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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Bedienelement, welches eine Bedienfläche aufweist, mit einer kapazitiven Sensoreinrichtung, welche zumindest eine Elektrode aufweist, welche auf einer der Bedienfläche gegenüberliegenden Rückseite des Bedienelements angeordnet ist, wobei die kapazitive Sensoreinrichtung dazu ausgelegt ist, eine Kapazitätsänderung an der zumindest einen Elektrode zu erfassen, und mit einer Auswerteeinrichtung zum Erkennen einer Annäherung eines Eingabegeräts an die Bedienfläche anhand der erfassten Kapazitätsänderung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Bedienvorrichtung.
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Das Interesse richtet sich vorliegend insbesondere auf Bedienvorrichtungen für Kraftfahrzeuge. Derartige Bedienvorrichtungen sind in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt. Solche Bedienvorrichtungen umfassen üblicherweise ein Bedienelement, welches eine Bedienfläche aufweist. Diese Bedienfläche kann mit einem Eingabegerät, beispielsweise einem Finger oder einer Hand eines Bedieners, bedient beziehungsweise betätigt werden. Mit einer entsprechenden Sensoreinrichtung kann die Bedienhandlung erfasst werden und ein Steuersignal ausgegeben werden, mit dem eine der Bedienvorrichtung zugeordnete Funktionseinrichtung des Kraftfahrzeugs angesteuert werden kann. Eine solche Funktionseinrichtung kann beispielsweise eine Klimaanlage, ein Informations- und Unterhaltssystem, ein Navigationssystem oder dergleichen sein.
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Aus dem Stand der Technik sind Bedienvorrichtungen bekannt, die als Sensoreinrichtung eine kapazitive Sensoreinrichtung beziehungsweise eine kapazitive Annäherungssensorik umfassen. Zu diesem Zweck wird an dem Bedienelement beispielsweise eine kapazitive Folienstruktur eingesetzt, die auf der Rückseite des Bedienelements angeordnet ist. Derartige kapazitive Folienstrukturen sind üblicherweise teuer und zudem müssen diese über eine flexible Kabelverbindung und einen Kontaktstecker mit einer Auswerteeinrichtung verbunden werden. Eine solche Auswerteeinrichtung dient dazu, die Kapazitätsänderung an der kapazitiven Sensoreinrichtung beziehungsweise an deren Elektrode zu erfassen und hieraus eine Annäherung des Eingabegeräts an die Bedienfläche zu erkennen.
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Hierzu beschreibt die
DE 10 2009 058 592 A1 ein Bedien- und/oder Steuerelement für ein Fahrzeug, welches einen kapazitiven Sensor aufweist. Dabei sind auf einem dreidimensionalen Element kapazitive Sensorelemente zur Annäherungserkennung angeordnet. Dabei weist der kapazitive Sensor eine Mehrzahl von separaten Sensorfeldern auf, die zumindest in Richtung eines Bedienraumes und in vorgegebenen Richtungen seitlich dazu ausgerichtet sind, sodass eine Annäherung oder eine Berührung eines Bedieners innerhalb des Bedienraums dreidimensional selektiv detektierbar ist.
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Darüber hinaus beschreibt die
WO 2007/014780 A1 ein Bedienelement für ein Kraftfahrzeug. Das Bedienelement umfasst einen auf kapazitiver Basis arbeitenden, berührungssensitiven Druckknopf und ein Gehäuse, wobei der Druckknopf im Gehäuse verschiebbar befestigt ist. Ferner ist ein die Kapazität bildender Kondensator aus einem an einer Innen- oder Außenseite einer dem Bediener zugewandten Oberfläche aufgebrachten metallischen Bereich gebildet und der metallische Bereich bildet eine Elektrode des Kondensators, die im Gehäuse elektrisch kontaktiert ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, die eine kapazitive Sensoreinrichtung aufweist, einfach und kostengünstiger bereitgestellt werden kann.
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Diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Bedienvorrichtung sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Bedienelement, welches eine Bedienfläche aufweist. Darüber hinaus umfasst die Bedienvorrichtung eine kapazitive Sensoreinrichtung, welche zumindest eine Elektrode aufweist, welche auf einer der Bedienfläche gegenüberliegende Rückseite des Bedienelements angeordnet ist. Ferner ist die kapazitive Sensoreinrichtung dazu ausgelegt, eine Kapazitätsänderung an der zumindest einen Elektrode zu erfassen. Die Bedienvorrichtung umfasst darüber hinaus eine Auswerteeinrichtung zum Erkennen einer Annäherung eines Eingabegeräts an die Bedienfläche anhand der erfassten Kapazitätsänderung. Dabei ist es vorgesehen, dass die kapazitive Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Elektroden aufweist und dazu ausgelegt ist, die Kapazitätsänderung an jeder der Elektroden zu erfassen. Ferner ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, die Annäherung des Eingabegeräts anhand der jeweiligen an den Elektroden erfassten Kapazitätsänderung zu erkennen.
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Eine Bedienvorrichtung kann in einem Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Bedienvorrichtung in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, beispielsweise in einer Mittelkonsole oder einem Armaturenbrett, angeordnet sein. Die Bedienvorrichtung weist das Bedienelement auf, welches beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann. Das Bedienelement kann Teil einer Schalterleiste sein. Das Bedienelement weist eine Bedienfläche auf, welche von dem Fahrer oder einem weiteren Insassen des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Die Bedienfläche kann beispielsweise die Vorderseite des Bedienelements sein, welche dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zugewandt ist. Ferner ist eine kapazitive Sensoreinrichtung vorgesehen, welche mindestens eine Elektrode aufweist, die auf der Rückseite des Bedienelements angeordnet ist. Die Annäherung des Bediengeräts, beispielsweise eines Fingers oder einer Hand eines Fahrzeuginsassen, bewirkt eine Kapazitätsänderung an der Elektrode der kapazitiven Sensoreinrichtung. Diese Kapazitätsänderung kann mit der Auswerteeinrichtung, die mit der kapazitiven Sensoreinrichtung elektrisch oder zur Datenübertragung verbunden ist, ausgewertet werden. Auf diese Weise kann die Annäherung des Eingabegeräts beziehungsweise des Fingers an die Bedienfläche erkannt werden.
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Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, dass die kapazitive Sensoreinrichtung eine Mehrzahl von Elektroden aufweist und dazu ausgelegt ist, die Kapazitätsänderung an jeder der Elektroden zu bestimmen. Ferner kann mit der Auswerteeinrichtung die Kapazitätsänderung an den jeweiligen Elektroden herangezogen werden, um die Annäherung des Eingabegeräts an die Bedienfläche zu erkennen. Dabei dienen die jeweiligen Elektroden als Antennen, um ein elektrisches Feld zur Erkennung der Annäherung des Eingabegeräts aufzuspannen. Insbesondere kann mit der Auswerteeinrichtung die Änderung der Eigenkapazität an jeder der Elektroden erfasst werden. Die kapazitive Sensoreinrichtung kann also nach Art eines Eigenkapazitäts-Sensor (Self Capacitance Sensor) ausgebildet sein. Derartige kapazitive Sensoren ermöglichen die Erkennung der Annäherung des Eingabegeräts mit einer hohen Empfindlichkeit. Dies ermöglicht es, die Elektroden der kapazitiven Sensoreinrichtung auf der Rückseite des Bedienelements anzuordnen. Damit ist es nicht erforderlich, dass die kapazitiven Sensorstrukturen auf der Vorderseite beziehungsweise der Bedienfläche angeordnet werden. In diesem Fall würden die Anforderungen bezüglich der elektrostatischen Entladung (ESD – Electrostatic Discharge) nicht erfüllt werden können. Darüber hinaus kann durch die Anordnung der Elektroden auf der Rückseite auf eine kapazitive Folienstruktur verzichtet werden. Die Bedienvorrichtung kann somit kostengünstig bereitgestellt werden. Darüber hinaus kann die Bedienvorrichtung sicher und zuverlässig betrieben werden.
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Bevorzugt sind die Elektroden jeweils linienförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Unter linienförmig ist vorliegend zu verstehen, dass die jeweiligen Elektroden in Längsrichtung eine deutlich größere Erstreckung aufweisen als in Querrichtung. Die Länge der jeweiligen Elektroden ist also deutlich größer als deren Breite. Zudem sind die Elektroden im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Die kapazitive Sensoreinrichtung kann beispielsweise drei Elektroden aufweisen, die parallel zueinander angeordnet sind. Durch die Auswertung der Kapazitätsänderung an jeder der Elektroden kann bezüglich einer Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsrichtung der Elektroden erfasst werden, wo das Bedienelement berührt wird beziehungsweise in welchem Bereich sich das Eingabegerät an die Bedienfläche annähert. Somit kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass je nachdem, an welcher Stelle die Berührung beziehungsweise Annäherung erkannt wird, ein entsprechendes Steuersignal zu einer mit der Bedienvorrichtung gekoppelten Funktionseinrichtung ausgegeben wird.
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In einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgelegt, eine relative Lage zwischen dem Eingabegerät und der Bedienfläche anhand der jeweiligen Kapazitätsänderungen an den Elektroden zu erkennen. Beispielsweise kann die Änderung der Eigenkapazität jeder der Elektroden erfasst werden. In Abhängigkeit davon, an welchen der Elektroden die Kapazitätsänderung auftritt, kann dadurch die relative Lage des Eingabegeräts zu der Bedienfläche bestimmt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass die jeweiligen Differenzen der Kapazitäten an den Elektroden bestimmt werden und hieraus die Richtung der Annäherung des Eingabegeräts abgeleitet wird. Ferner kann anhand der jeweiligen Kapazitätsänderung ein Abstand zwischen dem Eingabegerät beziehungsweise dem Finger und der Bedienfläche bestimmt werden. Hierbei kann es auch vorgesehen sein, dass die Summe der jeweiligen Kapazitäten an den Elektroden bestimmt wird und hieraus der Abstand zwischen dem Eingabegerät und der Bedienfläche bestimmt wird. Somit kann auf einfache Weise beispielsweise ein Abstand zwischen einem Finger und der Bedienfläche sowie die die Richtung, aus der sich der Finger an die Bedienfläche annähert, bestimmt werden.
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Bevorzugt ist das Bedienelement aus einem Kunststoff gebildet und die jeweiligen Elektroden sind durch eine Metallschicht, insbesondere eine Chromschicht, gebildet, die auf der Rückseite des Bedienelements aufgebracht ist. Zum Bereitstellen der jeweiligen Elektroden kann auf der Rückseite des Bedienelements, das durch ein Kunststoffbauteil bereitgestellt ist, bereichsweise Chrom aufgebracht werden. Beispielsweise kann die Rückseite des Bedienelements vollständig mit der Metallschicht beschichtet werden und anschließend kann die Metallschicht strukturiert werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass zunächst eine Maskierungsschicht auf die Rückseite aufgebracht wird und anschließend ein Beschichtungsprozess durchgeführt wird. Grundsätzlich können die Herstellung des Bedienelements beziehungsweise des Kunststoffbauteils und die Beschichtung mit der Metallschicht in dem gleichen Werkzeug erfolgen. Damit kann eine kostengünstige Herstellung gewährleistet werden.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die jeweiligen Elektroden in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet sind. Dieser Abstand zwischen den Elektroden, die insbesondere parallel zueinander angeordnet sind, kann in Abhängigkeit von den Anforderungen bezüglich der elektrostatischen Entladung bestimmt werden. Somit können die jeweiligen Elektroden beziehungsweise die kapazitive Sensoreinrichtung vor Überspannungen infolge von elektrostatischer Entladung geschützt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen den Elektroden jeweils ein Isolationselement angeordnet, welches aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Eine weitere Möglichkeit, um die Anforderungen bezüglich der elektrostatischen Entladung zu gewährleisten, ist es, zwischen den parallel angeordneten Elektroden ein elektrisch isolierendes Material beziehungsweise ein Isolationselement anzuordnen. Dieses Isolationselement kann aus einem Kunststoff gebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Isolationselement ein Teil beziehungsweise eine Struktur des Bedienelements ist. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass das Isolationselement durch einen entsprechenden Lack gebildet ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Auswerteeinrichtung eine Leiterplatte und die Elektroden sind jeweils mittels eines federnden Kontaktelements mit der Leiterplatte elektrisch verbunden. Die Auswerteeinrichtung kann eine Leiterplatte umfassen, auf der eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen angeordnet sein können. Diese elektronischen Bauelemente können eine Auswerteschaltung bilden, mittels welcher Kapazitäten an den jeweiligen Elektroden erfasst und deren Änderungen ausgewertet werden können. Auf der Leiterplatte kann zudem eine Recheneinrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor oder dergleichen, angeordnet sein, mit dem auf Grundlage der jeweiligen Kapazitätsänderung die Annäherung erkannt werden kann. Ferner kann es vorgesehen sein, dass das Bedienelement und die Leiterplatte jeweils feststehend angeordnet sind. Das Bedienelement und die Leiterplatte sind also nicht beweglich zueinander angeordnet. Zwischen dem Bedienelement und der Leiterplatte können die jeweiligen federnden Kontaktelemente angeordnet werden. Somit können die jeweiligen Elektroden elektrisch mit der Leiterplatte verbunden werden. Somit kann beispielsweise auf ein flexibles Verbindungskabel verzichtet werden.
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Bevorzugt sind das Bedienelement und die Leiterplatte parallel zueinander angeordnet und die jeweiligen federnden Kontaktelemente sind als Spiralfeder ausgebildet. Diese Spiralfedern können aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere einem Metall, gebildet sein. Diese Spiralfedern können so zwischen die Leiterplatte und das Bedienelement eingebracht werden, dass diese jeweils eine Federkraft auf das Bedienelement und die Leiterplatte ausüben. Zudem kann an dem Bedienelement und/oder der Leiterplatte jeweils eine Ausnehmung vorgesehen sein, in welche die Spiralfedern eingebracht werden. Somit kann auf kostengünstige Weise eine elektrische Verbindung zwischen den Elektroden und der Leiterplatte bereitgestellt werden. Die elektrische Verbindung mittels der federnden Kontaktelemente kann auch gewährleistet werden, wenn Vibrationen im Betrieb des Kraftfahrzeugs auftreten.
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In einer weiteren Ausführungsform ist an der Rückseite des Bedienelements ein Abdeckelement angeordnet. Das Bedienelement kann beispielsweise eine Blende der Bedienvorrichtung sein. Auf der Rückseite dieses Bedienelements kann ein zusätzliches Abdeckelement angeordnet sein. Dieses Abdeckelement kann aus einem Kunststoff gebildet sein. Somit können die Elektroden auf der Rückseite des Bedienelements geschützt werden. Zudem kann es auch vorgesehen sein, dass sowohl in dem Bedienelement als auch in dem Abdeckelement eine Aussparung beziehungsweise eine Durchgangsöffnung vorgesehen ist. Diese Durchgangsöffnung kann zur Durchführung von weiteren Bedienteilen, beispielsweise Tasten oder dergleichen, dienen.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die 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 in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Die Erfindung wird nun anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen sowie unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches eine Bedienvorrichtung aufweist;
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2 die Bedienvorrichtung in einer Perspektivansicht; und
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3 die Bedienvorrichtung in einer weiteren Perspektivansicht.
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In den Figuren werden gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht. Das Kraftfahrzeug 1 ist vorliegend als Personenkraftwagen ausgebildet. In einem Innenraum 2 des Kraftfahrzeugs 1 ist eine Bedienvorrichtung 3 angeordnet. Die Bedienvorrichtung 3 umfasst ein Bedienelement 4, welches von einem Insassen des Kraftfahrzeugs 1 bedient werden kann. Insbesondere kann eine Bedienfläche 5 des Bedienelements 4 bedient werden. Dabei kann die Bedienvorrichtung 3 beziehungsweise das Bedienelement 4 derart im Innenraum 2 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet sein, dass die Bedienfläche 5 des Bedienelements 4 den Insassen des Kraftfahrzeugs 1 zugewandt ist.
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Die Bedienvorrichtung 3 umfasst ferner eine kapazitive Sensoreinrichtung 7, welche auf einer Rückseite 6 des Bedienelements 4 angeordnet ist. Die Rückseite ist der Bedienfläche 5 beziehungsweise einer Vorderseite des Bedienelements 4 abgewandt. Die kapazitive Sensoreinrichtung 7 umfasst zumindest eine Elektrode 8 (siehe 2). Ferner umfasst die Bedienvorrichtung 3 eine Auswerteeinrichtung 9, mit der anhand der Kapazitätsänderung die Berührung und/oder Annäherung an die Bedienfläche 5 erfasst werden kann. In das Bedienelement 4 ist zudem eine Durchgangsöffnung 14 eingebracht, welche beispielsweise als Durchführung für weitere Bedienteile, beispielsweise Taster oder dergleichen, dienen kann.
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2 zeigt die Bedienvorrichtung 2 in einer Perspektivansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass das Bedienelement 4 im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet ist. Das Bedienelement 4 kann beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein. Ferner sind die Elektroden 8 zu erkennen, die auf der Rückseite 6 des Bedienelements 4 angeordnet sind. Vorliegend umfasst die kapazitive Sensoreinrichtung 7 drei Elektroden 8, die im Wesentlichen linienförmig ausgebildet sind. Darüber hinaus sind die jeweiligen Elektroden 8 parallel zueinander angeordnet. Die jeweiligen Elektroden 8 sind durch Metallstrukturen gebildet, die auf die Rückseite 6 aufgebracht sind. Beispielsweise können die jeweiligen Elektroden 8 aus Chrom gebildet sein und mittels elektrochemischer Abscheidung auf die Rückseite 6 aufgebracht sein. Die jeweiligen Elektroden 8 weisen zudem Kontaktbereiche 11 auf. An den Kontaktbereichen 11 sind die jeweiligen Elektroden 8 mittels federnden Kontaktelementen 12 mit einer Leiterplatte 13 der Auswerteeinrichtung 9 elektrisch verbunden. Die federnden Kontaktelemente 12 sind vorliegend als Spiralfedern ausgebildet.
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Die Auswerteeinrichtung 9 umfasst die Leiterplatte 13, auf der eine Mehrzahl von hier nicht dargestellten elektronischen Bauelementen angeordnet sein kann. Zudem kann auf der Leiterplatte 13 eine Recheneinrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor angeordnet sein. Mithilfe der Auswerteeinrichtung 9 kann die Kapazitätsänderung an jeder der Elektroden 8 erfasst werden. Diese Kapazitätsänderung tritt ein, wenn sich ein Eingabegerät 10, das vorliegend durch einen Finger gebildet ist, an die Bedienfläche 5 annähert. Dabei kann anhand der jeweiligen Kapazitäten an den Elektroden 8 bestimmt werden, von welcher Richtung sich das Eingabegerät 10 beziehungsweise der Finger an die Bedienfläche 5 annähert. Zudem kann anhand der jeweiligen Kapazitäten an den Elektroden 8 bestimmt werden, welchen Abstand das Eingabegerät 10 zu der Bedienfläche 5 aufweist. Dabei ist der Abstand zwischen den benachbarten Elektroden 8 so gewählt, dass diese durch Überspannungen infolge von elektrostatischer Entladung nicht beschädigt werden können.
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3 zeigt die Bedienvorrichtung 2 in einer weiteren Perspektivansicht. Hierbei ist zu erkennen, dass an der Rückseite 6 des Bedienelements 4 ein Abdeckelement 15 angeordnet ist. Dieses Abdeckelement 15 kann ebenfalls aus einem Kunststoff gebildet sein. Durch das Abdeckelement 15 sind die Elektroden 8 auf der Rückseite 6 des Bedienelements 4 überdeckt. Die Durchgangsöffnung 14 erstreckt sich auch durch das Abdeckelement 15. Ferner weist das Abdeckelement 15 Bohrungen auf, durch die die federnden Kontaktelemente 12 geführt sind. Es kann auch vorgesehen sein, dass entsprechende Ausnehmungen auf der Leiterplatte 13 angeordnet sind, um die federnden Kontaktelemente 12 zu halten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009058592 A1 [0004]
- WO 2007/014780 A1 [0005]
