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Stand der Technik
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Der Ansatz geht von einer Führungsvorrichtung zur Führung einer Hand eines Nutzers eines Fahrzeugs und von einem Verfahren zum Betreiben einer Führungsvorrichtung nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus. Gegenstand des vorliegenden Ansatzes ist auch ein Computerprogramm.
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Im Hinblick auf hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren werden reduzierte Cockpits angestrebt, welche jedoch vielfältige Funktionen ausführen können.
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Die
DE 10 2019 200 090 A1 beschreibt eine Bedienvorrichtung zur Bedienung mindestens eines Gerätes und Verfahren zur Bedienung einer solchen Bedienvorrichtung.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine verbesserte Führungsvorrichtung zur Führung einer Hand eines Nutzers eines Fahrzeugs, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Führungsvorrichtung, weiterhin eine Steuereinheit, die dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Steuereinheit möglich.
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Der hier vorgestellte Ansatz ermöglicht es einem Nutzer, komfortabel und gleichzeitig mit einer verbesserten Fahrsicherheit zu fahren. Gleichzeitig kann es verhindert werden, den Nutzer zu überfordern oder ihn vor seiner Fahraufgabe abzulenken.
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Es wird eine Führungsvorrichtung zur Führung einer Hand eines Nutzers eines Fahrzeugs vorgestellt, die eine Aktoreinheit mit einer Mehrzahl von aus einem gemeinsamen Bodenelement herauserstreckbaren Aktorelementen aufweist. Dabei sind mindestens ein erstes Aktorelement und mindestens ein zweites Aktorelement der Aktorelemente unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar..
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Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise in einem Fahrzeuginnenraum angeordnet sein. Das Fahrzeug kann beispielsweise als ein Personenkraftwagen oder als ein Lastkraftwagen ausgeformt sein, dessen Fahrzeuginnenraum beispielsweise eine Fahrzeugkabine sein kann. Vorteilhafterweise kann die Führungsvorrichtung derart ausgestaltet sein, dass sich ein Fahrzeuginsasse komfortabel im Fahrzeuginnenraum, besonders im Hinblick auf hochautomatisiertes oder autonomes Fahren, aufhalten kann. Die Aktorelemente können dabei benachbart zueinander angeordnet sein. Das Bodenelement kann als Halteplatte ausgebildet sein und beispielsweise elektrische Leitungen zu den Aktorelementen aufweisen, sodass die einzelnen Aktorelemente gezielt elektrisch angesteuert werden können.
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Der hier vorgestellte Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass durch die herauserstreckbaren oder ausfahrbaren Aktorelemente eine taktil wahrnehmbare Bewegung generiert werden kann, die von einer Hand eines Nutzers der Führungsvorrichtung, beispielsweise einem Fahrzeuginsassen, aufgenommen werden kann. Hierdurch kann dann beispielsweise die Hand des Nutzers durch eine wellenförmig ausgebildete Bewegung der zeitlich nacheinander ausfahrenden Aktorelemente in eine gewünschte Richtung oder zu einer gewünschten Position geführt werden, an der beispielsweise ein Schaltelement positioniert ist, das durch den Nutzer zu betätigen ist. Die Hand des Nutzers kann durch die Verwendung des hier vorgestellten Ansatzes auch blind, bzw. ohne auf die Führungsvorrichtung blicken zu müssen, taktil zu der entsprechenden Position geführt werden, was einen deutlichen Komfortgewinn bei der Nutzung des mit einer solchen Führungsvorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs darstellt, sodass die Akzeptanz eines solchen Fahrzeugs erhöht werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Aktorelemente matrixartig im Bodenelement angeordnet sein. Vorteilhafterweise können die Aktorelemente jeweils einen planaren, auf dem Bodenelement angeordneten Bodenabschnitt und einen beweglichen stiftartigen Stiftabschnitt aufweisen. Die Bodenabschnitte können dabei vorteilhafterweise matrixartig zueinander angeordnet sein. Auf diese Weise können beispielsweise einfache und leicht elektrisch ansteuerbare metallische Gedächtnis-Legierungen oder elektrisch oder magnetisch ausfahrbare Elemente zur Herstellung von derartigen Aktorelementen verwendet werden.
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Die Führungsvorrichtung kann eine Deckschicht aufweisen, die ausgebildet ist, um die Aktoreinheit abzudecken. Zusätzlich oder alternativ können die Aktorelemente zwischen dem Bodenelement und der Deckschicht angeordnet sein. Die Deckschicht kann vorteilhafterweise als eine Innenraumverkleidung des Fahrzeugs ausgeformt sein, durch die eine Ästhetik des Fahrzeuginnenraums bei gleichzeitiger Nutzung dieser Oberfläche der Innenraumverkleidung für zusätzliche Funktionen verbessert wird.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Deckschicht ein verformbares Material, insbesondere ein elastisches Material aufweisen. Das Material kann vorteilhafterweise schwammartig ausgeformt sein. Vorteilhafterweise kann die Deckschicht durch ihre Verformbarkeit in dem Fahrzeuginnenraum eine gekrümmte Innenraumoberfläche ausformen. Auch kann durch die Verwendung einer solchen Deckschicht eine reversible ausformbare Oberfläche für die Führung einer Hand des Nutzers realisiert werden.
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Weiterhin können die Aktorelemente gemäß einer Ausführungsform ausgebildet sein, um in einen direkten mechanischen Kontakt mit der Deckschicht zu treten oder die Deckschicht zu stützen. Zusätzlich oder alternativ können die Aktorelemente ausgebildet sein, um durch Herausfahren und Hineinfahren eine Oberflächenfestigkeit oder -härte der Deckschicht zu verändern. Vorteilhafterweise können die Aktorelemente entsprechend einer erwünschten Funktion angesteuert werden und die Deckschicht gezielt stützen oder schwächen bzw. freigeben.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Führungsvorrichtung ferner eine Steuereinheit aufweisen, die ausgebildet sein kann, um das erste und das zweite Aktorelement derart anzusteuern, dass das erste Aktorelement und das zweite Aktorelement zu unterschiedlichen Zeitpunkten und zusätzlich oder alternativ zeitversetzt ausgefahren werden. Insbesondere kann die Steuereinheit ausgebildet sein, um ein Ausfahren der Aktorelemente anzusteuern, sodass eine taktil erkennbare Welle durch einen Nutzer der Führungsvorrichtung wahrnehmbar ist. Vorteilhafterweise kann die Steuereinheit die Aktorelemente derart ansteuern, dass die Hand des Nutzers in eine gewünschte Richtung gelenkt wird. Vorzugsweise kann der Nutzer beispielsweise zu einer nächstgelegenen Bedienfläche innerhalb des Fahrzeuginnenraums geleitet werden.
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Die Führungsvorrichtung kann weiterhin eine Mehrzahl von auf dem Bodenelement angeordneten Sensorelementen aufweisen, wobei die Sensorelemente ausgebildet sein können, um eine Position einer Berührung der Hand des Nutzers zu erkennen. Die Sensorelemente können vorteilhafterweise als biegsame Zapfen ausgeformt sein, die beispielsweise bei einem Verbiegen einen Impuls an die Steuereinheit leiten können. Eine solche Ausführungsform biete den Vorteil, einer fein abstufbaren Möglichkeit, die Position der Hand des Nutzers auf oder an der Führungsvorrichtung zu erkennen.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Sensorelemente zwischen den Aktorelementen, insbesondere in Zeilen und zusätzlich oder alternativ Spalten zwischen den Aktorelementen angeordnet sein. Die Sensorelemente können vorteilhafterweise an Kreuzungspunkten der Zeilen und Spalten angeordnet sein, wodurch vorteilhafterweise eine zusätzliche Stützwirkung beispielsweise der Deckschicht erreicht werden kann.
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Es wird weiterhin eine Bedienvorrichtung mit einer Führungsvorrichtung in einer zuvor genannten Variante vorgestellt, wobei die Bedienvorrichtung zumindest eine Bedienfläche zum Ansteuern einer Fahrzeugfunktion aufweist. Insbesondere weist die Bedienfläche dabei eine Leuchteinheit oder ein selbstleuchtendes Material auf. Die Führungsvorrichtung ist ausgebildet, um einen Nutzer taktil zu der Bedienfläche zu führen.
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Die Bedienfläche der Bedienvorrichtung kann beispielsweise als ein berührungsempfindliches Display realisiert sein, über welches der Nutzer vorteilhafterweise Fahrzeugfunktionen, beispielsweise Komfortfunktionen einstellen kann. Die Führungsvorrichtung kann vorteilhafterweise bei einem Verfehlen der Bedienvorrichtung den Nutzer zu der Bedienfläche lotsen. Die Aktoreinheit kann vorteilhafterweise an die Bedienfläche angrenzen. Beispielsweise kann die Bedienvorrichtung mindestens eine weitere Bedienfläche zum Ansteuern einer Fahrzeugfunktion aufweisen. Dazu kann die Führungsvorrichtung eine weitere Aktoreinheit mit einer Mehrzahl von aus einem gemeinsamen weiteren Bodenelement herauserstreckbaren weiteren Aktorelementen aufweisen. Dabei können vorteilhafterweise mindestens ein weiteres erstes und mindestens ein weiteres zweites der Aktorelemente unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sein, um den Nutzer taktil zu der weiteren Bedienfläche zu führen. Vorteilhafterweise können die Aktoreinheiten und zusätzlich oder alternativ die beiden Bedienflächen, die beispielsweise ergonomisch vorteilhaft für den Nutzer in dem Fahrzeuginnenraum angeordnet sind, simultan von dem Nutzer genutzt werden.
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Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer Führungsvorrichtung in einer zuvor genannten Variante für ein Fahrzeug vorgestellt, wobei das Verfahren einen Schritt des Einlesens und einen Schritt des Bereitstellens umfasst. Im Schritt des Einlesens erfolgt ein Einlesen eines Erkennungssignals über eine Schnittstelle zu einer Sensoreinheit, wobei das Erkennungssignal eine Position einer erkannten Berührung durch einen Nutzer an einer Innenraumoberfläche des Fahrzeugs repräsentiert. Im Schritt des Bereitstellens erfolgt ein Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals, wobei das erste Ansteuersignal ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens des ersten Aktorelements bewirkt, und ein Bereitstellen eines zweiten Ansteuersignals, das ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens des zweiten Aktorelements bewirkt, um die Hand des Nutzers taktil zu führen.
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Die Sensoreinheit kann vorteilhafterweise die Mehrzahl von auf dem Bodenelement angeordneten Sensorelementen umfassen, welche die Berührung erkennen. Vorteilhafterweise kann dem Nutzer eine Richtung zu einer nächstgelegenen Bedienfläche gewiesen werden.
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Gemäß einer Ausführungsform können im Schritt des Bereitstellens das erste Ansteuersignal und das zweite Ansteuersignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten und zusätzlich oder alternativ zeitversetzt zueinander bereitgestellt werden, insbesondere um unter Verwendung der Aktorelemente eine durch den Nutzer wahrnehmbare wellenförmige Bewegung zu bewirken. Vorteilhafterweise kann also die Oberflächenhärte der Deckschicht durch Ansteuern der Aktorelemente verändert werden, sodass der Nutzer anhand dieser Veränderung ein von den Aktorelementen angesteuertes Muster, wie eben beispielsweise die wellenförmige Bewegung, zu der Bedienfläche geführt wird.
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Ferner kann das Verfahren einen Schritt des Ausgebens eines Infosignals umfassen, das eine haptische oder taktile Rückmeldung an den Nutzer über eine erkannte Berührung des Führungselementes durch den Nutzer repräsentiert. Die taktile oder haptische Rückmeldung kann beispielsweise in Form einer Vibration oder eines kurzzeitigen Veränderns der Oberflächenfestigkeit der Deckschicht erzeugt werden, die beispielsweise als eine Bestätigung an den Nutzer interpretiert werden kann.
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Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Steuereinheit, die ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante des Ansatzes in Form einer Steuereinheit kann die dem Ansatz zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Hierzu kann die Steuereinheit zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- oder Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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Unter einer Steuereinheit kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Steuereinheit kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Steuereinheit beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Steuereinheit ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Führungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraumes gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine schematische Darstellung einer Führungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Führungsvorrichtung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele des vorliegenden Ansatzes werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einer Führungsvorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeug 100 ist dabei als ein Personenkraftwagen realisiert, der beispielsweise ausgeformt ist, um Personen und/oder Gegenstände zu transportieren. Das Fahrzeug 100 ist dabei beispielsweise als ein hochautomatisiertes oder als ein autonom fahrendes Fahrzeug 100 ausgeformt. Es weist dabei zusätzlich zur Führungsvorrichtung 105 eine Bedienvorrichtung 110 mit einer Bedienfläche 115 und eine Sensoreinheit 120 auf. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Führungsvorrichtung 105 ausgebildet, um einen Nutzer oder beispielsweise eine Hand des Nutzers zu der Bedienfläche 115 zu führen. Weiterhin weist das Fahrzeug 100 eine Steuereinheit 125 auf, die ausgebildet ist, um ein Verfahren zum Betreiben der Führungsvorrichtung durchzuführen und/oder anzusteuern, wie es in einer der nachfolgenden Figuren beschrieben ist. Dazu weist die Steuereinheit 125 eine Einleseeinheit 130 zum Einlesen eines Erkennungssignals 135 über eine Schnittstelle zu der Sensoreinheit 120 auf. Das Erkennungssignal 135 repräsentiert dabei eine Position einer erkannten Berührung durch einen Nutzer an einer Innenraumoberfläche des Fahrzeugs 100. Weiterhin weist die Steuereinheit 125 eine Bereitstelleinheit 140 zum Bereitstellen eines ersten Ansteuersignals 145, das ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens eines ersten Aktorelements der Führungsvorrichtung 105 bewirkt. Die Bereitstelleinheit 140 ist weiterhin ausgebildet, um ein zweites Ansteuersignal 150 bereitzustellen, das ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens eines zweiten Aktorelements der Führungsvorrichtung 105 bewirkt, um dem Nutzer taktil zu führen.
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Im Allgemeinen ist es in zukunftsorientierten Fahrzeuginnenräumen beabsichtigt, außer einem Lenkrad und mindestens einem Fahrer-Display keine Bildschirme oder Schalter sichtbar zu gestalten, sondern diese in eine Oberfläche zu integrieren. Unter der Oberfläche tragen beispielsweise Sensoren, Elektronik und Elektromechanik dazu bei, dass die Bedienelemente bei Bedarf Gestalt annehmen. Hier kommen die beispielsweise hinter einer Art Kunstleder versteckten Schaltflächen erst zum Vorschein, wenn sich beispielsweise eine Hand eines Nutzers nähert. Im Normalzustand wirkt der Bereich glatt und funktionslos, doch erkennt ein optischer Sensor die Hand, bewegen sich automatisch knopfartige, hinterleuchtete Schaltoberflächen räumlich heraus. Dazu ist eine Kombination aus Materialinnovation, Sensorik, Elektronik und Elektromechanik erforderlich, die beispielsweise als Radar-, Lidar- oder Kapazitiv-Einheit ausgestaltet ist.
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Vor diesem Hintergrund ermöglicht der hier vorgestellte Ansatz eine integrierte Eingabe- und Ausgabefläche, welche hier als Bedienvorrichtung 110 beschrieben ist, sowie insbesondere die Führungsvorrichtung 105 zum Führen einer Hand des Nutzers zu der Bedienfläche 115 der Bedienvorrichtung 110, wodurch die Fahrsicherheit erhöht sowie ein Fahrkomfort für den Nutzer gesteigert wird. Die in den Fahrzeuginnenraum integrierte Bedienfläche 115 erscheint dabei bei einer gewollten Interaktion des Nutzers. In einem ausgeschalteten Zustand ist die Bedienfläche 115 in ein Fahrzeugdesign oder Innenraumdesign, wie beispielsweise in eine Mittelkonsole, Türverkleidung oder Dekorfläche integriert und ermöglicht so eine große Designfreiheit. Der Nutzer erhält beispielsweise nur dann eine Information, wenn er sie wirklich benötigt oder wünscht. Damit wird beispielsweise eine Ablenkung des Nutzers verhindert. Darüber hinaus ist die Bedienvorrichtung 110 beispielsweise in einem ergonomisch erreichbaren Bereich angeordnet. Durch eine lediglich optionale Kombination mit anderen Technologien, wie beispielsweise haptisches Feedback durch Vibration oder visuelles Feedback durch beispielsweise eine LED-Martix oder OLED Folien, wird die Bedienung für den Nutzer vereinfacht und erweitert sowie eine Führung einer „blinden“ Hand auf einer glatten, gekrümmten, Schalttafeloberfläche zu einer nächstgeeigneten, ergonomischen, Schaltzone unterstützt, die im Folgenden als Bedienfläche 115 bezeichnet ist.
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Die hier vorgestellte Führungsvorrichtung 105 arbeitet gemäß diesem Ausführungsbeispiel lautlos. Die Bedienfläche 115 ist lediglich optional frei programmierbar und zusätzliche Komfortfunktionen sind für den Nutzer wählbar.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginnenraumes 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der hier dargestellte Fahrzeuginnenraum 200 ist beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet, wie es in 1 beschrieben wurde. Der Fahrzeuginnenraum 200 weist die Bedienvorrichtung 110 auf, die mindestens eine Bedienfläche 115, gemäß diesem Ausführungsbeispiel jedoch eine Mehrzahl von Bedienflächen 115 aufweist. Die Bedienflächen 115 sind dabei an unterschiedlichen Stellen innerhalb des Fahrzeuginnenraums 200 angeordnet und sind ausgebildet, um eine Fahrzeugfunktion des Fahrzeugs anzusteuern. Die mindestens eine Bedienfläche 115 weist dabei eine Leuchteinheit oder ein selbstleuchtendes Material auf. An die Bedienfläche 115 angrenzend ist die Führungsvorrichtung 105 angeordnet, die ausgebildet ist, um eine Hand 205 eines Nutzers taktil zu der Bedienfläche 115 zu führen. Die Führungsvorrichtung 105 und/oder die Bedienfläche115 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel unter einer Deckschicht 210 für den Nutzer unsichtbar im Fahrzeuginnenraum 200 angeordnet, die auch als Innenverkleidung des Fahrzeuginnenraums 200 bezeichnet wird. Ebenfalls ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel die Sensoreinheit unterhalb der Deckschicht 210 angeordnet. Die Deckschicht 210 weist ein verformbares Material auf, insbesondere ein elastisches Material, wie beispielsweise einen elastischen Verbundwerkstoff oder einen elastischen Kunststoff.
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Mit anderen Worten weist die Deckschicht eine Oberfläche auf, die durch die Aktorelemente derart gestaltet wird, dass eine Hand eines Nutzers taktil geführt wird.
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Die Sensoreinheit ist dabei ausgebildet, um eine Position 215 und/oder ein Bewegungsmuster 220 mindestens die Hand 205 des Nutzers zu erkennen. Wird beispielsweise erkannt, dass der Nutzer die Bedienfläche 115 aufsucht, wird die Hand 205 des Nutzers zu der jeweils nächstgelegenen Bedienfläche 115 unter Verwendung der Führungsvorrichtung 105 geführt, beispielsweise durch wellenförmige Bewegungen 225. Diese wellenförmigen Bewegungen 225 sind dabei gemäß diesem Ausführungsbeispiel von Aktorelementen der Führungsvorrichtung 105 hervorgerufen, wie sie in der nachfolgenden Figur näher beschrieben werden. Weiterhin sind die Aktorelemente zwischen einem Bodenelement der Führungsvorrichtung 105 und der Deckschicht 210 angeordnet und sie sind ausgebildet, um in einen direkten mechanischen Kontakt mit der Deckschicht 120 zu treten oder die Deckschicht 210 zu stützen. Weiterhin sind die Aktorelemente ausgebildet, um durch Herausfahren und Hineinfahren eine Oberflächenfestigkeit der Deckschicht 210 zu verändern.
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In anderen Worten ausgedrückt ist die Bedienfläche 115 frei programmierbar und in eine Designoberfläche integriert, die hier als Deckschicht 210 bezeichnet ist. Die Führungsvorrichtung 105 ist ausgebildet, um den Nutzer eine Zielleitfunktion zu ermöglichen. Dabei erfolgt eine Positionsbestimmung beispielsweise der Hand 205 des Nutzers flächenumfänglich.
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Die Deckschicht 210 ist weiterhin optional selektiv in ihrer Härtenstruktur frei programmierbar, ohne nennenswert eine ursprüngliche Oberflächenform zu verändern. Die Bedienfläche 115 ist dabei beispielsweise an Kanten und Krümmungen anordenbar. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel erkennt die Sensoreinheit das Bewegungsmuster 220, das auch als Oberflächen-Berührungs-Charakteristik bezeichnet ist, und somit einen Funktionswunsch des Nutzers. Hierdurch wird eine Position der bedienbaren Schalter oder Bedienelemente, kurzum der Bedienfläche 115, sichtbar, sodass gegebenenfalls noch eine Korrektur einer Ausrichtung der Hand 205 hin zur gewünschten Bedienfläche 115 möglich ist und dann nach dem Berühren der Deckschicht 210 ein gewünschter Schalter betätigt werden kann.
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Zusammengefasst werden die Bedienvorrichtung 110 und die Führungsvorrichtung 105 vorgestellt, durch welche eine Ablenkung des Kraftfahrers, der hier als Nutzer bezeichnet ist, verringert wird. Nachfolgend wird weiterhin ein Verfahren zum Betreiben der Führungsvorrichtung 105 und somit zum Führen der Hand 205 zu der ergonomisch vorteilhaft angeordneten Bedienfläche 115 beschrieben. Die Hand 205 wird dabei entlang der glatten, gekrümmten, Deckschicht 210 geführt, um die ergonomisch nächstgelegene Bedienfläche 115 zu erreichen. Optional sind zusätzliche Komfortfunktionen ausbildbar.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Führungsvorrichtung 105 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die in 3 dargestellte Führungsvorrichtung 105 entspricht beispielsweise der in 2 beschriebenen Führungsvorrichtung 105 und ist demnach ebenfalls in einem Fahrzeug realisiert oder realisierbar, wie es beispielsweise in 1 beschrieben wurde. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Führungsvorrichtung 105 ohne die Deckschicht dargestellt, die beispielsweise als eine Schutzschicht fungiert.
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Die Führungsvorrichtung 105 weist dabei eine Aktoreinheit 300 mit einer Mehrzahl von aus einem gemeinsamen Bodenelement 305 herauserstreckbaren oder herausfahrbaren Aktorelementen 310 auf, wobei mindestens ein erstes Aktorelement 315 und mindestens ein zweites Aktorelement 320 aus der Mehrzahl von Aktorelementen 310 unabhängig voneinander elektrisch ansteuerbar sind bzw. getrennt voneinander elektrisch ansteuerbar sind. Vorzugsweise kann hierdurch die Hand des Nutzers taktil geführt werden. Dazu weist die Führungsvorrichtung 105 die Steuereinheit 125 auf, die ausgebildet ist, um das erste und das zweite Aktorelement 315, 320 derart anzusteuern, dass das erste und das zweite Aktorelement 315, 320 zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder zeitversetzt ausgefahren werden. Insbesondere ist die Steuereinheit 125 ausgebildet, um ein Ausfahren der Aktorelemente 310, 315, 320 anzusteuern, sodass eine taktil erkennbare, sich vergrößernde Welle 325, 325`, 325" durch einen Nutzer der Führungsvorrichtung 105 wahrnehmbar ist. Diese Wellenbewegung wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die einzelnen Aktorelemente 310 von der Steuereinheit 125 angesteuert werden und dadurch ein beweglicher Abschnitt 330 der Aktorelemente 310 herausfährt. Dieser bewegliche Abschnitt 330 weist beispielsweise ein Gedächtnislegierungsmaterial auf, das beispielsweise kegelartig herausfährt oder herausgedrückt wird. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der bewegliche Abschnitt 330 auf unterschiedliche Höhenpositionen über den Bodenelement 305 herausfahrbar oder auch wieder zum Bodenelement 305 hin absenkbar, sodass die Wellenbewegung von mehreren zeitlich versetzt aus- oder einfahrenden Aktorelementen 310 von dem Nutzer als fließende Bewegung wahrgenommen wird oder wahrnehmbar ist. Alternativ oder zusätzlich können die Aktorelemente 310, 315, 320 auch auf anderen physikalischen Prinzipien basieren, ein Element länger oder kürzer werden zu lassen und somit eine auf diesen Elementen angeordnete Deckschicht an denjenigen Positionen zu unterstützen, an denen die Aktorelemente ausgefahren sind. Beispielsweise können die Aktorelemente auch auf einem magnetischen oder elektrostatischen, hydraulischen und/oder pneumatischen Ausfahrmechanismus basieren.
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Mit anderen Worten weist die Deckschicht eine Oberfläche auf, die durch die Aktorelemente derart gestaltet wird, dass eine Hand eines Nutzers taktil geführt wird.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die Aktorelemente 310 dabei auf dem Bodenelement 305 maxtrixartig und/oder planar angeordnet, das bedeutet in Reihen und Spalten. Die Führungsvorrichtung 105 weist weiterhin eine Mehrzahl von auf dem Bodenelement 305 angeordneten Sensorelementen 335 auf, die insgesamt als Sensoreinheit 120 bezeichnet werden. Die Sensoreinheit 120 ist dabei ausgebildet, um eine Berührung des Nutzers zu erkennen. Dazu sind die einzelnen Sensorelemente 335 gemäß diesem Ausführungsbeispiel biegsam auf dem Bodenelement 305 angeordnet, sodass sie bei einer Berührung durch den Nutzer gebogen werden und dadurch beispielsweise ein Impuls oder ein entsprechendes Erkennungssignal an die Steuereinheit 125 über beispielsweise eine elektrische Verbindung 340 bereitgestellt wird. Die Sensorelemente 335 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils zapfenartig, beispielsweise als Stabzellen, realisiert und zwischen den Aktorelementen 310 angeordnet. Insbesondere sind die Sensorelemente 335 in den Zeilen und/oder den Spalten zwischen den Aktorelementen 310 angeordnet. Anders ausgedrückt sind die Sensorelemente 335 derart angeordnet, dass eine Ecke mindestens eines der Aktorelemente 310 auf das jeweilige Sensorelement 335 gerichtet ist. Lediglich optional sind höchstens vier Ecken von insgesamt vier der Aktorelemente 310 auf jeweils ein Sensorelement 335 gerichtet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist die Führungsvorrichtung 105 mindestens ein elektrisches Leitelement 345 auf, das beispielsweise ausgeformt ist, um von der Steuereinheit 125 bereitgestellte Signale an die entsprechenden Aktorelemente 310 zu leiten.
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Lediglich optional weist die Führungsvorrichtung 105 zusätzlich eine mechanische Schaltfläche 350 auf.
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Außerdem ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine selbstleuchtende Matrix-Markierung gegeben, sodass beispielsweise ein hochauflösendes Display verzichtbar ist. Eine Eingabe und Ausgabe erfolgt dabei zeilen- und spaltenorientiert. Eine Erfassung, Auswertung und Aktivierung erfolgt weiterhin optional vollumfänglich, wobei eine Zielführung zu der Bedienfläche implementiert ist. Ist beispielsweise die Bedienfläche, die auch als Zielzone bezeichnet ist, bekannt, genügt optional eine kurze Berührung, die ein lautloses haptisches Feld aktiviert und beispielsweise mit einem Druck die Funktion aktiviert. Der Druck wird weiterhin optional haptisch und/oder taktil quittiert. Weiterhin optional erfolgt eine Anzeige von Messwerten, die eine hohe Auflösung bedarf, in einem Sichtfeld des Fahrers oder unter Verwendung anderer Anzeigetafeln.
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In anderen Worten ausgedrückt sind auf dem Bodenelement 305, das beispielsweise als Träger-Layer bezeichnet ist, elektrische Leiterbahnstrukturen herausgearbeitet, die auch als elektrische Leiterelemente 345 bezeichnet sind.
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Auf oder an dieser Leiterbahnstruktur 345 sind Sensorelemente335 und Aktorelemente 310 aufgebracht. Weitere Bauteile, wie beispielsweise Stecker, und Kondensatoren für eine Verbesserung einer elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind nicht dargestellt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird also ein unter der Deckschicht angeordneter oder anordenbarer Mechanismus dargestellt. Die Aktorelemente 310 und Sensorelemente 335 sind pixelartig in einer Matrix angeordnet und werden beispielsweise über Zeilen-/Spalten-Treiber angesteuert. Die Sensordaten werden über die Leiterbahnstrukturen 345 an einer Schnittstelle mit der Steuereinheit 125 elektrisch kontaktiert. Die Schnittstelle ist bidirektional ausgestaltet. Durch diese Schnittstelle werden den Aktorelementen 310 Steuersignale zugeführt.
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Die Sensorelemente 335 sind dabei beispielsweise als bewegliche stabförmige Zellen ausgeformt, die aus einer Ur-Lage, das bedeutet einem Ausgangszustand gebogen, geknickt und/oder verformt werden. Beispielsweise berührt eine Hand 205 mit einem Finger die Deckschicht und verformt eine der darunter positionierten beweglichen Sensorelemente 335. Eine in Ur-Lage abgeglichene H-Messbrücke wird dabei beispielsweise durch die unterschiedlich verlängerten Leiterzüge in einem Inneren des Sensorelements 335 verstimmt. Deren Verstimmung ist beispielsweise proportional zu einer Ausgangsspannung. Die Sensoreinheit 120 ermöglicht durch ihre stabförmige punktuelle Matrixanordnung eine gleichzeitige Auswertung jeder der einzelnen der selektiv verformten Zellen 335.
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Um eine robuste Ausbildung des Bodenelements 305 zu den stabförmigen Zellen 335 herzustellen, sind die leeren Räume zwischen den Sensorelementen 335 gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit flexiblem Material auffüllbar. Vorteilhafterweise ist das Material aus demselben Material ausgebildet, aus dem das Bodenelement 305 und/oder das mindestens eine Sensorelement 335 ausgeformt ist. Das auch als Substrat bezeichnete Bodenelement 305 weist optional eine Ausgleichsschicht auf, die beispielsweise auflaminiert wurde. Das Bodenelement 305 weist beispielsweise ein strukturiertes Kupfer-Leiter-Bild auf. Die Leiterstruktur ist beispielsweise mittels Ätzprozess oder Laser strukturiert.
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Die Wellen 325, 325`, 325" sind beispielsweise als aufbauende und/oder abbauende Wellen 325, 325`, 325" abgebildet. Kontinuierlich und/oder koordiniert angesteuert werden laufende Wellen 325, 325`, 325" generiert. Ein Funktionsmechanismus der Aktorelemente 310 ist beispielsweise das Tragen und Ansteuern von einem Gedächtnis-Legierungs-Material. Diese Material-Legierung ist beispielsweise stufenlos oder digital von einer vorbestimmten Form zu einer anderen Form hin und her wechselbar. In dieser speziellen Anwendung wird eine Höhenauslenkung angewendet. Dabei wird eine Nähe zur Deckschicht verringert, das bedeutet, dass ein weicher schwamm- oder faserartiger Bereich verringert wird. Somit wird bei eines der Aktorelemente 310 beispielsweise auf eine Maximalhöhe ausgelenkt und stützt somit die Deckschicht zur maximalen Härte. Dabei ist Eindrücken der Oberfläche nicht mehr möglich.
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Umgekehrt weist der schwammartige Bereich die geringste Unterstützung auf, wenn das mindestens eine Aktorelement 310 nicht ausgelenkt wurde. Das bedeutet, dass der besondere Effekt durch einen dynamischen Kontrast zwischen weicher und harter laufender Welle gelingt. Dadurch verstärkt sich der haptische und/oder taktile Effekt.
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4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Betreiben einer Führungsvorrichtung. Durch das Verfahren 400 kann vorteilhafterweise eine Führungsvorrichtung betrieben werden, wie sie in einer der 2 oder 3 beschrieben wurde. Weiterhin kann das Verfahren 400 in einem Fahrzeug durchgeführt werden, wie es in 1 beschrieben wurde. Das Verfahren 400 umfasst dazu einen Schritt 405 des Einlesens und einen Schritt 410 des Bereitstellens. Im Schritt 405 des Einlesens wird ein Erkennungssignal über eine Schnittstelle zu einer Sensoreinheit eingelesen, wobei das Erkennungssignal eine Position einer erkannten Berührung durch eine Hand eines Nutzers an einer Innenraumoberfläche des Fahrzeugs repräsentiert. Im Schritt 410 des Bereitstellens wird ein erstes Ansteuersignal bereitgestellt, wobei das erste Ansteuersignal ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens des ersten Aktorelements bewirkt. Weiterhin wird im Schritt 410 des Bereitstellens ein zweites Ansteuersignal bereitgestellt, das ein Herausfahren und/oder Hineinfahren mindestens des zweiten Aktorelements bewirkt, um dem Nutzer taktil zu führen.
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Lediglich optional werden im Schritt 410 des Bereitstellens das erste Ansteuersignal und das zweite Ansteuersignal zu unterschiedlichen Zeitpunkten und/oder zeitversetzt zueinander bereitgestellt, insbesondere um unter Verwendung der Aktorelemente eine durch den Nutzer wahrnehmbare wellenförmige Bewegung zu bewirken. Weiterhin optional umfasst das Verfahren 400 einen Schritt 415 des Ausgebens eines Infosignals, das eine haptische oder taktile Rückmeldung an den Nutzer über eine erkannte Berührung des Führungselementes durch den Nutzer repräsentiert.
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Die hier vorgestellten Verfahrensschritte können wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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In anderen Worten ausgedrückt wird auf einer glatten-, gekrümmten-, Schalttafel-Oberfläche ein Schaltwunsch detektiert, indem eine Hand-BewegungsCharakteristik erkannt wird, die eine kurze Wegstrecke in einer bevorzugten Lage einnimmt. Diese Wegstrecke in kurzer Zeit genügt, um einen Schaltwunsch in Abgrenzung zu einer zufälligen Berührung sicher zu erkennen. Die Charakteristik ist beispielsweise individuell erkannt und/oder abgespeichert. Durch die erkannte Charakteristik wird dem Nutzer oder Bediener eine ergonomisch bevorzugte Verortung der Schaltzone bereitgestellt.
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Wenn beispielsweise eine Start-Berührung-Koordinate x1/y1 ist und beliebig die Zeit-Weg-Strecke zum Beispiel nach x2/y2 vom Bediener wegführt, wird zunächst der Bedienwunsch detektiert und anschließend die Hand zur optimalen nächsten Bedienzone geleitet. Im günstigsten Falle liegt die verbesserte Schaltzone in flucht der eingeschlagenen Richtung x2/y2.
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Alternativ wird unter Verwendung der detektierten Wegstrecke mechatronisch eine Hand-Weg-Strecke korrigiert, das bedeutet umgelenkt und nach x3/y3 geführt. Dieses trifft zu, wenn beispielsweise ein Randbereich der Schalttafel erreicht wird. Ein Treffer der Schaltzone wird quittiert und haptische und/oder taktile Schaltflächen bereitgestellt. Die Schaltflächen werden beispielsweise einmal mittels Frequenz der Härtestruktur variiert und/oder ein Logo wird ausgestaltet, das auf einen Druck, auf ein Wischen, oder ein Tippen reagiert. Schematische optische Logos werden lediglich optional an Ort und Stelle angezeigt oder alternativ in hoher Auflösung auf einer geeigneten Anzeigeeinrichtung abgebildet, wie beispielsweise an einer Frontscheibe, Smart-Brille oder Anzeigetafel. Das Besondere ist vorteilhafterweise eine nicht nennenswerte Oberflächenveränderung.
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Bei einer Auswertung in Verbindung mit anderen Sensorinformationen sind beispielsweise weitere Ausgestaltungen möglich, wie beispielsweise bei einem Einsatz einer Innenraumkamera zur Erkennung eines Eingabemusters oder Fingertippen.
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Zusammenfassend wird eine Zielleitfunktion im Fahrzeuginnenraum, der auch als Fahrzeugcockpit bezeichnet ist, ermöglicht. Durch das Verfahren 400 wird eine Führung einer Hand zu einer gesuchten Position in der Nähe der Hand bewirkt.
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An der Deckschicht sind Helligkeits- und/oder Dunkelstrukturen dargestellt. Diese Strukturen zeigen eine unterschiedliche Festigkeitsverteilung auf. Dabei steht hell beispielsweise für eine weiche Festigkeit der auch als Schalttafel-Oberfläche bezeichneten Deckschicht. Je dunkler die Festigkeitsstruktur abgebildet ist, desto härter ist die Festigkeit an der Schalttafel-Oberfläche. Das wesentliche ist dabei eine Spürbarkeit, zum Beispiel mit den Fingern einer Hand. Ebenso wesentlich ist, dass die Festigkeitsverteilung stufenlos frei programmierbar einstellbar ist. Beispielsweise ist eine laufende, sich ausbreitende Welle dargestellt. Der Vorteil ist das Erspüren der Wellen, welche sich ausbreiten. Das Ausschlaggebende ist dabei, bei aufliegenden Fingern einer Hand die Haptik mittels Festigkeitsverteilung zu erzeugen, die nahezu ohne Veränderung der Schalttafel-Oberfläche damit einhergeht und keine vertiefende und/oder erhöhende Verformung benötigt.
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Weiterhin ist das Verfahren 400 simultan für unterschiedliche Bewegungen, an unterschiedlicher Stelle anwendbar, wenn beispielsweise eine linke Hand und eine rechte Hand simultan unterschiedliche Muster verfolgen.
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An der elektrischen Schnittstelle wird beispielsweise im Schritt 405 des Einlesens das Erkennungssignal eingelesen, das beispielsweise die Position der Hand des Nutzers repräsentiert, und auf Basis dessen die Aktorelemente angesteuert werden. Dadurch erspürt der Nutzer beispielsweise einen weichen oder alternativ einen harten Widerstand an der Deckschicht. Die Aktorelemente werden dazu gemäß diesem Ausführungsbeispiel dynamisch mechanisch angesteuert.
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Ausgangssignale der beweglichen stabförmigen Sensorelemente, die beispielsweise Zeit-Weg-Stecken- Charakteristiken repräsentieren, werden lediglich optional einzeln oder in Gruppen in beispielsweise einem Computerprogramm gespeichert und/oder analysiert. Ein Analyseergebnis wird mit beispielsweise einem Eingabe-Ausgabe-Wirkungskatalog abgeglichen und stellt bei Bedarf ein ausgewähltes Ausgabe-Muster zur Verfügung.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019200090 A1 [0003]
