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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Sitzfunktion eines Sitzes sowie ein Sensoriksystem und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
WO 2015/023668 A1 ist ein drucksensitives Interface zur Funktionssteuerung bekannt, mit dem Berührungen ortsaufgelöst erkannt werden, und das als Eingabeschnittstelle zur Steuerung von Fahrzeugfunktionen genutzt werden kann. Dazu werden Berührungssensoren in textile Oberflächen im Innenraum des Fahrzeugs, insbesondere in Reichweite des Fahrers, beispielsweise Armlehnen, verbaut, um die Steuerung von Fahrzeugfunktionen ohne physische Knöpfe oder Schalter zu ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur Steuerung einer Sitzfunktion eines Sitzes sowie ein Sensoriksystem und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung sowie ein Sitz mit einem entsprechenden Sensoriksystem mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Zusammenfassend ist die Kontrolle einer Sitzfunktion, insbesondere einer Sitzverstellung, über Gewichtsverlagerungsbewegung kombiniert mit einer Freigabe (z.B. durch Taste oder Gestensteuerung) Gegenstand der Erfindung. Beide werden über Sensorik erfasst, die bevorzugt im Sitz untergebracht ist (z.B. sog. Smarte Textile). Diese Steuerung kann ein großes Tastenfeld ersetzen oder ergänzen, indem Teile der Sitzfunktion über dieses Verfahren gesteuert werden. Diese Idee zeichnet sich gegenüber herkömmlichen Lösungen insbesondere dadurch aus, dass diese Bedienung keine Insassenbeobachtung außerhalb des Sitzes zwingend benötigt und ein zweistufiges Konzept (Schritt 1: Freigabe und Schritt 2: Verstellung) vorsieht. Die Bewegung und Wechselwirkung des Insassen mit dem Sitz kann dabei insgesamt unmissverständlich in einen Verstell-Wunsch übersetzt werden.
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In Einzelnen umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung einer Sitzfunktion eines Sitzes ein Ermitteln eines Freigabewunsches basierend auf einer ersten Bedieneingabe, die insbesondere eine Gesteneingabe und/oder eine Spracheingabe und/oder eine Druckeingabe über eine Bedieneinheit umfasst, ein Freigeben der Sitzfunktion, wenn ein Freigabewunsch ermittelt wurde, ein Erfassen einer zweiten Bedieneingabe, die eine Gewichtsverlagerung auf dem Sitz umfasst, wenn die Sitzfunktion freigegeben ist, und ein Ausführen der freigegebenen Sitzfunktion gemäß der zweiten Bedieneingabe. Dadurch kann die Sitzfunktion im Wesentlichen ohne Kontakt mit einer Hand gesteuert werden, was sich positiv auf Ergonomie und Hygiene auswirkt.
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Die Sitzfunktion bewirkt insbesondere ein Einstellen einer Sitzposition. In einem derartigen Fall ist die Steuerung durch Gewichtsverlagerung besonders intuitiv, da die erfolgte Sitzverstellung sofort als Feedback in Echtzeit wahrgenommen werden kann und die erreichte Position somit sofort evaluiert werden kann. Dadurch erhöht sich die durchschnittliche Übereinstimmung einer gewünschten Sitzposition mit der tatsächlich erreichten Einstellung im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.
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Die Sitzfunktion kann insbesondere in Abhängigkeit von einer dritten Bedieneingabe, die prinzipiell gleich- oder andersartig wie die erste Bedieneingabe erfolgen und Gesten-, Sprach- und/oder Druckeingaben umfassen kann, und/oder von einem vorbestimmten oder auch vorbestimmbaren Zeitablauf, beispielsweise einer Zeitspanne, während derer keine zweite Bedieneingabe erfasst wird, deaktiviert werden. So kann nach erfolgter Ausführung der Sitzfunktion (z.B. Einstellung der Sitzposition) die Ausführung manuell und/oder automatisch (z.B. wenn erkennbar ist, dass die gewünschte Position erreicht wurde) gestoppt werden. Es sei hierbei betont, dass beide Möglichkeiten der Deaktivierung in demselben System implementiert sein können, so dass bspw. auch ohne manuell eingegebenen Sperrwunsch die Sitzfunktion gemäß einem vorbestimmten Zeitablauf deaktiviert werden kann.
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Der Sitz ist vorteilhafterweise ausgewählt aus einer Gruppe, umfassend einen (Land-, Wasser- bzw. Luft-)Fahrzeugsitz, einen Bürostuhl, einen medizinischen Sessel und einen Rollstuhl. Dies sind besonders relevante Beispiele, in denen eine intuitive Bedienung mit möglichst wenig erforderlichen Handgriffen hilfreich ist.
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Das Erfassen der zweiten Bedieneingabe umfasst insbesondere ein Auswerten von Sensorsignalen eines Sensors in dem Sitz, wobei der Sensor kapazitiv und/oder resistiv arbeiten kann. Solche Sensoren sind besonders geeignet, eine Annäherung und/oder einen ausgeübten Druck bzw. Kraft zu erfassen und können somit vorteilhaft zur Erzeugung von entsprechenden Steuersignalen genutzt werden.
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Insbesondere kann ein solcher Sensor in Form eines funktionalen bzw. smarten Textils bereitgestellt werden. Derartige funktionale Textilien zeichnen sich durch ihre Anpassungsfähigkeit an verschiedene Oberflächen aus und werden im Einsatz nicht als den Komfort beeinträchtigend wahrgenommen, wie es bei Sensoren auf Basis von harten Materialien der Fall sein könnte.
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Ein erfindungsgemäßes Sensoriksystem zur Steuerung einer Sitzfunktion eines Sitzes, umfasst eine Bedieneinheit, die zur Erfassung einer ersten Bedieneingabe, die insbesondere eine Gesteneingabe und/oder eine Spracheingabe und/oder eine Druckeingabe umfasst, eingerichtet ist, zumindest einen flächig auf einer Sitzfläche angeordneten Sensor, der dazu eingerichtet ist, eine Berührung der und/oder Annäherung eines Nutzers an die Sitzfläche ortsaufgelöst als eine zweite Bedieneingabe zu erfassen, und ein Sensorsignal auf Basis der erfassten Berührung bzw. Annäherung auszugeben, zumindest einen Aktor, der dazu eingerichtet ist, eine Sitzfunktion des Sitzes auszuführen, und eine Recheneinheit, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der ersten und der zweiten Bedieneingabe ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie soeben geschildert, durchzuführen. Das Sensoriksystem profitiert daher sinngemäß entsprechend von den Vorteilen eines seiner jeweiligen Funktionalität entsprechenden Verfahrens und umgekehrt.
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Der zumindest eine Sensor umfasst bevorzugt einen kapazitiven und/oder einen restistiven Sensor, insbesondere in Form eines funktionalen bzw. smarten Textils.
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Ferner können Sensoren in einer Armlehne und/oder einer Rückenlehne und/oder in einer Kopfstütze und/oder in einer Beinstütze des Sitzes angeordnet sein und jeweils dazu eingerichtet sein, eine Berührung der und/oder Annäherung an die Sitzkomponente, in der sie verbaut sind, als die zweite Bedieneingabe zu erfassen und entsprechende Sensorsignale auszugeben.
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Die Erfindung betrifft auch einen Sitz mit einem erfindungsgemäßen Sensoriksystem, auf den die in Bezug auf das Sensoriksystem bzw. das damit durchgeführte Verfahren getätigten Aussagen sinngemäß entsprechend anwendbar sind.
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Eine im Rahmen der Erfindung nutzbare Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines schematischen Ablaufdiagramms.
- 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Sensoriksystems in schematischer Darstellung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines schematischen Ablaufdiagramms dargestellt und insgesamt mit 100 bezeichnet. Das Verfahren 100 kann sich beispielsweise eines Sensoriksystems 301 mit zumindest einem flächigen Sensor 302 bedienen, wie es in 2 dargestellt ist. Sensoren 302 des Sensoriksystems 301, wie es in 2 anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt ist, sind in Sitzfläche 310, Armlehnen 320, Kopfstütze 330, Rückenlehne 340 und Beinstütze 350 eines Fahrzeugsitzes 300 angeordnet. Ferner umfasst der Fahrzeugsitz 300 eine Bedieneinheit 305, die in dem gezeigten Beispiel an einer Außenseite des Sitzes 300 unterhalb einer Armlehne 320 angeordnet ist.
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In einer Ausgangssituation 1 des Verfahrens 100, in der eine Person 10 in einem Fahrzeug 20 auf dem Fahrzeugsitz 300 sitzt, kann unter Verwendung eines flächigen Sensors 302, der auf einer Sitzfläche 310, einer Armlehne 320, einer Beinstütze 350, in einer Kopfstütze 330 und/oder einer Rückenlehne 340 eines Fahrzeugsitzes 300 angeordnet ist, eine Belastung des Sitzes 300 durch die Person erfasst werden. Der Sensor 302 kann dabei beispielsweise in Form eines berührungs- oder näherungssensitiven Textils bereitgestellt sein. Dazu infrage kommende Technologien umfassen beispielsweise Textilien, deren elektrischer Widerstand sich mit einem Druck, der im Wesentlichen in einer Normalrichtung auf das Textil ausgeübt wird, ändert, oder kapazitive Technologien, bei denen eine elektrische Kapazität des Textils gemessen wird. Die Kapazität ändert sich dabei typischerweise, wenn sich ein Objekt, beispielsweise ein Mensch, dem Textil nähert oder darauf Druck ausübt. Auch eine Sensoranordnung, bei der eine Vielzahl von punktuell messenden Sensoren über zumindest einen Teil der erfassten Fläche 310, 320, 330, 340, 350 des Sitzes 300 verteilt angeordnet ist, kann insgesamt als flächiger Sensor 302 im Sinne der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Entsprechende Änderungen in dem jeweiligen Sensorsignal können jeweils zur ortsaufgelösten Erfassung der Belastung der entsprechenden Fläche 310, 320, 330, 340, 350 ausgewertet werden. Auch die Bedieneinheit 305 kann in Form eines solchen funktionalen bzw. smarten Textils ausgeführt sein, jedoch ist für die Bedieneinheit auch ein Schalter, Drücker, Hebel, Mikrofon oder vergleichbares Eingabegerät nutzbar.
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Insbesondere kann unter Verwendung der Sensoren 302 eine Belastungsverteilung aufgezeichnet und über einen vorbestimmten Zeitraum gespeichert werden. Dies erleichtert die nachfolgend erläuterten Verfahrensschritte des Verfahrens 100.
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In einer Situation 2, in der die Person 10 eine Einstellung der Sitzposition vornehmen möchte, nimmt sie eine vorbestimmbare erste Bedieneingabe 12 an der Bedieneinheit vor. Diese erste Bedieneingabe kann beispielsweise, je nach Ausgestaltung der Bedieneinheit, ein Betätigen eines Schalters o.Ä. oder eine vorbestimmbare Geste oder Berührungsmuster vor oder an der Bedieneinheit oder auch eine Spracheingabe umfassen.
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Wird von der Bedieneinheit die erste Bedieneingabe erfasst und stimmt diese mit der vorbestimmbaren Bedieneingabe überein, gibt das Verfahren 100 eine Sitzfunktion frei, die die Einstellung der Sitzposition ermöglicht.
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Die Person 10 erteilt dem Verfahren 100 somit die Freigabe und initiiert die aktive Sitzverstellung. Diese Freigabe ist nötig, weil das System nicht auf Gewichtsverlagerungen 14 reagieren soll, wenn dies von der Person 10 nicht gewünscht ist. Als Freigabekommando sind verschiedene erste Bedieneingaben möglich. Es kann zwischen einer andauernden Freigabe (z.B. andauerndes Halten einer Taste) und einer expliziten Start- oder Stopp-Freigabe (z.B. Gesten-Kommandos oder Sprach-Kommando vor der Sitzverstellung und an deren Ende) unterschieden werden.
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Für die Freigabe der Verstellung des Sitzes 300 ist ein Bedienelement 305 am Sitz 300 intuitiv. Ein Bedienelement 305 am Sitz hat des Weiteren den Vorteil, dass die Elemente sich mit dem Sitz 300 verstellen und daher immer gut erreichbar sind.
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Zur Vermeidung starrer Elemente (wie z.B. mechanische Tasten) kann das Bedienelement 305 mit sog. „smarten“ Textilen umgesetzt werden. Die Aktivierung sollte nicht unbeabsichtigt erfolgen, weshalb eine Anbringung an der Sitzseite vorteilhaft ist. An der Wange des Sitzes 305 könnte eine Fläche funktionalisiert werden, um Folgendes zu erfassen:
- - Berührung der Fläche (z.B. mittels kapazitivem einzelnem Touch-Feld), d.h. ein einfaches Berühren der Fläche aktiviert die Sitzverstellung;
- - Drücken der Fläche (z.B. mittels einzelnem piezo-resistivem drucksensitivem Feld), d.h. es kann ein Mindestdruck eingestellt werden, wodurch versehentliche oder falsche Aktivierung durch leichtes Berühren unterdrückt wird;
- - Gesten auf der Fläche (z.B. mittels kapazitiver Touch-Array-Fläche und Ortsauflösung), d.h. eine Geste (z.B. Wischbewegung) auf der Fläche aktiviert die Sitzverstellung, alternativ können auch Mehrfinger-Gesten (sogenannte Multitouch-Gesten) eingesetzt werden; z.B. kann durch Berührung mit 2 Fingern die Aktivierung ausgelöst werden. Gesten erhöhen die Sicherheit gegenüber einer unbeabsichtigten Aktivierung;
- - Andere Aktivierungsmöglichkeiten, wie z.B. berührungslose Freihand-Gesten (z.B. Erkennung mittels Video oder 3D-Kamera) oder Sprachkommandos. Diese könnten in analoger Weise eingesetzt werden (sind aber nicht so intuitiv wie die zuvor genannten Ansätze).
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Die Bedienung der Sitzfunktion erfolgt, wie in den Situationen 3, 4 und 5 in 1 dargestellt, durch eine zweite Bedieneingabe in Form einer Gewichtsverlagerung bzw. Positionsverlagerung oder Druckausübung 14 seitens der Person 10. Die Sensoren 302 des Sensoriksystems 301 erfassen die dadurch veränderte Belastungsverteilung auf dem Sitz 300 und erzeugen dementsprechend veränderte Sensorsignale. Eine Recheneinheit des Sensoriksystems 301 (in der Zeichnung nicht dargestellt) steuert daraufhin Aktoren (z.B. elektrische Linear- oder Rotationsmotoren, hydraulische oder pneumatische Elemente des Sitzes 300 zu einer Einstellung der Sitzposition gemäß der zweiten Bedieneingabe 14.
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Resistive Sensoren 302 (z.B. piezo-resistive Materialien oder „electro active polymers“, EAPs) ermöglichen dabei eine gute Druck- bzw. Kraftauflösung. Kapazitive Messverfahren ermöglichen es auch, eine Annäherung (d.h. kurz vor der Berührung) zu erfassen. Die Annäherungserkennung kann z.B. von Vorteil sein, wenn sich die Person 10 nach vorne bewegt um den Sitz 300 nach vorne zu stellen. Es ist sogar möglich, eine Entfernung (bis ca. 20 cm) zu schätzen, um so z.B. die Verstellgeschwindigkeit abhängig von einer durch das Vorbeugen bewirkten Entfernung der Person vom Sensor 302 anzupassen. Beim Zurücklehnen kann die Verstellgeschwindigkeit reduziert werden, so dass bereits vor Kontakt des Rückens mit der Rückenlehne 340 die Geschwindigkeit reduziert ist bzw. keine Verstellung mehr erfolgt. Auch beim Druck auf die Fläche (z.B. durch Andrücken des Rückens auf die Rückenlehne 340) ist eine Signaländerung bei kapazitiven Sensoren 302 detektierbar. Durch die größere Kontaktfläche und stärkere Kontaktierung beim Andrücken ändert sich die Kapazität. Im Gegensatz zu resistiven Sensoren 302 ist zwar keine absolute Kraftmessung möglich aber die Änderung der Druckverteilung kann sehr sensitiv erfasst werden, was für die Sitzverstellung ausreichend ist.
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Die Verstellung bzw. die Regelung erfolgt zweckmäßigerweise nur auf Gewichtsveränderungen, d.h. das absolute Gewicht der Person 10 spielt keine Rolle. Um den Sitz 300 zu verstellen, muss die Person 10 ihr Gewicht verlagern, so kann sie z.B. durch Drücken in die Rückenlehne 340 den Sitz 300 nach hinten verschieben oder durch Vorbeugen den Sitz 300 nach vorne verschieben. Durch die unmittelbare Reaktion der Sitzverstellung auf die Gewichtsverlagerung 14 erfolgt ein direktes Feedback auf das die Person reagieren kann (es gibt einen intuitiven Regelkreis). Die Veränderung bzw. Einstellung der Sitzposition kann dabei jeweils eine Veränderung von Winkeln der einzelnen Sitzkomponenten 310, 320, 330, 340, 350, zueinander und/oder eine Veränderung der Positionierung des gesamten Sitzes 300 innerhalb des Fahrzeugs 20 betreffen. Es sind dabei verschiedene Stellmöglichkeiten denkbar, wie beispielsweise Folgende:
- - Translative Sitzverstellung: gleichflächige Druckänderung (d.h. ohne Vor-/Zurückbeugen)
auf die Rückenlehne 340 und zusätzliche Scherkräfte auf der Sitzfläche 310 verschieben den kompletten Sitz 300;
- - Winkelverstellung der Rückenlehne 340: Erfassung Winkel (Druckverteilung) des Oberkörpers der Person 10 d.h. Erfassung von Druckdifferenzänderung zwischen Schulter- und Beckenhöhe verändert den Winkel;
- - Schenkelablage 350: Entlasten/Anheben der Oberschenkel (leichtes Anheben/Drücken der Beine) kann die Sitzfläche durch Ausziehen der Oberschenkelentlastung 350 verändern.
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Viele Stellgrößen (z.B. Winkel der Rückenlehne 340 und Position des Sitzes 300) können auch kombiniert angesteuert werden. Die Person 10 kann durch das unmittelbare Feedback der Sitzverstellung ihr Gewicht an der jeweiligen Stelle verlagern, um die gewünschte Sitzeinstellung zu erreichen.
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Die Einstellung der Sitzposition wird beispielsweise durch eine erneute Betätigung der Bedieneinheit 305, insbesondere durch eine Wiederholung der ersten Bedieneingabe oder durch deren Invertierung (also beispielsweise einen Schalter in seine Ausgangsstellung zurückbringen oder umgekehrter Bewegungsablauf der Geste bzw. des Berührungsmusters), oder durch Verstreichen einer gewissen Zeit ohne weitere Gewichtsverlagerung beendet.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren ergeben sich durch das hier beschriebene Konzept der Vorteil einer deutlich weniger komplex erscheinenden Bedienoberfläche und damit eine intuitivere Bedienung ohne spezielle Einweisung in die Technologie. Ferner ergibt sich durch die Anordnung sämtlicher zur Steuerung erforderlicher Bedienelemente 302, 305 direkt in dem Sitz 300 selbst eine ergonomischere Handhabung, da sich die Bedienelemente 302, 305 relativ zu der Person 10 nicht entfernen, wenn die Sitzposition verändert wird. Eine Steuerung der Sitzfunktion ist somit aus jeder Ausgangsposition gleich komfortabel möglich.
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Das Sensoriksystem 301 kann in Situationen, in denen die Sitzfunktion nicht freigegeben ist, ferner zu anderen Zwecken verwendet werden. Beispielsweise können die Sensoren 302 für eine Sitzbelegungserkennung und/oder eine Steuerung von Sicherungssystemen wie Gurtstraffer und/oder Airbags verwendet werden, die je nach Größe und/oder Gewicht der Person 10 optimal eingestellt werden können. Auch eine Nutzung der Bedieneinheit 305 für weitere Funktionen, wie beispielsweise eine Steuerung der Fensterheber kann gegebenenfalls vorteilhaft sein, da so weitere Bedienelemente in dem Fahrzeug 20 überflüssig werden.
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Durch die zweistufige Sitzfunktion (Freigabe und Einstellung) kann sichergestellt werden, dass die Sitzfunktion nur dann ausgeführt wird, wenn die Person 10 dies auch wünscht, und nicht in Situationen, in denen dies ein Sicherheitsrisiko darstellen könnte. Dabei sind zur Freigabe auch weitere Bedingungen denkbar, beispielsweise eine zur Sitzverstellung maximal zulässige Höchstgeschwindigkeit o.Ä.
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Wie eingangs erläutert, kann ein solches Verfahren auch außerhalb von Fahrzeugen vorteilhaft angewandt werden, so dass die hier in Bezug auf das Ausführungsbeispiel erläuterten Konzepte auch auf andere Sitze, beispielsweise einen Bürostuhl, einen medizinischen Sessel (Zahnmedizin, Gynäkologie, Geburtshilfe, ...) oder einen Rollstuhl, angewandt werden können. Gegebenenfalls können Freigabe (erste Bedieneingabe 12) und Verstellkommando (zweite Bedieneingabe 14) auch von unterschiedlichen Personen 10 erteilt werden, beispielsweise die Freigabe 12 durch medizinisches Personal, das Verstellkommando 14 durch die zu behandelnde Person.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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