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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement, das um eine Drehachse drehbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, in dem eine solche Bedienvorrichtung genutzt wird.
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In modernen Kraftfahrzeugen ist es üblich, dass der Nutzer Einstellungen des Kraftfahrzeugs oder Medieninhalte und Applikationen mittels eines Multifunktionssystems aufrufen und kontrollieren kann. Das Multifunktionssystem weist dazu einen Bildschirm auf, auf dem eine Menüstruktur angezeigt wird. Eine Auswahl eines gewünschten Menüeintrags erfolgt mittels einer Bedienvorrichtung, mit der der Nutzer in der Menüstruktur navigieren kann. Die Bedienvorrichtung kann beispielsweise walzenförmig ausgestaltet und um eine Drehachse drehbar sein. Derartige Bedienwalzen im Lenkrad von Kraftfahrzeugen erfreuen sich großer Beliebtheit. Durch eine Drehung der Walze wird ein gewünschter Menüeintrag angesteuert und dann aktiviert. Diese Form der Bedienvorrichtung eignet sich besonders für Menüstrukturen, bei denen die zu bedienenden Inhalte der graphischen Benutzeroberfläche vertikal oder horizontal angeordnet sind, die also eindimensional gestaltet sind.
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In diesem Zusammenhang beschreibt
DE 103 15 721 A1 eine Bedieneinrichtung für Kraftfahrzeuge mit einer Anzeige, auf der Menüs, Funktionen oder Funktionswerte mittels mindestens eines Bedienelementes anwählbar und auswählbar sind. Das Bedienelement ist walzenförmig ausgestaltet und um eine Drehachse drehbar. Es ist derart in einem Fahrzeugteil eingebaut, dass die Drehachse parallel zur Oberfläche des Fahrzeugteiles angeordnet ist. Auf das Bedienelement ist eine Kraft entlang der Drehachse ausübbar, die von einer Sensorvorrichtung feststellbar ist.
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Für die Navigation in zweidimensionalen Menüstrukturen kann eine Bedienvorrichtung zwei Bedienelemente aufweisen, die jeweils einer der beiden Dimensionen zugeordnet sind.
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Beispielsweise beschreibt
DE 199 20 525 A1 ein Bedienelement zur Einstellung von Funktionszuständen in einem Kraftfahrzeug. Das Bedienelement ist in Form eines Rändelrads an einem Lenkrad des Kraftfahrzeugs angeordnet und weist eine Scroll-Funktion auf. Zur Realisierung einer horizontalen und vertikalen Scroll-Funktion können zwei zueinander senkrechte Rändelräder vorgesehen sein.
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Alternativ ist es möglich, das Bedienelement als Mehr-Wege-Element zu gestalten, bei dem verschiedene Eingabehandlungen verschiedenen Dimensionen der Menüstruktur zugeordnet sind.
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In diesem Zusammenhang beschreibt
DE 10 2011 055 319 B4 eine Bedienvorrichtung eines Multifunktionssystems für Kraftfahrzeuge. Unter anderem kann die Bedienvorrichtung ein als 4-Wege-Walze geformtes Bedienelement umfassen. Dieses Bedienelement ermöglicht eine Rotationsbewegung um eine Rotationsachse, eine Links-Rechts-Bewegung entlang der Rotationsachse sowie eine Einweg-Drückfunktion. Optional kann die Walzenoberfläche kapazitiv ausgebildet sein und eine Links- oder Rechts-Bewegung ersetzen, indem die kapazitive Walzenoberfläche eine Wischbewegung auf der Oberfläche der Walze in beliebiger Position ermöglicht.
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DE 10 2012 019 387 A1 beschreibt ein druck- und drehbetätigbares Bedienelement für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Lenkradbedienelement. Das Bedienelement weist ein walzenförmiges, auf einem Lagerbock drehbar gelagertes Eingabeelement auf. Das Eingabeelement überträgt eine Drehbetätigung auf eine Codescheibe, die mit einem Sensor zusammenwirkt. Der Lagerbock stützt sich auf den Betätigungselementen mehrerer Schaltelemente ab. Eine Druckbetätigung des Eingabeelements betätigt dabei wenigstens eines der Schaltelemente.
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DE 199 32 117 C1 beschreibt eine Anordnung von Bedienelementen für wenigstens ein Aggregat eines Kraftfahrzeugs, wobei die Bedienung des wenigstens einen Aggregats zumindest über zwei Drehsteller erfolgt. Die beiden Drehsteller sind in einem Bedienungselement untergebracht. Der erste Drehsteller ist als Rändelrad ausgebildet, wobei ein Segment des ersten Drehstellers aus der Oberfläche herausragt und zumindest einen Teil der Handhabe des zweiten Drehstellers bildet. Die Drehachse des zweiten Drehstellers steht im Wesentlichen senkrecht auf der Oberfläche.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß hat eine Bedienvorrichtung ein walzenförmiges Bedienelement, das um eine Drehachse drehbar ist. Das walzenförmige Bedienelement ist in eine Oberfläche eingelassen. Eine Orientierung der Drehachse in der Ebene der Oberfläche ist dabei motorisch zwischen zwei oder mehr Stellungen umstellbar.
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Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Idee, die bereits in verschiedenen Kraftfahrzeugen erprobte Walze durch einen zusätzlichen Freiheitsgrad zu erweitern. Neben der Rotation um die Längsachse der Walze ist auch die Orientierung der Walze in der Ebene der Oberfläche veränderlich. Durch die zylindrische Form und optional durch die Oberflächenbeschaffenheit der Walze kann der Nutzer die Orientierung der Walze erfühlen und somit ableiten, welcher Kontext bedient wird. Die Änderung der Orientierung der Walze kann auch zur Verbesserung der Ergonomie genutzt werden, indem das Bedienelement stets die optimale Bedienbarkeit in Abhängigkeit zur Handhaltung und somit Daumenposition ermöglicht.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Orientierung der Drehachse relativ zur Oberfläche zwischen zwei Stellungen umstellbar, die zwei Dimensionen in einer zweidimensionalen Menüstruktur zugeordnet sind. Vorzugsweise ist die Orientierung der Drehachse durch eine Drehung um 90° zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Orientierung umstellbar. Auf diese Weise sind die beiden Orientierungen haptisch sehr gut unterscheidbar. Zudem harmoniert diese Ausführungsform besonders gut mit einer zweidimensionalen Menüstruktur. Natürlich können bei reduzierter haptischer Unterscheidbarkeit auch weitere diskrete Winkelstufen oder sogar eine kontinuierliche Drehung realisiert werden.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird durch einen Nutzer durch eine Drehung des walzenförmigen Bedienelements um die Drehachse in der ersten Stellung ein Menüeintrag in einer ersten Dimension der zweidimensionalen Menüstruktur markiert. Durch ein manuelles Umstellen der Orientierung der Drehachse relativ zur Oberfläche von der ersten Stellung in die zweite Stellung durch den Nutzer wird der markierte Menüeintrag ausgewählt. Bei dieser Ausführungsform wird die Orientierung der Walze mechanisch durch den Nutzer geändert. Auf einen motorischen Antrieb kann daher verzichtet werden. Gleichzeitig wird durch die Änderung der Orientierung ein Menüeintrag ausgewählt und somit bestätigt. Die Änderung der Orientierung ermöglicht somit eine Nutzereingabe, so dass zu Auswahl eines markierten Menüeintrags kein weiteres Bedienelement benötigt wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird durch einen Nutzer durch eine Drehung des walzenförmigen Bedienelements um die Drehachse in der ersten Stellung ein Menüeintrag in einer ersten Dimension der zweidimensionalen Menüstruktur markiert. Nach einer Auswahl des markierten Menüeintrags durch den Nutzer wird die Orientierung der Drehachse relativ zur Oberfläche motorisch von der ersten Stellung in die zweite Stellung umgestellt. Bei dieser Ausführungsform markiert der Nutzer zunächst einen Menüeintrag und wählt diesen dann durch eine Eingabe aus. Die Eingabe kann beispielsweise durch eine separate Taste oder durch eine Tastenfunktion des walzenförmigen Bedienelements erfolgen. Im Anschluss an die Eingabe wird die Orientierung der Walze durch einen Motor geändert. Der Nutzer erhält durch die motorische Änderung der Orientierung somit eine haptische Rückmeldung über die erfolgte Eingabe, ohne dass er einen Blick auf die Menüstruktur werfen muss.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist die Bedienvorrichtung eingerichtet, einen Druck auf das walzenförmige Bedienelement senkrecht zur Drehachse ortsaufgelöst zu erfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zwischen einem Druck links, in der Mitte und rechts auf das walzenförmige Bedienelement unterschieden werden kann. Auf diese Weise wird eine weitere Eingabemöglichkeit bereitgestellt, so dass die Anzahl zusätzlicher umliegender Tasten reduziert werden kann.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das walzenförmige Bedienelement als berührungsempfindliches Bedienelement ausgestaltet. Durch die Berührungsempfindlichkeit kann eine Wischbewegung eines Nutzers mit einem Finger entlang der Drehachse erfasst werden. Ebenso kann erfasst werden, ob ein Daumen des Nutzers auf dem walzenförmigen Bedienelement liegt. Auch auf diese Weise wird eine weitere Eingabemöglichkeit bereitgestellt. Die Berührungserkennung kann beispielsweise mittels kapazitiver Sensoren, drucksensitiver Sensoren oder resistiver Berührungssensoren umgesetzt werden.
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Besonders vorteilhaft verwendet ein Kraftfahrzeug eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung, beispielsweise zur Bedienung eines Multifunktionssystems. Vorzugsweise ist die Bedienvorrichtung dabei im Lenkrad angeordnet. Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich aber auch für den Einsatz an anderen Positionen und bei anderen Geräten mit ähnlichen Bedienelementen.
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Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen in Verbindung mit den Figuren ersichtlich.
- 1 zeigt schematisch eine Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement in einer ersten Position.
- 2 zeigt die Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement in einer zweiten Position;
- 3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement;
- 4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement;
- 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement;
- 6-9 zeigen schematisch einen Aufbau einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement, bei dem die Aktorik außerhalb des Drehzentrums angeordnet ist;
- 10 zeigt schematisch einen Aufbau einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement, bei dem die Aktorik unter dem Drehzentrum angeordnet ist;
- 11 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug dar, in dem eine Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement genutzt wird;
- 12 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung einer Menüstruktur; und
- 13 zeigt schematisch eine zweite Ausgestaltung einer Menüstruktur.
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Zum besseren Verständnis der Prinzipien der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren detaillierter erläutert. Es versteht sich, dass sich die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und dass die beschriebenen Merkmale auch kombiniert oder modifiziert werden können, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er in den angehängten Ansprüchen definiert ist.
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1 zeigt schematisch eine Bedienvorrichtung 1 mit einem walzenförmigen Bedienelement 2 in einer ersten Position. 2 zeigt die Bedienvorrichtung 1 in einer zweiten Position. Das walzenförmige Bedienelement 2 ist um eine Drehachse 3 drehbar und in eine Oberfläche 4 eingelassen. Beispielsweise kann das walzenförmige Bedienelement 2 in ein Lenkrad eines Kraftfahrzeugs eingelassen sein. Die Orientierung der Drehachse 3 relativ zur Oberfläche 4 ist zwischen zwei oder mehr Stellungen umstellbar. Im dargestellten Beispiel ist die Orientierung der Drehachse durch eine Drehung um 90° zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Orientierung umstellbar. In 1 ist die Drehachse horizontal ausgerichtet, in 2 hingegen vertikal. Für eine bessere Griffigkeit kann die Oberfläche des walzenförmigen Bedienelements 2 mit einer Struktur versehen sein, z.B. einer Noppen- oder Pyramidenstruktur. Alternativ kann sie eine Gummierung oder eine Rillenstruktur aufweisen.
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3 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer Bedienvorrichtung 1 mit einem walzenförmigen Bedienelement 2. Auch in dieser Ausführungsform ist das walzenförmige Bedienelement 2 um eine Drehachse 3 drehbar und in eine Oberfläche 4 eingelassen.
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Zusätzlich zur Möglichkeit, die Orientierung der Drehachse 3 relativ zur Oberfläche 4 zwischen zwei oder mehr Stellungen umzustellen, ist bei dieser Ausführungsform die Bedienvorrichtung 1 eingerichtet, einen Druck auf das walzenförmige Bedienelement 2 senkrecht zur Drehachse 3 ortsaufgelöst zu erfassen. Im dargestellten Beispiel kann zwischen drei verschiedenen Druckpositionen unterschieden werden, d.h. links, mittig und rechts. Dies ermöglicht eine Bedienung ähnlich einer Computermaus, d.h. es kann zumindest zwischen einem Linksklick, einem Mittelklick und einem Rechtsklick unterschieden werden.
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4 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer Bedienvorrichtung 1 mit einem walzenförmigen Bedienelement 2. Wie zuvor ist das walzenförmige Bedienelement 2 um eine Drehachse 3 drehbar und in eine Oberfläche 4 eingelassen. Ebenfalls ist die Orientierung der Drehachse 3 relativ zur Oberfläche 4 zwischen zwei oder mehr Stellungen umstellbar. Zusätzlich ist das walzenförmige Bedienelement 2 in dieser Ausführungsform als berührungsempfindliches Bedienelement ausgestaltet. Auf diese Weise kann z.B. eine Wischbewegung eines Nutzers mit einem Finger entlang der Drehachse erfasst werden. Als weitere Eingabemöglichkeit kann auch ein Druck auf das walzenförmige Bedienelement 2 erkannt werden. Die berührungsempfindliche Ausgestaltung ermöglicht eine Bedienung ähnlich einem mobilen Gerät mit Touchscreen, z.B. einem Smartphone oder einem Tablet. Durch Wischbewegungen kann der Nutzer dabei beispielsweise zwischen verschiedenen Bildschirmanzeigen wechseln.
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Selbstverständlich können die ortsaufgelöste Druckerkennung und die berührungsempfindliche Ausgestaltung auch kombiniert werden.
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5 zeigt ein Blockschaltbild einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement. Auf einer Drehplattform 22 ist eine Platine 10 angeordnet, die Signale dreier Sensorelemente 11, eines Tasters 12 und einer Lichtschranke 13 empfängt. Diese werden durch eine Auswerteelektronik der Platine 10 ausgewertet. Mit der Lichtschranke 13 kann eine Rotation des walzenförmigen Bedienelements um die Längsachse erfasst werden. Die drei Sensorelemente 11 können als Sensorflächen realisiert sein und ermöglichen so eine berührungsempfindliche Ausgestaltung des Bedienelements. In Kombination mit dem Taster 12 kann eine ortsaufgelöste Druckerkennung bereitgestellt werden. Optional steuert die Platine 10 eine in die Bedienvorrichtung integrierte Beleuchtung 14. Die Platine 10 kommuniziert mit einer Steuereinheit 15, die auf Basis der empfangenen Daten einen Motor 29 zur Drehung der Drehplattform 22 sowie eine graphische Nutzerschnittstelle 16 ansteuert. In 5 wird die Drehplattform 22 und somit die Orientierung der Drehachse relativ zur Oberfläche motorisch umgestellt. Natürlich kann alternativ auch eine manuelle Umstellung durch den Nutzer erfolgen. In diesem Fall kann die manuelle Umstellung optional zugleich als Nutzereingabe behandelt werden.
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6 bis 9 zeigen schematisch einen Aufbau einer Bedienvorrichtung 1 mit einem walzenförmigen Bedienelement 2, bei dem die Aktorik außerhalb des Drehzentrums angeordnet ist. Die Drehung wird deshalb über eine Mechanik umgesetzt. Auf einer Basis 20 ist eine Drehplattform 22 angeordnet, die als Träger für eine Platine 10 und eine Welle 24 dient. In der als Hohlwelle ausgeprägten Walze 23 sind Sensorelemente 11 in Form von elektrisch leitfähigen Elementen angeordnet, die über Kabel mit einer Auswertelektronik auf der Platine 10 verbunden sind. Die Sensorelemente 11 können beispielsweise durch zumindest zwei Kupferteilringe gebildet sein. Sie dienen gleichzeitig als Lagerung für die Walze 23. Eine Änderung der Orientierung erfolgt durch eine Drehung der Drehplattform 22. Die Unterseite der Drehplattform 22 ist dazu als Zahnrad ausgestaltet. Mittels eines weiteren Zahnrads 26, das von einem Motor (nicht dargestellt) angetrieben wird, kann die Drehung der Drehplattform 22 umgesetzt werden. Die Rotation der Walze 23 um die Längsachse bleibt im Vergleich zu bekannten walzenförmigen Bedienelementen unverändert. Über eine an der Walze 23 angebrachte Encoderscheibe 25 und einer Doppel-Lichtschranke 13 auf der Platine 10 wird die Rotation der Walze 23 erfasst. Anstelle der Lichtschranke 13 zur Erkennung der Drehung der Walze 23 kann auch ein zentral unter der Walze 23 angebrachter optischer Maussensor eingesetzt werden. Damit kann neben der Drehung der Drehplattform 22 auch die Rotation der Walze 23 detektiert werden. Die Elemente der Bedienvorrichtung 1 sind in einem Gehäuse 21 angeordnet. Eine Abdeckung 27 dient als Blende für die Walze 23, so dass nur diese außerhalb des Gehäuses 21 sichtbar ist.
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10 zeigt schematisch einen Aufbau einer Bedienvorrichtung mit einem walzenförmigen Bedienelement, bei dem die Aktorik unter dem Drehzentrum angeordnet ist. Dies ermöglicht einen einfacheren Aufbau der Kinematik. Auf einer Drehplattform 22, die auf einer Basis 20 angeordnet ist, ist wie gehabt eine Platine 10 befestigt. Die Platine 10 weist in diesem Beispiel neben der Lichtschranke 13 für eine Encoderscheibe 25 einen Taster 12 und eine Beleuchtung 14 auf. Eine mittels Sensorelementen 11 berührungsempfindlich gestaltete Welle 24 für eine Walze 23 wird in passenden Aussparungen einer Abdeckung 27 gehalten. Zusätzlich zum einem Motor 29 für die Drehung der Drehplattform 22 ist ein Potentiometer 28 für die Rotationserkennung vorgesehen. Die Elemente sind in einem Gehäuse 21 angeordnet. Die beweglichen Teile sind bei dieser Ausgestaltung direkt mit der Welle des Motors 29 verbunden.
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Für die Aktorik können in beiden beschriebenen Ausgestaltungen unterschiedliche Motoren genutzt werden, z.B. Servomotoren, Gleichstrommotoren, Schrittmotoren oder Gimbal-Motoren.
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11 stellt schematisch ein Kraftfahrzeug 30 dar, in dem eine Bedienvorrichtung 1 mit einem walzenförmigen Bedienelement genutzt wird. Das Kraftfahrzeug 30 weist ein Lenkrad 31 auf, in dem zumindest eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung 1 angeordnet ist. Mit dieser Bedienvorrichtung 1 kann ein Multifunktionssystem 32 des Kraftfahrzeugs 30 bedient werden. Zu diesem Zweck wird auf einem Bildschirm 33 des Multifunktionssystems 32 eine graphische Nutzerschnittstelle bereitgestellt. Über das Multifunktionssystem 32 kann der Nutzer unter anderem Einstellungen des Kraftfahrzeugs 30 anpassen, beispielsweise Parameter eines Assistenzsystems 34, oder auf Medieninhalte in einem Speicher 35 zugreifen. Über eine Datenübertragungseinheit 36 kann eine Verbindung zu einem Dienstanbieter aufgebaut werden, beispielsweise zum Abrufen weiterer Medieninhalte oder zum Aufbau einer Kommunikationsverbindung. Der Datenaustausch zwischen den verschiedenen Komponenten des Kraftfahrzeugs 30 erfolgt über ein Netzwerk 37.
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12 zeigt schematisch eine erste Ausgestaltung einer Menüstruktur 40. Bei dieser Ausgestaltung sind die zu bedienenden Inhalte einer graphischen Benutzeroberfläche vertikal angeordnet, d.h. es handelt sich um eine eindimensionale Menüstruktur 40. Nach Auswahl eines Menüeintrags 40 aus einer ersten Liste werden die Elemente einer zugehörigen zweiten Liste dargestellt. Zwischen den beiden Listen gibt es anhand der Darstellung und einer korrespondierenden Interaktionsrichtung keine Unterscheidung. Der Nutzer kann durch eine Blindbedienung nicht erfühlen, welcher Kontext bedient wird.
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13 zeigt schematisch eine zweite Ausgestaltung einer Menüstruktur 40. Bei dieser Ausgestaltung sind die zu bedienenden Inhalte einer graphischen Benutzeroberfläche zweidimensional angeordnet. Nach Auswahl eines Menüeintrags 40 aus einer horizontal angeordneten ersten Liste werden die Elemente einer zugehörigen vertikal angeordneten zweiten Liste dargestellt. Eine Unterscheidung in der Darstellung ist somit gegeben. Durch eine zusätzliche Anpassung der Orientierung des Bedienelements entsprechend dem Kontext wird der Nutzer nicht nur visuell, sondern auch haptisch unterstützt. Der Nutzer kann durch eine Blindbedienung erfühlen, welcher Kontext bedient wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bedienvorrichtung
- 2
- Walzenförmiges Bedienelement
- 3
- Drehachse
- 4
- Oberfläche
- 10
- Platine
- 11
- Sensorelement
- 12
- Taster
- 13
- Lichtschranke
- 14
- Beleuchtung
- 15
- Steuereinheit
- 16
- Graphische Nutzerschnittstelle
- 20
- Basis
- 21
- Gehäuse
- 22
- Drehplattform
- 23
- Walze
- 24
- Welle
- 25
- Encoderscheibe
- 26
- Zahnrad
- 27
- Abdeckung
- 28
- Potentiometer
- 29
- Motor
- 30
- Kraftfahrzeug
- 31
- Lenkrad
- 32
- Multifunktionssystem
- 33
- Bildschirm
- 34
- Assistenzsystem
- 35
- Speicher
- 36
- Datenübertragungseinheit
- 37
- Netzwerk
- 40
- Menüstruktur
- 41
- Menüeintrag
