DE102014012193A1

DE102014012193A1 - Berührungslose Kraftfahrzeugbedienung

Info

Publication number: DE102014012193A1
Application number: DE102014012193.3A
Authority: DE
Inventors: Markus KLUG
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-08-16
Filing date: 2014-08-16
Publication date: 2016-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (10) mit einem an einer Bauteilhalterung (20) bewegbar gelagerten Bauteil (18), also z. B. einer in einem Türrahmen verschwenkbar gelagerten Fahrzeugtür. Eine Motoreinrichtung (34) ist dazu ausgelegt, das Bauteil (18) in Abhängigkeit von einem Steuersignal (S) bezüglich der Bauteilhalterung (20) zu bewegen. Die Bedienung des Kraftfahrzeugs (10) soll mit technisch geringem Aufwand vereinfacht werden. Eine Sensoreinrichtung (36) ist dazu ausgelegt, einen Abstandswert (D) eines Abstands des Bauteils (18) zu einem Objekt (30, 32), z. B. einer Hand (30), zu erfassen, und eine Regeleinrichtung (38) ist dazu ausgelegt, auf der Grundlage einer Abstandsregelung durch Erzeugen des Steuersignals (S) in Abhängigkeit von dem erfassten Abstandswert (D) den Abstand des Bauteils (18) zu dem Objekt (30, 32) auf einen vorbestimmten Sollabstandswert (D0) einzuregeln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem an einer Bauteilhalterung bewegbar gelagerten Bauteil, beispielsweise einer an einem Türrahmen schwenkbar gelagerten Fahrzeugtür. Das Kraftfahrzeug weist eine Motoreinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, das Bauteil in Abhängigkeit von einem Steuersignal bezüglich der Bauteilhalterung zu bewegen, also beispielsweise die Fahrzeugtür auf- und zuzuschwenken. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs.
Autotüren werden per Türöffner – mechanisch oder elektronisch – entriegelt und über manuellen Zug/Druck geöffnet und verschlossen. Diverse Modelle unterstützen das Zuziehen der Fahrertüren durch einen Servomotor, sowie das elektronische Entriegeln und Öffnen der Heckklappe eines Kofferraums via Gestenbedienung.
Da Türöffner an der Fahrzeugaußenseite liegen, können sie folgenden, für den Nutzer negativen Einflüssen unterliegen: Abnutzung, Verschmutzung, Temperatur und Kontaminierung. Zudem gestaltet sich durch die mechanische Eigenschaft der Autotür, also Reibung, Trägheit und Gewicht, das mechanische Öffnen mittels Türöffner, also Türgriff, für manche Personengruppen, wie beispielsweise Kinder oder ältere oder gebrechliche Leute und Behinderte, als schwierig. Des Weiteren beeinträchtigen Handschuhe als auch Gegenstände in den Händen, beispielsweise ein beim Einsteigen bedientes Mobiltelefon oder Tablet-PC oder eine getragene Einkaufstüte, den Bedienkomfort beim Ein- und Aussteigen.
Eine mittels Gestenbedienung motorisch zu öffnende Tür ist beispielsweise aus der JP 2013 007 171 A bekannt.
Aus der US 2006/0145825 A1 ist für eine Fahrzeugtür ein Entriegelungsmechanismus bekannt, der eine Geste, die eine neben dem Fahrzeug stehende Person mit der Hand ausführt, erkennt und bei Übereinstimmen der erkannten Geste mit einer autorisierten Geste das Kraftfahrzeug entriegelt. Als Orientierung zum Ausführen der Geste wird ein Zahlenfeld auf die Fensterscheibe projiziert.
Aus der US 2011/0242303 A1 ist bekannt, eine Kofferraumklappe dadurch zu entriegeln, dass mit einem Fuß ein Sensor getriggert wird, wodurch ein Entriegelungsmechanismus für die Kofferraumklappe ausgelöst wird.
Aus der DE 10 2008 063 366 A1 ist ein berührungsloses Betätigen einer Heckklappe bekannt, bei welchem zur Detektion eines Objekts in einem ersten Detektionsbereich und einem zweiten Detektionsbereich zwei Erkennungsmittel bereitgestellt sind, die nacheinander zu aktivieren sind, damit die Heckklappe geöffnet wird.
Aus der DE 10 2011 107 279 A1 ist ein gestengesteuertes Öffnen eines Stellelements in einem Kraftfahrzeug beschrieben, das mit einer einen Öffnungsbefehl vermittelnden Geste aktiviert werden kann.
Aus der DE 10 2010 004 518 A1 ist eine Fahrzeugmodus-Aktivierung durch Gestenerkennung bekannt, bei welcher eine vorbestimmte Geste innerhalb einer vorbestimmten Raumposition detektiert wird und dann beispielsweise eine Kofferraumklappe eines Kraftfahrzeugs entriegelt wird.
Die Gestenbedienung zum Entriegeln und Öffnen einer Fahrzeugtür weist den Nachteil auf, dass nach dem Durchführen der Auslösegeste die Fahrzeugtür selbsttätig durch einen Motor verschwenkt wird. Möchte man diesen Schwenkvorgang unterbrechen, muss man die Tür festhalten oder eine Stopp-Geste ausführen, die auch erfolgreich erkannt werden muss, damit der Türmotor anhält. Es sind also aufwendige Schutzmaßnahmen bereitzustellen, damit die Tür beim motorisierten Aufschwenken nicht beschädigt wird oder Personen verletzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen technischen Mitteln die Fahrzeugbedienung zu vereinfachen.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche gegeben.
Erfindungsgemäß bereitgestellt ist ein Kraftfahrzeug mit einem an einer Bauteilhalterung bewegbar gelagerten Bauteil. Beispielsweise kann das Bauteil eine Fahrzeugtür sein, die drehbar oder schwenkbar an einem Türrahmen (Bauteilhalterung) gehalten ist. Allgemein kann das Bauteil für die bewegbare Lagerung beispielsweise durch ein Scharnier oder mittels einer Schiene an der Bauteilhalterung gehalten sein.
Des Weiteren ist eine Motoreinrichtung dazu ausgelegt, das Bauteil in Abhängigkeit von einem Steuersignal bezüglich der Bauteilhalterung zu bewegen. Die Motoreinrichtung kann hierzu beispielsweise einen Elektromotor, einen Servomotor, einen hydraulischen Antrieb oder einen Wanderwellenmotor, beispielsweise auf Ultraschallbasis, aufweisen oder eine Kombination der genannten Antriebe.
Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine Sensoreinrichtung vorgesehen und dazu ausgelegt, einen Abstandswert eines Abstands des Bauteils zu einem Objekt zu erfassen, beispielsweise zu einer Hand eines Benutzers. Bei dem Abstandswert kann es sich um einen digitalen Messwert handeln oder auch um einen Amplitudenwert eines analogen Signals, beispielsweise einen Spannungswert einer elektrischen Spannung. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist des Weiteren eine Regeleinrichtung bereitgestellt, die dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage einer Abstandsregelung durch Erzeugen des Steuersignals für die Motoreinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Abstandswert den Abstand des Bauteils zu dem Objekt auf einen vorbestimmten Sollabstandswert einzuregeln. Die Regeleinrichtung kann beispielsweise durch einen Mikrocontroller oder ein Steuergerät oder ein Programmmodul einer zentralen Recheneinrichtung des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sein.
Mit anderen Worten bilden die Regeleinrichtung, die Motoreinrichtung, das Bauteil und die Sensoreinrichtung einen Regelkreis, durch welchen der Abstand zwischen dem Bauteil und dem Objekt auf den Sollabstandswert eingeregelt wird. Beispielsweise kann der Sollabstandswert in einem Bereich von 1 Zentimeter bis 25 Zentimeter festgelegt sein. Der Sollabstandswert ist insbesondere größer als Null, d. h. die Bedienung des Bauteils erfolgt berührungslos. Handelt es sich bei dem Objekt um die besagte Hand, so bedeutet dies, dass ein Benutzer mit seiner Hand eine Lage des Bauteils bezüglich der Bauteilhalterung, also beispielsweise einen Öffnungswinkel einer Fahrzeugtür, mit der Hand einstellen kann, ohne dass er hierzu das Bauteil berühren muss. Er kann also ohne Kraftaufwand das Bauteil im Kraftfahrzeug verstellen oder verschieben oder verlagern. Handelt es sich bei dem Objekt dagegen beispielsweise um eine Wand, so kann ein Kollisionsschutz sichergestellt werden, weil durch die Motoreinrichtung das Bauteil immer in dem Sollabstand zu dem Objekt gehalten wird. Eine dritte vorteilhafte Anwendung ergibt sich, weil das Bauteil auch einem sich nähernden Objekt ausweicht. Hierdurch kann verhindert werden, dass das Bauteil verkratzt oder abbricht, wenn beispielsweise ein Benutzer seinen Arm schwenkt und hierbei den Arm auf das Bauteil zu bewegt. Hierdurch kann beispielsweise ein Cupholder als Bauteil geschützt werden, der beispielsweise eingefahren wird, wenn ein Benutzer versehentlich mit dem Ellenbogen in die Nähe des Cupholders kommt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, die Abstandsregelung nur zu aktivieren, falls das Objekt seit einer vorbestimmten Mindestzeitdauer in einem Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung angeordnet ist. Mit anderen Worten muss sich das Objekt zunächst die vorbestimmte Mindestzeitdauer, die beispielsweise in einem Bereich zwischen 0,5 Sekunden und 5 Sekunden liegen kann, im Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung befinden, damit in der beschriebenen Weise durch die Abstandsregelung die Bewegung des Bauteils an den Ort und/oder die Bewegung des Objekts gekoppelt wird, also die Abstandsregelung aktiviert wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Bauteil nicht versehentlich in Bewegung gesetzt wird, nur weil man beispielsweise mit einer Hand kurzzeitig in den Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung hinein fasst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Regeleinrichtung dazu ausgelegt, die Abstandsregelung zu beenden, falls das Objekt entlang einer vorbestimmten Richtung von dem Abstandssensor wegbewegt wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Objekt in eine Richtung quer oder senkrecht zu einer bestimmungsgemäßen Bewegungsrichtung des Bauteils aus dem Erfassungsbereich des Abstandssensors herausbewegt werden muss. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um eine Tür, so kann eine Hand, mit welcher die Türbewegung mittels der Abstandssensoren geführt oder gesteuert wird, entlang der Türebene, also parallel zur Türoberfläche, aus dem Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung herausbewegt werden. Die Tür kann dieser Bewegung nicht folgen.
In unterschiedlichen Ausführungsformen der Erfindung weist die beschriebene Sensoreinrichtung mindestens einen der folgenden Sensoren auf. Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Fotosensor bereitgestellt ist. Beispielsweise kann ein Licht, beispielsweise ein Infrarotlicht, von einer Lichtquelle des Kraftfahrzeugs ausgestrahlt werden und die Abstandsregelung derart eingestellt sein, dass der Fotosensor einen vorbestimmten Helligkeitswert der Lichtquelle erfassen muss, woraus sich dann ein Sollabstandswert ergibt. Hierdurch kann beispielsweise die Lichtquelle eine Hand eines Benutzers anstrahlen, und in Abhängigkeit von einem Abstand der Hand von dem Fotosensor ergibt sich dann der Lichtwert am Fotosensor gemäß dem Gesetz der quadratischen Abnahme der Lichthelligkeit in Abhängigkeit vom Abstand. Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Ultraschallsensor von der Sensoreinrichtung umfasst ist. Ein Ultraschallsensor weist den Vorteil auf, dass eine Abstandsmessung unabhängig von Beleuchtungsverhältnissen ermöglicht ist. Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass ein Infrarotsensor in der Sensoreinrichtung bereitgestellt ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zwischen einer eigenwarmen Hand und einem unbelebten Gegenstand unterschieden werden kann und so als Objekt zuverlässig ein Körperteil eines Benutzers erkannt werden kann. Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Sensoreinrichtung eine Videokamera aufweist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zur Erkennung des Objekts eine Bildanalyse zugrundegelegt werden kann und hierdurch auch Infrarotlicht und/oder Schall absorbierende oder ablenkende Objekte, z. B. ein weicher Stoffhandschuh, zur Steuerung des Bauteils benutzt werden können. In einer Ausführungsform weist die Sensoreinrichtung eine Time-of-Flight-Kamera (TOF-Kamera) auf. Beispielsweise kann die TOF-Kamera mittels eines PMD-Sensors (PMD – Photonic Mixing Device) bereitgestellt sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass beim Filmen des Objekts eine Abstandsmessung implizit erfolgt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist zumindest ein Sensor der Sensoreinrichtung im oder an dem Bauteil angeordnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine Abschattungseffekte die Erfassung des Abstandswerts beeinflussen können.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgelegt, den Abstand einer Hand als das Objekt zu erfassen. Hierdurch kann in der beschriebenen Weise eine Lage oder Position des Bauteils im oder am Kraftfahrzeug mittels der Hand eingestellt werden. Zudem ist zum Erfassen der Benutzerhandlung kein technisch aufwendiger Kraftsensor nötig, um beispielsweise den Motor mittels eines Drucksignals durch eine Hand steuern zu können.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Regeleinrichtung eine Verzögerungseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, eine Anpassung des Steuersignals an eine Veränderung des erfassten Abstandswerts um eine vorbestimmte Verzögerungsdauer zu verzögern. Die Verzögerungseinrichtung kann beispielsweise ein in der Regeleinrichtung integriertes Filter sein, beispielsweise ein PT1-Element. Die Verzögerungszeitdauer kann beispielsweise in einem Bereich von 0,2 Sekunden bis 1,5 Sekunden festgelegt sein. Bevorzugt ist die Verzögerungsdauer vom Benutzer über eine Bedienschnittstelle, z. B. ein Infotainmentsystem, einstellbar, wodurch sie an die Bedürfnisse eines Benutzers angepasst werden kann. Das Vorsehen einer Verzögerungsdauer weist den Vorteil auf, dass die Bewegung des Bauteils eine Trägheit aufweist. Hierdurch kann beispielsweise erreicht werden, dass ein Benutzer mit seiner Hand eine Fahrzeugtür mittels der beschriebenen Abstandsregelung in Schwung versetzt und anschließend seine Hand aus dem Erfassungsbereich der Sensoreinrichtung herausbewegt, ohne dass hierdurch die Fahrzeugtür abrupt anhält, sondern stattdessen mit Schwung ins Schloss fällt. Handelt es sich dagegen bei dem Bauteil beispielsweise um ein Cabriodach, das mit der Hand aufgeschwenkt werden soll, kann ebenfalls das Cabriodach mit der Hand in Bewegung gesetzt werden und dann bei geeigneter Trägheit, also geeignetem Verzögerungsdauerwert, erreicht werden, dass sich das Cabriodach dann selbsttätig vollständig öffnet oder schließt, ohne dass hierzu dauerhaft die Hand nachgeführt werden muss. Schließlich hat sich in Versuchen mit Testpersonen gezeigt, dass von diesen ein Bauteil mit beschriebenem trägen Verhalten mittels der Regelung genauer positioniert werden kann als ein verzögerungslos abrupt auf Bewegungen der Hand reagierendes Bauteil.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Sensoreinrichtung dazu ausgelegt, den Abstand zu einem neben dem Kraftfahrzeug angeordneten ortsfesten Objekt zu erfassen. Das Objekt kann also beispielsweise ein Wand oder ein Laternenpfahl sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Kollisionsschutz für das Bauteil bereitgestellt wird. Ein weiterer vorteilhafter Effekt ist, dass beispielsweise eine Tür eines Kraftfahrzeugs in einer engen Parklücke von einem Benutzer entriegelt werden kann und dann die Tür selbsttätig so weit aufschwingt, bis sie den Sollabstandswert beispielsweise zu einem benachbart parkenden Kraftfahrzeug oder einer Wand aufschwingt.
Wie bereits ausgeführt, kann es sich bei dem Bauteil um eines aus vielen verschiedenen möglichen Bauteilen handeln, die beweglich im Kraftfahrzeug gelagert sein können. Entsprechend ergeben sich unterschiedliche Ausführungsformen der Erfindung. Insbesondere ist das Bauteil schwenkbar und/oder drehbar und/oder translatorisch verschiebbar im oder am Kraftfahrzeug gelagert. Anzumerken ist hierbei, dass es sich bei dem Bauteil aber insbesondere nicht um ein Rad des Kraftfahrzeugs handelt, also vorliegend nicht von einer Einparkautomatik die Rede ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bauteil ein klappbares oder schwenkbares Bauteil, nämlich eine Fahrzeugtür oder ein Kofferraumdeckel oder eine Motorhaube oder ein Cupholder-Deckel oder eine Handschuhfachtür oder ein Klappbildschirm oder ein Klapptisch oder eine Mittelarmlehne eines Fahrersitzes oder einer Rückbank oder ein Tankdeckel oder eine umklappbar ausgestaltete Sitzlehne. Bei diesen klappbaren oder schwenkbaren Bauteilen ergibt sich häufig die Schwierigkeit, dass sie im verhältnismäßig engen Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs nur mit verschränktem Arm betätigt werden können und/oder die Bauteile verhältnismäßig schwer sind, sodass sie mit verhältnismäßig viel Kraft bedient werden müssen. Das Bereitstellen der Abstandsregelung ermöglicht es, diese Bauteile berührungslos und ohne Kraftaufwand bewegen zu können.
In Bezug auf translatorisch verschiebbare Bauteile sehen Weiterbildungen der Erfindung vor, dass das Bauteil eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach oder ein verstellbarer Fahrzeugsitz ist. In Bezug auf die Fensterscheibe ergibt sich also durch die entsprechende Ausführungsform ein Fensterheber. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Scheibe nicht berührt werden muss und also keine Fingerabdrücke auf der Scheibe entstehen. Das Verstellen eines Sitzes ist in der Regel sehr kraftaufwendig, sodass die Erfindung hier Erleichterung verschafft. Das Verstellen eines Schiebedaches mittels der Erfindung weist den Vorteil auf, dass die Fahrerablenkung während einer Fahrt besonders gering ist.
In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist das Bauteil ein positionsverstellbares Lenkrad und/oder eine verschwenkbar und/oder drosselbar ausgestaltete Luftdüse einer Klimatisierungseinrichtung oder ein Cabriodach oder ein motorisierter Wagenheber. Der Wagenheber ist insbesondere ein nachrüstbar oder temporär an dem Kraftfahrzeugrumpf montierbares Bauteil.
Nach Montage des Wagenhebers lässt sich das Kraftfahrzeug allein durch beispielsweise Signalisieren mit der Hand anheben, indem die Hand beispielsweise unter den Fahrzeugrumpf gehalten wird und nach oben bewegt wird. Das Steuern einer Lüftungsdüse oder Luftdüse mittels der Erfindung weist den Vorteil auf, dass der Benutzer seine Hand in den Luftstrom halten kann und diesen in Bezug auf Richtung und Fördermenge berührungslos einstellen kann und gleich das Ergebnis an der Hand spürt.
Durch den Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs ergibt sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Kraftfahrzeugs. Das Verfahren weist die Schritte auf:

– Erfassen eines Abstandswerts eines Abstands eines an einer Bauteilhalterung bewegbar gelagerten Bauteils des Kraftfahrzeugs zu einem Objekt durch die Sensoreinrichtung,
– Erzeugen eines Steuersignals in Abhängigkeit von dem erfassten Abstandswert durch die Regeleinrichtung,
– Bewegen des Bauteils in Abhängigkeit von dem Steuersignal durch die Motoreinrichtung, wobei die Regeleinrichtung das Steuersignal auf der Grundlage einer Abstandsregelung erzeugt, die den Abstand des Bauteils zu dem Objekt auf einen vorbestimmten Sollabstandswert einzuregeln ausgelegt ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit dem Verfahren sieht vor, dass das Objekt eine Hand eines Benutzers und das Bauteil eine Fahrzeugtür und die Bauteilhalterung ein Türrahmen ist und durch die Sensoreinrichtung der Abstandswert zum Abstand der Hand zu der Fahrzeugtür erfasst wird und die Fahrzeugtür durch die Motoreinrichtung bezüglich des Türrahmens verschwenkt wird.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund werden entsprechende Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal erörtert.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet. Das Kraftfahrzeug kann auch mehr als ein Bauteil aufweisen, dass jeweils mit der beschriebenen Abstandsregelung berührungslos bewegt werden kann.
Im Folgenden ist eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
2 eine schematische Darstellung eines Bauteils des Kraftfahrzeugs, wobei das Bauteil bewegbar an einer Bauteilhalterung gelagert ist.
Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
1 zeigt aus einer Vogelperspektive ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln kann. Gezeigt sind ein Fahrersitz 12, ein Lenkrad 14, ein Kotflügel 16 und eine Fahrzeugtür 18. Die Fahrzeugtür 18 repräsentiert in dem gezeigten Beispiel ein bewegbar gelagertes Bauteil. Die Fahrzeugtür 18 kann in einem Türrahmen 20 als Bauteilhalterung in an sich bekannter Weise bewegbar gelagert sein.
Ein Benutzer 22 kann sich neben dem Kraftfahrzeug 10 befinden. In dem Beispiel ist angenommen, dass der Benutzer 22 in das Kraftfahrzeug 10 einsteigen möchte und hierzu die Fahrzeugtür 18 aufschwenken möchte, das heißt aus dem Türrahmen 20 herausbewegen und in eine Aufschwenkrichtung 24 bewegen möchte, um beispielsweise an den Fahrzeugsitz 12 zu gelangen. In dem Beispiel sei des Weiteren angenommen, dass der Benutzer 22 zwei Taschen 26, 28 trägt, jeweils eine der Taschen 26, 28 in einer Hand, von denen in 1 nur die Hand 30 gezeigt ist.
Bei dem Kraftfahrzeug 10 kann es dem Benutzer 20 ermöglicht sein, die Fahrzeugtür 18 aufzuschwenken, ohne dass der Benutzer 22 hierzu die Taschen 26, 28 aus den Händen legen muss. Der Benutzer 22 muss nicht einmal die Fahrzeugtür 18 berühren, um das Aufschwenken der Fahrzeugtür 18 in die Aufschwenkrichtung 22 zu veranlassen. Der Benutzer 22 muss auch nicht darauf achten, dass die Fahrzeugtür 18 während des Aufschwenkens entlang der Aufschwenkrichtung 24 gegen ein fahrzeugexternes Objekt 32, beispielsweise einen Pfosten, schlägt.
Bei dem Kraftfahrzeug 10 ist hierzu eine Motoreinrichtung 34, eine Sensoreinrichtung 36 und eine Regeleinrichtung 38 bereitgestellt. Die Sensoreinrichtung 36 kann mit der Regeleinrichtung 38 gekoppelt sein. Die Regeleinrichtung 38 kann mit der Motoreinrichtung 34 gekoppelt sein. Die Motoreinrichtung 34 kann beispielsweise einen Elektromotor und/oder einen Hydraulikantrieb umfassen.
Bei der Sensoreinrichtung 36 kann es sich beispielsweise um einen Abstandssensor handeln, der dazu ausgelegt sein kann, einen Abstand D beispielsweise zu einem Objekt in einem Erfassungsbereich 40, beispielsweise den Abstand D der Hand 30 zu erfassen. Die Sensoreinrichtung 36 kann hierzu beispielsweise einen oder mehrere Ultraschallsensoren aufweisen. Der von der Sensoreinrichtung 36 erfasste Abstandswert des Abstands D kann an die Regeleinrichtung 38 übertragen werden. Die Regeleinrichtung 38 vergleicht den Abstandswert D mit einem Sollabstandswert D0. In Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleiches kann die Regeleinrichtung 38 ein Steuersignal S für die Motoreinrichtung 34 erzeugen. Die Regeleinrichtung 38 kann beispielsweise als Schaltungsplatine beispielsweise mit einem Mikrocontroller ausgestaltet sein. In Abhängigkeit von dem Steuersignal S kann die Motoreinrichtung 34 die Fahrzeugtür 18 bezüglich des Türrahmens 20 verschwenkt, also die Fahrzeugtür 18 entlang der Aufschwenkbewegung 24 bewegen. Das Steuersignal S wird dabei durch die Regeleinrichtung 38 in der Weise erzeugt, dass sich eine Abstandsregelung ergibt, durch welche der Abstandswert D auf den Sollabstandswert D0 eingeregelt wird.
Der Benutzer 22 kann nun seine Hand 30 in den Erfassungsbereich 40 halten. Durch die beschriebene Abstandsregelung wird daraufhin durch die Regeleinrichtung 38 das Steuersignal S in der Weise erzeugt, dass die Motoreinrichtung 34 die Fahrzeugtür 18 mittels der Aufschwenkbewegung 34 so weit an die Hand 30 annähert, dass der Abstandswert D dem Sollabstandswert D0 entspricht. Bewegt nun der Benutzer 22 seine Hand 30 beispielsweise in eine Richtung 42 weg vom Kraftfahrzeug 10, so wird durch die beschriebene Abstandsregelung die Fahrzeugtür 18 mit der Schwenkbewegung 24 der Hand 30 folgen. Hierdurch kann der Benutzer 22, ohne die Taschen 26, 28 aus der Hand zu legen, die Fahrzeugtür 18 aufschwenken. Der Benutzer 22 kann dann, wenn die Tür 18 weit genug aufgeschwenkt ist, seine Hand beispielsweise in eine Ausweichrichtung 44 aus dem Erfassungsbereich 40 herausziehen. Die Ausweichrichtung 44 kann dabei derart festgelegt sein, dass sie senkrecht zu der möglichen Schwenkbewegung 24 der Fahrzeugtür 18 gerichtet ist. Mit anderen Worten ändert sich durch Bewegen der Hand 30 entlang der Ausweichrichtung 44 bevorzugt der Abstandswert D, wie er durch die Sensoreinrichtung 36 erfasst wird, nicht.
Falls die Fahrzeugtür 18 weit genug entlang der Aufschwenkbewegung 24 aufgeschwenkt worden ist, kann sich das Objekt 32 im Erfassungsbereich 40 befinden. Dies kann dann bewirken, dass die Fahrzeugtür 18 weiter bewegt wird, da nun die Sensoreinrichtung 36 den Abstandswert D bezüglich des Objekts 32 ermittelt, nachdem die Hand 30 aus dem Erfassungsbereich 40 herausgezogen worden ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Fahrzeugtür 18 so weit aufgeschwenkt wird, bis sie bezüglich des Objekts 32 den Sollabstandswert D0 aufweist. Hier wird die Fahrzeugtür 18 dann durch die Motoreinrichtung 34 gehalten, selbst dann, wenn der Benutzer 22 versehentlich beim Einsteigen in das Kraftfahrzeug 10 an die Fahrzeugtür 18 stößt. Der Benutzer 22 kann sich auch an der Fahrzeugtür 18 festhalten oder abstützen, während er in das Kraftfahrzeug 10 einsteigt. Durch die beschriebene Abstandsregelung wird die Fahrzeugtür 18 fest in dem vorgegebenen Sollabstand mit dem Sollabstandswert D0 bezüglich des Objekts 32 durch die Motoreinrichtung 34 gehalten.
In 2 ist noch einmal das Prinzip der Erfindung erläutert. In 2 sind Elemente, die funktionsgleich mit in 1 gezeigten Elementen sind, mit denselben Bezugszeichen wie in 1 versehen.
Ein Benutzer 22 hält seine Hand 30 in den Erfassungsbereich 40 der Sensoreinrichtung 36. Die Sensoreinrichtung 36 kann beispielsweise einen Ultraschall 46 aussenden. Die Hand 30 kann den Ultraschall als reflektierten Ultraschall 48 zurück zur Sensoreinrichtung 36 reflektieren. In dem gezeigten Beispiel sind eine Ultraschallquelle 50 und ein Ultraschallempfänger 52 als getrennte Bauteile dargestellt. Es kann sich aber bei der Sensoreinrichtung 36 auch um einen kombinierten Ultraschallsender/Empfänger, also einen Ultraschall-Transponder, handeln. Das Ultraschallsignal des Ultraschallempfängers 52 kann einen Abstandswert D darstellen, der von der Regeleinrichtung 38 empfangen werden kann. Da sich die Hand 30 im Erfassungsbereich 40 befindet, kann durch die Regeleinrichtung 38 erkannt werden, dass sich nun ein Abstandswert D ergibt, der auf ein Objekt, hier die Hand 30, im Erfassungsbereich 40 hindeutet. Es kann nun vorgesehen sein, dass durch die Regeleinrichtung 38 ein Timer 54 gestartet wird. Solange durch den Timer 54 nicht signalisiert ist, dass sich die Hand 30 eine vorbestimmte Mindestzeitdauer in dem Erfassungsbereich 40 befunden hat, kann der Benutzer die Hand 30 im Erfassungsbereich 40 bewegen, ohne dass hierbei die Regeleinrichtung 38 reagiert. Die Regeleinrichtung 38 kann beispielsweise mittels einer Anzeigeeinrichtung 56, beispielsweise einer Zeile aus Leuchtdioden 58, anzeigen, wie viel Zeit noch verbleibt, bis der Timer 54 abgelaufen ist. Im gezeigten Beispiel sind zwei Leuchtdioden 58 eingeschaltet, leuchten also, während eine verbleibende Leuchtdiode noch dunkel geschaltet ist. Sobald der Timer 54 abgelaufen ist, wird dies durch Leuchten aller Leuchtdioden oder allgemein durch die Anzeigeeinrichtung 56 angezeigt.
Nach Ablauf des Timers 54 erzeugt die Regeleinrichtung 38 das Steuersignal S für die Motoreinrichtung 34, sodass in dem gezeigten Beispiel die Motoreinrichtung 34 eine Drehbewegung 60 ausführt und hierdurch das Bauteil 18 eine Aufschwenkbewegung 24 und/oder eine Rückschwenkbewegung 62 ausführt. Das Steuersignal S wird derart erzeugt, dass durch die Aufschwenkbewegung 24 beziehungsweise die Rückschwenkbewegung 62 der Abstandswert D auf den Sollabstandswert D0 eingeregelt wird. Der Benutzer 22 kann nun seine Hand 30 entlang einer Führungsbewegung 42 im Erfassungsbereich 40 bewegen. Durch die Regeleinrichtung 38 wird die Veränderung des Abstandswerts D erkannt und durch das Steuersignal S wieder die Motorsteuerung 34 in der Weise angesteuert, dass die Sensoreinrichtung 36 oder allgemein das Bauteil 18 der Hand 30 mit dem Abstandswert D0 folgt. Es kann vorgesehen sein, dass die Regeleinrichtung 38 eine Verzögerungseinrichtung aufweist, durch welche dem Bauteil 18 eine künstliche Trägheit verliehen wird, also das Bauteil 18 nicht abrupt angehalten wird, sondern zu Beginn und am Ende der Ausschwenkbewegung 24 und/oder der Rückschwenkbewegung 62 verzögert folgt beziehungsweise nachschwingt.
Hierdurch ergibt sich das beschriebene kontinuierliche Nachführen der Fahrzeugtür 18. Dies wird erreicht durch das kontinuierliche Messen, Vergleichen und Korrigieren des Soll- und Istzustands mit Hilfe einer Steuerschaltung oder Regelschaltung.
Der beschriebene berührungslose Öffnungs- und Nachführmechanismus kann als Ergänzung zum an sich bekannten mechanischen Türgriff oder Türöffner oder als vollständiger Ersatz für einen solchen mechanischen Türöffner bereitgestellt sein. Mittels des Öffnungs- und Nachführmechanismus kann die Fahrzeugtür 18 nicht nur ent- und verriegelt werden, sondern auch berührungslos geführt werden. Die Fahrzeugtür 18 folgt ab der Entriegelung der Handbewegung des Benutzers 22 mit einem vordefinierten Abstand D0 genauso, als hätte er einen mechanischen Türgriff in der Hand. Hierdurch ergibt sich für den Nutzer ein nahezu haptisches Feedback. Zusätzlich zur Bedienung der Türe lässt sich der Mechanismus auch zur Kollisionsvermeidung mit anderen Objekten, beispielsweise einer Wand oder einem neben dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen Fremdfahrzeug, einsetzen, indem die Türöffnung bei einer drohenden Kollision erschwert oder blockiert wird. Weitere mögliche Anwendungsbereiche für den beschriebenen Nachführmechanismus sind: Fensterheber, das Öffnen des Daches/Cabriodaches, Öffnen eines Cupholder-Deckel-Handschuhfachs, Positionieren des Lenkrads bei einem höhenverstellbaren Lenkrad, Beifahrersitz bewegen, Sitzlehne umklappen, Kofferdeckel/Motorhaube verschwenken, Tankdeckel, Wagen anheben beim Reifenwechsel, aufklappbare Tische, Mittelarmlehne, Rollos, Lautsprecherausrichtung, Einstellung der Luftdüsen in Bezug auf Richtung und Menge, Inszenierung eines Klappbildschirms eines Infotainmentsystems. Allgemein kann der Nachführmechanismus auf alles, was im Kraftfahrzeug bewegt werden kann, angewandt werden.
Durch die berührungsfreie Bedienung beispielsweise einer Fahrzeugtüre kommt der Benutzer nicht in Kontakt mit dem Türgriff und hat so deutlich mehr Komfort bei der Benutzung. Zusätzlich bietet die berührungslose Führung eines bewegbar gelagerten Bauteils eines Kraftfahrzeugs eine optisch ansprechende Inszenierung des ansonsten eher banalen Vorgangs. Im Gegensatz zum vollautomatischen Öffnen einer Fahrzeugtür bietet die der Hand folgende Fahrzeugtür dem Benutzer visuelles Feedback und direkte Kontrolle. Der für die Abstandserkennung benutzte Sensor kann auch zur Kollisionsvermeidung der Fahrzeugtür genutzt werden, indem er bei Unterschreitung eines Mindestabstands die Tür in ihrer Bewegung blockiert.
Durch die Sensoreinrichtung wird die Distanz zwischen der Fahrzeugtür und der Hand vorgegeben, die von der Fahrzeugtür beim Nachfahren oder Nachführen eingehalten werden muss. Ein Entfernungsmesser, beispielsweise Opto-Ultraschall-Infrarot-Video-Sensor, misst durchgehend die Distanz zwischen Türöffner und Hand. Anhand der Distanzänderung werden Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit sowie Verfahrweg oder Verschwenkweg bestimmt und eine Korrekturbewegung der Tür errechnet. Die Tür wird entsprechend der Korrekturbewegung nachgeführt, um die Bewegung der Hand so exakt wie möglich zu imitieren.
Das Entriegeln und Verriegeln der Fahrzeugtür erfolgt durch eine vorher festgelegte Geste, welche innerhalb einer bestimmten Zeit oder Entfernung ausgeführt wird. Diese kann beispielsweise mit dem beschriebenen Timer 54 erreicht werden.
Ziel ist es, das Verhalten der Fahrzeugtür durch physische Betätigung so exakt wie möglich zu imitieren. Hierzu zählt neben der aktiven Ver- und Entriegelung und Nachführung auch das Nachschwingen, welches durch schwungvolles Öffnen und Schließen der Tür entsteht. Hierzu kann die beschriebene Verzögerungseinrichtung genutzt werden.
Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein berührungsloses Öffnen/Schließen der Türen eines Kraftfahrzeugs realisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2013007171 A [0004]
US 2006/0145825 A1 [0005]
US 2011/0242303 A1 [0006]
DE 102008063366 A1 [0007]
DE 102011107279 A1 [0008]
DE 102010004518 A1 [0009]

Claims

Kraftfahrzeug (10) mit – einem an einer Bauteilhalterung (20) bewegbar gelagerten Bauteil (18), – eine Motoreinrichtung (34), die dazu ausgelegt ist, das Bauteil (18) in Abhängigkeit von einem Steuersignal (S) bezüglich der Bauteilhalterung (20) zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Sensoreinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, einen Abstandswert (D) eines Abstands des Bauteils (18) zu einem Objekt (30, 32) zu erfassen und – eine Regeleinrichtung (38) dazu ausgelegt ist, auf der Grundlage einer Abstandsregelung durch Erzeugen des Steuersignals (S) in Abhängigkeit von dem erfassten Abstandswert (D) den Abstand des Bauteils (18) zu dem Objekt (30, 32) auf einen vorbestimmten Sollabstandswert (D0) einzuregeln.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die Regeleinrichtung (38) dazu ausgelegt ist, die Abstandsregelung nur zu aktivieren, falls das Objekt (30, 32) seit einer vorbestimmten Mindestzeitdauer in einem Erfassungsbereich (40) der Sensoreinrichtung (36) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (38) dazu ausgelegt ist, die Abstandsregelung zu beenden, falls das Objekt (30, 32) entlang einer vorbestimmten Richtung (44) von der Sensoreinrichtung (36) wegbewegt wird.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoreinrichtung (36) mindestens einen der folgenden Sensoren aufweist: einen Fotosensor, einen Ultraschallsensor (52), einen Infrarotsensor, eine Videokamera, eine Time-of-Flight-Kamera.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Sensor (52) der Sensoreinrichtung (36) in oder an dem Bauteil (18) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Motoreinrichtung (34) zumindest aufweist: einen Elektromotor, einen Servomotor, einen hydraulischen Antrieb, einen Wanderwellenmotor.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Sensoreinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, den Abstand einer Hand (30) als das Objekt zu erfassen.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Regeleinrichtung (38) eine Verzögerungseinrichtung aufweist, die dazu ausgelegt ist, eine Anpassung des Steuersignals (S) an eine Veränderung des erfassten Abstandswerts (D) um eine vorbestimmte Verzögerungsdauer zu verzögern.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Sensoreinrichtung (36) dazu ausgelegt ist, den Abstand zu einem neben dem Kraftfahrzeug (10) angeordneten ortfesten Objekt (32) zu erfassen.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil (18) schwenkbar und/oder drehbar und/oder translatorisch verschiebbar gelagert ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 10, wobei das Bauteil (18) eine Fahrzeugtür (18) oder ein Kofferraumdeckel oder eine Motorhaube oder ein Cupholderdeckel oder eine Handschuhfachtür oder ein Klappbildschirm oder ein Klapptisch oder eine Mittelarmlehne oder ein Tankdeckel oder eine umklappbar ausgestaltete Sitzlehne ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 10, wobei das Bauteil (18) eine Fensterscheibe oder ein Schiebedach oder ein verstellbarer Fahrzeugsitz ist.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 10, wobei das Bauteil (18) ein positionsverstellbares Lenkrad oder eine verschwenkbar und/oder drosselbar ausgestaltete Lüftungsdüse oder ein Cabriodach oder ein motorisierter Wagenheber oder ein Rollo oder ein Lautsprecher ist.
Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs (10), mit den Schritten: – Erfassen eines Abstandswerts (D) eines Abstands eines an einer Bauteilhalterung (20) bewegbar gelagerten Bauteils (18) des Kraftfahrzeugs (10) zu einem Objekt (30, 32) durch eine Sensoreinrichtung (36), – Erzeugen eines Steuersignals (S) in Abhängigkeit von dem erfassten Abstandswert (D) durch eine Regeleinrichtung (38), – Bewegen des Bauteils (18) in Abhängigkeit von dem Steuersignal (S) durch eine Motoreinrichtung (34), wobei die Regeleinrichtung (38) das Steuersignal (S) auf der Grundlage einer Abstandsregelung erzeugt, die den Abstand des Bauteils (18) zu dem Objekt (30, 32) auf einen vorbestimmten Sollabstandswert (D0) einzuregeln ausgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Objekt eine Hand (30) eines Benutzers (22) und das Bauteil eine Fahrzeugtür (18) und die Bauteilhalterung (20) ein Türrahmen ist und durch die Sensoreinrichtung (36) der Abstandswert (D) zum Abstand der Hand (30) zu der Fahrzeugtür (18) erfasst wird und die Fahrzeugtür (18) durch die Motoreinrichtung (34) bezüglich des Türrahmens (20) verschwenkt wird.