und andererseits auch als Eingabeeinrichtungen fungieren, welche zum Empfangen von Eingaben einer Bedienperson ausgebildet sind. Auf einem Touch-Display können bekanntlich eine Vielzahl von Menüeinträgen bzw. Menüobjekten angezeigt werden, welche durch die Bedienperson einzeln ausgewählt werden können, um beispielsweise zu einem Untermenü gelangen zu können. Dazu braucht die Bedienperson lediglich das Display an der Stelle des angezeigten Menüeintrags zu berühren, und die Anzeige wechselt dann direkt zu dem ausgewählten Untermenü.
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In Verbindung mit einem derartigen Touch-Display ist es des Weiteren Stand der Technik, den dreidimensionalen Raum unmittelbar vor der Oberfläche des Touch-Displays in mehrere voneinander verschiedene bzw. separat zueinander ausgebildete Teilraumbereiche aufzuteilen und mittels einer entsprechenden Sensoreinrichtung zu detektieren, ob sich ein Körperteil - insbesondere ein Finger - der Bedienperson in einem der Teilraumbereiche befindet. Abhängig von dem Teilraumbereich, in welchem sich der Finger befindet, kann dann die Anzeige auf dem Display entsprechend gesteuert werden. Eine derartige Bedienvorrichtung ist beispielsweise aus dem Dokument
DE 10 2009 039 114 A1 als bekannt zu entnehmen. Hier werden auf dem Display grafische Objekte angezeigt, denen jeweils ein vorbestimmtes, weiteres grafisches Objekt zugeordnet ist, welches in einem Speicher abgelegt ist. Diese zusätzlichen Objekte können in Abhängigkeit davon zusätzlich zu den bereits angezeigten Objekten dargestellt bzw. eingeblendet werden, ob sich in einem der Teilraumbereiche der Finger der Bedienperson befindet.
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Eine entsprechende Anzeige- und Bedienvorrichtung mit einem Touch-Display ist außerdem aus der Druckschrift
DE 10 2007 005 027 A1 bekannt. Auch bei dieser Anzeige- und Bedienvorrichtung werden vor der Oberfläche des Touch-Displays eine Vielzahl von Teilräumen definiert, und mithilfe einer Sensoreinrichtung wird überprüft, ob sich ein Körperteil der Bedienperson in einem dieser Teilräume befindet. Abhängig von dieser Detektion wird dann das Touch-Display angesteuert.
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Die
DE 10 2006 037 154 A1 beschreibt ein Navigationsgerät mit einer Anzeigevorrichtung und einer Sensoreinheit, welche die aktuelle Position eines Körperteils relativ zu der Anzeigevorrichtung ermittelt. Die Darstellung von Navigationsinformationen bzw. Kartenausschnitten wird dann in Abhängigkeit von der ermittelten Position des Körperteils angepasst. Dabei wird der Raum vor der Anzeigevorrichtung in Richtung senkrecht zu deren Oberfläche in eine Vielzahl von Raumzonen unterteilt, welche jeweils einer anderen Funktion bzw. Aktion zugeordnet sind. Ein Zoomen findet beispielsweise so lange statt, wie sich der Finger in einer der Zonen befindet. Der inneren Zone, d.h. der dem Display am nächsten liegenden Zone, ist keine Aktion zugewiesen, um zu ermöglichen, dass eine Bedienhandlung bzw. eine entsprechende Eingabe an dem Touch-Display vorgenommen werden kann, ohne dass sich die Darstellung der Navigationsinformationen verändert.
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Die
EP 2 441 635 A1 offenbart ein System zur Projektion von Projektionen auf eine Projektionsoberfläche innerhalb eines Fahrgastinnenraums eines Fahrzeugs.
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Die
DE 10 2008 050 803 A1 offenbart ein Verfahren zum Anzeige von Informationen in einem Fahrzeug, bei dem zumindest ein Objekt zur Wiedergabe einer Teilmenge einer Gesamtinformation mittels eines in einem Fahrzeug befindlichen Display.
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Die
US 2011/0063425 A1 offenbart ein System zur Unterstützung eines Nutzers in einem Fahrzeug bei Nutzung eines Fahrzeugsystems.
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Die
DE 10 2008 000 192 A1 offenbart eine Betätigungsvorrichtung, die ein Bild einer Hand eines Benutzers, der einen Bedienabschnitt bedient, auf ein Bedienmenübild überlagert.
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Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Anzeige- und Bedienvorrichtungen wird also üblicherweise ein Touch-Display und somit eine Anzeigeeinrichtung mit einer berührungssensitiven Oberfläche verwendet, um eines der angezeigten Menüobjekte des Menüs auswählen zu können. An einer derartigen, als Touch-Display ausgeführten Anzeigeeinrichtung ist jedoch als nachteilig der Umstand anzusehen, dass sie einerseits aufwändig aufgebaut und somit relativ teuer ist und andererseits auch eine intuitive Bedienung einer Vielzahl von Funktionen des Kraftfahrzeugs nicht gewährleistet ist. An die Bedienung der unterschiedlichen Funktionseinheiten eines Kraftfahrzeugs werden nämlich eine Vielzahl von Anforderungen gestellt. So soll die Bedienung beispielsweise nicht zu einer Ablenkung des Fahrers während der Fahrt führen, und der Fahrer soll sich stets auf die augenblickliche Straßensituation konzentrieren können. Insbesondere bei einem umfänglichen Menü mit einer Vielzahl von Menüobjekten soll daher stets eine intuitive Bedienung gewährleistet sein.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lösung aufzuzeigen, wie bei einer Anzeige- und Bedienvorrichtung der eingangs genannten Gattung eines der auswählbaren Menüobjekte ohne viel Aufwand und besonders intuitiv ausgewählt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anzeige- und Bedienvorrichtung, durch ein Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Anzeige- und Bedienvorrichtung ist für ein Kraftfahrzeug konzipiert und umfasst eine optische Anzeigeeinrichtung, eine Sensoreinrichtung sowie eine elektronische Steuereinrichtung. Die Anzeigeeinrichtung ist zum Anzeigen eines Menüs mit einer Vielzahl von auswählbaren Menüobjekten ausgebildet. Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgelegt, Sensordaten zu einem dreidimensionalen Erfassungsraum bereitzustellen. Die Steuereinrichtung kann anhand der Sensordaten ein in dem Erfassungsraum befindliches Betätigungselement, insbesondere ein Körperteil, einer Bedienperson detektieren und abhängig von der Detektion des Betätigungselements die Anzeigeeinrichtung ansteuern. Während einer Eingabe, die die Bedienperson durch Bewegen des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums vornimmt, kann die Steuereinrichtung anhand der Sensordaten bei einem Eintreten des Betätigungselements in den Erfassungsraum zunächst eine Anfangsposition des Betätigungselements in dem dreidimensionalen Erfassungsraum und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Eintreten zumindest eine weitere Position des Betätigungselements bestimmen. Aus der Anfangsposition und der weiteren Position wird dann ein Bewegungsvektor des Betätigungselements bestimmt, welcher zumindest die dreidimensionale Bewegungsrichtung des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums angibt. Abhängig von dem Bewegungsvektor wird dann eines der angezeigten Menüobjekte ausgewählt und beispielsweise ein zugeordnetes Untermenü angezeigt und/oder eine zugeordnete Funktionseinheit des Kraftfahrzeugs angesteuert.
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Die Erfindung geht somit den Weg, die Steuereinrichtung so auszugestalten, dass sie anhand der bereitgestellten Sensordaten der Sensoreinrichtung zumindest einen Bewegungsvektor des Betätigungselements bestimmt und abhängig von der Bewegungsrichtung des Betätigungselements eines der angezeigten Menüobjekte auswählt. Unter Verzicht auf ein Touch-Display bzw. auf eine Anzeigeeinrichtung mit einer berührungssensitiven Oberfläche kann somit die Auswahl eines der Menüobjekte auf eine besonders intuitive Art und Weise vorgenommen werden. Beispielsweise kann die Bedienperson ihren Finger einmal in Richtung des ausgewählten Menüobjekts bewegen, was mittels der Steuereinrichtung anhand der Sensordaten entsprechend detektiert werden kann. Einerseits braucht somit eine Oberfläche nicht berührt zu werden, wodurch eine sehr einfache und intuitive Bedienung ermöglicht wird; andererseits erübrigt sich auch der Einsatz eines Touch-Displays mit den damit verbundenen Nachteilen insbesondere hinsichtlich der Kosten. Die erfindungsgemäße Anzeige- und Bedienvorrichtung hat insbesondere den Vorteil, dass eine Vielzahl von Funktionen eines Infotainment-Systems des Kraftfahrzeugs bzw. eine Vielzahl von verschiedenen Funktionseinheiten des Kraftfahrzeugs besonders intuitiv und präzise auch durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient werden können, ohne dass die Aufmerksamkeit des Fahrers von der augenblicklichen Straßensituation abgelenkt wird. Der Fahrer kann sich somit weiterhin auf die aktuelle Verkehrssituation konzentrieren, während er gleichzeitig auch Eingaben durch entsprechendes Bewegen des Betätigungselements - beispielsweise seines Fingers - innerhalb des dreidimensionalen Erfassungsraums vornimmt. Die Bewegungsrichtung des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums wird dabei mittels der Steuereinrichtung detektiert und die Anzeigeeinrichtung entsprechend angesteuert.
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Erreicht also das Betätigungselement den dreidimensionalen Erfassungsraum, so wird die Anfangsposition bzw. der Anfangspunkt des Bewegungsvektors festgelegt. Nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls wird dann ein zweiter Punkt des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums detektiert. Der Bewegungsvektor ist dann durch eine Verbindung vom Anfangspunkt zum weiteren Punkt definiert und gibt mindestens die Bewegungsrichtung des Betätigungselements an. Dieser Vorgang der Vektorerfassung wird in einer Ausführungsform fortlaufend bzw. wiederholt durchgeführt: Die Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, wiederholt jeweils nach Ablauf des vorbestimmten Zeitintervalls die aktuelle Position des Betätigungselements in dem Erfassungsraum zu bestimmen. Dies bedeutet, dass die jeweils augenblickliche Position des Betätigungselements in dem dreidimensionalen Erfassungsraum in vorgegebenen Zeitabständen und somit mit einer vorgegebenen Abtastfrequenz bestimmt wird. Die jeweils aktuelle Position ist dann beispielsweise durch drei Koordinatenwerte innerhalb des dreidimensionalen Erfassungsraums definiert. Zu jeweils zwei benachbarten Positionen kann dann ein derartiger Bewegungsvektor bestimmt werden, und aus den Bewegungsvektoren kann eine Trajektorie des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums ermittelt werden, wobei abhängig von dieser Trajektorie eines der Menüobjekte ausgewählt werden kann. Es erfolgt somit die Erfassung einer Bewegungsbahn bzw. eines Bewegungskorridors des Betätigungselements innerhalb des dreidimensionalen Erfassungsraums, um dann anhand dieser Trajektorie eines der angezeigten Menüobjekte auszuwählen und die Anzeigeeinrichtung entsprechend anzusteuern. Durch die Bestimmung der Bewegungstrajektorie des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums gelingt es einerseits, eines der angezeigten Menüobjekte besonders intuitiv auszuwählen, und zwar insbesondere auch dann, wenn die Anzeigeeinrichtung als dreidimensionales Display ausgeführt ist und die Menüobjekte als dreidimensionale Körper angezeigt werden. Andererseits können dadurch zusätzlich zu der Auswahl eines bestimmten Menüobjekts auch andere Eingaben intuitiv vorgenommen werden, über welche beispielsweise ein Parameter - zum Beispiel die Lautstärke und/oder eine Heizleistung - eingestellt und/oder eine Kartendarstellung eines Navigationsgeräts verändert wird.
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Als besonders vorteilhaft hat es sich dabei erwiesen, wenn eine grafische Darstellung der erfassten Trajektorie mittels der Anzeigeeinrichtung angezeigt wird. Diese Anzeige kann insbesondere in Echtzeit durchgeführt werden, sodass die grafische Darstellung der Trajektorie während der Bewegung des Betätigungselements fortlaufend und somit kontinuierlich vervollständig wird. Die angezeigte grafische Darstellung der Trajektorie stellt dann quasi eine sichtbare und virtuelle Spur des Betätigungselements dar. Mit anderen Worten wird die erfasste Trajektorie des Betätigungselements mittels der Anzeigeeinrichtung abgebildet. Auf diese Art und Weise wird der Bedienperson der Eindruck vermittelt, als würde sie das Betätigungselement zwischen den angezeigten Menüobjekten bewegen. Es wird somit eine besonders benutzerfreundliche und intuitive Auswahl eines der Menüobjekte ermöglicht, weil die Bedienperson das Betätigungselement beispielsweise so lange bewegen kann, bis die angezeigte grafische Darstellung der Trajektorie eines der angezeigten Menüobjekte erreicht bzw. trifft.
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Wie bereits ausgeführt, kann vorgesehen sein, dass dasjenige Menüobjekt des Menüs ausgewählt wird, bei welchem die mittels der Anzeigeeinrichtung dargestellte Trajektorie endet bzw. auf welches das Ende der Trajektorie trifft. Somit ist die Auswahl eines der angezeigten Menüobjekte ohne viel Aufwand möglich.
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Prinzipiell kann die Anzeigeeinrichtung als herkömmliches zweidimensionales Display - beispielsweise ein LCD-Display - ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann sie auch als Head-Up-Display ausgeführt sein. Insbesondere in Verbindung mit der Erfassung der Bewegungstrajektorie des Betätigungselements und mit der grafischen Darstellung der Trajektorie erweist es sich jedoch als vorteilhaft, wenn die Anzeigeeinrichtung als dreidimensionale Anzeigeeinrichtung ausgebildet und dazu ausgelegt ist, die Menüobjekte als dreidimensionale Objekte bzw. dreidimensionale Körper anzuzeigen. Auch die angezeigte Darstellung der Trajektorie kann somit eine dreidimensionale Darstellung bzw. eine dreidimensionale Abbildung der tatsächlichen Bewegungstrajektorie des Betätigungselements sein. Auf diesem Wege kann der Bedienperson der Eindruck vermittelt werden, das Betätigungselement bewege sich innerhalb der dreidimensionalen Darstellung der Menüobjekte, wodurch eine besonders intuitive und ohne viel Aufwand vorzunehmende Auswahl eines der Menüobjekte ermöglicht wird.
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In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Anzeigeeinrichtung einen Projektor umfasst, der zum Projizieren der dreidimensionalen Menüobjekte als Menükörper in einen dreidimensionalen Anzeigeraum ausgebildet ist. Ein derartiger Raumbildprojektor kann beispielsweise als holografischer Projektor oder ein Volumen-Display ausgebildet sein. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen dreidimensionalen Anzeigeeinrichtung, die eine räumliche Tiefe ausschließlich durch verschiedenste visuelle Effekte vortäuschen kann, kann mithilfe eines Raumbildprojektors ein echtes dreidimensionales Menübild wiedergegeben werden, welches grundsätzlich von allen Seiten betrachtet werden kann.
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Dabei kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass der Anzeigeraum, in welchem das dreidimensionale Menü dargestellt wird, separat zum Erfassungsraum der Sensoreinrichtung ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass der Anzeigeraum räumlich getrennt von dem Erfassungsraum angeordnet ist, was sich insbesondere hinsichtlich der Integration des Projektors in die vorhandenen Verkleidungsteile im Innenraum des Kraftfahrzeugs als vorteilhaft erweist.
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So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Anzeigeraum innerhalb einer in einem Armaturenbrett des Kraftfahrzeugs - beispielsweise in der Mittelkonsole - ausgebildeten Aussparung, insbesondere hinter einer transparenten Scheibe, angeordnet ist. Somit kann der Projektor bzw. der Anzeigeraum vor äußeren Einflüssen zuverlässig geschützt werden, und es wird auch vermieden, dass Gegenstände auf dem Projektor abgelegt werden, die dann gegebenenfalls die Erzeugung der dreidimensionalen Anzeige verhindern könnten. Der Anzeigeraum kann nämlich hinter der transparenten Scheibe verdeckt angeordnet sein und kann somit vom Innenraum des Kraftfahrzeugs her betrachtet werden.
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Die Anzeigeeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, die dreidimensionalen Menüobjekte in drei Raumrichtungen des Anzeigeraums verteilt angeordnet anzuzeigen. Dann kann die Steuereinrichtung abhängig von dem Bewegungsvektor, insbesondere abhängig von der gesamten Trajektorie, zumindest eine der folgenden Aktionen ausführen: Sie kann abhängig von dem Bewegungsvektor zumindest ein Menüobjekt innerhalb des Anzeigeraums verschieben. Ergänzend oder alternativ kann zumindest ein Menüobjekt aus dem Anzeigeraum ausgeblendet werden. Weiterhin ergänzend oder alternativ ist es auch möglich, abhängig von dem Bewegungsvektor zumindest ein Menüobjekt zu vergrößern, sodass auf dieses Menüobjekt quasi eingezoomt wird. Verläuft die angezeigte Darstellung der Trajektorie beispielsweise zwischen mehreren Menüobjekten in Richtung zu einem tiefer gelegenen Menüobjekt hin, etwa in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne, so können diejenigen Menüobjekte, an denen die angezeigte Trajektoriendarstellung bereits vorbeigekommen ist, aus dem Anzeigeraum ausgeblendet werden. Gleichzeitig kann dasjenige Menüobjekt, auf welches sich die Trajektorie zu bewegt, fortlaufend mit der Bewegung des Betätigungselements vergrößert dargestellt werden. Somit wird die Auswahl eines der Menüobjekte weiterhin erleichtert, weil die zur Auswahl in Betracht kommenden Menüobjekte größer dargestellt werden.
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Zusätzlich zu der dreidimensionalen Bewegungsrichtung kann der Bewegungsvektor auch eine Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungselements angeben. Diese Bewegungsgeschwindigkeit ist nämlich mit der Länge des ermittelten Bewegungsvektors korreliert und kann aus der Vektorlänge einerseits und dem vorbestimmten Zeitintervall bzw. der Abtastfrequenz andererseits errechnet werden. Die Steuereinrichtung kann abhängig von dieser Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungselements eine dem ausgewählten Menüobjekt zugeordnete Funktionskomponente des Kraftfahrzeugs ansteuern. Diese Ausführungsform kann beispielsweise derart umgesetzt werden, dass ein Menüobjekt zum Beispiel einer Sitzheizung als Funktionskomponente zugeordnet wird und nach Auswahl dieses Menüobjekts die Sitzheizung in Abhängigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungselements angesteuert wird. Eine moderate Bewegungsgeschwindigkeit kann dabei beispielsweise zu einem Einschalten der Sitzheizung oder, falls diese bereits aktiviert ist, zu einer Reduktion der Heizleistung um eine Stufe führen. Wird das Betätigungselement jedoch mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt, kann die Sitzheizung beispielsweise vollständig deaktiviert werden. Ein weiteres Menüobjekt kann zum Beispiel einer Audioanlage des Fahrzeugs als Funktionskomponente zugeordnet sein, und abhängig von der Geschwindigkeit kann zum Beispiel die Lautstärke der Audioanlage gesteuert werden.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung dazu ausgelegt ist, die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen einer - insbesondere dreidimensionalen - drehbaren Menürolle bzw. einer Menütrommel als Menü anzusteuern, deren Außenumfang in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt ist, welche jeweils einem Menüobjekt entsprechen. Dann kann die Steuereinrichtung abhängig von dem Bewegungsvektor, und insbesondere abhängig von der Trajektorie des Betätigungselements die angezeigte Menürolle drehen. Die Darstellung einer solchen Menütrommel erweist sich insbesondere dann als vorteilhaft, wenn in Tiefenrichtung des Anzeigeraums relativ wenig Bauraum zur Verfügung steht und das Menü eine relativ große Anzahl von Menüobjekten bzw. Menüeinträgen beinhaltet. Diese Menüobjekte lassen sich dann in die gemeinsame Menürolle „integrieren“, wobei zu einem bestimmten Zeitpunkt ausschließlich diejenigen Menüobjekte erkennbar angezeigt werden, die sich an der der Bedienperson zugewandten Seite der Menürolle befinden. Die an der gegenüberliegenden Seite befindlichen Menüobjekte können hingegen nach einer entsprechenden Drehung der Rolle dargestellt werden, wenn die Bedienperson eine entsprechende Eingabe durch Bewegen des Betätigungselements vornimmt. Zum Drehen der Menürolle - diese kann beispielsweise um eine horizontale Drehachse, insbesondere um die Fahrzeugquerachse, gedreht werden - kann das Betätigungselement zunächst beispielsweise in Richtung zur Menürolle hin (etwa in Fahrzeuglängsrichtung) und dann senkrecht zur Drehachse der Rolle (etwa in Fahrzeughochrichtung) nach unten oder nach oben bewegt werden, nämlich je nachdem, in welche Richtung die Menürolle gedreht werden soll. Mit anderen Worten kann mit dem Betätigungselement eine „Wischbewegung“ vor der Menürolle von oben nach unten oder in die entgegen gesetzte Richtung vorgenommen werden, woraufhin die Menürolle angestoßen wird und sich dann in die gewünschte Richtung dreht. Die Drehgeschwindigkeit kann dabei abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit des Betätigungselements und somit abhängig von der Vektorlänge des Bewegungsvektors eingestellt werden.
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Hinsichtlich der Ausgestaltung der Sensoreinrichtung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn diese zumindest eine Kamera umfasst, sodass die Sensordaten von der zumindest einen Kamera bereitgestellte Bilddaten umfassen. Die Steuereinrichtung kann dann die bereitgestellten Bilder der Kamera verarbeiten und in diesen Bildern das Betätigungselement identifizieren und dann über die Sequenz von Bildern hinweg verfolgen. Als Kamera kann beispielsweise eine 3D-Kamera bzw. eine Stereo-Kamera verwendet werden. Es ist aber auch möglich, mehrere, auch herkömmliche Kameras einzusetzen, welche jeweils Bilddaten zu dem Erfassungsraum bereitstellen.
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Ergänzend oder alternativ kann die Sensoreinrichtung auch zumindest einen kapazitiven Sensor und/oder zumindest einen Ultraschallsensor und/oder zumindest einen Radarsensor umfassen.
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Das genannte Zeitintervall ist bevorzugt kleiner als 100 ms, insbesondere kleiner als 40 ms, sodass die Erfassung der aktuellen Position des Betätigungselements innerhalb des dreidimensionalen Erfassungsraums in Zeitabständen kleiner als 100 ms, insbesondere kleiner als 40 ms, vorgenommen wird. Ein solches Zeitintervall ermöglicht einerseits eine sehr präzise Erfassung der Bewegungstrajektorie des Betätigungselements und sorgt andererseits auch dafür, dass die optional angezeigte grafische Darstellung der Trajektorie sehr flüssig bzw. stetig und ohne wahrnehmbare Sprünge bereitgestellt werden kann.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftwagen, umfasst eine erfindungsgemäße Anzeige- und Bedienvorrichtung.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Anzeigeeinrichtung in einem Kraftfahrzeug, mittels welcher ein Menü mit einer Vielzahl von auswählbaren Menüobjekten angezeigt wird, wobei mittels einer Sensoreinrichtung, die einen dreidimensionalen Erfassungsraum aufweist, Sensordaten zu dem Erfassungsraum bereitgestellt werden und mittels einer Steuereinrichtung ein in dem Erfassungsraum befindliches Betätigungselement einer Bedienperson anhand der Sensordaten detektiert wird und abhängig von der Detektion die Anzeigeeinrichtung angesteuert wird, und wobei anhand der Sensordaten während einer Eingabe, die die Bedienperson durch Bewegen des Betätigungselements innerhalb des Erfassungsraums vornimmt, die Steuereinrichtung eine Anfangsposition des Betätigungselements bei einem Eintreten des Betätigungselements in den Erfassungsraum und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem Eintreten zumindest eine weitere Position des Betätigungselements bestimmt, aus der Anfangsposition und der weiteren Position einen Bewegungsvektor des Betätigungselements ermittelt, der eine dreidimensionale Bewegungsrichtung des Betätigungselements angibt, und abhängig von dem Bewegungsvektor eines der angezeigten Menüobjekte auswählt.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Anzeige- und Bedienvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Alle vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder aber in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand einzelner bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung einen Frontbereich eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ein Blockdiagramm einer Anzeige- und Bedienvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
- 3 in schematischer Darstellung einen dreidimensionalen Anzeigeraum, wobei ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird;
- 4 in schematischer Darstellung einen dreidimensionalen Erfassungsraum einer Sensoreinrichtung, wobei ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform näher erläutert wird; und
- 5 und 6 in schematischer Darstellung den Anzeigeraum einerseits und den Erfassungsraum andererseits, wobei ein Verfahren gemäß einer weiteren Ausführungsform erläutert wird.
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Bezug nehmend auf 1 beinhaltet ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 1 einen Innenraum 2, dessen Frontbereich in 1 schematisch dargestellt ist. Auf einer Fahrerseite befindet sich in an sich bekannter Weise ein Lenkrad 3, welches zwischen einer Windschutzscheibe 4 und einem nicht dargestellten Fahrersitz angeordnet ist und zur Lenkung der vorderen Räder des Kraftfahrzeugs 1 dient. Zwischen der Windschutzscheibe 4 einerseits und dem Lenkrad 3 andererseits ist ein Armaturenbrett 5 angeordnet, das sich in Fahrzeugquerrichtung über die gesamte Breite des Innenraums 2 erstreckt und zu welchem eine Mittelkonsole 6 gehört. Die Mittelkonsole 6 befindet sich mittig zwischen dem Fahrersitz und dem Beifahrersitz.
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Zur Steuerung unterschiedlicher Funktionseinheiten bzw. -einrichtungen des Kraftfahrzeugs 1 ist eine Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 vorgesehen, welche eine Sensoreinrichtung 8, eine Anzeigeeinrichtung 9 sowie eine in 1 nicht näher dargestellte elektronische Steuereinrichtung umfasst. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen digitalen Signalprozessor und/oder einen Mikrocontroller umfassen.
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Die Sensoreinrichtung 8 beinhaltet im Ausführungsbeispiel eine 3D-Kamera 10, welche Sensordaten zu einem dreidimensionalen Erfassungsraum 11 bereitstellt, der bevorzugt unmittelbar vor der Anzeigeeinrichtung 9 angeordnet ist. Der dreidimensionale Erfassungsraum 11 kann beispielsweise ein vorgegebener Raumbereich mit einer vordefinierten Größe sein.
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Optional können selbstverständlich auch weitere Kameras 10 eingesetzt werden, und es ist auch möglich, ergänzend oder alternativ zur Kamera 10 auch andere Sensoren einzusetzen, wie beispielsweise kapazitive Sensoren und/oder Ultraschallsensoren und/oder Radarsensoren.
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Prinzipiell kann die Anzeigeeinrichtung 9 in Form eines herkömmlichen zweidimensionalen Displays bereitgestellt sein, wie es bei heutigen Kraftfahrzeugen üblicherweise in die Mittelkonsole 6 integriert wird. Bevorzugt wird jedoch eine dreidimensionale Anzeigeeinrichtung 9 eingesetzt, die einen zur Raumbildprojektion ausgebildeten Projektor 12 umfasst, mittels welchem dreidimensionale Bilder in einen Anzeigeraum 13 projiziert werden können. Dabei ist die Anzeigeeinrichtung 9 in eine in der Mittelkonsole 6 ausgebildete Aussparung 14 integriert, nämlich derart, dass die Aussparung 14 den dreidimensionalen Anzeigeraum 13 begrenzt. Der Anzeigeraum 13 kann beispielsweise quaderförmig sein. Der Anzeigeraum 13 befindet sich dazu hinter einer transparenten Scheibe 15, mit welcher die Aussparung 14 von dem Innenraum 2 abgetrennt ist. Diese Scheibe 15 kann mit der restlichen Oberfläche des Armaturenbretts 5 bündig abschließen.
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Die genannte Steuereinrichtung empfängt die Sensordaten der Sensoreinrichtung 8 und verarbeitet selbige Sensordaten. In den aufgenommenen Bildern des Erfassungsraums 11 kann mittels der Steuereinrichtung ein Betätigungselement 16 detektiert werden, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch einen Finger 17 einer Bedienperson, beispielsweise des Fahrers oder des Beifahrers, gebildet ist.
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In 2 ist ein Blockdiagramm der Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 dargestellt. Die Sensoreinrichtung 8 ist mit der Steuereinrichtung gekoppelt, welche nun mit 18 bezeichnet ist. Die Steuereinrichtung 18 empfängt Sensordaten 19 von der Sensoreinrichtung 8. Außerdem steuert die Steuereinrichtung 18 die Anzeigeeinrichtung 9 unter Ausgabe entsprechender Steuersignale 20 an. Des Weiteren ist die Steuereinrichtung 18 mit einer Vielzahl von elektronischen Funktionseinheiten 21 des Kraftfahrzeugs 1 gekoppelt, welche beispielsweise ein Navigationsgerät, eine Audioanlage, eine (Sitz-)Heizung, eine Telefonanlage und dergleichen umfassen können.
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Bezug nehmend nun auf 3 wird in dem dreidimensionalen Anzeigeraum 13 ein Menü 22 mit einer Vielzahl von dreidimensionalen Menüobjekten 23 dargestellt. Die Menüobjekte 23 sind dreidimensionale Körper bzw. dreidimensionale Menüeinträge, welche in den Anzeigeraum 13 mittels des Projektors 12 projiziert werden und grundsätzlich eine beliebige geometrische Form aufweisen können. Sie können auch farblich und/oder mit einer zugeordneten Beschriftung angezeigt werden.
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Die Menüobjekte 23 sind innerhalb des Anzeigeraums 13 in drei verschiedenen Raumrichtungen x, y, z verteilt.
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Um eines der angezeigten Menüobjekte 23 auswählen zu können, bewegt die Bedienperson ihren Finger 17 in den dreidimensionalen Erfassungsraum 11 hinein, wie dies schematisch in 4 dargstellt ist. Die Steuereinrichtung 18 detektiert nun die Fingerspitze und bestimmt beim Eintreten der Fingerspitze in den Erfassungsraum 11 anhand der Sensordaten eine Anfangsposition 24 des Fingers 17 bzw. der Fingerspitze innerhalb des Erfassungsraums 11. Nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls, beispielsweise von 10 oder 20 oder 30 oder 40 ms, ermittelt die Steuereinrichtung 18 eine weitere Position 25 des Fingers 17. Es wird ein Bewegungsvektor 26 von der Anfangsposition 24 zur weiteren Position 25 gebildet, wobei dieser Bewegungsvektor 26 einerseits die dreidimensionale Bewegungsrichtung des Fingers 17 und andererseits auch die Bewegungsgeschwindigkeit angibt, welche mit der Länge des Bewegungsvektors 26 korreliert ist.
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Die Bedienperson bewegt dann ihren Finger 17 innerhalb des Erfassungsraums 11 entlang einer gewünschten Trajektorie 27, während die Steuereinrichtung 18 fortlaufend bzw. wiederholt in vorbestimmten Zeitabständen die jeweils augenblickliche Position des Fingers 17 ermittelt und jeweils nach Ablauf des genannten Zeitintervalls einen Bewegungsvektor 26 bestimmt. Die Bewegungsvektoren 26 ergeben dann die tatsächliche Trajektorie 27, die so in der Steuereinrichtung 18 bekannt ist.
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An dieser Stelle sei erwähnt, dass in 4 die Trajektorie 27 - gebildet durch die Bewegungsvektoren 26 - lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung angedeutet ist. Diese Trajektorie 27 wird rechentechnisch mittels der Steuereinrichtung 18 anhand der Sensordaten ermittelt.
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Gleichzeitig bzw. in Echtzeit wird die Anzeigeeinrichtung 9 mittels der Steuereinrichtung 18 dahingehend angesteuert, dass in dem Anzeigeraum 13 eine dreidimensionale Darstellung der Trajektorie 27' angezeigt wird. Die angezeigte Trajektorie 27' stellt somit eine Abbildung der tatsächlichen Trajektorie 27 dar und ermöglicht der Bedienperson eine sehr präzise und intuitive Auswahl eines der Menüobjekte 23. Die Auswahl eines der Menüobjekte 23 sieht folgendermaßen aus: Die Bedienperson bewegt ihren Finger 17 innerhalb des Erfassungsraums 11 entlang der gewünschten Trajektorie 27 so lange, bis die angezeigte Darstellung der Trajektorie 27' eines der Menüobjekte 23 erreicht bzw. trifft. In dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3 und 4 wird ein Menüobjekt 23' ausgewählt, das sich relativ tief im oberen Bereich des Anzeigeraums 13 befindet.
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Während der Bewegung des Fingers 17 innerhalb des Erfassungsraums 11 wird die Darstellung der Trajektorie 27' in dem Anzeigeraum 13 - wie bereits ausgeführt - in Echtzeit erzeugt. Dies bedeutet, dass diese angezeigte Trajektorie 27' fortlaufend mit der Fingerbewegung vervollständigt wird, sodass quasi eine virtuelle Spur des Fingers 17 innerhalb des Anzeigeraums 13 gebildet wird. Während dieser Fingerbewegung können diejenigen Menüobjekte 23, die sich in Tiefenrichtung z bereits vor dem freien Ende der angezeigten Trajektorie 27' befinden bzw. von denen sich die Trajektorie 27' bereits wegbewegt, aus dem Anzeigeraum 13 ausgeblendet werden. Gleichzeitig können diejenigen Menüobjekte 23, auf welche sich die Trajektorie 27' zu bewegt, fortlaufend bzw. stetig vergrößert werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann beispielsweise das Menüobjekt 23' stetig vergrößert werden.
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Optional kann auch vorgesehen sein, dass die Steuereinrichtung 18 anhand der Sensordaten 19 gleichzeitig zumindest zwei Betätigungselemente 16 - beispielsweise Finger unterschiedlicher Personen - detektiert und zu jedem Betätigungselement 16 die jeweilige Trajektorie 27 bestimmt. Somit können zwei Bedienpersonen gleichzeitig die Anzeige- und Bedienvorrichtung 7 bedienen.
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Die Menüobjekte 23 können verschiedene Funktionen aufweisen. Beispielsweise kann jedes Menüobjekt 23 jeweils einer Funktionseinheit 21 des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet sein, sodass nach Auswahl eines Menüobjekts 23 ein Untermenü angezeigt wird, mittels welchem die ausgewählte Funktionseinheit 21 gesteuert werden kann. Wird beispielsweise ein einer Audioanlage zugeordnetes Menüobjekt 23 ausgewählt, so kann im nächsten Untermenü eine Mehrzahl von Menüobjekten 23 angezeigt werden, welche jeweils einem anderen Album oder einem anderen Titel eines Albums zugeordnet sind.
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Ist eines der Menüobjekte 23 einer Funktionseinheit 21 zugeordnet, so kann diese Funktionseinheit 21 auch abhängig davon gesteuert werden, mit welcher Geschwindigkeit der Finger 17 innerhalb des Erfassungsraums 11 bewegt wird. Am Beispiel einer Sitzheizung kann dies so aussehen, dass ein „Anflug“ auf dieses Menüobjekt 23 mit einer moderaten Geschwindigkeit zum Einschalten der Sitzheizung oder - bei einer bereits eingeschalteten Sitzheizung - zur Reduktion der Heizleistung um eine Stufe führt. Ein relativ schnelles „Anfliegen“ auf das ausgewählte Menüobjekt 23 kann wiederum zur Ausschaltung der Sitzheizung führen.
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Ergänzend oder alternativ kann ein Menü 22 auch in Form einer drehbaren Menürolle 28 innerhalb des Anzeigeraums 13 angezeigt werden, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Die Menürolle 28 kann beispielsweise um die y-Achse und somit im Wesentlichen um die Fahrzeugquerachse gedreht werden. Der Außenumfang der Menürolle 28 ist in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Segmenten 29 unterteilt, die jeweils einem Menüobjekt 23 entsprechen. Jedes Segment 29 kann auch mit einer entsprechenden Beschriftung versehen werden. Wird beispielsweise eine Audioanlage gesteuert, so kann jedes Segment 29 die Bezeichnung eines bestimmten Albums oder aber eines Songtitels tragen.
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Möchte die Bedienperson nun die Menürolle 28 drehen, um sich auch die versteckten Menüobjekte 23 ansehen zu können, so bewegt die Bedienperson ihren Finger 17 gemäß 6 entlang einer Trajektorie 27 in den Erfassungsraum 11 hinein, wobei gleichzeitig auch die Darstellung der Trajektorie 27' in dem Anzeigeraum 13 gemäß 5 angezeigt wird. Wird dann der Finger 17 in Richtung nach unten bewegt, wie dies in 6 gezeigt ist, so wird die Menürolle 28 entsprechend nach unten gedreht. Wird der Finger 17 hingegen nach oben bewegt, dreht sich die Menürolle 28 nach oben. Die Geschwindigkeit der Rollendrehung kann auch abhängig von der Geschwindigkeit der Fingerbewegung eingestellt werden.
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Möchte die Bedienperson eines der Menüobjekte 23 bzw. eines der Segmente 29 auswählen, so wird der Finger 17 derart bewegt, dass die angezeigte Darstellung der Trajektorie 27' das entsprechende Segment 29 erreicht. Dann kann die angezeigte Menürolle 28 ausgeblendet und eine neue Menürolle 28 mit einem Untermenü angezeigt werden. Wird beispielsweise ein bestimmtes Album ausgewählt, so können die Segmente 29 bei der neuen Menürolle 28 mit Songtiteln des ausgewählten Albums beschriftet werden. Dann kann einer der angezeigten Songtitel ausgewählt werden.
