DE102017120952A1

DE102017120952A1 - Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit berührsensitiver Eingabefläche und resistiv detektierendem Drehsteller

Info

Publication number: DE102017120952A1
Application number: DE102017120952.2A
Authority: DE
Inventors: Joachim Wüst; Andreas Kramlich
Original assignee: Preh GmbH
Current assignee: Preh GmbH
Priority date: 2017-09-11
Filing date: 2017-09-11
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1), aufweisend:ein Eingabegerät (3), welches eine berührsensitive Eingabefläche (14) definiert und zugehörige Mittel (16) zur Berührdetektion aufweist; und ein auf der Eingabefläche (14) angeordneter Drehsteller (2), wobei der Drehsteller (2) einen Träger (10), eine Handhabe (9) und Lagerungsungsmittel (13) zur drehbeweglichen Lagerung der Handhabe (9) um eine Drehachse (D) am Träger (10), um eine Drehverstellung der Handhabe (9) zur ermöglichen und Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion aufweist; eine Auswerteinheit (17), die elektrisch leitend mit den Mitteln (16) zur Berührdetektion und mit den Mitteln (7, 8) zur Drehstellungsdetektion verbunden ist. Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion eine Widerstandsschicht (7) und einen synchron mit der Handhabe (9) entlang der Widerstandschicht (7) händisch verfahrbaren Schleifer (8) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit einem Eingabegerät, welches eine berührsensitive Eingabefläche definiert, und einem Drehsteller, der auf dieser Eingabefläche angeordnet ist. Diese Eingabeflächen sind in einer Ausgestaltung mit einer elektronischen Pixelmatrixanzeige kombiniert und das zugehörige Eingabegerät wird als Touchscreen bezeichnet. In einer anderen Ausgestaltung handelt es sich um eine anzeigelose, berührempfindliche Eingabefläche, wobei das Eingabegerät als Touchpad bezeichnet wird.
Vorbekannte Eingabegeräte dieser Gattung insbesondere bei der Verwendung in Kraftfahrzeugen weisen Betätigungsteile auf, die beweglich an und auf der berührsensitiven Eingabefläche angeordnet sind, wobei regelmäßig die der berührsensitiven Eingabefläche zugeordnete Detektionseinrichtung nicht nur zur Berührdetektion auf der Eingabefläche sondern auch zur Positionsdetektion des Betätigungsteils verwendet wird.
Gleichzeitig steigert die Verwendung eines beweglich gelagerten Betätigungsteils anstelle einer Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit ausschließlich über eine berührsensitiven Eingabefläche möglichen Eingabe, d.h ein reines Touchpad oder ein reiner Touchscreen, die Bediensicherheit und den Bedienkomfort, da der Bediener immer noch an herkömmliche Eingabegeräte mit beweglich gelagerten Betätigungsteilen gewöhnt ist und andererseits eine Bedienung auch ohne visuelle Kontrolle und damit ohne Ablenkung vom Verkehrsgeschehen durch Ergreifen des Betätigungsteils und damit erfolgendem haptischem Feedback durchführbar ist. Bisherige Ansätze dieses Prinzips machten sich bisher die kapazitive Berührdetektion zu Nutze, indem das auf einem kapazitiven Touchscreen oder kapazitiven Touchpad angeordnete Betätigungsteil mit der jeweiligen Messkapazität wechselwirkte, um so eine Drehstellungsdetektion vorzunehmen.
Es hat sich aber gezeigt, dass diese kapazitive Wechselwirkung oder auch Kopplung genannt nur unzuverlässig funktioniert, weil sie sehr stark von der Körperkapzität des Bedieners abhängt und letztere starken Schwankungen unterliegt und die Kopplung sehr stark von elektromagnetischer Einstreuung betroffen ist.
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Lösung für eine gattungsgemäße Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle mit im Vergleich verbesserter Funktionssicherheit. Diese Aufgabe wird durch eine Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Verwendungsanspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft eine Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle. Die Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle im Sinne der Erfindung meint eine Einrichtung zur Vornahme von Steuerungseingaben betreffend das Fahrzeug oder Fahrzeugkomponenten. Als Benutzer, auch Bediener genannt, wird unter anderem der Fahrer oder der Beifahrer des Kraftfahrzeugs verstanden.
Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle weist ein Eingabegerät auf, welches eine berührsensitive Eingabefläche definiert und zum Eingabegerät gehörige Mittel zur Berührdetektion aufweist. Die Mittel zur Berührdetektion sind beispielsweise ausgelegt, die Berührung resistiv oder induktiv zu detektieren. Bevorzugt sind die Mittel zur Berührdetektion jedoch ausgebildet, die Berührung kapazitiv zu detektieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem Eingabegerät um einen kapazitiven Touchscreen oder ein kapazitives Touchpad, beispielsweise jeweils in orberflächen-kapazitiver oder in projiziert-kapazitiver Bauweise. Bevorzugt handelt es sich bei dem Eingabegerät um ein Touchscreen, noch bevorzugter einen projiziert-kapazitiven Touchscreen.
Die erfindungsgemäße Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle weist neben dem Eingabegerät einen auf der Eingabefläche angeordneten Drehsteller auf. Mit dem auf der Eingabefläche beschriebenen Anordnungsverhältnis zwischen Drehsteller und Eingabefläche soll lediglich zwingend eine Anordnung impliziert sein, bei dem der Drehsteller die Eingabefläche wenigstens teilweise überragt. Es sind erfindungsgemäß daher Ausführungsformen denkbar, bei denen die Eingabefläche lediglich den Drehsteller umgebend angeordnet ist oder sich aber unterhalb des Drehstellers erstreckt. Bevorzugt ist eine Ausführungsform bei der sich die Eingabefläche und die Anzeige des als Touchscreen ausgebildeten Eingabegeräts unter dem Drehsteller hindurch erstreckt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform und insbesondere in Kombination mit dem zuvor beschriebenem Anordnungsverhältnis von Eingabegerät und Drehsteller weist der Drehsteller einen zentralen Durchbruch auf.
Der erfindungsgemäße Drehsteller weist einen Träger sowie eine Handhabe auf. Die Handhabe definiert eine Betätigungsfläche, die ein Ergreifen der Handhabe durch die Hand oder Finger eines Bedieners während der händischen Drehverstellung ermöglicht. Der Drehsteller hat erfindungsgemäß Lagerungsungsmittel zur drehbeweglichen Lagerung der Handhabe um eine Drehachse am Träger. Dies ermöglicht eine Drehverstellung der Handhabe. Beispielsweise handelt es sich um Lagerungsmittel, die eine Gleit- oder Wälzlagerung der Handhabe am Träger ermöglichen.
Erfindungsgemäß sind am Drehsteller selber ferner Mittel zur Drehstellungsdetektion vorgesehen, so dass uanbhängig von den Berührdetelktionsmitteln eine Drehstellung detektiert werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Auswerteinheit vorgsehen, die elektrisch leitend mit den Mitteln zur Berührdetektion und mit den Mitteln zur Drehstellungsdetektion verbunden ist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Mittel zur Drehstellungsdetektion eine Widerstandsschicht und einen synchron mit der Handhabe entlang der Widerstandschicht händisch verfahrbaren Schleifer aufweist. Damit erfolgt die Drehstellungsdetektion nicht nur unabhängig von den Mitteln zur Berührdetektion sondern eine derart resistive Drehstellungsdetektion hat sich als besonders störunafällig gegenüber elektromagnetischer Störeinstrahlung erwiesen. Insbesondere in Kombination mit einer kapazitiven Berührdetektion ist keine Wechselwirkung und Beeinträchtigung der Stellungsdetektion mit der kapazitiven Berührdetektion zu befürchten. Es obliegt dem Fachmann entsprechend dem gewünscheten Ausflösungsvermögen der Drehstellungsdetektion die Widerstandsschicht geeignet, beispielsweise die Länge, den Verlauf, das Widerstandsmaterial und die Dicke betreffend, auszugestalten. Beispielsweise handelt es sich bei der Widerstandsschicht um eine Kohleschicht, eine Metallschicht, eine Cermet-Schicht oder eine Schicht aus einem leitenden Kunststoff (Leitplastik). Die Widerstandschicht wird beispielsweise in einem Druckverfahren auf eine Folie aufgebracht. Bevorzugt ist die Widerstandschicht kreisförmig oder wenigstens teilkreisförmig. Die Widerstandschicht kann einbahnig oder mehrbahnig ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Widerstandschicht einbahnig ausgebildet.
Zur Verbesserung dieser Störunanfälligkeit ist der Träger aus einem elektrisch nichtleitenden Material, wie einem Kunststoff hergestellt. Bevorzugt ist der Träger ringförmig ausgebildet.
Zur konstruktiven Vereinfachung der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Lagerungsmittel elektrisch leitend ausgebildet sind und der Schleifer über die Lagerungsmittel elektrisch leitend mit der Auswerteinheit verbunden ist.
Bevorzugt weist der Drehsteller ferner eine Rasteinrichtung auf, welche eine Rastkontur und eine mir der Rastkontur in Eingriff stehende Rastnase aufweist, Die Rasteinrichtung ist zur Erzeugung einer Rasthaptik bei der Drehverstellung der Handhabe vorgesehen. Bevorzugt ist dabei eine Eingriffsrichtung des Eingriffs, die radial bezüglich der Drehache orientiert ist. Beispielsweise ist die Rastkontur an einer Oberfläche eines Ringes ausgebildet.
Bevorzugt ist eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klebverbindung, zwischen dem Träger und der Eingabefläche vorgesehen. Die dadurch ausgebildete Klebeschicht trägt beispielsweise zusätzlich zur elektromagnetischen Abschirmung bei.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle ist die Widerstandsdicht auf einem ringfömigen Stützelement angeordnet, wobei das Stützelement und die Lagerungsmittel in Richtung der Drehachse gestapelt angeordnet sind.
Bevorzugt ist der Schleifer der Mittel zur Drehstellungsdetektion in Richtung der Drehachse elastisch gegen die Widerstandsschicht vorgespannt.
Der Drehsteller ist in einer Ausgestaltung zentrisch auf der Eingabefläche angeordnet, d.h. die Drehachse schneidet den geometrischen Mittelpunkt der Eingabefläche. Beispielsweise ist ein Durchbruch in der Eingabefläche zur elektrischen kontaktierung des Drehstellers ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle weist diese einen die Eingabefläche umgebenden Blendenrahmen auf, und der Drehsteller, insbesondere der Träger des Drehstellers, ist angrenzend an den Blendenrahmen angeordnet. Dadurch ist eine verdeckte Führung der Leiter zur elektrischen Kontaktierung des Drehstellers im Bereich des Übergangs zwischen Drehsteller und Belendenrahmen ermöglicht, ohne dass eine Beenträchtigung der Sicht auf die Eingabefläche, insbesondere auf die der Eingabefläche zugeordneten Anzeige, durch den Leiter gegeben ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle in einer seiner zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen lediglich eine bevorzugte Ausführungsvariante dar. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle 1;
2 eine Explosionsdarstellung des Drehstellers 2 der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle aus 1;
3 eine Schnittdarstellung des Drehstellers 2 der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle aus 1.

1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle 1. Die Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle 1 weist einerseits ein Eingabegerät 3, welches eine berührsensitive Eingabefläche 14 definiert und andererseits einen Drehsteller 2 auf. Dem Eingabegerät 3 mit berührsensitiver Eingabefläche 14 sind zugehörige Mittel 16 zur Berührdetektion zugeordnet. Das Eingabegerät 3 ist ein Touchscreen, d.h. der Eingabefläche 14 ist eine elektronische Pixelmatrixanzeige zugeordnet, die in 1 nicht näher dargestellt ist, sich aber parallel zur Eingabefläche 14 erstreckt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle 1 handelt es sich um ein kapazitives Eingabegerät 3, bzw. einen kapazitiven Touchscreen, welcher eine Elektrodenstruktur 16 aufweist, die ein Array von Messkapzitäten zur Berührdetektion ausbildet. In 1 ist die Elektrodenstruktur 16 zur besseren Sichtbarmachung des Drehstellers 2 nur partiell dargestellt, erstreckt sich aber entlang der Eingabefläche 14 somit entgegen der Darstellung auch unter dem Drehsteller 2.
Der Drehsteller 2 der erfindungsgemäßen Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle 1 ist auf der Eingabefläche 14 des Eingabegeräts 3 angeordnet. Der Drehsteller 2 weist zur Anordnung und Befestigung auf der Eingabefläche 14 einen ringförmigen Träger 10 auf, der mit der Eingabefläche 14 verklebt ist. Der Träger 10 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Kunststoff und dient der elektrischen Isolierung des Drehstellers 2.
Der Drehstelller 2 weist eine ringförmige Handhabe 9 auf, die drehbeweglich am Träger 10 gelegert ist. Der Drehsteller 2 weist einen zentralen Durchbruch 12 auf, um einen Durchblick auf die unter dem Drehsteller 2 befindliche, der Eingabefläche 14 zugeordnete Anzeigefläche der Anzeige des Eingabegeräts 3 zu gestaten. Die Fahrzeug-benutzer-Schnittstelle 1 weist ferner eine Auswerteinheit 17 auf, die elektrisch leitend mit den Mitteln 16 zur Berührdetektion als auch mit den Mitteln zur Drehstellungsdetektion über den Leiter 15 des Drehstellers 2 verbunden ist.
Wie in 1 gezeigt, ist der Drehsteller 2 nicht mittig auf der Eingabefläche 14 sondern angrenzend an einen Blendenrahmen 18 angeordnet, der die Eingabefläche 15 einfasst. Durch die angrenzende Anordung kann der Leiter 15 durch den Blendenrahmen 15 verdeckt abgeführt werden, ohne die Anzeigefläche zu beeinträchtigen.
Der Drehsteller 2 mit seinen Mitteln zur Drehstellungsdetektion ist in der Explosionsdarstellung der 2 sowie in der Schnittdarstellung der 3 deutlicher zu erkennen. Wie 2 zeigt, weist der Drehsteller 2 einen Träger 10 sowie eine Handhabe 9 auf, die mittes des als Wälzlager ausgebildeten Lagerungsungsmittel 13 um die Drehachse D drehbeweglichen gelagert ist.
Zur Erzeugung einer Rastahaptik während der Drehverstellung ist eine Rasteinrichtung 4, 5 aus einer ringförmigen Rastkontur 4 und eine Rastnase 5 aus Federblech vorgesehen, die in wechselseitigem Eingriff stehen. Die Wirkrichtung dieses Eingriffs ist senkrecht, hier radial, zur Drehachse D orientiert.
Auf den Lagerungsmitteln 13, inbesondere deren Innenring, stützt sich in Richtung der Drehachse D ein ringförmiges Stützelement 6 ab, das eine Stützfläche für die Mittel 7, 8 zur Drehstellungsdetektion ausbildet. Das Stützelement 6 ist über die Schrauben 11 mit dem Träger 10 drehfest verbunden, während die Handhabe 9 am Außenring des Lagerungsmittel 13, beispielsweise durch Verrasten festgelegt ist. Die Mittel 7, 8 zur Drehstellungsdetektion weisen eine einbahnige Widerstandsschicht 7 auf, die von einem zu diesen Mitteln gehörenden, und an der Handhabe 9 befestigten Schleifer 8, der in elektrischem Schleifkontakt mit der Widerstandsbahn 7 steht, bei der Verstellbewegung der Handhabe synchron gleitend abgefahren wird. Der über die Widerstandschicht 7 zwischen dem Endpunkt der Widerstandsschicht 7 und dem jeweiligen Berührpunkt anfallende ohmsche Widerstandswert lässt somit eine Stellungsdetektion der Handhabe 9 ähnlich des Spannungstellerabgriffs eines Potentiometers zu und stellt somit eine zuverlässige Drehstellungsdetektion sicher. Dazu wird der Schleifer 8 über die Lagerugsmittel 13 elektrisch kontaktiert und mit der Auswerteinheit verbunden, während die Widerstandsschicht 7 über die Leiterbahn 15 mit der in 1 gezeigten Auswerteinheit 17 verbunden ist.
Durch die resistive Auslegung der Drehsteller 2 eigenen Drehstellungsdetektion ist nicht nur eine von den Mitteln 16 zur Berührdetektion ubanhängige Stellungsdetektion gewährleistet, sondern eine derart resistive Drehstellungsdetektion hat sich als besonders störunafällig erwiesen, da sie beispielsweise gegenüber äußeren Störeinflüssen unanfällig ist, insbeondere in Kombination mit einer kapazitiven Berührdetektion ist keine Wechselwirkung und Beeinträchtigung der Stellungsdetektion mit der kapazitiven Berührdetektion zu befürchten.

Claims

Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1), aufweisend: ein Eingabegerät (3), welches eine berührsensitive Eingabefläche (14) definiert und zugehörige Mittel (16) zur Berührdetektion aufweist; und ein auf der Eingabefläche (14) angeordneter Drehsteller (2), wobei der Drehsteller (2) einen Träger (10), eine Handhabe (9) und Lagerungsungsmittel (13) zur drehbeweglichen Lagerung der Handhabe (9) um eine Drehachse (D) am Träger (10), um eine Drehverstellung der Handhabe (9) zur ermöglichen und Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion aufweist; eine Auswerteinheit (17), die elektrisch leitend mit den Mitteln (16) zur Berührdetektion und mit den Mitteln (7, 8) zur Drehstellungsdetektion verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion eine Widerstandsschicht (7) und einen synchron mit der Handhabe (9) entlang der Widerstandschicht (7) händisch verfahrbaren Schleifer (8) aufweist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß Anspruch 1, wobei der Träger (10) aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (10) ringförmig ausgebildet ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lagerungsmittel (13) elektrisch leitend ausgebildet sind und der Schleifer (8) über die Lagerungsmittel (13) elektrisch leitend mit der Auswerteinheit (17) verbunden ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehsteller (2) einen zentralen Durchbruch (12) aufweist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Drehsteller (2) ferner eine Rasteinrichtung (4, 5) zur Erzeugung einer Rasthaptik bei der Drehverstellung der Handhabe (9) beinhaltet, wobei die Rasteinrichtung (4, 5) eine Rastkontur (4) und eine mir der Rastkontur (4) in Eingriff stehende Rastnase (5) aufweist, und wobei eine Eingriffsrichtung des Eingriffs zwischen Rastnase (5) und Rastkontur (4) radial bezüglich der Drehache (D) angeordnet ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine kraftschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Klebverbindung, zwischen dem Träger (10) und der Eingabefläche (14) vorgesehen ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Widerstandschicht (7) auf einem rinfömigen Stützelement (6) angeordnet ist, wobei das Stützelement (6) und die Lagerungsmittel (13) in Richtung der Drehachse (D) gestapelt angeordnet sind.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittel (16) zur Berührdetektion des Eingabegeräts (3) ausgelegt sind, die Berührung kapazitiv zu detektieren.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleifer (8) der Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion in Richtung der Drehachse (D) elastisch gegen die Widerstandsschicht (8) der Mittel (7, 8) zur Drehstellungsdetektion vorgespannt ist.
Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem die Eingabefläche (14) umgebenden Blendenrahmen (18), wobei der Drehsteller (2) angrenzend an den Blendenrahmen (18) angeordnet ist.
Verwendung der Fahrzeug-Benutzer-Schnittstelle (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.