DE102020211794A1

DE102020211794A1 - Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020211794A1
Application number: DE102020211794.2A
Authority: DE
Inventors: Mark Bennemann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-03-24
Also published as: CN114253425A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), insbesondere zur Bedienung einer Funktion des Kraftfahrzeuges (1), wobei die Bedienvorrichtung (3) eine Vielzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Vielzahl der LEDs eine Faseroptik (11) angeordnet ist, wobei die Faseroptik (11) eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienseite umfasst und wobei eine Recheneinrichtung (300) vorgesehen ist zur Ermittlung, ob Licht zumindest einer ersten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine zweite Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik (11) hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die zweite Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Bedienung einer Funktion, insbesondere des Kraftfahrzeuges, wobei die Bedienvorrichtung eine Mehrzahl, z.B. matrixartig nebeneinander angeordneter, LEDs umfasst, wobei eine Recheneinrichtung vorgesehen ist zur Ermittlung, ob Licht zumindest einer ersten LED der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine zweite LED der Mehrzahl der LEDs reflektiert und/oder eingestrahlt wird. Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug mit einer Bedienvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Bedienvorrichtung. Eine derartige Bedienvorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren ist aus der DE 10 2018 222 203A1 , der DE 10 2019 220 071 A1 , der DE 10 2019 220 050 A1 und der DE 10 2019 220 067 A1 bekannt.
Die US 2013/0141375 A1 offenbart ein System zur Implementierung einer Benutzerschnittstelle, wobei eine Vorrichtung zum Erzeugen von taktilen Messwerten in Reaktion auf taktile Eingaben in Bezug auf die Benutzerschnittstelle vorgesehen ist. Die Eingabe erfolgt dabei in Form von Gesten, die entsprechend von der Benutzerschnittstelle erkannt werden können.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine alternative Bedienung eines Kraftfahrzeuges anzugeben.
Vorgenannte Aufgabe wird durch eine, beispielsweise hochauflösende, Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für eine Funktion des Kraftfahrzeuges, gemäß Anspruch 1 gelöst, wobei die Bedienvorrichtung eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Mehrzahl der LEDs eine eine Vielzahl von Fasern umfassende Faseroptik angeordnet ist, wobei die Faseroptik eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienfläche umfasst, und wobei eine Recheneinrichtung vorgesehen ist zur Ermittlung, ob Licht zumindest einer ersten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine zweite Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die zweite Gruppe von LEDs ein, insbesondere zusammenhängendes, Gebiet bildet.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Recheneinrichtung zur Ermittlung ausgestaltet, ob Licht zumindest einer dritten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine vierte Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die vierte Gruppe von LEDs zusammen mit der zweiten Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bildet. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die zweite Gruppe von LEDs Teil der dritten Gruppe von LEDs und die vierte Gruppe von LEDs Teil der ersten Gruppe von LEDs ist. Die erste Gruppe von LEDs umfasst somit LEDs im Lichtemissionsmodus und die zweite Gruppe von LEDs umfasst LEDs im Lichterkennungsmodus. Zwischen diesen beiden Modi kann schnell gewechselt werden und zwar mit einer Geschwindigkeit derart, dass der Wechsel für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Ähnlich wie in der US 9 207 851 B1 bzw. in der US 2006/0086896 A1 offenbarten Lehre wechseln die LEDs mit derart hoher Frequenz zwischen Lichtemissionsmodus und Lichterkennungsmodus, dass dieser Wechsel für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar ist.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Bedienvorrichtung und/oder die Recheneinrichtung ein Modul zur Erfassung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes und/oder zur Erfassung der Änderung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Bedienvorrichtung und/oder die Recheneinrichtung ein Modul zur Bestimmung des Abstandes zwischen einen Finger eines Bedieners und der Bedienfläche in Abhängigkeit der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Bedienvorrichtung und/oder die Recheneinrichtung ein Modul zur Bestimmung der Annäherung eines Fingers eines Bedieners an die Bedienfläche in Abhängigkeit der Änderung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Bedienvorrichtung und/oder die Recheneinrichtung ein Modul zur Erfassung der Lage des zusammenhängenden Gebietes.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein zusammenhängendes Gebiet (nur) dann von der Recheneinrichtung oder einem Modul der Recheneinrichtung als zusammenhängendes Gebiet identifiziert wird, wenn diesem eine glockenförmige Intensitätsverteilung zugrunde liegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein zusammenhängendes Gebiet nur dann von der Recheneinrichtung oder einem Modul der Recheneinrichtung als von der Bedienfläche beabstandetes zusammenhängendes Gebiet identifiziert wird, wenn diesem eine glockenförmige Intensitätsverteilung zugrunde liegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein Abstand zwischen dem Finger eines Bedieners und der Bedienfläche nur dann als ein solcher Abstand identifiziert wird, wenn dem korrespondierenden zusammenhängenden Gebiet eine glockenförmige Intensitätsverteilung zugrunde liegt. Eine glockenförmige Intensitätsverteilung im Sinne dieser Offenbarung kann beispielsweise nicht-rotationssymmetrisch sein. Eine Intensitätsverteilung innerhalb eines als zusammenhängendes Gebiet angesehenen Gebiets ist insbesondere einer Gaußkurve angenähert oder entspricht einer Gaußkurve, zumindest im Querschnitt. Eine glockenförmige Intensitätsverteilung im Sinne dieser Offenbarung kann beispielsweise im Querschnitt parabelförmig sein.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein zusammenhängendes Gebiet (nur) dann von der Recheneinrichtung oder einem Modul der Recheneinrichtung als zusammenhängendes Gebiet identifiziert wird, wenn diesem eine Top-Hat-förmige Intensitätsverteilung zugrunde liegt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass ein zusammenhängendes Gebiet nur dann von der Recheneinrichtung oder einem Modul der Recheneinrichtung als durch eine Berührung der Bedienfläche bedingtes zusammenhängendes Gebiet identifiziert wird, wenn diesem eine Top-Hat-förmige Intensitätsverteilung zugrunde liegt. Eine Top-Hat-förmige (Zylinder mit Plateau) Intensitätsverteilung im Sinne dieser Offenbarung bedeutet insbesondere ein kreisförmiges, ein ellipsenförmiges, ein kreisartiges oder ein ellipsenartiges (räumliches) Intensitätsprofil (nahezu) gleicher/konstanter Intensität.
Intensität im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere Lichtintensität. Lichtintensität im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere die Strahlungsenergie W, die senkrecht auf eine Fläche A in der Zeit t trifft: $I = \frac{W}{A \cdot t}$
Lichtintensität im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere P / A, wobei P die Lichtleistung ist.
Zur Bedienung einer Funktion des Kraftfahrzeuges kann beispielsweise mittels des Displays ein virtuelles Bedienelement dargestellt werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass das virtuelle Bedienelement bei Annäherung eines Fingers eines Bedieners an das virtuelle Bedienelement ausgewählt und bei Berührung des virtuellen Bedienelementes mittels des Fingers eines Bedieners aktiviert wird. Es kann vorgesehen sein, dass das Bedienelement bereits bei weiterer Annäherung an die Bedienfläche aktiviert wird. Die Aktivierung kann beispielsweise auch dadurch erfolgen, dass eine bestimmte Geste (eines oder mehrerer Finger eines Bedieners), z.B. eine Drehbewegung oder eine Kreisbewegung, nach Auswahl ausgeführt wird. Nach Aktivierung des fiktiven Bedienelementes wird eine dem virtuellen Bedienelement zugeordnete Funktion ausgeführt. Zudem kann vorgesehen sein, dass dem Benutzer bzw. Bediener die Aktivierung des virtuellen Bedienelementes durch ein haptisches Feedback „angezeigt“ wird.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb einer Bedienvorrichtung gemäß Anspruch 9, insbesondere zum Betrieb der vorgenannten Bedienvorrichtung, insbesondere zur Bedienung einer Funktion eines Kraftfahrzeuges, wobei die Bedienvorrichtung eine Vielzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Vielzahl der LEDs eine Faseroptik angeordnet ist, wobei die Faseroptik eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienseite umfasst, und wobei ermittelt wird, ob Licht zumindest einer ersten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund eines Fingers eines Bedieners zumindest in eine zweite Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die zweite Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bilden.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird in Abhängigkeit einer Veränderung des zusammenhängenden Gebietes eine dreidimensionale Bewegung des Fingers ermittelt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung Erfindung wird eine dreidimensionale Bewegung eines zweiten Fingers in Abhängigkeit einer Veränderung eines weiteren durch eine weitere Gruppe von LEDs gebildeten zusammenhängenden Gebietes ermittelt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung Erfindung wird eine dreidimensionale Bewegung eines dritten Fingers in Abhängigkeit einer Veränderung eines weiteren durch eine weitere Gruppe von LEDs gebildeten zusammenhängenden Gebietes ermittelt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung Erfindung wird eine dreidimensionale Bewegung eines vierten Fingers in Abhängigkeit einer Veränderung eines weiteren durch eine weitere Gruppe von LEDs gebildeten zusammenhängenden Gebietes ermittelt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung Erfindung wird eine dreidimensionale Bewegung eines fünften Fingers in Abhängigkeit einer Veränderung eines weiteren durch eine weitere Gruppe von LEDs gebildeten zusammenhängenden Gebietes ermittelt.
Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Bedienvorrichtung mit einer oder mehreren der vorgenannten Merkmale, insbesondere zur Bedienung einer Funktion eines Kraftfahrzeuges gelöst, wobei die Bedienvorrichtung eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Mehrzahl der LEDs eine Vielzahl der Fasern der Faseroptik angeordnet ist, wobei die Faseroptik eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienfläche umfasst, und wobei die Bedienvorrichtung eine Recheneinrichtung aufweist zur Bestimmung einer dreidimensionalen Bewegung eines Fingers eines Bedieners der Bedienvorrichtung in Abhängigkeit einer Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs, in die durch die Fasern der Faseroptik hindurch reflektiertes Licht eingestrahlt wird.
Eine Faseroptik im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere eine optische Komponente, die aus vielen parallel angeordneten transparenten bzw. einer Vielzahl parallel angeordneter transparenter Fasern, insbesondere Glasfasern, als Lichtleiter (TIR) besteht, die zum Beispiel als Stützplatte miteinander zu einem mechanisch homogenen Block verschmolzen sind. Transparent im Sinne dieser Offenbarung kann transluzent bedeuten und/oder umfassen. Eine transparente Faser im Sinne dieser Offenbarung kann opak beschichtet sein bzw. eine opake Mantelfläche umfassen bzw. aufweisen, um Streulicht zu vermeiden. Eine opake Manteloberfläche einer Faser kann beispielsweise schwarz sein. Eine Faseroptik im Sinne dieser Offenbarung kann auch als Fiberoptik oder fused fiber optics ausgeführt sein. Eine Faseroptik im Sinne dieser Offenbarung kann eine Mehrzahl von Lichtleitern umfassen, die zumindest auf der der Mehrzahl der LEDs abgewandten Seite der Faseroptik (im Wesentlichen) senkrecht bzw. orthogonal zu der der Mehrzahl der LEDs zugewandten Seite der Faseroptik oder zu der Ebene, in der die Mehrzahl der LEDs angeordnet ist, ausgerichtet ist. Eine Faseroptik im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere als Faserplatte ausgestaltet. Die Faserplatte bzw. Faseroptik kann ein einstückiges Bauteil oder ein zusammengesetztes Strukturbauteil sein. Eine Licht leitende Faser im Sinne dieser Offenbarung besteht aus bzw. umfasst beispielsweise PE, PMMA oder Glas. Jede einzelne Faser besteht z.B. wie bei einem Lichtleiter aus einem Kernglas und einem einhüllenden niederbrechenden Mantelglas. Dazwischen sind z.B. zusätzlich Stränge aus schwarzem (absorbierendem) Glas angeordnet, um vagabundierendes Streulicht zurückzuhalten.
Der Abstand der einzelnen Bildpunkte beträgt z.B. 4-10 µm.
Eine Licht leitende Faser im Sinne dieser Offenbarung hat insbesondere einen runden, insbesondere einen kreisrunden Querschnitt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass eine Licht leitende Faser im Sinne dieser Offenbarung einen rechteckigen, einen quadratischen oder einen sechseckigen Querschnitt aufweist.
Eine Funktion eines Kraftfahrzeuges im Sinne dieser Offenbarung kann ein InfotainmentSystem, ein Navigationssystem, ein Telefon oder eine Telefonschnittstelle, ein Fensterheber, ein Aktor für einen Seitenspiegel, ein Aktor für ein Schiebedach u.ä. sein. Eine Bedienhandlung im Sinne dieser Offenbarung kann das Berühren, insbesondere mit einem Finger, einer für die Bedienung vorgesehenen Bedienfläche der Faseroptik und/oder eine bestimmte Gestik sein. Eine Anordnung über der Mehrzahl der LEDs im Sinne dieser Offenbarung bedeutet insbesondere, dass die Faseroptiken bzw. die Fasern der Faseroptiken derart ausgestaltet sind, dass die LEDs Licht in die Fasern der Faseroptik einstrahlen.
In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Faseroptik und/oder einer Gruppe nebeneinander liegender Licht leitender Fasern eine Displayfunktion des Kraftfahrzeuges zugeordnet. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung betrifft insbesondere die Bedienung von Funktionen, die über ein Bussystem bedienbar sind. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere ein Infotainmentsystem und/oder ein Navigationssystem und/oder ein Telefon. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung nutzt z.B. eine Busschnittstelle der Recheneinrichtung oder einer Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere eine Funktion oder eine Mehrzahl von Funktionen, die abhängig davon ist, was mittels des Displays angezeigt wird. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere eine menügeführte Bedienung. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung kann auch eine Mehrzahl von Apps umfassen, die, wenn sie angezeigt werden, bedienbar bzw. aufrufbar sind. Eine Displayfunktion im Sinne dieser Offenbarung kann auch eine Anzeige von Informationen sein.
Die Mehrzahl der LEDs bilden ein Display bzw. ein Teil eines Displays sein. Ein Display im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere ein Display bzw. Matrixdisplay zur variablen Darstellung von Informationen. Ein Display im Sinne dieser Offenbarung kann z.B. ein TFT sein. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bilden die LEDs oder eine Gruppe der LEDs ein Farbdisplay. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung bildet die zweite Gruppe der LEDs ein Farbdisplay. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die LEDs der Mehrzahl der LEDs als Farbdisplay ausgestaltet (zur Darstellung unterschiedlicher farblicher Bildinhalte).
Die Erfindung betrifft zudem ein Kraftfahrzeug, das eine vorgenannte Bedienvorrichtung umfasst. Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt. Unter einem Kraftfahrzeug im Sinne dieser Offenbarung kann auch ein motorisch angetriebenes Fahrzeug verstanden werden, zum Beispiel auch ein Fahrzeug für 3D-Mobilität. Ein Kraftfahrzeug im Sinne dieser Offenbarung kann ein Transportmittel sein, insbesondere ein mittels eines Aktors angetriebenes Transportmittel. Ein Transportmittel im Sinne dieser Offenbarung kann ein Fortbewegungsmittel sein. Ein Transportmittel im Sinne dieser Offenbarung kann ein Transportmittel zur Beförderung von Personen und/oder Gütern sein bzw. als solches verstanden werden. Ein Transportmittel im Sinne dieser Offenbarung kann ein angetriebenes Fahrzeug sein. Ein angetriebenes Fahrzeug im Sinne dieser Offenbarung bedeutet insbesondere, dass ein technischer Antrieb vorgesehen ist, wobei vorgesehen sein kann, dass wesentliche Teile des Antriebs außerhalb des Fahrzeuges, bevorzugt jedoch innerhalb des Fahrzeugs bzw. in dem Fahrzeug integriert, angeordnet sind. Ein angetriebenes Fahrzeug im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere ein Fahrzeug, das nicht maßgeblich durch die Kraft von Tieren und/oder Menschen angetrieben wird. Ein angetriebenes Fahrzeug im Sinne dieser Offenbarung kann jedoch optional einen Antrieb durch Wind und/oder Sonne umfassen. Ein Antrieb im Sinne dieser Offenbarung kann ein Verbrennungsmotor und/oder ein Elektromotor sein.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug in einer Innenansicht,
2 eine Prinzipansicht des Kraftfahrzeuges gemäß 1,
3 eine prinzipielle Ausgestaltung einer Bedienvorrichtung im Sinne der Erfindung in Form eine Ausführungsbeispiels,
4 ein Ausführungsbeispiel für eine Bedienvorrichtung,
5 eine Mehrzahl von LEDs zur prinzipiellen Erläuterung der Erfindung,
6 eine ergänzende Darstellung zur Erläuterung des Prinzips gemäß 5,
7 eine weitere prinzipielle Erläuterung der 5 und 6,
8 ein Ausführungsbeispiel für einen Graphen zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung bzw. eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Gebrauch einer Bedienvorrichtung,
9 ein Ausführungsbeispiel für eine Bediensituation mittels eines Fingers beabstandet von der Bedienfläche einer Faseroptik,
10 die Situation gemäß 9 bei weiterer Annäherung des Fingers an die Bedienfläche,
11 eine weitere Fortsetzung der Bediensituation in 9 und 10, jedoch bei Erreichen der Bedienfläche durch den Finger eines Benutzers,
12 eine Situation einer Intensitätsverteilung bei einer Bedienung mittels zweier Finger und
13 eine komplexe Geste zur Bedienung der Bedienvorrichtung, wobei fünf Finger benutzt werden, um ein Multitouch-Eingangssignal bzw. ein Bedienssignal bzw. eine entsprechende Bediensituation zu implementieren.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein in 2 in einer Prinzipskizze dargestelltes Kraftfahrzeug 1 in einer Innenansicht. Dabei bezeichnet das Bezugszeichen 2 ein Lenkrad und Bezugszeichen 3 ein HMI bzw. eine als HMI ausgestaltete Bedienvorrichtung, die mittels einer zugeordneten Anzeige- und Bediensteuerung 10 angesteuert wird. Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Tür, und mit Bezugszeichen 5 ist eine Bedienvorrichtung in der Mittelkonsole des Kraftfahrzeuges 1 bezeichnet. Mittels der Anzeige- und Bediensteuerung 10 ist bzw. sind ein aus einer Mehrzahl von LEDs gebildetes Display 12 bzw. die von dem Display 12 dargestellten Informationen beeinflussbar. Mittels des HMI 3 sind nicht sicherheitskritische Funktionen des Kraftfahrzeugs 1, wie etwa eine Telefonschnittstelle 114 für ein Mobiltelefon MT, eine Klimaautomatik 115, ein Navigationssystem 116, ein Infotainmentsystem 117 oder weitere Funktionen ansteuerbar. Dazu sind die Telefonschnittstelle 114, die Klimaautomatik 115, das Navigationssystem 116, das Infotainmentsystem 117 sowie weitere nicht sicherheitskritische Funktionen datentechnisch mittels eines Bussystems B1 mit der Anzeige- und Bediensteuerung 10 des HMIs 3 verbunden. Weitere nicht sicherheitskritische Funktionen des Kraftfahrzeuges 1 können etwa eine WLAN-Schnittstelle 118, eine Bluetooth-Schnittstelle oder z.B. eine USB-Schnittstelle 119 sein. Das Kraftfahrzeug 1 umfasst zudem sicherheitsrelevante Funktionen wie etwa eine Motorsteuerung 131, ein ESP 132 bzw. eine Getriebesteuerung 133. Bezugszeichen 134, 135, 136 bezeichnen weitere sicherheitsrelevante Funktionen bzw. Module des Kraftfahrzeuges 1. Die sicherheitsrelevanten Module des Kraftfahrzeuges 131, 132, 133, 134, 135, 136 sind mittels eines Bussystems B2 gekoppelt, das über einen Gateway 100 mit dem Bussystem B1 gekoppelt ist.
3 zeigt die prinzipielle Ausgestaltung des HMIs 3 bzw. einer Bedienvorrichtung 3 im Sinne der Erfindung, die ein Display 12 umfasst. Dabei sendet eine LED 121 der als Display 12 ausgestalteten LED-Anordnung Licht aus, das in einer Faser 111 der Faseroptik 11 (mehrfach) reflektiert und aus der der LED-Anordnung (Display 12) abgewandten Seite, d.h. der Bedienfläche 110, der Faseroptik 11 austritt. Befindet sich der Finger F eines Bedieners zwecks Bedienung der Bedienvorrichtung 3 auf der oder in der Nähe der Bedienfläche 110 der Faseroptik 11, so wird das aus der Oberfläche austretende Licht in die Faser 111 der Faseroptik 11 und/oder in eine oder mehrere mittelbar oder unmittelbar benachbarte(n) Faser(n) (diffus) reflektiert und von dieser oder diesen zu einer gerade nichtleuchtende LED 122 geleitet, deren Energieaufnahme mittels einer Recheneinrichtung 300 der Bedienvorrichtung 3 erfasst wird. Die Recheneinrichtung 300 der Bedienvorrichtung 3 kommuniziert mittels einer bidirektionalen Kommunikationsverbindung 310 mit der Anzeige- und Bediensteuerung 10 und damit mittels der Anzeige- und Bediensteuerung 10 über die Bussysteme B1 bzw. B2 mit entsprechenden Funktionen des Kraftfahrzeuges 1, die bedient bzw. gesteuert werden sollen.
Zudem steuert die Recheneinrichtung 300 einen mit Bezugszeichen 13 bezeichneten Aktor an. Die Recheneinrichtung 300 und das Display 12 sind ebenso wie der Aktor 13 wie nachfolgend näher erläutert in einem Gehäuse gekapselt angeordnet. Dabei steuert die Recheneinrichtung 300 durch Ausgabe eines Aktorsteuersignals die Bewegung des Aktors 13. Eine Ausgestaltung des Aktors 13 kann z.B. der EP 1 560 102 A1 entnommen werden. Darüber hinaus sind als Aktor 13 z.B. Piezoaktoren oder so genannte Voicecoils einsetzbar. Ein geeigneter Aktor kann auch der EP 1 677 180 A1 in 3 entnommen werden, wobei der Aktor in der EP 1 677 180 A1 mit Bezugszeichen 19 bezeichnet ist. Die Bedienvorrichtung 3 umfasst zudem eine Schnittstelle in Bezug auf die Kommunikationsverbindung 310 zur Anzeige- und Bediensteuerung 10 (siehe oben).
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Bedienvorrichtung 3 in einer Querschnittsdarstellung. Die Bedienvorrichtung 3 umfasst ein Gehäuse 15, ein in dem Gehäuse 15 angeordnetes Display 12 zur optischen Darstellung von Informationen, eine über dem Display 12 angeordnete und mit dem Gehäuse 15 verbundene Faseroptik 11 zur Eingabe von Befehlen durch Berühren einer Bedienfläche der Faseroptik 11 und den Aktor 13 zum Bewegen des Gehäuses 15 und damit der Faseroptik 11 gegenüber dem Display 12 parallel zum Display 12. Der Aktor 13 ist in 4 nicht dargestellt, sondern an einer Stirnseite des Displays 12 angeordnet. Mittels der Recheneinrichtung 300 können durch Ausgabe eines entsprechenden Anzeigesignals auf dem Display 12 unterschiedliche Informationen dargestellt werden. Zudem liest die Recheneinrichtung 300 ein von dem Display 12 ausgegebenes Positionssignal ein, das die Position einer Berührung der Faseroptik 11 oder einer entsprechenden Annährung eines Fingers F eines Bedieners an die Faseroptik 11 angibt.
Das Gehäuse 15 umfasst vier je durch eine flexible Manschette 24 und 25 abgedeckte Öffnungen 20 und 21, durch die Befestigungselemente 22 und 23 zur Fixierung des Displays 12 an dem Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges 1 geführt sind. Das Gehäuse 15 umfasst zudem eine weitere durch eine weitere flexible Manschette 31 abgedeckte Öffnung, durch die ein Steckkontakt 30 zur Energieversorgung des Displays 12 und zur Übertragung eines Anzeigesignals zum Display 12 geführt ist. Der Steckkontakt 30 umfasst bzw. implementiert die in 3 mit Bezugszeichen 310 bezeichnete Schnittstelle zur Anzeige- und Bediensteuerung 10. Die flexiblen Manschetten 24, 25 und 31 können z.B. aus einem Elastomer bestehen oder ein Elastomer umfassen. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Flexibilität der Manschetten 24, 25 und 31 mit der Masse des Gehäuses 15 einschließlich der Faseroptik 11 derart abgestimmt ist, dass das Gehäuse 15 (einschließlich der Faseroptik 11) in Verbindung mit den Manschetten 24, 25 und 31 eine mechanische Eigenfrequenz zwischen 5Hz und 150Hz aufweist. Dabei wird die Eigenfrequenz insbesondere auf den Aktor 13 abgestimmt bzw. der Aktor 13 entsprechend der Eigenfrequenz ausgewählt.
Die Bedieneinrichtung 3 umfasst in der beschriebenen Ausführungsform als Verbindungselement zumindest ein mit dem Gehäuse 15 verbundenes Befestigungselement 44 bzw. 45 zur Fixierung je einer Stange 40 bzw. 41. Zudem umfasst ein Befestigungselement 44, 45 zumindest je ein mit dem Display 12 verbundenes Gleitelement 42 bzw. 43 mit je zumindest einem Gleitlager 46 bzw. 47, mittels dessen das Gleitelement 42 bzw. 43 entlang der Stange 40 bzw. 41 bewegbar ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Gleitelement 42 bzw. 43 mit dem Gehäuse 15 und das Befestigungselement 44 bzw. 45 mit dem Display 12 (fest) verbunden ist. Die Ausgestaltung eignet sich besonders für die Implementierung haptischer Rückkopplung, beispielsweise zur Nachahmung der Betätigung eines Tasters. Die entsprechenden Ansteuersignale für den Aktor können beispielsweise der EP 1 677 180 A1 bzw. der DE 10 2006 047 893 A1 entnommen werden.
5, 6 und 7 dienen der prinzipiellen Erläuterung der Funktion der Bedienvorrichtung 3. Dabei bezeichnen in 5, 6 und 7 die schwarz eingefärbten Pixel lichtemittierende LEDs und die weiß eingefärbten Pixel nicht lichtemittierende LEDs. In 5 und 6 bezeichnen die schraffierten Pixel ebenfalls nicht lichtemittierende LEDs. Dabei bezeichnen jedoch die schraffierten Pixel in 5 und 6 die nicht lichtemittierenden LEDs, in die Licht der lichtemittierenden LEDs eingekoppelt bzw. eingestrahlt wird. Bei dem Übergang von 5 auf 6 ist zu erkennen, dass die lichtemittierenden LEDs von 5 (die LEDs, die Licht emittieren) in 6 nicht lichtemittierende LEDs sind und umgekehrt. 5 beschreibt also einen ersten Zustand der LEDs und 6 beschreibt einen zweiten Zustand der LEDs. Dabei wird ständig zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand so schnell gewechselt, dass dieser Wechsel für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.
Die schwarz eingefärbten Pixel in 5 entsprechen somit einer ersten Gruppe von LEDs im Sinne der Ansprüche. Die in 5 schraffiert dargestellten Pixel bezeichnen LEDs der zweiten Gruppe im Sinne der Ansprüche. Die schwarz eingefärbten Pixel in 6 bezeichnen eine dritte Gruppe von LEDs im Sinne der Ansprüche und die in 6 schraffiert dargestellten LEDs bezeichnen ein Ausführungsbeispiel für die vierte Gruppe der LEDs im Sinne der Ansprüche. Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Licht empfangenden LEDs (also die LEDs gemäß 5 oder 6, in die Licht eingestrahlt bzw. eingekoppelt wird) von dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand überlagert werden, wie es beispielhaft anhand der schraffierten Pixel in 7 gezeigt ist, wobei die schraffierten Pixel die erste Gruppe von LEDs zusammen mit der dritten Gruppe von LEDs im Sinne der Ansprüche darstellen.
8 zeigt einen Graphen zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung 3 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Benutzen einer entsprechenden Bedienvorrichtung. Dabei werden - wie prinzipiell unter Bezugnahme auf 5, 6 und 7 erläutert - LEDs eines Displays abwechselnd bzw. sehr schnell alternierend (Wechsel für das menschliche Auge unsichtbar) betrieben. Aufgrund dieses schnellen Wechsels werden bei einer Bedienung der Bedienvorrichtung 3 zunächst eine Hälfte der Mehrzahl der LEDs eingeschaltet zur Emittierung von Licht wohingegen die jeweils benachbarten LEDs ausgeschaltet sind.
Im Ergebnis werden Pixel P1 erhalten, die aufgrund einer Bedienung mit diffus reflektiertem Licht bestrahlt werden. Die Pixel P1 entsprechen dabei in der vereinfachten Darstellung gemäß 5 den schraffierten Pixeln und die Pixel P2 in 8 entsprechen den schraffierten Pixeln bzw. den korrespondieren Licht empfangenden LEDs gemäß 6.
In einem Zusammenführungsmodul 321 werden - sofern ein alternierender Betrieb der LEDs vorgesehen ist - diese zusammengeführt, was z.B. den schraffierten Pixeln in 7 entspricht. In 8 sind die zusammengeführten Pixel bzw. LEDs, die den schraffierten LEDs bzw. Pixeln in 7 entsprechen, mit Bezugszeichen P12 bezeichnet.
Anschließend kann eine Kontrastverbesserung z.B. mittels eines Kontrastverbesserungsmoduls 322 vorgesehen sein. Einen geeigneten Algorithmus bzw. eine geeignete Vorrichtung zur Verbesserung des Kontrastes kann beispielsweise der DE 10 2011 009 710 A1 entnommen werden. Die entsprechend veränderten Pixel bzw. LEDs bzw. die LEDs und Pixel mit einem veränderten Signalpegel werden in 8 mit Bezugszeichen P12' bezeichnet. Eine Kontrastverbesserung bzw. der Betrieb eines Kontrastverbesserungsmoduls ist insbesondere jedoch nicht vorgesehen, wenn - wie nachfolgend beschrieben - die Intensität des Lichts, das von Pixeln bzw. LEDs erkannt wird, ausgewertet wird.
An das Zusammenführungsmodul 321 bzw. - sofern vorgesehen - an das Kontrastverbesserungsmodul 322 schließt sich ein Gruppierungsmodul 323 an, mittels dessen entschieden wird, welche Pixel bzw. LEDs zu einem zusammenhörenden Gebiet gehören bzw. eine entsprechende Gruppe G_i bilden. Liegt beispielsweise eine entsprechende Signalverteilung gemäß 12 zu Grunde, so werden in diesem Falle durch das Gruppierungsmodul 323 zwei Gruppen von Signalen identifiziert, denen zwei zusammenhängende Gebiete 501 und 502 zugeordnet sind. Zur Identifikation einer ein zusammenhängendes Gebiet bildenden Gruppe G_i, ist in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen, dass die Intensitätsverteilung ausgewertet wird und zwar dahingehend, dass das von den lichtempfangenden LEDs empfangene Licht einer Gruppe G_i, die ein zusammenhängendes Gebiet bildet, eine glockenförmige oder glockenartige (zumindest näherungsweise) Intensitätsverteilung umfasst, wie sie beispielsweise in 13 dargestellt ist.
Für jedes der erkannten zusammenhängenden Gebiete G_i erfolgt eine mit Bezugszeichen 324 bezeichnete Abstandserkennung zur Bestimmung eines Abstandes d zwischen einem Finger F eines Bedieners und der Bedienfläche 110 für einen Finger F in der Nähe der Bedienfläche 110. In der Nähe einer Bedienfläche soll im Sinne dieser Offenbarung beispielsweise bedeuten, wenn der Finger eines Benutzers nicht mehr als 10 cm, insbesondere nicht mehr als 5 cm, von der Bedienfläche entfernt ist. In einer beispielhaften Ausgestaltung wird der Abstand d zwischen dem Finger F eines Bedieners und der Bedienfläche 110 wie folgt bestimmt: $d = α (\sqrt{\frac{N_{0}}{N} - 1})$
Dabei ist α eine Konstante, und N₀ eine durchschnittliche bzw. erwartete Anzahl von Pixeln bzw. LEDs einer Gruppe bei Berührung der Bedienfläche 110 durch den Finger F eines Benutzers. N bezeichnet die Anzahl der Pixel bzw. LEDs einer Gruppe, die ein zusammenhängendes Gebiet bilden. Anstelle der vorgenannten Formel kann auch ein Kennfeld, eine Kennlinie, ein neuronales Netz oder eine Tabelle wie z.B.

N d

N₁ > N unbestimmt

N₂ ≥ N > N₁ d₁

N₃ ≥ N > N₂ d₂

N > N₃ 0

den Zusammenhang zwischen dem Abstand d und der Anzahl N der Pixel bzw. LEDs einer Gruppe, die ein zusammenhängendes Gebiet bilden, verwendet werden. Dabei sind N_i Grenzwerte mit N₁ < N₂ < N₃. Es kann vorgesehen sein, dass d₂ nur erkannt wird, wenn zuvor d₁ erkannt wurde.
Die prinzipielle Funktionsweise der Abstandserkennung ist unter Bezugnahme auf 9, 10 und 11 erläutert. So ergibt sich beispielsweise ein zusammenhängendes Gebiet K1 bei Annäherung des Fingers F eines Bedieners an die Bedienfläche 110. Bei weiterer Annäherung wie in 10 dargestellt, vergrößert sich das Gebiet auf ein Gebiet K2. Erreicht schließlich der Finger des Bedieners F die Bedienfläche 110 und berührt diese, so wird die größte Ausdehnung erreicht, wie in 11 das Gebiet K3 zeigt, das entsprechend größer ist als die Gebiete K2 und K1.
Ein Positionsbestimmungsmodul 325 ermittelt die Position des Fingers F des Benutzers in Bezug auf die Koordinaten x und y, die in der Ebene der Bedienfläche 110 liegen bzw. die Koordinaten der Bedienfläche 110 darstellen. Die Koordinate z entspricht der Orthogonalen zu den Koordinaten x und y und damit dem Abstand d zwischen dem Finger F des Benutzers und der Bedienfläche 110. Die Abstandserkennung 324 und das Positionsbestimmungsmodul 325 ermitteln gemeinsam die Position P_i(x, y, z) eines zusammenhängenden Gebietes G_i.
Es kann zudem ein Differenzierungsmodul 326 vorgesehen sein zur Bestimmung der ersten Ableitung der Position P_i(x, y, z) der Gruppe G_i $\frac{d (P_{i} (x, y, z)}{d t}$
Diese Ableitung gibt letztendlich die Geschwindigkeit der dreidimensionalen Bewegung im Raum an.
Ein Modul 327 ermittelt die zugehörigen Befehle B für die Funktion des Kraftfahrzeuges 1 in Abhängigkeit der erkannten dreidimensionalen Bewegung des Fingers F des Benutzers bzw. der Finger des Benutzers. Zudem erzeugt das Modul 327 ein verändertes Displaysignal D und leitet das haptische Feedback durch eine entsprechende Anweisung H ein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass bis zu fünf unabhängige Gruppen bzw. zusammenhängende Gebiete differenziert und verarbeitet werden können. Dies entspricht beispielsweise der Verarbeitung einer Gestensituation wie sie 13 zeigt, wobei die Finger einer Hand 600 durch ihre Berührung zusammenhängende Gebiete 601, 602, 603, 604, 605 erzeugen, deren glockenförmige Intensitätsverteilung dargestellt ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, Rücksprung ins Root-Menü zu implementieren durch Berührung von vier oder fünf Fingern im bzw. durch eine Gestik mit vier oder fünf Fingern. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Zurückspringen in die vorhergehende Ansicht durch drei Finger bzw. durch eine Gestik mit drei Fingern implementiert ist. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zwei Finger zu Rotation, zum Beispiel eines virtuellen Drehkopfes und/oder einer Darstellung bzw. einer Abbildung, wie etwa einer Karte, und/oder zum Auseinanderziehen oder zum Zusammenschieben zum Vergrößern und/oder zum Verkleinern eines Bildes bzw. einer Darstellung verwendet werden. In einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, kann eine Gestik mit einem einzigen Finger dazu genutzt werden, ein Bild oder eine Grafik oder eine Darstellung zu verschieben. Eine Berührung mittels dreier Finger bzw. eine Gestik mit drei Fingern kann in einer weiteren Ausgestaltung Erfindung dazu verwendet werden, eine Zoomfunktion zu implementieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018222203 A1 [0001]
DE 102019220071 A1 [0001]
DE 102019220050 A1 [0001]
DE 102019220067 A1 [0001]
US 2013/0141375 A1 [0002]
US 9207851 B1 [0005]
US 2006/0086896 A1 [0005]
EP 1560102 A1 [0024]
EP 1677180 A1 [0024, 0027]
DE 102006047893 A1 [0027]
DE 102011009710 A1 [0033]

Claims

Bedienvorrichtung (3), insbesondere für ein Kraftfahrzeug (1), insbesondere zur Bedienung einer Funktion des Kraftfahrzeuges (1), wobei die Bedienvorrichtung (3) eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Mehrzahl der LEDs eine eine Vielzahl von Fasern umfassende Faseroptik (11) angeordnet ist, wobei die Faseroptik (11) eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienfläche umfasst, und wobei eine Recheneinrichtung (300) vorgesehen ist zur Ermittlung, ob Licht zumindest einer ersten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine zweite Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik (11) hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die zweite Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bildet.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinrichtung (300) ausgestaltet ist zur Ermittlung, ob Licht zumindest einer dritten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund einer Bedienhandlung zumindest in eine vierte Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik (11) hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die vierte Gruppe von LEDs zusammen mit der zweiten Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bildet.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von LEDs Teil der dritten Gruppe von LEDs ist, und die vierte Gruppe von LEDs Teil der ersten Gruppe von LEDs ist.
Bedienvorrichtung (3) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (3) und/oder die Recheneinrichtung (300) ein Modul zur Erfassung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes und/oder zur Erfassung der Änderung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes umfasst.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (3) und/oder die Recheneinrichtung (300) ein Modul zur Bestimmung des Abstandes zwischen einem Finger eines Bedieners und der Bedienfläche in Abhängigkeit der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes umfasst.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (3) und/oder die Recheneinrichtung (300) ein Modul zur Bestimmung der Annäherung eines Fingers eines Bedieners an die Bedienfläche in Abhängigkeit der Änderung der Ausdehnung des zusammenhängenden Gebietes umfasst.
Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedienvorrichtung (3) und/oder die Recheneinrichtung (300) ein Modul zur Erfassung der Lage des zusammenhängenden Gebietes umfasst.
Kraftfahrzeug (1), dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bedienvorrichtung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
Verfahren zum Betrieb einer Bedienvorrichtung (3), insbesondere zum Betrieb einer Bedienvorrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere zur Bedienung einer Funktion eines Kraftfahrzeuges (1), wobei die Bedienvorrichtung (3) eine Mehrzahl nebeneinander angeordneter LEDs umfasst, wobei über der Mehrzahl der LEDs eine Faseroptik (11) angeordnet ist, wobei die Faseroptik (11) eine der der Mehrzahl der LEDs zugewandte Seite und eine der der Mehrzahl der LEDs abgewandte Bedienseite umfasst, und wobei ermittelt wird, ob Licht zumindest einer ersten Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs aufgrund eines Fingers eines Bedieners zumindest in eine zweite Gruppe von LEDs der Mehrzahl der LEDs derart durch Fasern der Faseroptik (11) hindurch reflektiert und/oder eingestrahlt wird, dass die zweite Gruppe von LEDs ein zusammenhängendes Gebiet bilden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit einer Veränderung des zusammenhängenden Gebietes eine dreidimensionale Bewegung des Fingers ermittelt wird.