DE102020205207A1

DE102020205207A1 - Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE102020205207A1
Application number: DE102020205207.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Hirsch; Karsten Rowold
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2021-10-28
Also published as: CN113547914A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung zur Erzeugung eines in einem Interaktionsraum schwebenden virtuellen Abbilds einer Bedienoberfläche und einer Bedieneinheit zur Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche mit einem Sensorsystem zur Erfassung und/oder Verfolgung von Bedienobjekten, wobei die Benutzerschnittstelle ein Gehäuse aufweist, das sowohl die Anzeigevorrichtung als auch die Bedieneinheit aufnimmt sowie drehbar gelagert ist. Um eine Benutzerschnittstelle zu schaffen, die die Anwendungsmöglichkeiten der Benutzerschnittstelle erweitert, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse zur drehbaren Lagerung über ein Gleitlager verliersicher mit einer drehfest im Fahrzeug angeordneten Halterung verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung zur Erzeugung eines in einem Interaktionsraum schwebenden virtuellen Abbilds einer Bedienoberfläche und einer Bedieneinheit zur Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche mit einem Sensorsystem zur Erfassung und/oder Verfolgung von Bedienobjekten, wobei die Benutzerschnittstelle ein Gehäuse aufweist, das sowohl die Anzeigevorrichtung als auch die Bedieneinheit aufnimmt sowie drehbar gelagert ist.
Eine gattungsgemäße Benutzerschnittstelle ist beispielsweise in DE 10 2017 208 343 A1 beschrieben. Die Benutzerschnittstelle weist mit einem Display und einer Mehrspiegelplatte mehrere Komponenten einer Anzeigevorrichtung auf, die innerhalb eines zylinderförmigen Gehäuses gelagert sind, das dort in 2 mit dem Bezugszeichen 12 beziffert ist. Dieses Gehäuse ist innerhalb eines weiteren unbezifferten und trapezförmigen Gehäuses gelagert. Um die Anzeigevorrichtung auf die Position des Betrachters einzustellen, ist das zylinderförmige Gehäuse um kleine Winkel drehbar innerhalb des äußeren trapezförmigen Gehäuses gelagert.
In DE 10 2017 208 343 A1 wird nicht offenbart, wie die drehbare Lagerung des zylinderförmigen Gehäuses konkret umgesetzt werden kann. Dabei sind an eine solche Lagerung aufgrund der Größe der Benutzerschnittstelle und der Geräuschemission vieler bekannter Lager hohe Anforderungen zu stellen. Im Übrigen schränkt die implizierte Drehbarkeit des Gehäuses auf kleine Winkel die Anwendungsmöglichkeiten einer solchen Benutzerschnittstelle ein, auch weil die Benutzerschnittstelle aufgrund ihrer - von kleinen Winkelanpassungen abgesehen - starren Ausrichtung nur aus einer bestimmten Perspektive im Fahrzeug bedienbar ist.
Hiervon ausgehend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Benutzerschnittstelle zu schaffen, die die Anwendungsmöglichkeiten der Benutzerschnittstelle erweitert.
Diese Aufgabe wird durch die Benutzerschnittstelle nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gehäuse zur drehbaren Lagerung über ein Gleitlager verliersicher mit einer drehfest im Fahrzeug angeordneten Halterung verbunden ist. Ein solches Gleitlager liefert auch bei relativ großen Durchmessern und mithin auch bei Durchmessern von ca. 40 cm und kleinstmöglichen Gleitflächen eine hinreichende und gute Stabilität der Benutzerschnittstelle, die darüber hinaus im Vergleich zu anderen Lagern, insbesondere Kugel-, Tonnen- oder Nagellagern, auch geräuscharm drehbar, wartungsarm und verschleißfrei ist. Ohnehin wären solche Lager in den hier geforderten Dimensionen nicht ohne Weiteres und daher schwer und kostenintensiv umsetzbar. Ferner lässt sich die Benutzerschnittstelle durch das Gleitlager auch um große Winkel drehen, weshalb die Benutzerschnittelle aus unterschiedlichen Positionen innerhalb des Fahrzeugs bedienbar ist. Neben der Einstellmöglichkeit auf eine ideale Sicht- und Interaktionsposition kann die Benutzerschnittstelle wechselseitig auch auf unterschiedliche Benutzer ausgerichtet werden.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend und in den Unteransprüchen beschrieben.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Halterung drehfest mit einem ruhenden Gleitkörper verbunden ist, der vorzugsweise zweistückig ausgebildet ist und im zusammengesetzten Zustand des Gleitkörpers eine ringförmige Hinterschneidung bildet. Demgegenüber ist das Gehäuse vorzugsweise drehfest mit einem - gegenüber der Halterung - drehbaren Gleitkörper verbunden, der eine ringförmige Feder aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Benutzerschnittstelle in die Hinterschneidung des ruhenden Gleitkörpers eingreift. Durch den formschlüssigen Eingriff der ringförmigen Feder in die ebenfalls ringförmige Hinterschneidung des ruhenden Gleitkörpers ergibt sich eine verliersichere Lagerung der Benutzerschnittstelle in der Halterung, die zudem auch nur ein geringes Spiel erzeugt, weshalb die Benutzerschnittstelle stabil gelagert ist.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gleitlager ein Gleitlager mit Trockenreibung ist, wozu der ruhende und der drehbare Gleitkörper zumindest im Bereich der reibenden Flächen eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen aufweisen. Eine derartige Beschichtung ist verschleißarm und kostenschonend auf metallische Gleitkörper, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, aufbringbar.
Es wurde bereits angegeben, dass die Benutzerschnittstelle um große Winkel drehbar sein soll, so dass die Benutzerschnittstelle auch wechselseitig von unterschiedlichen Benutzern innerhalb eines Fahrzeugs verwendbar ist. In diesem Zusammenhang ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Halterung und das Gehäuse jeweils mindestens einen oder zwei Anschläge besitzen, die die Drehbarkeit des Gehäuses auf einen Winkel von max. 360°, vorzugsweise von max. 135° beschränken. Die Beschränkung auf max. 360° wird gewählt, damit eine etwaige Kabelführung vom Fahrzeug in das Gehäuse nicht durch versehentliches Überdrehen abgedreht wird, wobei im Falle eines Schleifkontakts auch Drehbewegungen von über 360° vorgesehen sein können. Die Beschränkung auf max. 135° bezieht sich darauf, dass die Benutzerschnittstelle vorzugsweise von zwei nebeneinander sitzenden Fahrgästen wechselseitig benutzt wird, wozu eine Drehbarkeit von 135° ausreicht.
Um die Benutzerschnittstelle in die gewünschte Position zu drehen, ist nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse einen Aktuator zur manuellen oder halbautomatischen oder automatischen Drehung des Gehäuses aufweist, so dass das Gehäuse zwischen den Anschlägen beliebig ausrichtbar ist. Zur manuellen Drehung ist vorzugsweise ein Aktuator in Form eines Knaufs angeordnet, an dem die Benutzerschnittstelle angefasst und manuell gedreht werden kann. Zur haltautomatischen Drehung der Benutzerschnittstelle sind physische oder virtuelle Schalter vorgesehen, so dass die Benutzerschnittstelle mittels eines geeignet eingerichteten motorischen Antriebs drehbar ist. Auch bei der automatischen Drehbarkeit der Benutzerschnittstelle ist ein solcher motorischer Antrieb vorgesehen, wobei ergänzend eine Sensorik vorgehalten werden muss, beispielsweise ein Head-Tracking, so dass nach Auswertung der aufgenommenen Daten eine geeignet eingerichtete Steuereinheit bestimmen kann, um welchen Winkel und wohin die Benutzerschnittstelle ausgerichtet werden soll.
Damit sich die Benutzerschnittstelle während der Fahrt des Fahrzeugs nicht aus der eingestellten Position herausbewegen kann, ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Gehäuse mit einer lösbaren Arretierung verbunden ist, die eine lösbare Fixierung des Gehäuses in einer beliebigen Ausrichtung zwischen den Anschlägen erlaubt. Eine solche Arretierung kann durch eine manuell, halbautomatisch oder automatisch bedienbaren Bremse erfolgen, die die Drehbarkeit des Gehäuses zeitweilig blockiert. Für den Fall, dass anstelle der bevorzugten Trockenreibung eine Fettlagerung vorgesehen ist, kann auf eine solche Arretierung auch verzichtet werden, da eine Fettlagerung einen ausreichenden Anfangswiderstand aufweist, so dass die Benutzerschnittstelle nicht ungewollt aus der eingestellten Position herausgedreht wird.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der Anzeigevorrichtung und der Bedieneinheit erläutert. In diesem Zusammenhang ist nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Anzeigevorrichtung ein 3D-Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines Realbildes einer Bedienoberfläche und eine Optik aufweist, die das Realbild der Bedienoberfläche in einen Interaktionsraum projiziert, der sich im Sichtbereich des Bedieners befindet. Ein solches 3D-Bilderzeugungssystem ist vorzugsweise ein autostereoskopisches System, insbesondere ein 3D-Display mit Lentikularlinsen. Alternativ hierzu kann das 3D-Bilderzeugungssystem auch ein Lichtfelddisplay, ein Volumendisplay oder ein 3D-Display mit Parallaxbarriere sein. Die Optik der Anzeigevorrichtung bewirkt eine von der Oberfläche losgelöste und schwebende Wahrnehmung des Abbilds und kann dabei als Mehrspiegelplatte ausgebildet sein, insbesondere als eine Mehrspiegelplatte mit dihedralen Spiegeln.
Um unerwünschte Lichtreflektionen zu vermeiden, weist die Benutzerschnittstelle mindestens ein optisches Filterelement auf, das insbesondere als Polarisationsfilter ausgebildet sein kann. Konkret ist vorgesehen, dass die Anzeigevorrichtung ein solches optisches Filterelement besitzt, das unerwünschte Reflektionen aus dem System heraus verhindert, die beispielsweise von der Anzeigevorrichtung selbst hervorgerufen werden. Auch die Optik besitzt vorzugsweise ein optisches Filterelement, das ungewollte Lichtreflektionen von außen verhindert, die beispielsweise durch Sonneneinstrahlung oder Lampen in der näheren Umgebung des Informationsterminals hervorgerufen werden.
Um die von der Anzeigevorrichtung holografisch dargestellte Bedienoberfläche bedienen zu können, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Sensorsystem vorgesehen, das eine ortsgenaue Erfassung und Verfolgung von Bedienobjekten innerhalb des Interaktionsraums ermöglicht. Als Bedienobjekte können anwendungsbezogen beispielsweise Hände, Finger oder auch Gesichter definiert werden. Das Sensorsystem weist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens einen Time-of-Flight-Sensor und/oder mindestens ein stereoskopisches Kamerasystem auf, die vorzugsweise im infraroten Lichtspektrum arbeiten. Alternativ und/oder additiv kann das Sensorsystem auch eine akustische Kamera mit Ultraschalllautsprechern und Ultraschallmikrophonen aufweisen, auf die später noch näher eingegangen wird. Dabei hat sich insbesondere die Kombination unterschiedlicher Sensoren innerhalb des Sensorsystems als vorteilhaft erwiesen, um über eine geeignete Sensorverteilung ein größeres Bewegungsspektrum der Bedienobjekte zu erfassen. Beim Einsatz nur eines einzigen Sensors entstehen anderenfalls verdeckte Bereiche bzw. Schattenbereiche, die zu Fehlinterpretationen der Bedienung führen können. Durch die Integration eines solchen Sensorsystems zum Erkennen und/oder Verfolgen der Bedienobjekte im Interaktionsraum kann eine handbasierte Bedienung direkt mit der holografisch dargestellten Bedieneinheit erfolgen. Die Bedienung der Benutzerschnittstelle ist mithin oberflächenungebunden, d.h. dass keine direkte Berührung mit der Benutzerschnittstelle der Komponenten erfolgt.
Die Benutzerschnittstelle besitzt vorzugsweise mindestens eine Signalvorrichtung, die eine etwaige Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche signalisiert. Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass die Signalvorrichtung eine Vorrichtung zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches im Interaktionsraum der Bedienoberfläche ist. Hierzu können geeignete Vorrichtungen beispielsweise Schallsignale, insbesondere Ultraschallsignale, Luftströme oder Lichtpulse erzeugen. Alternativ ist auch eine Plasmabildung in der Luft oder eine Temperaturanregung möglich.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorzugsweise vorgesehen, dass die Vorrichtung zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches innerhalb des Interaktionsraums eine Vielzahl von Ultraschalllautsprechern aufweist, deren Ultraschallsignale hierzu in Bezug auf Phase, Frequenz und Amplitude abstimmbar sind, wobei die Ultraschallautsprecher vorzugsweise einzeln oder gruppenweise mindestens ein Modul bilden, das am Interaktionsraum angeordnet ist.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ultraschalllautsprecher eines Moduls auf einer gemeinsamen Modulebenen angeordnet sind. Vorzugsweise weisen die Ultraschalllautsprecher eines Moduls dabei eine parallel zueinander ausgerichtete Orientierung auf. Die konkrete Ausgestaltung eines solchen Moduls ist zwar insbesondere in Bezug auf die Anzahl und Anordnung der Ultraschalllautsprecher nicht vorgegeben und im Wesentlichen beliebig, allerdings hat sich in der Praxis eine matrixförmige Anordnung der Ultraschalllautsprecher als vorteilhaft erwiesen. Insbesondere sind quadratische Matrixanordnungen von beispielsweise 4x4-Ultraschalllautsprechern bevorzugt.
Das Interaktionsterminal besitzt nach einer optionalen Ausführungsform der Erfindung mindestens drei Module, deren Modulebenen zumindest teilweise winklig zueinander ausgerichtet sind. Hierdurch lassen sich die Module in optimaler Weise um den Interaktionsraum herum anordnen und auf die vorgegebene Position des Interaktionsraums ausrichten.
Die Steuerung der Signalvorrichtung - und mithin des mindestens einen Moduls - ist durch die Steuereinheit möglich, so dass in diesem Fall einfache und daher preiswerte Module verwendet werden können. Um beim optionalen Einsatz mehrerer Module eine zeitlich korrekte Ansteuerung aller Module zu gewährleisten, müssen in diesem Fall alle Leitungslängen und Signallaufzeiten bekannt oder gleich lang sein.
Alternativ ist vorgesehen, dass jedes Modul einen separaten Mikrocontroller zur Konfiguration und/oder Ansteuerung der Ultraschalllautsprecher eines Moduls und zur Kommunikation mit der Steuereinheit aufweist. Hierdurch ergibt sich eine optimale Vernetzung der Module mit der als Hauptsteuergerät ausgebildeten Steuereinheit und die Kommunikation ist über ein echtzeitfähiges Bussystem möglich.
Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind mehrere Ultraschallmikrofone vorgesehen, die unmittelbar an den Modulen oder frei am Interaktionsterminal angeordnet sind. Durch die Ultraschallmikrofone ergibt sich bei Bedarf eine einfache automatische Konfigurierbarkeit der Signalvorrichtung und die Ultraschallmikrofone können darüber hinaus als dreidimensionale akustische Kamera verwendet werden, mit der Objekte innerhalb des Interaktionsraums erkannt, identifiziert und durch eine fortlaufende Positionsbestimmung verfolgt werden können, so dass die akustische Kamera auch ein Teil des bereits angesprochenen Sensorsystems sein kann. Hierzu ist vorzugsweise vorgesehen, dass Reflexionen von ruhenden oder bewegten Objekten innerhalb des Interaktionsraums, wie beispielsweise einer Hand, die in den Interaktionsraum eingreift, von den Ultraschallmikrofonen registriert werden und aus den reflektierten Signalen die Position, die Form und die Bewegung des Objektes ermittelt wird. Zur Erkennung und Verfolgung der Objekte innerhalb des Interaktionsraums können die Ultraschallfrequenzen verwendet werden, die ohnehin zur Erzeugung des haptischen Effekts von den Ultraschalllautsprechern abgegeben werden. Alternativ können auch andere hiervon abweichende Frequenzen verwendet werden.
Schließlich ist in diesem Zusammenhang optional vorgesehen, dass sich Objekte über vorhandene Klassifizierungsalgorithmen bestimmen lassen, die die reflektierten Signale mit vorhandenen und objektbezogenen Datensätzen vergleichen und bei gegebener Übereinstimmung eine eindeutige Zuordnung des Objektes erlauben. Hierdurch ist auch eine spezifische und gezielte Anregung des Objekts innerhalb des Interaktionsraums möglich.
Alternativ zu der beschriebenen Vorrichtung zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches im Interaktionsraum der Bedienoberfläche kann die Signalvorrichtung auch eingerichtet sein, um bei der Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche ein akustisches und/oder optisches Feedback zu erzeugen. Ein akustisches Feedback erfolgt im einfachsten Fall durch ein Geräusch, das von einem Lautsprecher oder dergleichen abgegeben wird. Das optische Feedback kann demgegenüber im einfachsten Fall durch eine Signalleuchte realisiert sein, die unmittelbar am Interaktionsterminal angeordnet ist. Es ist auch vorgesehen, dass im Falle einer Bedienung der holografisch dargestellten Bedienoberfläche die Bedienoberfläche selbst ihre Darstellung ändert und beispielsweise die erfolgte Bedienung durch eine andere Farbe der Bedienoberfläche und/oder durch ein kurzzeitiges Aufleuchten anzeigt.
Konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Diese zeigen:

1 eine erste Querschnittsdarstellung einer Benutzerschnittstelle,
2 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches innerhalb eines Interaktionsraumes,
3a eine zweite Querschnittsdarstellung einer Benutzerschnittstelle,
3b,c Detailansichten der drehbaren Lagerung,
4a, b ein Anwendungsbeispiel einer Benutzerschnittstelle in einer Draufsicht und
5 eine Rücksitzbank eines Fahrzeugs mit einer Benutzerschnittstelle.

In 1 ist ein konkretes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Benutzerschnittstelle 1 eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs dargestellt. Die Benutzerschnittstelle 1 besitzt eine Anzeigevorrichtung 2 mit der ein virtuelles Abbild 3 einer Bedienoberfläche in einen Interaktionsraum 4 projizierbar ist, wo die Bedienoberfläche holografisch durch einen Bediener 5 erkennbar ist. Hierzu wird das virtuelle Abbild über eine optisch umlenkende Komponente 6, insbesondere eine Mehrspiegelplatte, in den Interaktionsraum 4 projiziert.
Die Anzeigevorrichtung 2 besitzt zur Vermeidung von internen Reflektionen innerhalb der Benutzerschnittstelle 1 einen Polarisationsfilter 7, der die Anzeigevorrichtung 2 abdeckt.
In ähnlicher Weise weist auch die dargestellte optische Komponente 6 einen Polarisationsfilter 8 auf, der unerwünschte äußere Reflektionen verhindert, die insbesondere durch die Sonneneinstrahlung und/oder externe Lichtquellen entstehen.
Die Benutzerschnittstelle 1 besitzt darüber hinaus eine Bedieneinheit zur Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche, die ein Sensorsystem 10 zur Erfassung und/oder Verfolgung von Bedienobjekten 11 umfasst. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 10 unterhalb des Interaktionsraums 4 angeordnet und erkennt eine sich im Interaktionsraum 4 bewegende Hand, die im vorliegenden Fall das Bedienobjekt 11 bildet. Durch die vorliegende Objekterkennung und Objektverfolgung erkennt die Benutzerschnittstelle 1, ob und ggf. welche Funktion mit der Benutzerschnittstelle 1 bedient werden soll und leitet die entsprechenden Befehle weiter.
Darüber hinaus besitzt die Benutzerschnittstelle 1 ein weiteres Sensorsystem 12 in Form einer Headtrackingkamera zur Erfassung der Kopfposition und der Gesichtsausrichtung des Bedieners 5 zur holografisch dargestellten Bedienoberfläche. Das Sensorsystem 12 kann insbesondere bei der automatischen Drehung der Benutzerschnittstelle 1 eingesetzt werden, um den Winkel zu bestimmen, um den die Benutzerschnittstelle 1 zur optimalen Ausrichtung gedreht werden muss.
Um die erfolgte Bedienung für den Bediener 5 zu signalisieren, sind verschiedene Optionen vorgesehen. Neben den bereits angesprochenen Lichtsignalen kann die Benutzerschnittstelle 1 - wie in 1 dargestellt - eine Vorrichtung 21 zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks aufweisen, die hierzu eine Vielzahl von Ultraschalllautsprechern aufweist. Diese Vorrichtung 21 ist nur beispielhaft in 1 unterhalb des Interaktionsraums 4 dargestellt. Prinzipiell können die Ultraschalllautsprecher im Wesentlichen beliebig am Interaktionsraum 4 der Benutzerschnittstelle 1 bzw. am Interaktionsterminal angeordnet und ausgerichtet sein. Ein konkretes Ausführungsbeispiel hiervon wird nachfolgend mit Bezug auf 2 erläutert.
Die hierin dargestellte Vorrichtung 21 besitzt mehrere zylinderförmig dargestellte Ultraschalllautsprecher 22, 22', die im vorliegenden Ausführungsbeispiel gruppenweise insgesamt 25 Module 23, 23' mit jeweils 16 Ultraschalllautsprechern 22, 22' bilden. Insgesamt besitzt die dargestellte Vorrichtung 400 Ultraschalllautsprecher 22, 22'. Die Ultraschalllautsprecher 22, 22' der einzelnen Module 23, 23' sind jeweils matrixförmig mit 4x4 Ultraschalllautsprechern 22, 22' auf einer gemeinsamen Modulplatte 24 angeordnet und parallel zueinander ausgerichtet. Die Modulplatten 24 sind eben ausgebildet und bilden Modulebenen. Die Module 23, 23' sind im dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig und gegenüber einer Horizontalen winklig angeordnet, so dass mindestens ein Ultraschalllautsprecher 22 eines Moduls 23 winklig zu mindestens einem Ultraschalllautsprecher 22' eines anderen Moduls 23' orientiert ist und von einer gemeinsamen Ebene anderer Ultraschalllautsprecher beabstandet ist. Hierdurch sind die Module 23, 23' und die Ultraschalllautsprecher 22, 22' im Wesentlichen auf die Mitte des darüber angeordneten Interaktionsraums 4 ausgerichtet. Aufgrund der bekannten Positionen und Orientierungen der einzelnen Module 23, 23' sind die Ultraschallsignale in Bezug auf deren Phase, Frequenz und Amplitude so einstellbar, dass an beliebigen Positionen innerhalb des Interaktionsraums 4 Punkte mit haptisch wahrnehmbaren Bereichen erzeugbar sind. In der Figur ist der Interaktionsraum 4 mit einem möglichen haptischen Feedback im Wesentlichen teilkugelförmig dargestellt, wobei die Form des Interaktionsraums 4 auch von der konkreten und frei wählbaren Anordnung der Module 23, 23' abhängt.
Im Interaktionsraum 4 selbst lassen sich an beliebigen Positionen haptisch fühlbare Bereiche erzeugen, die durch eine Person mit einer Hand 11 wahrgenommen werden können, die in den Interaktionsraum 4 eindringt. Die Reflexionen der Ultraschallsignale an der Hand 11 - oder einem anderen Objekt - werden durch optional vorhandene Ultraschallmikrofone 25 registriert, so dass sich aus den reflektierten Signalen die Bewegung der Hand 11 im Interaktionsraum 4 ermitteln lässt.
Zur Steuerung der Vorrichtung 21 sind eine Steuereinheit 28 und eine Programmierschnittstelle 29 vorgesehen. Die Steuereinheit 28 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel derart mit der Vorrichtung 21 verbunden, dass die Steuersignale unmittelbar von der Steuereinheit 28 zu den einzelnen Modulen 23, 23' gesendet werden. Alternativ können die Module 23, 23' auch separate Mikrocontroller (nicht dargestellt) aufweisen, die zur Steuerung mit den Modulen 23, 23' einerseits und der Steuereinheit 28 andererseits verbunden sind.
Um alle Komponenten der vorliegenden Benutzerschnittstelle 1 zu steuern und aufeinander abzustimmen, besitzt die Benutzerschnittelle eine weitere Recheneinheit 13 (siehe 1), die mit allen zu steuernden Komponenten verbunden ist.
3a zeigt eine konkrete Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine im Vergleich zu 1 im wesentlichen funktionsgleiche Benutzerschnittstelle 1 mit einem Gehäuse 36, die demgegenüber drehbar in einer wannenförmigen Halterung 30 des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Halterung 30 besitzt zur Durchführung einer Kabelversorgung der Benutzerschnittstelle 1 eine Öffnung 31, durch die im dargestellten Ausführungsbeispiel auch die vertikale Drehachse A der Benutzerschnittstelle 1 verläuft. Die Benutzerschnittstelle 1 weist als Aktuator einen Knauf 32 auf, der zur manuellen Drehung der Benutzerschnittstelle 1 eingerichtet ist, so dass die Benutzerschnittstelle 1 manuell von dem Bediener eingestellt werden kann. Zur drehbaren Lagerung ist die Benutzerschnittstelle 1 verliersicher über ein Gleitlager 33 mit der Halterung 30 verbunden, wobei die konkrete Ausgestaltung des Gleitlagers 33 in 3b gezeigt ist. Damit sich die vom Bediener eingestellte Position und mithin die angulare Ausrichtung aufgrund von Bewegungen des Fahrzeugs nicht ändert, ist im Rahmen der vorliegenden Ausführungsform eine Arretierung 34 in Form einer Schleifbremse vorgesehen, die mittels eines Bremselementes 35 im arretierten Zustand eine reibschlüssige Verbindung zum Gehäuse 36 schafft. Das Bremselement 35 ist hierzu in Pfeilrichtung 37 manuell, automatisch oder halbautomatisch bewegbar. Alternativ kann auch eine Scheibenbremse oder eine Bremse vorgesehen sein, die mit einem Bremselement formschlüssig in ein Profil eingreift, das umfangsseitig am Gehäuse 36 ausgebildet ist.
3b zeigt eine Detailansicht des ringförmigen Gleitlagers 33. Hierzu ist die Halterung 30 mittels mehrerer Bolzen 38 drehfest mit einem ruhenden Gleitkörper 39 verbunden, der seinerseits zweistückig ausgebildet ist und ein (auf dem Kopf stehendes) im Querschnitt T-förmiges Ringelement 40 sowie ein im Querschnitt Z-förmiges Ringelement 41 aufweist, die im zusammengesetzten Zustand eine ringförmige Hinterschneidung 42 bzw. eine Nut bilden. Das Gehäuse 36 ist ebenfalls mittels mehrerer Bolzen 43 drehfest mit einem - gegenüber dem ruhenden Gleitkörper 39 - drehbaren Gleitkörper 44 verbunden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel einstückig ausgebildet ist und eine ringförmige Feder 45 besitzt, die im zusammengesetzten Zustand in die Hinterschneidung 42 des ruhenden Gleitkörpers 39 eingreift. Bei dieser Ausgestaltung der Gleitkörper 39, 44 ergeben sich winklig zueinander ausgerichtete Gleitflächen 46. Zumindest in diesen Flächenabschnitten besitzen die Gleitkörper 39, 44 eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen, weshalb das dargestellte Gleitlager 33 ein Gleitlager mit Trockenreibung ist. Durch den Eingriff der ringförmigen Feder 45 in die ringförmige Hinterschneidung 42 ergibt sich eine verliersichere Verbindung zwischen Gehäuse 36 und Halterung 30, wobei das Gehäuse 36 um die vertikale Drehachse A drehbar ist.
Zur Verdeutlichung der unterschiedlichen Bestandteile des Gleitlagers 33 zeigt 3c eine Explosionsdarstellung hiervon (ohne Bolzen 38, 43).
Die 4a, b zeigen die Anwendung einer solchen Benutzerschnittstelle 1 in einer Draufsicht, wobei die Benutzerschnittstelle 1 wechselweise von unterschiedlichen Bedieners 5, 5' verwendet werden kann, wozu die Benutzerschnittstelle 1 lediglich in Pfeilrichtung 47 gedreht werden muss. Eine solche Ausführungsform ist besonders als Benutzerschnittstelle 1 innerhalb einer Rücksitzbank 48 vorteilhaft, wie es ebenfalls in einer Draufsicht in 5 gezeigt ist. Auch hier lässt sich die Benutzerschnittstelle 1 durch Drehen am Knauf 32 in Pfeilrichtung 47 auf die unterschiedlichen Sitzpositionen ausrichten.
Bezugszeichenliste

A: Drehachse
1: Benutzerschnittstelle
2: Anzeigevorrichtung
3: virtuelles Abbild einer Bedienoberfläche
4: Interaktionsraum
5, 5': Bediener
6: optisch umlenkende Komponente
7: Polarisationsfilter
8: Polarisationsfilter
10: Sensorsystem
11: Bedienobjekt
12: Sensorsystem
13: Recheneinheit
21: Vorrichtung zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks
22, 22': Ultraschalllautsprecher
23, 23': Module
24: Modulplatte
25: Ultraschallmikrophone
28: Steuereinheit
29: Programmierschnittstelle
30: Halterung
31: Öffnung
32: Knauf
33: Gleitlager
34: Arretierung
35: Bremselement
36: Gehäuse
37: Pfeilrichtung
38: Bolzen
39: ruhender Gleitkörper
40: T-förmiges Ringelement
41: Z-förmiges Ringelement
42: Hinterschneidung
43: Bolzen
44: drehbarer Gleitkörper
45: Feder
46: Fleitflächen
47: Pfeilrichtung
48: Rücksitzbank

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017208343 A1 [0002, 0003]

Claims

Benutzerschnittstelle eines Fahrzeugs mit einer Anzeigevorrichtung (2) zur Erzeugung eines in einem Interaktionsraum (4) schwebenden virtuellen Abbilds (3) einer Bedienoberfläche und einer Bedieneinheit zur Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche mit einem Sensorsystem (10) zur Erfassung und/oder Verfolgung von Bedienobjekten (11), wobei die Benutzerschnittstelle (1) ein Gehäuse (36) aufweist, das sowohl die Anzeigevorrichtung (2) als auch die Bedieneinheit aufnimmt sowie drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) zur drehbaren Lagerung über ein Gleitlager (33) verliersicher mit einer drehfest im Fahrzeug angeordneten Halterung (30) verbunden ist.
Benutzerschnittstelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (30) drehfest mit einem ruhenden Gleitkörper (39) verbunden ist, der vorzugsweise zweistückig ausgebildet ist und im zusammengesetzten Zustand des Gleitkörpers (39) eine ringförmige Hinterschneidung (42) bildet.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) drehfest mit einem drehbaren Gleitkörper (44) verbunden ist, der eine ringförmige Feder (45) aufweist, die im zusammengesetzten Zustand der Benutzerschnittstelle (1) in die Hinterschneidung (42) des ruhenden Gleitkörpers (39) eingreift.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitlager (33) ein Gleitlager mit Trockenreibung ist, wozu der ruhende und der drehbare Gleitkörper (44) zumindest im Bereich der Gleitflächen (46) eine Beschichtung aus Polytetrafluorethylen aufweisen.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (30) und das Gehäuse (36) jeweils mindestens einen oder zwei Anschläge besitzen, die die Drehbarkeit des Gehäuses (36) auf einen Winkel von maximal 360°, vorzugsweise von maximal 135° beschränken.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) einen Aktuator zur manuellen oder halbautomatischen oder automatischen Drehung des Gehäuses (36) aufweist, so dass das Gehäuse (36) zwischen den Anschlägen beliebig ausrichtbar ist.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) mit einer lösbaren Arretierung (34) verbunden ist, die eine Fixierung des Gehäuses (36) in einer beliebigen Ausrichtung zwischen den Anschlägen erlaubt.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigevorrichtung (2) ein 3D-Bilderzeugungssystem zur Erzeugung eines Realbildes einer Bedienoberfläche und eine Optik (6) aufweist, die das Realbild der Bedienoberfläche in den Interaktionsraum (4) projiziert, der sich im Sichtbereich eines Bedieners (5) befindet.
Benutzerschnittstelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das 3D-Bilderzeugungssystem ein autostereoskopisches System ist, insbesondere ein 3D-Display mit Lentikularlinsen.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (6) eine Mehrspiegelplatte ist.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Benutzerschnittstelle (1) zur Vermeidung von Reflektionen mindestens ein optisches Filterelement aufweist, insbesondere mindestens einen Polarisationsfilter (7, 8).
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Optik (6) der Benutzerschnittstelle (1) und/oder Anzeigevorrichtung (2) jeweils mindestens ein optisches Filterelement (7, 8) besitzt.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorsystem (10) einen Time-of-Flight-Sensor und/oder ein stereoskopisches Kamerasystem aufweist.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Benutzerschnittstelle mindestens eine Signalvorrichtung aufweist, die eingerichtet ist, um in Abhängigkeit der Bedienung der Bedienoberfläche wahrnehmbare Signale zu erzeugen, wobei die Signalvorrichtung vorzugsweise eine Vorrichtung (21) zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches im Interaktionsraum (4) der Bedienoberfläche ist.
Benutzerschnittstelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (21) zur Erzeugung eines haptisch wahrnehmbaren Bereiches innerhalb des Interaktionsraums (4) eine Vielzahl von Ultraschalllautsprechern (22, 22') aufweist, deren Ultraschallsignale hierzu in Bezug auf Phase, Frequenz und Amplitude abstimmbar sind.
Benutzerschnittstelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschalllautsprecher (22, 22') einzeln oder gruppenweise mindestens ein Modul (23, 23') bilden, das am Interaktionsraum (4) angeordnet sind.
Benutzerschnittstelle nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalvorrichtung eingerichtet ist, um bei der Bedienung der virtuellen Bedienoberfläche ein akustisches und/oder optisches Feedback zu erzeugen.