DE102020007256A1

DE102020007256A1 - Vorrichtung zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten

Info

Publication number: DE102020007256A1
Application number: DE102020007256.9A
Authority: DE
Inventors: Konrad Flachs
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-06-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (5) zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels (6) auf einer von der Vorrichtung (5) umfassten berührungssensitiven Oberfläche (2), mit einem Erfassungsmodul (11) zur Erfassung von mehreren Koordinatentupeln in zyklischer zeitlicher Abfolge nacheinander, mit einem Kompensationsmodul (9), welches dazu eingerichtet ist über eine Differenzbildung eines im aktuellen Zyklus und eines in einem vorhergehenden Zyklus erfassten Koordinatentupels ein differenzbasiertes Korrekturtupel zu ermittelt sowie ein Vorhersagetupel aus einem im vorherigen Zyklus bestimmten Vorhersagetupel und dem differenzbasierten Korrekturtupel zu berechnen. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmodul (9) ferner dazu eingerichtet ist den im aktuellen Zyklus erfassten Koordinatentupel zur Korrektur eines unbeabsichtigten Verkippens des Betätigungsmittels (6) mit dem Vorhersagetupel zu einem kompensierten Koordinatentupel zu korrigieren, welcher in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors einen Wert zwischen dem erfassten Koordinatentupel und dem Vorhersagetupel aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels auf einer von der Vorrichtung umfassten berührungssensitiven Oberfläche nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Außerdem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten nach der im Oberbegriff von Anspruch 10 näher definierten Art.
In der heutigen Welt werden zunehmend berührungssensitive Oberflächen eingesetzt, welche über ein Betätigungsmittel, wie beispielsweise einen Finger, betätigt werden. Dabei können bestimmte Bewegungen des Betätigungsmittels auf der berührungssensitiven Oberfläche erkannt und in Koordinaten umgesetzt werden. Dadurch ist der Ort der Berührung der sensitiven Oberfläche bekannt und es können beispielsweise virtuelle Richtungstasten in der Art eines Joysticks betätigt werden, um so durch Menüs in einem Anzeigeinstrument zu navigieren und bestimmte Funktionen auszuführen. Die berührungssensitive Oberfläche selbst kann dabei als Touchscreen oder auch lediglich als berührungssensitive Oberfläche ohne eine eigene Anzeigefunktion ausgestaltet sein. Sie kann dann beispielsweise mit entsprechenden Symbolen oder Piktogrammen versehen sein, welche dauerhaft auf der Fläche angeordnet sind.
Dabei ist es so, dass in Abhängigkeit des jeweiligen Benutzers und insbesondere der Position und damit der Zugänglichkeit der berührungssensitiven Oberfläche Eingaben gelegentlich fehlerhaft detektiert werden. Dies liegt daran, dass die detektierte Fingerbewegung auf der Oberfläche sich typischerweise nicht linear verhält. Es kommt im Normalfall zu Abweichungen zwischen den detektierten Koordinaten, beispielsweise ein kartesisches Zwei-Koordinatentupel (X, Y) und der tatsächlichen Bewegung des Fingers oder eines anderen Betätigungsmittels. Außerdem ist es so, dass die Kontaktfläche zwischen dem Finger und dem Sensor der berührungssensitiven Oberfläche, beispielsweise einer kapazitiven Sensorfläche, sich in Abhängigkeit der Stellung des Fingers verändert, sodass die Größe und/oder Form der Kontaktfläche alleine schon zu erheblichen Abweichungen führt. Ferner ist es so, dass das typischerweise relativ dynamisch erfolgende Aufsetzen des Betätigungsmittels, wie beispielsweise des Fingers, auf die berührungssensitive Oberfläche im Allgemeinen zu einer deutlichen Abweichung in den ersten erfassten Koordinaten führt.
Die US 2014/0078085 A1 nimmt sich diesem Thema an und beschriebt im Wesentlichen ein Verfahren, bei welchem anhand von differenzbasierten Korrekturwerten die einzelnen Tupel der Koordinaten korrigiert werden, um die Daten zu glätten. Die Zielsetzung dieser Anmeldung liegt dabei im Unterdrücken von Rauschen und Jitter. Das Verhalten des dort beschriebenen Verfahrens ähnelt dabei im Wesentlichen einem Tiefpass, wodurch der Nachteil entsteht, dass Informationen über die von dem Betätigungsmittel zurückgelegte Strecke und damit einzelne Koordinatentupel verloren gehen.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine verbesserte Vorrichtung zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels auf einer von der Vorrichtung umfassten berührungssensitiven Oberfläche anzugeben, welche eine einfache, zuverlässige und zielführende Glättung der erfassten Daten ermöglicht, ohne dass Informationen verloren gehen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem löst ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 10 die Aufgabe.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten umfasst dabei eine berührungssensitive Oberfläche, welche beispielsweise als kapazitiver Sensor ausgebildet ist oder einen solchen aufweist. Über ein Erfassungsmodul werden mehrere jeweils xy-Koordinaten aufweisende Koordinatentupel in zyklischer, zeitlicher Abfolge nacheinander erfasst und einem Kompensationsmodul zugeführt.
Dieses Kompensationsmodul der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dazu eingerichtet, über eine Differenzbildung eines im aktuellen Zyklus und eines in einem beliebigen, vorhergehenden Zyklus erfassten Koordinatentupels ein differenzbasiertes xy-Koordinaten aufweisendes Korrekturtupel zu ermitteln. Dabei kann sich die Differenzbildung vorzugsweise auf den aktuellen Zyklus und den direkt vorhergehenden Zyklus beziehen. Auch das Einbeziehen eines oder mehrerer noch länger zurückliegender Zyklen alternativ oder ergänzend zu dem direkt vorhergegangenen Zyklus ist aber prinzipiell denkbar und möglich. Die Bestimmung des Korrekturtupels kann auch Differenzbildungen aus einem im aktuellen Zyklus und einer Reihe vorhergehender Zyklen erfasster Koordinatentupel umfassen. Das Korrekturtupel wird beispielsweise aus dem im aktuellen Wert erfassten Koordinatentupel und einem Mittelwert der Reihe in vorhergehenden Zyklen erfasster Koordinatentupel bestimmt.
Alternativ wird das Korrekturtupel beispielsweise aus einem Mittelwert der jeweiligen Differenzen zwischen dem im aktuellen Wert erfassten Koordinatentupel und der Reihe in vorhergehenden Zyklen erfassten Koordinatentupel bestimmt. Aus dem differenzbasierten Korrekturtupel und einem in einem vorhergehenden Zyklus erfassten Vorhersagetupel wird ein neues, aktuelles Vorhersagetupel bestimmt. Dabei ist mit Start der Berechnung das Vorhersagetupel mit Null initialisiert.
In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es nun so, dass das Kompensationsmodul ferner dazu eingerichtet ist, den im aktuellen Zyklus erfassten Koordinatentupel zur Korrektur eines unbeabsichtigten Verkippens des Betätigungsmittels mit dem Vorhersagetupel zu einem kompensierten Koordinatentupel zu korrigieren. Dieser kompensierte Koordinatentupel wird dann weitergegeben, beispielsweise an ein die Koordinaten zur Navigation in einem Menü nutzenden Nutzerinterface oder dergleichen. Der kompensierte Koordinatentupel, welche durch das Kompensationsmodul geliefert wird, ist dabei so ausgestaltet, dass er in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors einen Wert zwischen dem erfassten Koordinatentupel und dem Vorhersagetupel aufweist. Der kompensierte Koordinatentupel wird also in der Art einer gewichteten Mittelwertsbildung verrechnet, um so eine Korrektur, insbesondere eine Glättung der Koordinaten des Betätigungsmittels, zu erreichen, ohne dass erfasste Daten gänzlich unberücksichtigt bleiben. Durch die Weitergabe der kompensierten Koordinatentupel, beispielsweise an ein Nutzerinterface, wird eine sehr zuverlässige und effiziente Bedienung über das Betätigungsmittel möglich.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht dabei vor, dass das Kompensationsmodul den Gewichtungsfaktor mit zunehmender Zyklenzahl in der Art anpasst, dass die Gewichtung zu Gunsten des Vorhersagetupels erhöht wird. Eine solche zunehmende Veränderung des Gewichtungsfaktors ermöglicht also eine Verschiebung des kompensierten Koordinatentupels mit zunehmender Zyklenzahl in Richtung des Vorhersagetupels, sodass mit zunehmender Zyklenzahl und damit zunehmend andauernder Bewegung des Betätigungsmittels auf der Oberfläche eine zunehmende Kompensation stattfindet. Eine potenzielle Überkompensation zu Beginn der Bewegung, wie sie im oben genannten Stand der Technik auftreten wird, lässt sich so zuverlässig eindämmen.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass das Kompensationsmodul den Gewichtungsfaktor mit zunehmender Zyklenzahl in der Art anpasst, dass sich der kompensierte Koordinatentupel dem arithmetischen Mittelwert des Vorhersagetupels und des erfassten Koordinatentupels zunehmend annähert. Der Gewichtungsfaktor lässt sich also insbesondere nutzen, um zu Beginn der Bewegung des Betätigungsmittels eine höhere Gewichtung der aktuellen Werte vorzunehmen, um dann mit zunehmender Zyklenzahl und damit zunehmender Zeitdauer und zunehmenden Weg der Betätigung zu erreichen, dass der kompensierte Koordinatentupel sich immer mehr dem arithmetischen Mittelwert zwischen dem Vorhersagetupel und dem erfassten Koordinatentupel annähert.
Dabei ist es so, dass der Gewichtungsfaktor vorzugsweise ≥1 ist und vorzugsweise bei jedem Zyklus um 1 erniedrigt wird, bis er seinen Minimalwert von 1 erreicht. Als Startwert kann beispielsweise ein Gewichtungsfaktor in der Größenordnung von 10 bis 50 angenommen werden, welcher dann mit jedem einzelnen Zyklus der Bewegung entsprechend reduziert wird, bis zu einem Minimalwert von 1. Je nach Größe der berührungssensitiven Oberfläche kann der Wert auch entsprechend größer gewählt werden. Bei kleineren berührungssensitiven Oberflächen, welche lediglich zur Steuerung dienen und selbst keine Anzeigefunktion oder dergleichen beinhalten, sind die genannten Zahlen jedoch sinnvoll, da hier relativ kurze Wege des Betätigungsmittels für die Steuerung ausreichen. Diese werden zyklisch, beispielsweise alle 20 Millisekunden, abgefragt, um so die erfassten Koordinaten als Verlaufskurve der Bewegung zu generieren.
Der aktuelle Vorhersagetupel wird dabei gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch bestimmt, dass eine Summe gebildet wird. Diese Summe besteht aus einem ersten Summanden, welche den mit einem Multiplikator gewichteten Vorhersagetupel des vorherigen Zyklus umfasst. Der Multiplikator selbst bestimmt sich dabei aus einer Differenz von 1 und einem weiteren Gewichtungsfaktor, welcher nicht derselbe wie der oben genannte Gewichtungsfaktor ist. Der zweite Summand besteht aus einem differenzbasierten Korrekturtupel, d.h. einem Differenztupel des aktuell erfassten Koordinatentupels und des Koordinatentupels aus dem vorherigen Zyklus, gewichtet mit dem weiteren Gewichtungsfaktor. Auf diese Art lässt sich über den weiteren Gewichtungsfaktor der aktuelle Vorhersagetupel auf Basis seines Vorgängerwerts und einer Differenz der Koordinatenwerte des aktuellen und des vorhergehenden Zyklus erfassen. Der weitere Gewichtungsfaktor liegt dabei in jedem Fall unterhalb des Werts 1 und kann beispielsweise als konstanter Wert vorgegeben werden, insbesondere in einer Größenordnung von 1-1/e, was in etwa dem Wert von 0,63 entspricht.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es dabei vorsehen, dass das Kompensationsmodul dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Anzahl, typischerweise in der Größenordnung von 1 bis 3, von Koordinatentupeln nach dem Start der Berührung der berührungssensitiven Oberfläche durch das Betätigungsmittel zu verwerfen und nicht zur Anzeige an eine Userinterface weitergibt. Diese besonders günstigen Ausgestaltungen des Kompensationsmoduls in der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei der ersten Berührung der berührungssensitiven Oberfläche beispielsweise durch einen Finger der über den Sensor ermittelte Koordinatentupel nicht sonderlich zuverlässig ist, weil mit dem Beginn der Berührung die Berührungsfläche sich noch stark verändert, z.B. durch den über das Betätigungsmittel aufgebrachten Druck, und dass hier noch eine relativ große Bewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Koordinatentupel erfolgt, welche so jedoch von der das Betätigungsmittel führenden Person typischerweise nicht gedacht ist. Eine vorbestimmte Anzahl von wenigen Koordinatentupeln, insbesondere den ersten Koordinatentupel, nach dem Start der Berührung zu verwerfen hat also den Vorteil, dass die Erfassung der eigentlich gewünschten Bewegung zuverlässiger möglich wird. Anders als im Stand der Technik werden die Daten aber bewusst verworfen und gehen nicht einfach durch die Filterung verloren.
Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung der Vorrichtung kann es ferner vorsehen, dass das Kompensationsmodul ergänzend oder alternativ zu der eben beschriebenen Ausführungsvariante dazu eingerichtet ist, eine zweite vorbestimmte Anzahl von nach dem Start der Berührung der berührungssensitiven Oberfläche durch das Betätigungsmittel erfassten Koordinatentupel oder als Ergänzung zum eben beschriebenen Ausführungsbeispiel nach dem Erreichen einer vorbestimmten Anzahl an verworfenen Koordinatentupeln die erfassten Koordinatentupel als nicht kompensierte Koordinatentupel weiterzugeben. Die Koordinatentupel werden also ohne die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung an sich bereitgestellte Kompensation weitergereicht, da bei dieser anfänglichen Bewegung noch mit keiner unbeabsichtigten Verkippung des Betätigungsmittels zu rechnen ist. Besonders bevorzugt können die beiden Varianten der Vorrichtung miteinander kombiniert werden, sodass beispielsweise die Koordinaten des ersten Koordinatentupels nach dem Start der Berührung verworfen und die der darauffolgenden zwei bis drei Werte unverändert weitergebeben werden ohne die entsprechende Kompensation über das Kompensationsmodul der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Erst dann startet die Kompensation, z.B. ab dem vierten Koordinatentupel.
Besonders kritisch in der Praxis ist es nun, wenn die berührungssensitive Oberfläche beispielsweise im Bereich eines Lenkrads eines Fahrzeugs ausgebildet ist. Sie kann dort als berührungssensitive Oberfläche beispielsweise zur Steuerung eines zentralen Displays für eine das Fahrzeug fahrende Person dienen. Durch die Ausgestaltung als berührungssensitive Oberfläche lässt sich dabei ein entsprechend einfacher und zuverlässiger Aufbau erreichen, welcher verschmutzungsresistent ist und über eine einfache Softwareanpassung für eine Vielzahl von Steuerungsfunktionen effizient genutzt werden kann. Insbesondere in diesem Bereich ist es aber so, dass die Berührung meist mit dem Daumen einer das Fahrzeug fahrenden Person erfolgt, während sich die anderen Finger der entsprechenden Hand am Lenkkranz befinden. Vor allem bei dieser Konstellation kommt es sehr schnell zu einem Verkippen des Daumens auf der berührungssensitiven Oberfläche, und zwar insbesondere, wenn die Bewegung vom Lenkkranz aus gesehen radial zunehmend nach innen verläuft. Dies kann in der Praxis dazu führen, dass beispielsweise anstatt eines Richtungspfeils nach links, bei einer Betätigung mit der rechten Hand, versehentlich ein Richtungspfeil nach oben betätigt wird, was ein häufig beobachteter Fehler ist. Insbesondere einer solchen Fehlbedienung kann nun mit dem Kompensationsmodul in der erfindungsgemäßen Vorrichtung effizient entgegengewirkt werden.
Eine außerordentlich günstige Weiterbildung dieser Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als berührungssensitive vorzugsweise wischbetätigbare Oberfläche im Bereich eines Lenkrads sieht es vor, dass in radialer Richtung von einem Lenkkranz nach innen gesehen die berührungssensitive Oberfläche auf wenigstens eine Schaltfläche folgt. Diese Schaltfläche kann berührungssensitiv sein, bevorzugt kann es kann sich um einen herkömmlichen Schalter handeln, beispielsweise eine Fläche, welche eingedrückt werden kann, um einen Mikroschalter zu betätigen. Diese besonders günstige Anordnung ermöglicht es die Bedienung dahingehend zu optimieren, dass ein gewisser Abstand zwischen dem Lenkkranz, auf welchem die Hand beziehungsweise die vier Finger der Hand außer dem Daumen typischerweise verbleiben, und der durch Wischbewegung bedienbaren berührungssensitiven Oberfläche entsteht. Durch den Aufbau wird die Gefahr einer unabsichtlichen Wischbetätigung beim Greifen des Lenkrads bereits reduziert, da durch den Abstand vom Lenkradkranz eine unbewusste Berührung der durch Wischbewegung bedienbaren berührungssensitiven Oberflächen vermindert ist. Das Kompensationsmodul der Erfindung ermöglicht auf einem effizienten Weg, insbesondere bei dem vorgesehenen Abstand der durch Wischbewegung bedienbaren berührungssensitiven Oberflächen vom Lenkradkranz, eine durch Verkippung des Daumens hervorgerufene potentielle Fehlauslösung zu verhindern.
In dem hinsichtlich unabsichtlicher Berührung kritischeren Bereich näher am Lenkkranz ist es dann so, dass durch die dort angeordnete Schaltfläche ein Bedienelement zur Verfügung gestellt wird, welches bewusst, d.h. nicht durch zufälliges Berühren, sondern vorzugsweise durch entsprechenden Krafteinsatz wie beispielsweise einem Mikroschalter zu betätigen ist.
Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es, wie es oben bereits erwähnt worden ist, ferner vorsehen, dass die berührungssensitive Oberfläche dazu eingerichtet ist, ein Nutzerinterface in X- und Y-Richtung über die weitergegebenen Koordinaten des Betätigungsmittels zu steuern. Insbesondere bei einer solchen durch Wischen bedingten Steuerung in X- Y-Richtung, also typischerweise mit in die entsprechende Richtung ausgerichteten Funktionsbereichen, ist die oben genannte Gefahr eines Verkippens, insbesondere beim Einsatz auf einem Lenkrad besonders hoch, sodass ohne das Kompensationsmodul der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Gefahr einer versehentlichen Fehlbedienung besteht, weil beispielsweise bei einer Betätigung in der beschriebenen Art mit der rechten Hand durch das Verkippen fälschlicherweise eine in Y-Richtung liegende Funktion bei einer vom Nutzer angestrebten Bewegung X-Richtung ausgelöst wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels an einer berührungssensitiven Oberfläche sieht es dementsprechend vor, dass in zyklischer, zeitlicher Abfolge nacheinander mehrere Koordinatentupel erfasst und über eine Differenzbildung aus aktuellen und aus einen der in einem der vorherigen Zyklen erfassten Koordinatentupel ein differenzbasierter Korrekturwert ermittelt und ein Vorhersagetupel aus dem im vorherigen Zyklus erfassten Vorhersagetupel und dem differenzbasierten Korrekturtupel errechnet wird. Erfindungsgemäß ist es dann so, dass zur Korrektur einer unbeabsichtigten Verkippung des Betätigungsmittels der im aktuellen Zyklus erfasste Koordinatentupel mit diesen Vorhersagetupel zu einem kompensierten Koordinatentupel korrigiert wird, welcher, wie es in dem Kompensationsmodul realisiert ist, in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors einen Wert zwischen dem im aktuellen Zyklus erfassten Koordinatentupel und dem Vorhersagetupel annimmt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
Dabei zeigen:

1 ein schematisch dargestelltes Lenkrad mit einer berührungssensitiven Oberfläche als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 vergrößerte Darstellung der berührungssensitiven Oberfläche und eines Daumens als Betätigungsmittels;
3 ein beispielhafter Weg des Betätigungsmittels auf der berührungssensitiven Oberfläche;
4 eine Übersicht der Funktionsmodule der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
5 der zeitliche Ablauf der Kompensation innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform; und
6 ein Koordinatensystem mit beispielhaft erfassten Koordinatentupeln einer Bewegung eines Betätigungsmittels auf der berührungssensitiven Oberfläche sowie der daraus über das Kompensationsmodul der erfindungsgemäßen Vorrichtung abgeleiteten kompensierten Koordinatentupel.

In der Darstellung der 1 ist schematisch ein beispielhaftes Lenkrad 1 dargestellt. Es kann, insbesondere im Bereich seiner Speichen, mehrere Schalter oder dergleichen aufweisen, um verschiedene Funktionen in einem Fahrzeug zu steuern. Darunter befindet sich zumindest eine mit 2 bezeichnete berührungssensitive Oberfläche. Diese liegt von einem Lenkkranz 3 aus in radialer Blickrichtung zum Zentrum des Lenkrads1 hingesehen, hinter einer mit 4 bezeichneten Schaltfläche, welche beispielsweise als Schaltelement mit einem Mikroschalter ausgebildet ist. Für die Erfindung von Bedeutung ist dabei neben der Positionierung der berührungssensitiven Oberfläche 2 innerhalb des Lenkrads 1 hier im Wesentlichen die Funktion eben dieser berührungssensitiven Oberfläche 2, welche Teil einer später noch schematisch dargestellten Vorrichtung 5 zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten ist.
In der Darstellung der 2 ist die berührungssensitive Oberfläche 2 nochmals vergrößert gezeigt. Über ein Betätigungsmittel 6, hier in Form eines Daumens 6 einer das Lenkrad 1 bedienenden Person, wird die berührungssensitive Oberfläche 2 berührt. Die berührungssensitive Oberfläche 2 selbst kann dabei als kapazitiver Sensor ausgebildet sein oder einen solchen umfassen und sendet jeweils ein erfasstes kartesisches Koordinatentupel der Position des Betätigungsmittels, hier also der Spitze des Daumens 6, weiter. In einem in 4 schematisch angedeuteten Bewegungserkennungsmodul 7 werden diese relativen Bewegungsdaten dann durch Aufsummieren der Koordinatentupel ermittelt, solange der Daumen 6 die berührungssensitive Oberfläche 2 berührt. Filteralgorithmen können angewandt werden um beispielsweise Winkelanpassungen vorzunehmen oder dergleichen. Auch weitere Filter, z.B. um die Bewegungsrichtung zu erkennen, können in dieses Bewegungserkennungsmodul 7 integriert sein, um so eine Erkennung der Änderung der Bewegungsrichtung ohne Absetzen des Daumens 6 zu ermöglichen.
Über die berührungssensitive Oberfläche 2 lassen sich so durch Wischbewegung verschiedene Funktionen realisieren, die auf einer zugeordneten Benutzerschnittstelle wie einem Display dargestellt sind. Beispielsweise kann in einer Navigationskarte in unterschiedliche Richtung gescrollt werden, Kontexte können umgeschaltet oder schlicht die Lautstärke der Audiowiedergabe geändert werden. Durch die Betätigung mittels des Daumens 6 kommt es je nach Länge des Daumens 6 und je nach bevorzugter Handposition der das Fahrzeug fahrenden Person an dem Lenkrad 1 zu deutlich unterschiedlichen Bewegungen auf der berührungssensitiven Oberfläche 2. Dies führt zu einer relativ komplexen und schwierigen Erkennung der Bewegungen. Das Problem wird durch unterschiedliche Druckkräfte auf die Oberfläche 2 und durch beim Fahren auftretende Vibrationen noch weiter verschärft.
Ein beispielhafter Ablauf einer Bewegung des Daumens 6 auf der berührungssensitiven Oberfläche 2 ist in der Darstellung der 3 gezeigt. Beim ersten Kontaktpunkt P1 ist die Kontaktfläche relativ klein und stark elliptisch, da sie beim Aufsetzen des Daumens 6 unmittelbar detektiert wird. In der Position P2 ist dann durch die in dieser Situation typischerweise bereits erhöhte Druckkraft des Daumens 6 auf die berührungssensitive Oberfläche 2 die entsprechende Kontaktfläche größer und runder zu erkennen. Die Bewegung erfolgt dann in dem hier dargestellten Beispiel von rechts nach links über die Punkte P3 und P4, in deren Bereich sich die Auflagefläche kaum verändert, bis hin zum Kontaktpunkt P5. Um diesen zu erreichen muss der Daumen 6 in der Bewegung nach links leicht gedreht werden. Dadurch verändert sich die Form der Kontaktfläche erneut und diese wird wieder kleiner. Bis zum Kontaktpunkt P7 wird diese Bewegung fortgesetzt. Dabei ist jedoch zu erkennen, dass die Kontaktpunkte P6 und P7 eine deutliche Abweichung von der vorhergehenden Bewegung zeigen, da der Daumen 6 mit zunehmender Entfernung vom Lenkkranz 3 immer mehr verkippen wird. Soll nun eine Steuerung eines Nutzerinterfaces 8, wie es in der Darstellung der 4 angedeutet ist in derart erfolgen, dass hier beispielsweise ausschließlich von rechts nach links gescrollt wird, also die in der Darstellung der 2 durch den nach links gerichteten Pfeil gewünschte Funktionalität ausgelöst werden soll, dann kann es durch das Verkippen, insbesondere zwischen den Punkten P6 und P7 hier versehentlich zu einer die Bewegung als Bewegung nach oben erkennenden Fehlinterpretation kommen. Dies führt dann zu einer unerwünschten Funktion an dem Nutzerinterface 8. Für die das Nutzerinterface 8 steuernde Person ist dies als erhebliche Komforteinbuße bei der Steuerung des Nutzerinterfaces 8 wahrzunehmen.
Um dieser Problematik abzuhelfen sieht die in 4 schematisch angedeutete erfindungsgemäße Vorrichtung 5 ein Kompensationsmodul 9 vor, so dass dem Bewegungserkennungsmodul 7 kompensierte Koordinatentupel zum Erkennen der Bewegung, beispielsweise durch Aufsummieren und/oder Filtern, weitergegeben werden. Über die berührungssensitive Oberfläche 2, beziehungsweise ihren kapazitiven Sensor 10, gelangen die Daten zu einem Erfassungsmodul 11, welches die aktuell von dem Sensor 10 der berührungssensitiven Oberfläche 2 gelieferten Koordinatentupel bezüglich der Position des Daumens 6 erfasst. Diese Werte werden dann dem Kompensationsmodul 9 zugeführt, welches seinerseits ein Vorhersagemodul 12 sowie ein Entzerrungsmodul 13 umfasst. Im Sensor 10 werden die Bewegungen des Daumens 6 also detektiert und in dem Erfassungsmodul 11 in ein Koordinatentupel umgesetzt. Diese Koordinatentupel, welche zyklisch - beispielsweise alle 20 Millisekunden - geliefert werden, werden dann an das Kompensationsmodul 9 weitergegeben. Sie durchlaufen dabei in jedem Fall das Entzerrungsmodul 13 und werden an das Bewegungserfassungsmodul 7 außerhalb der Vorrichtung 5 weitergegeben. Die Weitergabe über das Entzerrungsmodul 13 kann dabei je nach Situation und Vorgabe entweder direkt erfolgen, oder entsprechend entzerrt, wofür über das Vorhersagemodul 12 ein zwischen dem empfangenen Koordinatentupel des Erfassungsmoduls 11 und einem aus zurückliegenden Werten berechneten Vorhersagetupel liegender Wert gebildet wird.
Für die nach dem Beginn des Kontakts zwischen dem Daumen 6 und der berührungssensitiven Oberfläche 2 unmittelbar erfassten Koordinatentupel werden dabei die aktuellen Werte stärker gewichtet, um eine Überkompensation zu vermeiden. Bei sehr kurzzeitigen Bewegungen auf dem Sensor 10 der berührungssensitiven Oberfläche 2 werden deshalb die kompensierten Koordinatentupel gegenüber den erfassten Koordinatentupel kaum verändert. Dabei spielt insbesondere auch der zeitliche Aspekt eine entscheidende Rolle, um eine schnelle Reaktionszeit von der Eingabe bis zur Auswirkung der Eingabe zu erreichen und so eine präzise Steuerung bei gleichzeitig guter Fehlerreduktion in unterschiedlichen Situationen zu erhalten. Dabei liegt der Wirkungszeitraum, wie es in der Darstellung der 5 zu erkennen ist, zwischen dem mit S bezeichneten Start des Kontakts des Daumens 6 mit der berührungssensitiven Oberfläche 2 und dem Ende E dieses Kontakts. In zyklischer Abfolge werden dabei einzelne Werte erfasst, wobei die obere Zeile dabei die Eingangswerte vom Erfassungsmodul 11 und die untere Zeile die Ausgabewerte des Kompensationsmoduls 9 an das nachfolgende Bewegungserkennungsmodul 7 zeigt. Dabei wird der mit I bezeichnete erste erfasste Koordinatentupel I unverändert an die Ausgabe weitergereicht, wie es mittels des durchgezogenen Strichs dargestellt ist. Vergleichbares gilt für den zweiten und dritten erfassten Koordinatentupel II, III. Ab dem zweiten Koordinatentupel II startet gleichzeitig jedoch das Vorhersagemodul 12 seine Arbeit, was hier durch den mit VS bezeichneten Zeitraum nach dem ersten Koordinatentupel I angedeutet ist. Das Vorhersagetupel verwirft also den ersten an ihn übermittelten Wert und beginnt seine Arbeit erst mit dem zweiten Wert, um die beim Aufsetzen des Daumens 6 auf die berührungssensitive Oberfläche 2 typischerweise entstehenden Probleme, welche oben in der 3 bereits erläutert worden sind, nicht als Vorhersage in die Folgewerte einfließen zu lassen.
Mit diesem über das Vorhersagemodul 12 vorberechneten Werten werden dann, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, ab dem vierten erfassten Koordinatentupel IV, wie es nun durch den gestrichelten Pfeil angedeutet ist, die entsprechenden Ausgangswerte entzerrt beziehungsweise kompensiert. Anstelle der direkten Weitergabe der Werte I, II und III, wie es in 5 angedeutet ist, werden nun also kompensierte Koordinatentupel IV', V' usw. weitergereicht.
Somit werden die ersten drei Koordinatentupel I, II, III direkt weitergeleitet während ab den vierten Koordinatentupel IV dann die Entzerrung in Echtzeit erfolgt. Dazu werden in dem Kompensationsmodul 9 die im aktuellen Zyklus erfassten Koordinatentupel zur Korrektur eines unbeabsichtigten Verkippens des Daumens 6 mit einem Vorhersagetupel verrechnet, und zwar in der Art einer gewichteten Mittelwertbildung, wobei im Rahmen der vorliegender Anmeldung unter dem Mittelwert ein beliebiger Wert zwischen dem Vorhersagewert und dem im aktuellen Zyklus liegenden Wert zu verstehen ist. Zur Vermeidung einer Überkompensation wird zu Beginn der Bewegung der Gewichtungsfaktor erst mit zunehmender Anzahl an Zyklen zu Gunsten des Vorhersagetupels erhöht, sodass der Gewichtungsfaktor am Ende dazu führt, dass ein arithmetisches Mittel zwischen dem Vorhersagetupel aus dem Vorhersagemodul 12 und dem aktuell erfassten Koordinatentupel aus dem Erfassungsmodul 11 berechnet wird. Die Berechnung einer kompensierten Koordinate folgt dabei mit der Formel: $X_{n e u} = \frac{X_{n - 1} + X_{d e l t a} + X_{n} \times g}{g + 1}$
Dabei ist Xneu der kompensierte X-Wert des Koordinatentupels und X_n der im n-ten Zyklus erfasste Wert desselben. Die Summe X_n-1 + X_delta bildet den Vorhersagetupel. Dieser wird als erster Summand mit einem zweiten Summanden umfassend den aktuell erfassten Wert X_n multipliziert mit dem Gewichtungsfaktor g verrechnet. Diese Gesamtsumme wird durch g+1 geteilt, um so den kompensierten Wert Xneu für den Koordinatentupel aus x, y zu berechnen. Dies erfolgt für y analog: $Y_{n e u} = \frac{Y_{n - 1} + Y_{d e l t a} + Y_{n} \times g}{g + 1}$
Der Gewichtungsfaktor g ist dabei immer größer-gleich 1 und wird vorzugsweise in jedem Zyklus um 1 dekrementiert, bis er den Wert 1 annimmt, sodass hier ein arithmetisches Mittel zwischen dem Vorhersagetupel und dem aktuellen erfassten Koordinatentupel nach Erreichen einer bestimmten Zyklenzahl vorliegt. Der Gewichtungsfaktor kann beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 50 vorgegeben werden und wird mit jedem Zyklus um 1 dekrementiert, sodass das kompensierte Koordinatentupel sich zunehmend dem arithmetischen Mittelwert annähert und diesen nach 10 bis 50 Zyklen entsprechend erreicht.
Der jeweilige aktuelle Vorhersagetupel (X_delta, Y_delta) berechnet sich dabei aus $X_{d e l t a} = X_{d e l t a - 1} \times (1 - ƒ) + (X_{n} - X_{n}_{- 1}) \times ƒ$
X_delta-1 ist dabei der entsprechende Vorhersagewert aus dem vorherigen Zyklus. Die Berechnung für die Y-Koordinate erfolgt hierzu analog: $X_{d e l t a} = X_{d e l t a - 1} \times (1 - ƒ) + (Y_{n} - Y_{n}_{- 1}) \times ƒ$
Am Beispiel der X-Koordinate erläutert wird also der Wert ermittelt, in dem der vorhergehenden ermittelte Wert X_delta-1 mit einem Multiplikator von 1-f multipliziert wird. Dazu wird eine differenzbasisertes Korrekturtupel addiert, das aus dem aktuell erfassten Wert X_n und dem im Zyklus zuvor erfassten Wert X_n-1 mit dem weiteren Gewichtungsfaktor f multipliziert ist. Die Vorhersagetupel sind mit Null initialisiert, d.h. bei einer Bestimmung von kompensierten Koordinatentupeln sind im ersten Rechendurchlauf/-Zyklus die Vorhersagetupel X_delta und Y_delta auf Null gesetzt. Der weitere Gewichtungsfaktor f wird als Konstante festgelegt. Untersuchungen und Messungen haben dabei gezeigt, dass dieser Gewichtungsfaktor f mit einem Wert in der Größenordnung von 1-1/e, also mit einem Dezimalwert von ungefähr 0,63 sehr gute Ergebnisse ermöglicht. Das Vorhersagetupel X_delta und Y_delta stellt dann eine zu erwartende vorausberechnete Bewegung dar, welche mit der tatsächlich erfassten Bewegung zusammengefasst wird, um so über die oben beschriebenen Formeln aus den erfassten Koordinatentupeln des aktuellen Zyklus die kompensierten Koordinatentupel des aktuellen Zyklus zu schaffen.
Abschließend ist in der Darstellung der 6 eine beispielhafte Bewegung des Daumens 6 auf der berührungssensitiven Oberfläche 2 von rechts nach links dargestellt. Rechts oben ist der erste Kontaktpunkt P1 zu erkennen. Deutlich unterhalb dann der Kontaktpunkt P2 sowie der Kontaktpunkt P3. Ab hier finden sich im Sinne der vorherigen Beschreibung in 5 die Wege der erfassten Koordinatentupel, die hier in schwarz und mit durchgezogener Linie verbunden dargestellt sind und der kompensierten Koordinatentupel, welche gestrichelt dargestellt sind. Deutlich zu erkennen ist dabei wieder das ab dem elften Koordinatentupel P11 bis zum vierzehnten Koordinatentupel P14 auftretende Verkippen des Daumens 6, welches in der Darstellung der 2 und 3 schon thematisiert worden war, und welches häufig in der beschriebenen Situation der berührungssensitiven Oberfläche 2 an dem Lenkrad 1 zu einer unerwünschten Fehlbedienung führt. Die erfassten Koordinatentupel der Berührungspunkte P1 bis P14 in jeweiligen Zyklus werden ab dem vierten erfassten Koordinatentupel, also hier dem Punkt P4 als kompensierte Koordinatentupel der Punkte P4' bis P14' an das Fingerbewegungserkennungsmodul 7 weitergegeben. Insbesondere ab dem zehnten Koordinatentupel des Punkts P10/P10' weicht dann die Kompensation durch die nun typischerweise annähernd im Bereich des arithmetischen Mittelwerts angekommene Entzerrung entsprechend stark von den erfassten Werten ab, um so die unerwünschte Fehlbedienung durch das Verkippen des Daumens 6 weitgehend kompensieren zu können. Durch das Nicht-Kompensieren der ersten zwei oder drei Koordinatentupel einerseits und das zunehmende Kompensieren mit zunehmender Zyklenzahl und da mit zunehmender Bewegung des Daumens 6 auf der berührungssensitiven Oberfläche 2 lässt sich so eine optimierte Bedienung des Nutzerinterfaces 8 über eine X/Y-Ansteuerung der berührungssensitiven Oberfläche 2 über den Daumen 6 erreichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2014/0078085 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung (5) zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels (6) auf einer von der Vorrichtung (5) umfassten berührungssensitiven Oberfläche (2), mit einem Erfassungsmodul (11) zur Erfassung von mehreren Koordinatentupeln in zyklischer zeitlicher Abfolge nacheinander, mit einem Kompensationsmodul (9), welches dazu eingerichtet ist über eine Differenzbildung eines im aktuellen Zyklus und eines in einem vorhergehenden Zyklus erfassten Koordinatentupels ein differenzbasiertes Korrekturtupel zu ermittelt sowie ein Vorhersagetupel aus einem im vorherigen Zyklus bestimmten Vorhersagetupel und dem differenzbasierten Korrekturtupel zu berechnen, wobei das Kompensationsmodul (9) ferner dazu eingerichtet ist den im aktuellen Zyklus erfassten Koordinatentupel zur Korrektur eines unbeabsichtigten Verkippens des Betätigungsmittels (6) mit dem Vorhersagetupel zu einem kompensierten Koordinatentupel zu korrigieren, welches in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors (g) einen Wert zwischen dem erfassten Koordinatentupel und dem Vorhersagetupel aufweist.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmodul (9) den Gewichtungsfaktor mit zunehmender Zyklenzahl in der Art anpasst, dass die Gewichtung zugunsten des Vorhersagetupels erhöht wird.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmodul (9) den Gewichtungsfaktor (g) mit zunehmender Zyklenzahl in der Art anpasst, dass sich der kompensierte Koordinatentupel dem arithmetischen Mittelwert des Vorhersagetupels und des erfassten Koordinatentupel zunehmend annähert.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle Vorhersagetupel eine Summe umfasst aus: dem mit einem Multiplikator gewichteten Vorhersagetupel des vorherigen Zyklus, wobei sich der Multiplikator aus der Differenz von Eins und einem weiteren Gewichtungsfaktor (g) bestimmt, und einem differenzbasierten Korrekturtupel des aktuell erfassten Koordinatentupels und des Koordinatentupels aus dem vorherigen Zyklus, gewichtet mit dem weiteren Gewichtungsfaktor.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmodul (9) dazu eingerichtet ist, eine vorbestimmte Anzahl von Koordinatentupeln nach dem Start der Berührung der berührungssensitiven Oberfläche durch das Betätigungsmittel zu verwerfen.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompensationsmodul (9) dazu eingerichtet ist, eine zweite vorbestimmte Anzahl von nach dem Start der Berührung der berührungssensitiven Oberfläche durch das Betätigungsmittel erfassten Koordinatentupel oder nach dem Erreichen der vorbestimmten Anzahl an verworfenen Koordinatentupeln als nichtkompensierte Koordinatentupel weiterzugeben.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die berührungssensitive Oberfläche (2) im Bereich eines Lenkrads (1) eines Fahrzeugs ausgebildet ist, wobei das Betätigungsmittel (6) als ein Finger einer das Fahrzeug nutzenden Person, insbesondere deren Daumen (6), ausgebildet ist.
Vorrichtung (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, die berührungssensitive Oberfläche (2) im Bereich eines Lenkrads (1) in radialer Richtung von einem Lenkkranz (3) nach innen gesehen auf wenigstens eine Schaltfläche (4) folgt.
Vorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, die berührungssensitive Oberfläche (2) dazu eingerichtet ist ein Nutzer-Interface (8) in X- und Y-Richtung über die weitergegeben Koordinaten des Betätigungsmittels (6) zu steuern.
Verfahren zur Korrektur und Weitergabe von erfassten Koordinaten eines Betätigungsmittels (6) auf einer berührungssensitiven Oberfläche (2), wobei in zyklischer zeitlicher Abfolge nacheinander mehrere Koordinatentupel erfasst und über eine Differenzbildung aus aktuellen und aus einem der in einem der vorherigen Zyklen erfassten Koordinatentupel ein differenzbasierter Korrekturtupel ermittelt und ein Vorhersagetupel aus dem im vorherigen Zyklus bestimmten Vorhersagetupel und dem differenzbasierten Korrekturtupel berechnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur einer unbeabsichtigten Verkippung des Betätigungsmittels (6) der im aktuellen Zyklus erfasste Koordinatentupel mit dem Vorhersagetupel zu einem kompensierten Koordinatentupel korrigiert wird, welcher in Abhängigkeit eines Gewichtungsfaktors (g) einen Wert zwischen dem im aktuellen Zyklus erfasste Koordinatentupel und dem Vorhersagetupel annimmt.