DE102020201251A1 - Control device for controlling vehicle functions - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (10) zur Steuerung von Funktionen eines Fahrzeugs. Mit der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung (10) soll den sich verändernden Anforderungen von Fahrzeuginsassen bei der Reise in autonom fahrenden Fahrzeugen Rechnung getragen werden, die sich unter anderem in der Ausstattung von Fahrzeugen und der Bedienung von Fahrzeugfunktionen niederschlagen.Es ist vorgesehen, dass die Bedienvorrichtung (10) mit einem Bedienteil (20) und einer Basisstation (30) gebildet ist. Das Bedienteil (20) weist mindestens einen Dauermagneten (22) auf, die Basisstation (30) ein Feld von Elektromagneten (32) und mindestens einen Hall-Sensor (36). Durch das magnetische Feld, das durch die Elektromagnete (32) erzeugt wird, wird eine magnetische Levitation des Bedienteils (20) bewirkt, die durch eine aktive Feldregelung einer mit der Bedienvorrichtung (10) zusammenwirkenden Steuereinrichtung stabil gehalten wird und eine Bewegung des Bedienteils (20) im magnetischen Feld erlaubt.The invention relates to an operating device (10) for controlling functions of a vehicle. The operating device (10) according to the invention is intended to take account of the changing requirements of vehicle occupants when traveling in autonomous vehicles, which are reflected, among other things, in the equipment of vehicles and the operation of vehicle functions ) is formed with a control unit (20) and a base station (30). The operating part (20) has at least one permanent magnet (22), the base station (30) a field of electromagnets (32) and at least one Hall sensor (36). The magnetic field generated by the electromagnets (32) causes magnetic levitation of the operating part (20), which is kept stable by an active field control of a control device interacting with the operating device (10) and a movement of the operating part (20 ) allowed in the magnetic field.
Description
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung zur Steuerung von Funktionen in einem Fahrzeug mit einem Bedienteil und einer Basisstation, wobei das Bedienteil mittels magnetischer Levitation in einem Schwebezustand über der Basisstation gehalten und/oder bewegt werden kann.The invention relates to an operating device for controlling functions in a vehicle with an operating part and a base station, wherein the operating part can be held and / or moved in a floating state above the base station by means of magnetic levitation.
Die zunehmende Weiterentwicklung des autonomen Fahrens bringt stetig neue Herausforderungen hervor. Mit weiter fortschreitender Automatisierung des Fahrens ergeben sich damit auch neue Anforderungen an die Ausstattung und die Bedienung von Fahrzeugen.The increasing development of autonomous driving constantly creates new challenges. As the automation of driving progresses, there are also new requirements for the equipment and operation of vehicles.
Bei Fahrzeugen, die vollautomatisiert fahren und keines Eingriffs durch einen Fahrer mehr bedürfen, also bei Fahrzeugen mit der so genannten Autonomiestufe 5, wollen die Fahrzeuginsassen insbesondere bei Langstrecken die Zeit für die verschiedensten Beschäftigungen nutzen. Dies kann das Lesen eines Buches sein oder der Konsum verschiedener Medien wie Musik oder Filme. Andere Insassen möchten die Zeit während der Fahrt nutzen, um zu schlafen. Und wieder andere Insassen nutzen die Möglichkeit, um während der Fahrt Gespräche zu führen.In vehicles that drive fully automatically and no longer require any intervention by a driver, i.e. vehicles with so-called autonomy level 5, the vehicle occupants want to use the time for a wide variety of activities, especially over long journeys. This can be reading a book or consuming various media such as music or films. Other occupants want to use the time during the journey to sleep. And other occupants use the opportunity to have conversations while driving.
All diese Szenarien erfordern eine angepasste Ausstattung und Inneneinrichtung des Fahrzeugs sowie eine Anpassung der zugehörigen Bedienkonzepte und Bedieneinrichtungen. Daher besteht ein Bedarf an Bedieneinrichtungen, die einfach und intuitiv genutzt werden können. Zudem sollten derartige Bedieneinrichtungen durch möglichst alle Insassen eines Fahrzeugs erreichbar sein.All of these scenarios require adapted equipment and interior fittings of the vehicle as well as an adaptation of the associated operating concepts and operating devices. There is therefore a need for operating devices that can be used simply and intuitively. In addition, such operating devices should be accessible to all occupants of a vehicle as far as possible.
Vorzugsweise sollten diese Bedieneinrichtungen auch eine Nutzung einschließen, bei der die übrigen Insassen nicht gestört werden, beispielsweise wenn ein Insasse eine Funktion des Fahrzeugs bedienen möchte und ein weiterer Insasse schläft. Neben der Erreichbarkeit und der intuitiven Bedienung spielt also auch eine diskrete Nutzung zunehmend eine Rolle.These operating devices should preferably also include use in which the other occupants are not disturbed, for example when one occupant wants to operate a function of the vehicle and another occupant is sleeping. In addition to accessibility and intuitive operation, discreet use is also playing an increasingly important role.
Schließlich treten auch Situationen auf, in denen eine Bedienung auch bei eingeschränktem Sehvermögen ermöglicht werden soll, beispielsweise weil ein Insasse für die Fahrt, während der er schlafen möchte, seine Kontaktlinsen oder seine Brille abgelegt hat.Finally, situations also arise in which operation is to be made possible even with restricted vision, for example because an occupant has taken off his contact lenses or glasses for the journey during which he wants to sleep.
Im Stand der Technik sind Bedienvorrichtungen bekannt, die eine Bedienung von einzelnen Funktionen eines Fahrzeugs im Sinne einer Fernbedienung erlauben. Diese sind jedoch oft groß, recht komplex im Umgang, vor allem aber ist in keiner der bekannten Lösungen eine diskrete Bedienung oder eine Bedienung bei eingeschränktem Sehvermögen möglich.In the prior art, operating devices are known which allow individual functions of a vehicle to be operated in the sense of a remote control. However, these are often large and quite complex to use, but above all, none of the known solutions allow discreet operation or operation with restricted vision.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Bedienvorrichtung vorzuschlagen, die eine intuitive, einfache und diskrete Bedienung ermöglicht. Insbesondere sollte die Bedienvorrichtung so gestaltet werden, dass sie möglichst viele Funktionen steuern kann, ohne dabei selbst zu komplex zu sein.It is therefore the object of the invention to propose an operating device which enables intuitive, simple and discrete operation. In particular, the operating device should be designed in such a way that it can control as many functions as possible without being too complex itself.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Bedienvorrichtung nach Anspruch 1. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.The object of the invention is achieved by an operating device according to claim 1. Further preferred embodiments of the invention emerge from the other features mentioned in the subclaims.
Eine erfindungsgemäße Bedienvorrichtung zur Steuerung von Funktionen in einem Fahrzeug ist mit einem Bedienteil und einer Basisstation gebildet, wobei das Bedienteil mindestens einen Dauermagneten und die Basisstation ein Feld aus Elektromagneten und mindestens einen Hall-Sensor aufweist und die Bedienvorrichtung mit einer Steuereinrichtung derart zusammenwirkt, dass
- • die Steuereinrichtung mittels des mindestens einen Hall-Sensors die Position des Bedienteils bestimmt,
- • das Bedienteil mittels magnetischer Levitation zwischen dem mindestens einen Dauermagneten des Bedienteils und dem Feld aus Elektromagneten der Basisstation in einem Schwebezustand über der Basisstation zu halten und/oder zu bewegen ist, und
- • eine Steuerung der Funktionen des Fahrzeugs durch eine Interaktion eines Benutzers mit dem Bedienteil erfolgt.
- • the control device determines the position of the control panel by means of the at least one Hall sensor,
- • the operating part is to be held and / or moved in a floating state above the base station by means of magnetic levitation between the at least one permanent magnet of the operating part and the field of electromagnets of the base station, and
- • the functions of the vehicle are controlled by an interaction of a user with the control unit.
Zu steuernde Funktionen in einem Fahrzeug können beispielsweise die Wiedergabe von Medien, die Anpassung der Innenraumbeleuchtung oder der Innenraumtemperatur in einem Fahrzeug, die Einstellung von Fahrzeugsitzen und dergleichen sein. Diese weisen jeweils Funktionsparameter auf, die geändert oder angepasst werden können. Im Beispiel der Medienwiedergabe kann dies unter anderem die Lautstärke sein.Functions to be controlled in a vehicle can be, for example, the playback of media, the adaptation of the interior lighting or the interior temperature in a vehicle, the adjustment of vehicle seats and the like. These each have functional parameters that can be changed or adapted. In the example of media playback, this can include the volume.
Mit dem Begriff Steuerung ist dabei die Auswahl beziehungsweise Betätigung eines oder mehrerer Funktionsparameter gemeint, die dann an die zu steuernde Einrichtung des Fahrzeugs übermittelt werden und dort zu einer Anpassung oder Beeinflussung der Funktion beziehungsweise Funktionsparameter führen.The term control means the selection or actuation of one or more functional parameters, which are then transmitted to the device of the vehicle to be controlled and there lead to an adaptation or influencing of the function or functional parameters.
Es versteht sich von selbst, dass die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung und insbesondere das Bedienteil zumindest mit geeigneter Elektronik, insbesondere einer Sende- und Empfangseinrichtung, mindestens einem Energiespeicher, vorzugsweise mindestens einem wiederaufladbaren Energiespeicher und/oder einer Steuereinrichtung ausgebildet sein sollte, um eine Bedienhandlung zu erfassen und an das Fahrzeug beziehungsweise eine fahrzeugeigene Steuereinrichtung zu übermitteln, um die beabsichtigte Eingabe in der ausgewählten Funktion zu verwirklichen. Die Übermittlung der Bedienhandlung erfolgt bevorzugt drahtlos.It goes without saying that the operating device according to the invention and in particular the operating part at least with suitable electronics, in particular a transmission and Receiving device, at least one energy storage device, preferably at least one rechargeable energy storage device and / or a control device should be designed to detect an operating action and transmit it to the vehicle or a vehicle-own control device in order to implement the intended input in the selected function. The operator action is preferably transmitted wirelessly.
Die Bedienvorrichtung wirkt damit wie eine Fernbedienung für verschiedene Funktionen eines Fahrzeugs und kann alternativ oder zusätzlich zu den im Fahrzeug vorgesehenen Bedienelementen verwendet werden. Das Bedienteil kann dabei eigene Bedienelemente aufweisen, um Funktionen des Fahrzeugs zu steuern. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerung von Fahrzeugfunktionen auch allein durch eine Interaktion eines Benutzers mit dem Bedienteil erfolgen, die nachfolgend noch erläutert werden wird. Es können jegliche mobile Bedienteile oder mobile Eingabegeräte zur Steuerung von Funktionen in einem Fahrzeug gemäß der Erfindung ausgebildet beziehungsweise weitergebildet sein oder werden, unabhängig von deren weiterer Ausgestaltung bezüglich ihrer Bedienelemente und Bedienkonzepte.The operating device thus acts like a remote control for various functions of a vehicle and can be used as an alternative or in addition to the operating elements provided in the vehicle. The control part can have its own control elements in order to control functions of the vehicle. As an alternative or in addition, vehicle functions can also be controlled solely through interaction between a user and the control panel, which will be explained below. Any mobile operating parts or mobile input devices for controlling functions in a vehicle can be designed or further developed according to the invention, regardless of their further configuration with regard to their operating elements and operating concepts.
Wie bereits ausgeführt weist die Bedienvorrichtung ein Bedienteil und dieses wiederum mindestens einen Dauermagneten auf. Der Dauermagnet ist in oder an dem Bedienteil angeordnet. Vorzugsweise ist die Elektronik des Bedienteils gegen den mindestens einen Dauermagneten abgeschirmt, um eine Störung der Elektronik zu vermeiden. Das Bedienteil dient zur Auswahl der zu steuernden Funktion und/oder zur Anpassung von Funktionsparametern. Der Benutzer, der üblicherweise ein Fahrzeuginsasse ist, übermittelt mittels des Bedienteils seine gewünschten Änderungen beziehungsweise Anpassungen.As already stated, the operating device has an operating part and this in turn has at least one permanent magnet. The permanent magnet is arranged in or on the control panel. The electronics of the operating part are preferably shielded from the at least one permanent magnet in order to avoid interference with the electronics. The control panel is used to select the function to be controlled and / or to adapt function parameters. The user, who is usually a vehicle occupant, transmits his desired changes or adaptations by means of the control unit.
Weiterhin weist die Bedienvorrichtung eine Basisstation auf, die ihrerseits ein Feld aus Elektromagneten und mindestens einen Hall-Sensor aufweist. Ein Feld aus Elektromagneten meint dabei eine flächige Anordnung von Elektromagneten. Die kleinste Ausführungsform umfasst dabei drei Elektromagnete, die hinsichtlich ihrer Anordnung die Eckpunkte eines Dreiecks bilden. Eine weitere, kleine Ausführungsform ist ein Feld aus vier Elektromagneten, die in einer 2x2 Matrix angeordnet sind. Die Größe des Feldes und damit die Anzahl der Elektromagnete sowie deren Anordnung zueinander hängt von der geplanten Anwendung ab und ist hinsichtlich der Anzahl nach oben offen. Bedeutsam ist, dass die Anordnung der Elektromagnete in einer Flächenausdehnung, also in x-Richtung und y-Richtung, und nicht nur linienförmig erfolgt. Dies dient der nachfolgend beschriebenen Positionierung des Bedienteils in einem Schwebezustand und dem aktiven Ausgleich während der Levitation.Furthermore, the operating device has a base station, which in turn has a field of electromagnets and at least one Hall sensor. A field of electromagnets means a flat arrangement of electromagnets. The smallest embodiment comprises three electromagnets which, with regard to their arrangement, form the corner points of a triangle. Another, small embodiment is a field of four electromagnets, which are arranged in a 2x2 matrix. The size of the field and thus the number of electromagnets as well as their arrangement with respect to one another depends on the planned application and the number is open at the top. It is important that the electromagnets are arranged in an area, that is, in the x-direction and y-direction, and not just linearly. This is used to position the control unit in a floating state, as described below, and to actively compensate for the levitation.
Ein Hall-Sensor ist ein Sensor, der den so genannten Hall-Effekt zur Messung von Magnetfeldern nutzt. Hall-Sensoren sind an sich bekannt und unterscheiden sich unter anderem darin, dass sie Magnetfelder einachsig oder mehrachsig messen beziehungsweise erfassen können. Zu letzterem gehören so genannte 3D-Hall-Sensoren, die den dreidimensionalen Vektor der magnetischen Flussdichte erfassen können. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mindestens ein Hall-Sensor in der Basisstation angeordnet ist. Dieser dient dazu, die Position des Bedienteils relativ zu der Basisstation zu bestimmen. Dazu können bevorzugt einer oder mehrere 3D-Hall-Sensoren Verwendung finden. Alternativ oder zusätzlich kann die Bestimmung der Position des Bedienteils auch mit einer Vielzahl von Hall-Sensoren, die das Magnetfeld einachsig erfassen können, erfolgen.A Hall sensor is a sensor that uses the so-called Hall effect to measure magnetic fields. Hall sensors are known per se and differ, among other things, in that they can measure or detect magnetic fields in one or more axes. The latter includes so-called 3D Hall sensors that can detect the three-dimensional vector of the magnetic flux density. According to the invention it is provided that at least one Hall sensor is arranged in the base station. This is used to determine the position of the control unit relative to the base station. One or more 3D Hall sensors can preferably be used for this purpose. As an alternative or in addition, the position of the operating part can also be determined using a large number of Hall sensors that can detect the magnetic field in a uniaxial manner.
Die Bedienvorrichtung wirkt zudem mit einer Steuereinrichtung zusammen. Dabei kann sie eine eigene Steuereinrichtung aufweisen, die ausgebildet ist, die nachfolgend ausgeführten Abläufe und Funktionalitäten zu verwirklichen, oder mit einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs derart gekoppelt sein, dass diese die nachfolgend ausgeführten Abläufe und Funktionalitäten verwirklicht. Ein Zusammenwirken beinhaltet dabei die Übermittlung der relevanten Daten aus dem mindestens einen Hall-Sensor, deren Auswertung sowie die Ansteuerung der von dem Benutzer bedienten Funktionen. Es beinhaltet auch die Übermittlung von Steuersignalen oder Befehlen an die Bedienvorrichtung selbst, beispielsweise um dem Benutzer eine Rückmeldung zu übermitteln.The operating device also interacts with a control device. It can have its own control device, which is designed to implement the processes and functionalities described below, or it can be coupled to a control device of the vehicle in such a way that it implements the processes and functionalities described below. An interaction includes the transmission of the relevant data from the at least one Hall sensor, their evaluation and the control of the functions operated by the user. It also includes the transmission of control signals or commands to the operating device itself, for example in order to transmit feedback to the user.
Die Steuereinrichtung wirkt mit der Bedienvorrichtung derart zusammen, dass sie anhand des mittels des mindestens einen Hall-Sensors erfassten Magnetfeldes beziehungsweise der darin erfolgten oder erfolgenden Veränderungen die Position des Bedienteils mit dem mindestens einen Dauermagneten relativ zu der Basisstation bestimmen kann. Die Daten des mindestens einen Hall-Sensors werden dazu an die Steuereinrichtung übermittelt und ausgewertet.The control device interacts with the operating device in such a way that it can determine the position of the operating part with the at least one permanent magnet relative to the base station based on the magnetic field detected by means of the at least one Hall sensor or the changes that have taken place or take place therein. For this purpose, the data from the at least one Hall sensor are transmitted to the control device and evaluated.
Das Bedienteil soll mittels magnetischer Levitation zwischen dem Bedienteil und der Basisstation, mithin also dem mindestens einen Dauermagneten des Bedienteils und dem Feld von Elektromagneten der Basisstation, in einem Schwebezustand gehalten und/oder in diesem bewegt werden können. Die Levitation bezeichnet das freie Schweben eines Objektes. Dazu wird mithilfe einer Kraft die wirkende Gewichtskraft kompensiert und ein Objekt im Raum positioniert, wobei kein direkter Kontakt zum Boden oder zu festen Objekten besteht oder bestehen muss. Dazu ist die Kenntnis der Position des Bedienteils notwendig, ebenso wie eine aktive Feldregelung der Elektromagnete der Basisstation durch die Steuereinrichtung. Eine aktive Feldregelung passt anhand der erfassten Position des levitierten Elements, hier also dem Bedienteil, das Feld so an, dass Störungen ausgeglichen werden und ein stabiler Schwebezustand bewirkt werden kann.The control panel should be able to be held in a floating state and / or moved in this state by means of magnetic levitation between the control panel and the base station, i.e. the at least one permanent magnet of the control panel and the field of electromagnets of the base station. Levitation describes the free floating of an object. For this purpose, the acting weight is compensated with the help of a force and an object is positioned in the room, whereby no direct contact with the floor or solid objects exists or does not have to exist. This requires knowledge of the position of the control unit necessary, as well as an active field regulation of the base station electromagnets by the control device. An active field control adjusts the field based on the detected position of the levitated element, in this case the control unit, so that disturbances are compensated and a stable floating state can be brought about.
Das durch die Elektromagnete erzeugte Feld sorgt in Wechselwirkung mit dem mindestens einen Dauermagneten des Bedienteils für eine Abstoßung, die den Schwebezustand des Bedienteils ermöglicht. Durch eine geeignete Ansteuerung der einzelnen Elektromagnete des Feldes in der Basisstation kann auch eine Bewegung des Bedienteils relativ zu der Basisstation in x- Richtung und y-Richtung bewirkt werden, wobei die x-Richtung und die y-Richtung in der Ebene des Feldes der Elektromagneten liegen. Der Bewegungsradius beziehungsweise die Entfernung, über die das Bedienteil bewegt werden kann, ist dabei abhängig von der Größe des Feldes von Elektromagneten sowie deren Anordnung. Diese Einflussgrößen beeinflussen unter anderem auch die Genauigkeit, mit der das Bedienteil relativ zu der Basisstation bewegt werden kann.The field generated by the electromagnet, in interaction with the at least one permanent magnet of the control panel, ensures repulsion, which enables the control panel to remain in suspension. A suitable control of the individual electromagnets of the field in the base station can also cause the operating part to move relative to the base station in the x-direction and y-direction, the x-direction and the y-direction in the plane of the field of the electromagnets lie. The radius of movement or the distance over which the control unit can be moved is dependent on the size of the field of electromagnets and their arrangement. These influencing variables also influence, among other things, the accuracy with which the control unit can be moved relative to the base station.
Die z-Richtung verläuft senkrecht zu der x-y-Ebene. Durch eine Anpassung der Intensität des magnetischen Feldes der Elektromagnete kann dabei der Abstand, mit dem das Bedienteil über der Basisstation schwebt, also die Position des Bedienteils in z-Richtung, eingestellt und verändert werden.The z-direction runs perpendicular to the x-y-plane. By adapting the intensity of the magnetic field of the electromagnets, the distance at which the control panel hovers over the base station, i.e. the position of the control panel in the z-direction, can be set and changed.
Die Steuerung der Fahrzeugfunktionen erfolgt durch eine Interaktion des Benutzers mit dem Bedienteil. Weist das Bedienteil also Bedienelemente wie Tasten, Slider oder dergleichen auf, kann er also über diese Bedienhandlungen an dem Bedienteil vornehmen.The vehicle functions are controlled by the user interacting with the control panel. If the control panel has control elements such as buttons, sliders or the like, it can therefore perform these control actions on the control panel.
Eine Bedienhandlung kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aber auch mittels einer von einem Benutzer initiierten und dem mindestens einen Hall-Sensor erfassten Bewegung des Bedienteils verwirklicht werden. Wird das Bedienteil und damit der darin oder daran angeordnete mindestens eine Dauermagnet in dem durch das Feld der Elektromagneten erzeugten Magnetfeld bewegt, erfasst der mindestens eine Hall-Sensor die Veränderungen im Feld. Durch eine relativ zu der x-y-Ebene geneigte Anordnung des mindestens einen Hall-Sensors und/oder die Anordnung mehrerer Hall-Sensoren kann dabei auch die Position des Bedienteils in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung bestimmt werden und damit auch die Bewegungsrichtung und die durch die Bewegung zurückgelegte Entfernung. Durch Auswertung der Daten des oder der Hall-Sensoren kann die ausgeführte Bewegung, also ihr Verlauf, bestimmt werden. In Verbindung mit einer solchen Ausgestaltung der Bedienvorrichtung können Gesten, also Bewegungsabläufe des Bedienteils, festgelegt werden, die mit Bedienhandlungen korrespondieren. Wird nun durch den mindestens einen Hall-Sensor eine Bewegung des Bedienteils erfasst, die einer solchen vordefinierten Geste entspricht, wird die dazu festgelegte Bedienhandlung ausgeführt. Dies kann beispielsweise die Auswahl einer Funktion sein aber auch die Steuerung eines Parameters innerhalb der ausgewählten Funktion. So kann zum Beispiel ein Benutzer das Bedienteil um die z-Achse rotieren und damit die Lautstärke einer Medienwiedergabe senken oder erhöhen. Auch das Auslenken des Bedienteils aus seiner Position oder ein Antippen des Bedienteils durch den Benutzer bewirken eine Bewegung, die durch den mindestens einen Hall-Sensor erfasst werden und durch die Steuereinrichtung in eine Steuerung einer zugeordneten Fahrzeugfunktion umgesetzt werden kann.In a preferred embodiment of the invention, an operating action can also be implemented by means of a movement of the operating part initiated by a user and detected by the at least one Hall sensor. If the operating part and thus the at least one permanent magnet arranged therein or on it is moved in the magnetic field generated by the field of the electromagnets, the at least one Hall sensor detects the changes in the field. Through an arrangement of the at least one Hall sensor inclined relative to the xy plane and / or the arrangement of several Hall sensors, the position of the operating part in the x-direction, y-direction and z-direction can also be determined, and thus also the Direction of movement and the distance traveled by the movement. By evaluating the data from the Hall sensor or sensors, the movement carried out, that is to say its course, can be determined. In connection with such a configuration of the operating device, gestures, that is to say sequences of movements of the operating part, can be established which correspond to operating actions. If the at least one Hall sensor detects a movement of the operating part which corresponds to such a predefined gesture, the operating action specified for this is carried out. This can be, for example, the selection of a function, but also the control of a parameter within the selected function. For example, a user can rotate the control panel around the z-axis and thus decrease or increase the volume of media playback. The deflection of the operating part from its position or a tapping of the operating part by the user also cause a movement that is detected by the at least one Hall sensor and can be converted into a control of an assigned vehicle function by the control device.
Optional kann die Steuereinrichtung das Feld aus Elektromagneten so ansteuern, dass eine Rückstellkraft eine Bewegung des Bedienteils verhindert. Versucht nun der Benutzer, das Bedienteil in eine Richtung zu bewegen, in der eine solche Rückstellkraft wirkt, empfindet der Benutzer eine Blockade der Bewegung und/oder kann das Bedienteil nicht in diese Richtung bewegen. Damit kann eine Interaktion des Benutzers mit dem Bedienteil beschränkt werden, so dass nur Bewegungsrichtungen und/oder Bewegungsabläufe freigegeben werden, die mit den bereits ausgeführten vordefinierten Gesten korrespondieren. Zudem kann das Bedienteil auf diese Weise auch an seine Ursprungsposition zurückbewegt werden.Optionally, the control device can control the field of electromagnets in such a way that a restoring force prevents the operating part from moving. If the user tries to move the operating part in a direction in which such a restoring force acts, the user feels that the movement is blocked and / or cannot move the operating part in this direction. Interaction of the user with the operating element can thus be restricted so that only directions of movement and / or sequences of movements are released which correspond to the predefined gestures that have already been carried out. In addition, the control unit can also be moved back to its original position in this way.
Alternativ oder zusätzlich kann das Bedienteil eine Einrichtung zur Bestimmung einer Bewegung des Bedienteils aufweisen. Auch auf diese Weise kann anhand der erfassten und ausgewerteten Bewegung des Bedienteils eine Gestensteuerung verwirklicht werden. Eine solche Einrichtung zur Bestimmung einer Bewegung des Bedienteils kann insbesondere eine inertiale Messeinheit (englisch inertial measurement unit, IMU) sein. Diese weisen üblicherweise eine räumliche Kombination aus Inertialsensoren, wie zum Beispiel Beschleunigungs- und Drehratensensoren, auf. Damit kann eine Bewegung des Bedienteils erfasst werden. Dies kann insbesondere ergänzend zu der Positions- und Bewegungsbestimmung mittels des mindestens einen Hall-Sensors erfolgen, um die dabei ermittelten Positionen und/oder Bewegungen des Bedienteils relativ zu der Basisstation zu präzisieren und/oder zu verifizieren. Zudem erlaubt die Verwendung einer Einrichtung zur Bestimmung einer Bewegung des Bedienteils auch, dessen Position und/oder Bewegungen zu erfassen, wenn es aus der Reichweite des mindestens einen Hall-Sensors herausbewegt wurde. Hinsichtlich der Auswertung der mittels der Einrichtung zur Bestimmung einer Bewegung des Bedienteils bestimmten Positionen und/oder Bewegungen gilt das zuvor Gesagte auch für diese Ausführungsform.Alternatively or additionally, the operating part can have a device for determining a movement of the operating part. In this way, too, gesture control can be implemented on the basis of the detected and evaluated movement of the operating part. Such a device for determining a movement of the operating part can in particular be an inertial measurement unit (IMU). These usually have a spatial combination of inertial sensors, such as acceleration and rotation rate sensors. A movement of the control unit can thus be detected. In particular, this can be done in addition to the position and movement determination by means of the at least one Hall sensor in order to specify and / or verify the positions and / or movements of the operating part determined in this process relative to the base station. In addition, the use of a device for determining a movement of the operating part also makes it possible to detect its position and / or movements when it has been moved out of the range of the at least one Hall sensor. With regard to the evaluation of the determined by means of the device for determining a movement of the operating part Positions and / or movements, what has been said above also applies to this embodiment.
Eine nächste Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung sieht vor, dass die Basisstation weiterhin mindestens einen Dauermagneten aufweist. Dieser ist zusätzlich zu den Elektromagneten innerhalb von deren flächiger Anordnung und/oder an deren Rand anzuordnen. Die Verwendung eines oder mehrerer Dauermagnete innerhalb des Feldes von Elektromagneten und/oder an deren Rand dient vorrangig der Entlastung der Elektromagnete beziehungsweise zur Feldergänzung, so dass die Elektromagnete in der Folge im Wesentlichen zur aktiven Regelung des Magnetfeldes und damit der Aufrechterhaltung eines stabilen Zustandes in der magnetischen Levitation des Bedienteils und/oder für dessen Bewegung relativ zu der Basisstation angesteuert werden können. Die wesentliche magnetische Abstoßungskraft, um das Schweben des Bedienteils zu bewirken, kann in dieser Ausgestaltung über den mindestens einen Dauermagneten in der Basisstation erreicht werden.A next embodiment of the operating device according to the invention provides that the base station furthermore has at least one permanent magnet. This is to be arranged in addition to the electromagnets within their flat arrangement and / or on their edge. The use of one or more permanent magnets within the field of electromagnets and / or at their edge serves primarily to relieve the electromagnets or to supplement the field, so that the electromagnets in the sequence essentially for the active control of the magnetic field and thus the maintenance of a stable state in the magnetic levitation of the control unit and / or can be controlled for its movement relative to the base station. The essential magnetic repulsive force to cause the operating part to float can be achieved in this embodiment via the at least one permanent magnet in the base station.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung liegt vor, wenn das Bedienteil mindestens zwei flächig angeordnete Dauermagnete aufweist. Eine flächige Anordnung bedeutet dabei, dass die mindestens zwei Dauermagnete im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet sind. Diese Ebene ist im Wesentlichen parallel zu der Ebene, die durch die Elektromagnete der Basisstation aufgespannt wird. Durch die flächige Verteilung der Dauermagnete in oder an dem Bedienteil werden Angriffspunkte geschaffen, so dass durch eine geeignete Ansteuerung der Elektromagnete in der Basisstation eine Rotation des Bedienteils um die z-Achse erreicht werden kann. Im einfachsten Fall ist das Bedienteil mit einem ersten Dauermagneten zur Erzeugung der magnetischen Levitation in Wechselwirkung mit der Basisstation und einem weiteren, vorzugsweise einem kleineren Dauermagneten in der gleichen Ebene ausgebildet. Wird das magnetische Feld der Basisstation so angesteuert, dass einzelne Elektromagnete diesen kleineren Magneten abstoßen und/oder anziehen, wird die Rotation um die z-Achse bewirkt. Auch hier wird die Position und die Bewegung des Bedienteils relativ zu der Basisstation durch den mindestens einen Hall-Sensor erfasst und mittels der Steuereinrichtung ausgewertet, so dass eine gezielte Ansteuerung erfolgen kann. Es können aber auch mindestens zwei gleichgroße oder annähernd gleichgroße Dauermagnete oder eine Kombination aus gleichen und verschiedenen Größen der Dauermagnete Verwendung finden.Another preferred embodiment is when the operating part has at least two flat permanent magnets. A flat arrangement means that the at least two permanent magnets are arranged essentially in one plane. This plane is essentially parallel to the plane that is spanned by the electromagnets of the base station. The areal distribution of the permanent magnets in or on the operating part creates points of attack, so that a rotation of the operating part about the z-axis can be achieved by suitable control of the electromagnets in the base station. In the simplest case, the operating part is designed with a first permanent magnet for generating the magnetic levitation in interaction with the base station and a further, preferably a smaller permanent magnet in the same plane. If the magnetic field of the base station is controlled in such a way that individual electromagnets repel and / or attract this smaller magnet, the rotation around the z-axis is effected. Here, too, the position and the movement of the operating part relative to the base station are detected by the at least one Hall sensor and evaluated by means of the control device, so that targeted activation can take place. However, at least two permanent magnets of the same size or approximately the same size or a combination of the same and different sizes of permanent magnets can also be used.
In noch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Bedienteil mindestens vier räumlich angeordnete Dauermagnete auf. Eine räumliche Anordnung sieht eine Anordnung der Dauermagneten in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung vor. Eine beispielhafte Variante ist die Anordnung von vier Dauermagneten in einem Tetraeder, also einer dreiseitigen Pyramide, an deren Ecken jeweils ein Dauermagnet angeordnet ist. Im Ergebnis kann das Bedienteil mit mindestens vier darin oder daran räumlich verteilten Dauermagneten durch eine geeignete Ansteuerung der Elektromagnete der Basisstation um die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse rotiert werden. Die einzelnen Dauermagnete dienen dabei sowohl dem Erreichen der magnetischen Levitation, also auch als Angriffspunkte für wirkende Kräfte aus den Elektromagneten, die wie zuvor bereits erläutert durch Anziehung und/oder Abstoßung eine Rotation, nun auch um die x-Achse und die y-Achse, bewirken.In yet another embodiment of the invention, the operating part has at least four spatially arranged permanent magnets. A spatial arrangement provides an arrangement of the permanent magnets in the x-direction, y-direction and z-direction. An exemplary variant is the arrangement of four permanent magnets in a tetrahedron, that is to say a three-sided pyramid, at each of the corners of which a permanent magnet is arranged. As a result, the control panel with at least four permanent magnets spatially distributed therein or on it can be rotated around the x-axis, the y-axis and the z-axis by suitable control of the electromagnets of the base station. The individual permanent magnets serve both to achieve magnetic levitation, i.e. also as points of application for forces acting from the electromagnets, which, as already explained above, cause a rotation through attraction and / or repulsion, now also around the x-axis and the y-axis, effect.
Äußerst bevorzugt ist eine sphärische, also annähernd kugelförmige Anordnung der mindestens vier Dauermagnete in oder an dem Bedienteil, weil hier eine weitgehend gleichmäßige Verteilung der Dauermagnete an oder in dem Bedienteil erreicht wird und somit stets mindestens ein Angriffspunkt zum Auslösen einer Rotation des Bedienteils im unmittelbaren Einflussbereich der Elektromagnete der Basisstation befindlich ist. Zudem ist eine präzisere Ansteuerung und mithin Rotation des Bedienteils möglich.A spherical, i.e. approximately spherical, arrangement of the at least four permanent magnets in or on the control panel is extremely preferred, because here a largely even distribution of the permanent magnets on or in the control panel is achieved and thus there is always at least one point of attack for triggering a rotation of the control panel in the immediate area of influence the base station electromagnet is located. In addition, a more precise control and therefore rotation of the control unit is possible.
Durch die räumliche Anordnung von Dauermagneten in oder an dem Bedienteil ist dieses nun in allen sechs Freiheitsgraden beweglich: eine Verschiebung in x-Richtung und y-Richtung kann durch eine geeignete Ansteuerung einzelner Elektromagnete der Basisstation erreicht werden, eine Bewegung in z-Richtung durch die Variation der Intensität des magnetischen Feldes der Elektromagnete erreicht werden. Beides wurde bereits erläutert. Die Rotation um die z-Achse bedarf einer flächigen Anordnung mindestens zweier Dauermagnete des Bedienteils, was jedoch auch in einer räumlichen Anordnung von mindestens vier Dauermagneten in oder an dem Bedienteil verwirklicht werden kann. Somit sind um alle drei Achsen auch Rotationen möglich.Due to the spatial arrangement of permanent magnets in or on the control panel, this is now movable in all six degrees of freedom: a shift in the x-direction and y-direction can be achieved by a suitable control of individual electromagnets of the base station, a movement in the z-direction by the Variation of the intensity of the magnetic field of the electromagnet can be achieved. Both have already been explained. The rotation around the z-axis requires a two-dimensional arrangement of at least two permanent magnets of the control part, but this can also be achieved in a spatial arrangement of at least four permanent magnets in or on the control part. This means that rotations around all three axes are also possible.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt vor, wenn die Steuereinrichtung das Feld aus Elektromagneten so ansteuert, dass das Bedienteil ein Bewegungsmuster ausführt, um einem Benutzer eine Information und/oder eine Rückmeldung zu übermitteln. Es wurde bereits hinreichend detailliert erläutert, dass die Steuereinrichtung durch eine geeignete Ansteuerung der Elektromagnete der Basisstation eine Bewegung des levitierten Bedienteils bewirken kann. Je nach Ausgestaltung des Bedienteils hinsichtlich Anzahl und Ausrichtung von Dauermagneten resultiert eine Anzahl möglicher Bewegungsrichtungen und/oder Bewegungsabläufe. Ähnlich den vorbestimmten Bewegungsabläufen, mittels derer Bedienhandlungen vorgenommen werden können, können Bewegungsabläufe definiert werden, die dem Benutzer jeweils eine Information und/oder eine Rückmeldung übermitteln können. So könnte ein langsames Rotieren des Bedienteils um seine z-Achse dessen Einsatzbereitschaft zur Entgegennahme von Bedienhandlungen übermitteln. Ein Auf-und-Ab-Bewegen kann einem Benutzer den Eingang neuer Nachrichten über eine Kommunikationseinrichtung seines Fahrzeugs signalisieren. Ist das Bedienteil mit einer von den übrigen Ausdehnungen deutlich unterscheidbaren Längenausdehnung oder Flächenausdehnung ausgebildet, kann ein kontinuierliches Aufrichten des Bedienteils während der Fahrt ein Annähern an den in einer Navigationseinrichtung des Fahrzeugs ausgewählten Zielort anzeigen. Eine Rückmeldung kann beinhalten, dass dem Benutzer die erfolgreiche Betätigung beziehungsweise der erfolgreiche Abschluss einer Bedienhandlung durch eine vordefinierte Bewegung des Bedienteils angezeigt wird. Auch die bereits beschriebene Rückstellkraft, die ein Bewegen des Bedienteils einschränken kann, kann eine solche Rückmeldung sein, da sie anzeigt, dass durch diese Bewegung keine Bedienhandlung bewirkt wird. Die derart realisierte Übermittlung einer Informationen und/oder Rückmeldung an den Benutzer ist diskret, da sie ohne zusätzliche visuelle Hilfsmittel und/oder eine akustische Rückmeldung erfolgen kann. Die Rückmeldung ist für den Benutzer auch haptisch feststellbar, also fühlbar, und kann damit auch bei Dunkelheit oder eingeschränktem Sehvermögen wahrgenommen werden.An advantageous embodiment of the invention is when the control device controls the field of electromagnets in such a way that the operating part executes a movement pattern in order to transmit information and / or feedback to a user. It has already been explained in sufficient detail that the control device can bring about a movement of the levitated operating part by suitable activation of the electromagnets of the base station. Depending on the design of the operating part with regard to the number and alignment of permanent magnets, a number of possible directions of movement and / or movement sequences result. Similar to the predetermined movement sequences, by means of which operating actions can be carried out, movement sequences can be defined which provide the user with information and / or can submit feedback. Thus, a slow rotation of the operating part around its z-axis could convey its readiness to receive operator actions. Moving up and down can signal the arrival of new messages to a user via a communication device in his vehicle. If the control panel is designed with a length or surface area that is clearly distinguishable from the other dimensions, a continuous erection of the control panel during the journey can indicate an approach to the destination selected in a navigation device of the vehicle. A feedback can include that the successful actuation or the successful completion of an operating action is indicated to the user by a predefined movement of the operating part. The restoring force already described, which can restrict a movement of the operating part, can also be such a feedback, since it indicates that no operating action is caused by this movement. The transmission of information and / or feedback to the user implemented in this way is discreet, since it can take place without additional visual aids and / or acoustic feedback. The feedback can also be determined haptically for the user, i.e. perceptible, and can therefore also be perceived in the dark or with limited vision.
Weiterführend kann durch die Erfassung und Bestimmung der Position und Bewegung des Bedienteils relativ zu der Basisstation sowie durch die von der Steuereinrichtung mithilfe der Elektromagneten der Basisstation erzeugte Bewegung des Bedienteils eine wechselseitige Interaktion zwischen dem Bedienteil als Bestandteil der Bedienvorrichtung und dem Benutzer bewirkt werden. Dies erlaubt es, eine intuitive und einfache Bedienung von Funktionen in einem Fahrzeug einzurichten, indem der Benutzer nicht oder nicht nur über die üblichen Bedienelemente eines Bedienteils, sondern auch durch die Interaktion mit dem Bedienteil als Ganzem, die Steuerung von Fahrzeugfunktionen bewirken kann.In addition, the detection and determination of the position and movement of the control unit relative to the base station and the movement of the control unit generated by the control device using the electromagnets of the base station can bring about a reciprocal interaction between the control unit as part of the control device and the user. This makes it possible to set up an intuitive and simple operation of functions in a vehicle, in that the user cannot control vehicle functions, or not only via the usual operating elements of a control unit, but also by interacting with the control unit as a whole.
Mit Vorteil erfasst die Bedienvorrichtung eine Annäherung eines Benutzers und wechselt in einen Bereitschaftszustand. Eine Annäherung eines Benutzers kann auf verschiedene Weise erfasst werden. Dazu kann die Bedienvorrichtung, und insbesondere das Bedienteil, mit Näherungssensoren ausgebildet sein, die eine Annäherung einer Hand des Benutzers detektieren. Alternativ oder zusätzlich kann auf Überwachungsdaten aus dem Innenraum des Fahrzeugs, die durch die fahrzeugeigene Sensorik erfasst werden, auf eine Annäherung eines Benutzers an die Bedienvorrichtung beziehungsweise das Bedienteil geschlossen werden. Dies kann beispielsweise die Verwendung von Kameras im Fahrzeuginnenraum umfassen. Trägt ein Benutzer ein so genanntes Wearable, also ein in der Regel personengebundenes und am Körper getragenes Computersystem, das auf den Nutzer oder dessen Umwelt bezogene Daten registriert und verarbeitet, wie so genannte Smartwatches und Fitnesstracker, kann auch dessen Position durch die fahrzeugeigene Sensorik überwacht werden und anhand dieser Position auf die Position der Benutzers geschlossen werden. Insbesondere ist die Position einer oder beider Hände des Benutzers und deren Annäherung an die Bedienvorrichtung beziehungsweise das Bedienteil relevant, da eine Annäherung einer oder beider Hände an das Bedienteil darauf schließen lässt, dass der Benutzer damit interagieren möchte, um eine Bedienhandlung vorzunehmen. In diesem Fall ist eine Detektion der Position eines am Arm getragenen Wearables ein guter Indikator für die Position der Hand des Benutzers. Die Daten, die durch die fahrzeugeigene Überwachung des Innenraums ermittelt werden, werden an die Steuereinrichtung übermittelt, die mit der Bedienvorrichtung zusammenwirkt, und können dort dazu verwendet werden, die Bedienvorrichtung in einen Bereitschaftszustand zu versetzen.The operating device advantageously detects an approach of a user and changes to a standby state. An approach of a user can be detected in various ways. For this purpose, the operating device, and in particular the operating part, can be designed with proximity sensors which detect an approach of a hand of the user. Alternatively or additionally, monitoring data from the interior of the vehicle, which are recorded by the vehicle's own sensor system, can be used to infer that a user is approaching the operating device or the operating part. This can include, for example, the use of cameras in the vehicle interior. If a user wears a so-called wearable, i.e. a computer system that is usually personal and worn on the body, which registers and processes data related to the user or his environment, such as so-called smartwatches and fitness trackers, his position can also be monitored by the vehicle's own sensors and based on this position, the position of the user can be deduced. In particular, the position of one or both hands of the user and their approach to the operating device or the operating element is relevant, since an approach of one or both hands to the operating element indicates that the user would like to interact with it in order to perform an operating action. In this case, detection of the position of a wearable worn on the arm is a good indicator of the position of the user's hand. The data that are determined by the vehicle's own monitoring of the interior are transmitted to the control device, which interacts with the operating device, and can be used there to put the operating device into a standby state.
Der Bereitschaftszustand soll dabei ein Zustand sein, in dem die Bedienvorrichtung Bedienhandlungen des Benutzers erfassen und verarbeiten kann. Vorzugsweise nimmt in diesem Bereitschaftszustand das Bedienteil einen Schwebezustand über der Basisstation ein und kann über dieser bei Bedarf bewegt werden.The standby state should be a state in which the operating device can detect and process operating actions by the user. In this standby state, the operating part preferably adopts a hovering state above the base station and can be moved above the base station if necessary.
Zusätzlich dazu kann ein Ruhezustand vorgesehen sein. Ein Ruhezustand soll dabei ein Zustand sein, in dem die Bedienvorrichtung nicht benutzt beziehungsweise betätigt wird. Dies kann bei abgestelltem und ungenutztem Fahrzeug der Fall sein oder nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit nach einer Benutzung beziehungsweise Betätigung. Die Bedienvorrichtung ist dabei jedoch nicht abgeschaltet, sondern kann die (Wieder-)Aufnahme der Benutzung erfassen und auf Eingaben reagieren. Man könnte den Ruhezustand daher am ehesten mit einem Standby-Modus von Elektrogeräten vergleichen. In diesem Ruhezustand kann das Bedienteil beispielsweise auf oder in der Basisstation ruhen, ohne levitiert zu sein.In addition, an idle state can be provided. An idle state should be a state in which the operating device is not used or actuated. This can be the case when the vehicle is parked and unused or after a predetermined time has elapsed after it has been used or operated. However, the operating device is not switched off, but can detect the (re-) resumption of use and react to inputs. One could therefore best compare the idle state with a standby mode of electrical appliances. In this idle state, the control unit can rest on or in the base station, for example, without being levitated.
Wird nun wie oben ausgeführt erfasst, dass ein Benutzer sich der Bedienvorrichtung und insbesondere dem Bedienteil nähert, kann das Bedienteil wenigstens in den Schwebezustand versetzt werden, indem die Elektromagneten der Basisstation angesteuert werden. Zusätzlich kann das Bedienteil durch eine Bewegung dem Benutzer rückmelden, dass der Bereitschaftszustand eingenommen wurde. Dies wurde zuvor bereits erläutert. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Bedienteil zumindest innerhalb der Reichweite des magnetischen Feldes, durch das die Levitation verwirklicht wird, sich dem Benutzer beziehungsweise dessen Hand annähert, indem die Position des Bedienteils über der Basisstation in x-Richtung, y-Richtung und z-Richtung durch eine geeignete Ansteuerung der Elektromagneten der Basisstation verändert wird. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, dass das Bedienteil nur dann aktiviert ist, wenn eine Benutzung absehbar ist. In der übrigen Zeit kann es in einem Ruhezustand verbleiben. Dies spart Energie und Rechenleistung, die zur Erzeugung und Aufrechterhaltung der magnetischen Levitation und eines stabilen Zustandes darin benötigt würde.If it is now detected, as explained above, that a user is approaching the operating device and in particular the operating part, the operating part can at least be put into the floating state by activating the electromagnets of the base station. In addition, the control unit can move back to the user that the standby mode has been assumed. This has already been explained above. However, it can also be provided that the operating part is at least within the range of the magnetic field through which the levitation is realized approaches the user or his hand by changing the position of the control panel above the base station in the x-direction, y-direction and z-direction by suitably controlling the base station's electromagnets. This refinement makes it possible for the control panel to be activated only when use is foreseeable. The rest of the time it can remain in a dormant state. This saves the energy and computing power that would be required to generate and maintain magnetic levitation and a stable state therein.
In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Bedienvorrichtung ausgehend von der Basisstation weitere Elektromagnete, Hall-Sensoren und/oder Dauermagnete auf, um eine Transferstrecke für eine Bewegung des Bedienteils im Fahrzeug auszubilden. Eine Transferstrecke soll ein Bereich in dem Fahrzeug sein, entlang dessen das Bedienteil während der magnetischen Levitation von einem Ort zu einem anderen Ort innerhalb des Fahrzeugs bewegt werden kann. Der Transferbereich geht von der Basisstation aus, beginnt also dort, und kann sich im weiteren Verlauf auch verzweigen. Auf diese Weise soll es ermöglicht werden, das Bedienteil durch eine entsprechende Ansteuerung der Elektromagneten der Basisstation und entlang der Transferstrecke beispielsweise von der Basisstation an einen Tisch des Fahrzeugs oder zwischen zwei Fahrzeugsitzen zu bewegen.In a likewise advantageous embodiment of the invention, the operating device, starting from the base station, has further electromagnets, Hall sensors and / or permanent magnets in order to form a transfer path for moving the operating part in the vehicle. A transfer path is intended to be an area in the vehicle along which the operating element can be moved from one location to another location within the vehicle during magnetic levitation. The transfer area starts from the base station, so begins there, and can also branch out in the further course. In this way, it should be possible to move the operating part by a corresponding control of the electromagnets of the base station and along the transfer path, for example from the base station to a table of the vehicle or between two vehicle seats.
Entlang der Transferstrecke sind Elektromagneten angeordnet, um die magnetische Levitation und die Bewegung des Bedienteils zu bewirken. Um die Elektromagnete zu entlasten, können außerdem Dauermagnete entlang der Transferstrecke angeordnet sein. Um einen stabilen Schwebezustand und eine präzise Bewegung des Bedienteils sicherzustellen, ist es vorteilhaft, entlang der Transferstrecke weitere Hall-Sensoren anzuordnen, um die jeweilige Position des Bedienteils zu bestimmen. Wie auch bei der Basisstation sollte die Anordnung der Elektromagnete und/oder Dauermagnete flächig erfolgen, um die Lage des Bedienteils stabil halten und aktiv nachregeln zu können. Die Anzahl und der Abstand der Elektromagnete und/oder Dauermagnete hängt dabei von der Länge und Ausdehnung der Transferstrecke sowie der Reichweite des magnetischen Feldes der Elektromagnete und/oder der Dauermagnete ab. Gleiches gilt hinsichtlich der zusätzlichen Hall-Sensoren: hier muss deren Messreichweite in Bezug zu der Ausdehnung der Transferstrecke und ihrem Verlauf bei der Festlegung von Anzahl und Position innerhalb der Transferstrecke berücksichtigt werden.Electromagnets are arranged along the transfer path in order to effect the magnetic levitation and the movement of the control unit. In order to relieve the electromagnets, permanent magnets can also be arranged along the transfer path. In order to ensure a stable floating state and precise movement of the operating part, it is advantageous to arrange further Hall sensors along the transfer path in order to determine the respective position of the operating part. As with the base station, the electromagnets and / or permanent magnets should be arranged over a large area in order to keep the position of the control unit stable and to be able to readjust it actively. The number and spacing of the electromagnets and / or permanent magnets depends on the length and extent of the transfer path and the range of the magnetic field of the electromagnets and / or the permanent magnets. The same applies to the additional Hall sensors: here, their measuring range in relation to the extent of the transfer path and its course must be taken into account when determining the number and position within the transfer path.
Um eine Bewegung des Bedienteils entlang der Transferstrecke, beispielsweis zu einem Benutzer, zu initiieren, können verschiedene Lösungen verfolgt werden. Beispielsweise kann ein Bedienelement entlang der Transferstrecke vorgesehen sein und betätigt werden, um das Bedienteil zu dem Benutzer zu „rufen“. Die Betätigung des Bedienelements an der Transferstrecke wird an die Steuereinrichtung, mit der die Bedienvorrichtung zusammenwirkt, übermittelt, so dass diese die Bewegung des Bedienteils auslösen kann. Ein anderes Beispiel ist die kamerabasierte Überwachung des Innenraums des Fahrzeugs, so dass mittels zuvor festgelegten Gesten des Benutzers, die durch eine oder mehrere Kameras erfasst werden, übermittelt werden kann, dass das Bedienteil an einen vorbestimmten Ort und/oder zu dem die Gesten ausführenden Benutzer transferiert werden soll. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das Bedienteil bei seinem Wechsel in einen Bereitschaftszustand zu einem Benutzer und/oder einem vordefinierten Ort, der von der Basisstation verschieden ist, transferiert wird.In order to initiate a movement of the operating part along the transfer path, for example to a user, various solutions can be pursued. For example, an operating element can be provided along the transfer path and operated in order to “call” the operating element to the user. The actuation of the operating element on the transfer path is transmitted to the control device with which the operating device interacts, so that it can trigger the movement of the operating part. Another example is the camera-based monitoring of the interior of the vehicle, so that by means of previously defined gestures by the user that are recorded by one or more cameras, it can be transmitted that the control panel is at a predetermined location and / or to the user performing the gestures should be transferred. However, it can also be provided that the control unit, when it changes to a standby state, is transferred to a user and / or a predefined location that is different from the base station.
Zweckmäßigerweise weist die Bedienvorrichtung eine Einrichtung zum induktiven Laden des Bedienteils auf. Induktives Laden ist eine Art der kabellosen Energieübertragung und verwendet elektromagnetische Induktion, um mobile Geräte mit Energie zu versorgen, insbesondere um deren Energiespeicher aufzuladen. Induktives Laden ist bereits von Haushaltsgeräten, Mobiltelefonen und dergleichen bekannt. Dazu ist üblicherweise eine Ladestation vorgesehen, in deren Nähe das mit Energie zu versorgende Gerät positioniert wird. Eine genaue Ausrichtung des mobilen, mit Energie zu versorgenden Geräts in Bezug zu der Ladestation und/oder ein elektrischer Kontakt zu der Basisstation ist in der Regel nicht erforderlich.The operating device expediently has a device for inductive charging of the operating part. Inductive charging is a type of wireless energy transmission and uses electromagnetic induction to supply mobile devices with energy, in particular to charge their energy storage devices. Inductive charging is already known from household appliances, cell phones and the like. For this purpose, a charging station is usually provided, in the vicinity of which the device to be supplied with energy is positioned. A precise alignment of the mobile device to be supplied with energy in relation to the charging station and / or an electrical contact with the base station is generally not required.
Vorliegend entspricht die Basisstation in dieser Ausgestaltung der Bedienvorrichtung der Ladestation und das Bedienteil dem mobilen, mit Energie zu versorgenden Gerät. Befindet sich das Bedienteil in unmittelbarer Nähe zu der Basisstation und ist ein Aufladen eines Energiespeichers des Bedienteils erforderlich, kann dies nun mittels induktiver Ladung erfolgen. Insbesondere kann dies in einem Ruhezustand der Bedienvorrichtung erfolgen. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine diskrete und zuverlässige Energieversorgung des Bedienteils der Bedienvorrichtung.In this embodiment, the base station corresponds to the operating device of the charging station and the operating part corresponds to the mobile device to be supplied with energy. If the control unit is in the immediate vicinity of the base station and an energy storage device of the control unit needs to be charged, this can now be done by means of inductive charging. In particular, this can take place when the operating device is in an idle state. This refinement enables a discrete and reliable supply of energy to the operating part of the operating device.
Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung kann bei einer Annäherung eines Benutzers an das Fahrzeug, beim Öffnen des Fahrzeugs und/oder durch Starten des Fahrzeugs aktiviert oder angeschaltet werden, so dass sie den Fahrzeuginsassen zum frühestmöglichen Zeitpunkt zur Benutzung zur Verfügung steht. In gleicher Weise kann beim Abstellen des Fahrzeugs, beim Verschließen des Fahrzeugs oder beim Entfernen eines Benutzers vom Fahrzeug ein Abschalten der Bedienvorrichtung bewirkt werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, das Bedienteil als Fahrzeugschlüssel zum Öffnen und Schließen des Fahrzeugs zu nutzen.The operating device according to the invention can be activated or switched on when a user approaches the vehicle, when the vehicle is opened and / or when the vehicle is started, so that it is available for use by the vehicle occupants at the earliest possible point in time. In the same way, the operating device can be switched off when the vehicle is parked, when the vehicle is locked or when a user is removed from the vehicle. Alternatively or additionally can be provided to use the control panel as a vehicle key for opening and closing the vehicle.
Mit der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung ist nun eine intuitive, einfache und diskrete Möglichkeit vorgeschlagen, um die Funktionen eines Fahrzeugs zu steuern und eine Rückmeldung bezüglich der Bedienung zu erhalten. Die Rückmeldung ist durch die Bewegungsmuster des Bedienteils diskret und bedarf keiner gesonderten visuellen und/oder akustischen Unterstützung. Die vorgeschlagene Bedienvorrichtung ist flexibel an den Einsatzbereich anpassbar, unter anderem durch die Anzahl und Ausgestaltung der Bewegungsmuster des Bedienteils zur Steuerung von Funktionen und/oder zur Übermittlung von Informationen und/oder Rückmeldungen. Dabei können jegliche mobile Bedienteile oder mobile Eingabegeräte zur Steuerung von Funktionen in einem Fahrzeug erfindungsgemäß aus- oder weitergebildet werden. Selbstverständlich ist eine solche Bedienvorrichtung nicht nur auf die Verwendung in einem Fahrzeug beschränkt, sondern kann auch in anderen Umfeldern eine funktionsbasierte Steuerung von Umgebungsfunktionen bereitstellen.With the operating device according to the invention, an intuitive, simple and discrete possibility is now proposed to control the functions of a vehicle and to receive feedback regarding the operation. The feedback is discreet due to the movement pattern of the control unit and does not require any special visual and / or acoustic support. The proposed operating device can be flexibly adapted to the area of application, inter alia through the number and configuration of the movement patterns of the operating part for controlling functions and / or for transmitting information and / or feedback. Any mobile operating parts or mobile input devices for controlling functions in a vehicle can be trained or further developed according to the invention. Of course, such an operating device is not limited to use in a vehicle, but can also provide function-based control of environmental functions in other environments.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 beispielhafte Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung, -
2 eine beispielhafte Ausgestaltung des Feldes von Elektromagneten der Basisstation, -
3 beispielhafte Ausgestaltungen der Dauermagneten des Bedienteils, und -
4 eine weitere beispielhafte Ausgestaltung der Dauermagnete des Bedienteils.
-
1 exemplary application possibilities of the operating device according to the invention, -
2 an exemplary embodiment of the field of electromagnets of the base station, -
3 exemplary configurations of the permanent magnets of the control panel, and -
4th Another exemplary embodiment of the permanent magnets of the control unit.
Die in
In der Armlehne
Das Bedienteil
Die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
Die
In
Diese Interaktion mit dem Bedienteil
Zusätzlich zu der Erfassung einer von einem Benutzer initiierten Bewegung des Bedienteils
Die Bedienvorrichtung
In
Eine alternative Ausgestaltung dazu zeigt
In
Nun kann die Bedienvorrichtung
Mit diesen Bewegungsmöglichkeiten des Bedienteils
Die Interaktion des Benutzers mit dem Bedienteil kann beispielsweise eine Rotation um eine der Achsen, die in diesem Fall jedoch durch den Benutzer ausgelöst ist, beinhalten. Damit kann beispielsweise eine Lautstärkeregelung der Medienwiedergabe oder die Änderung der Lichtfarbe in der Innenraumbeleuchtung des Fahrzeugs bewirkt werden. Befindet sich das Bedienteil
Nicht gezeigt aber eine vorteilhafte Weiterentwicklung ist es, wenn beginnend von der Basisstation
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- Bedienvorrichtung Control device
- 2020th
- BedienteilControl panel
- 2222nd
- Dauermagnet im Bedienteil Permanent magnet in the control panel
- 3030th
- BasisstationBase station
- 3232
- ElektromagnetElectromagnet
- 3434
- Dauermagnet in der BasisstationPermanent magnet in the base station
- 3636
- Hall-Sensor Hall sensor
- 5050
- FahrzeugsitzVehicle seat
- 5252
- SitzflächeSeat
- 5454
- Armlehne armrest
- 6060
- Benutzeruser
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102020201251.2A DE102020201251A1 (en) | 2020-02-03 | 2020-02-03 | Control device for controlling vehicle functions |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2020
- 2020-02-03 DE DE102020201251.2A patent/DE102020201251A1/en active Pending
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