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Die
Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung in Kraftfahrzeugen zur
Auswahl und Bedienung von Funktionen mittels manueller Eingaben.
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Eine
zunehmende Systemvielfalt im Fahrzeug lässt es aus Gründen der Übersichtlichkeit
wünschenswert
erscheinen, wenigstens einen Teil dieser Systeme und Funktionen,
wie beispielsweise Auto-Telefon, Zielführungssystem, Auto-Radio oder
Klima, über
eine gemeinsame Vorrichtung zu bedienen. Die Steuerung mehrerer
Systeme oder Funktionen über
eine gemeinsame Bedienvorrichtung wird üblicherweise mittels menügesteuerter
Bedienoberflächen
durchgeführt,
wie sie weitverbreitet auf PCs, Palmtops, Web-Seiten, Auskunftssystemen,
Fahrkartenautomaten usw. gebräuchlich
sind. Auf jeder Ebene der hierarchisch organisierten Menüs werden dem
Benutzer die jeweils gerade zur Verfügung stehenden Bedien- oder
Eingabe-Alternativen, üblicherweise
auf einem Display, angezeigt. Aus diesen Alternativen wählt der
Benutzer aus, indem er über
geeignete Mittel die von ihm gewünschte
Eingabe-Alternative markiert und dem steuernden System die Auswahl
dieser Alternative – ebenfalls über ein
geeignetes Mittel – bestätigt.
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Die
DE 198 07 410 A1 beschreibt
eine Multifunktions-Bedieneinrichtung für ein Kraftfahrzeug zur Auswahl
und Steuerung von Funktionen. Die einzelnen Bedienelemente sind
dabei um einen Bildschirm herum angeordnet. Es sind Funktionstasten
teils mit fest zugeordneter Funktionalität für sicherheitsrelevante Funktionen
vorgesehen sowie durch Schalter oder Knöpfe realisierte Bedienelemente.
Darüber
hinaus sind weitere Tasten mit frei programmierbarer Funktionalität vorhanden.
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D.h.
die Tasten können
in verschiedenen Bediensituationen – im Wesentlichen abhängig vom
gerade zu bedienenden System –,
unterschiedliche Funktionen tragen, wobei die jeweilige Belegung
der Tasten durch ein System zur Steuerung der Bedienabläufe vorgenommen
wird. Zusätzlich
ist es möglich,
Bereiche des berührungsempfindlichen
Bildschirms zur direkten Auswahl einer vom Benutzer gewählten Eingabe-Alternative
(als sogenannte Soft-Keys) einzusetzen.
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Für den Fahrer
eines Fahrzeugs ist es bei jedem Bedienvorgang wichtig, dass sein
Augenmerk nicht über
längere
Zeit von der Straße
abgelenkt ist. Daher ist es günstig,
wenn die Anzeige von Bedienmöglichkeiten
möglichst
im unmittelbaren Gesichtsfeld und die eigentliche Bedienvorrichtung
möglichst im
primär
erreichbaren Bedienumfeld angeordnet sind. Eine solche ergonomisch
vorteilhafte Anordnung von Display und Bedienvorrichtung, die auch eine
menügesteuerte
Bedienerführung
vorsieht, ist beispielsweise in der
DE 100 46 909 A1 beschrieben. Die einzelnen
Bedienelemente sind durch Tasten und Drehknöpfe realisiert.
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Die
Ablenkung des Fahrers von der Beobachtung der Straßenverkehrs
kann weiter verringert werden, indem Informationen nicht nur auf
dem Display dargestellt werden, sondern eine zusätzliche Informationsvermittlung
durch die Bedienvorrichtung selbst erfolgt.
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Aus
der
DE 44 43 912 A1 ist
für die
Bedienung von Funktionen im Kraftfahrzeug ein flaches Bedienfeld
bekannt, das in Tasten aufgeteilt ist, denen jeweils ein Schaltkontakt
zugeordnet ist. Die den Tasten zugeordneten Auswahlmöglichkeiten
oder Funktionen sind frei programmierbar. Die jeweils aktuellen
Auswahlmöglichkeiten
oder Funktionen werden – der
Anordnung der Tasten entsprechend – getrennt vom Bedienfeld auf
einem Display im Blickfeld des Fahrers angezeigt. Das Tastenfeld
ist mit einer berührungsempfindlichen
Schicht versehen, wodurch die Lage eines Fingers auf dem Bedienfeld feststell bar
ist. Hierdurch kann der Bereich, welcher der berührten Taste auf dem Bedienfeld
entspricht, auf dem Display optisch hervorgehoben werden. Weiterhin
sind die Tasten des Bedienfelds zur Erleichterung einer blinden
Orientierung durch hervortretende Begrenzungslinien fühlbar voneinander
abgegrenzt.
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Die
DE 197 31 285 A1 beschreibt
verschiedene Bedienelemente, die dem Benutzer die zur Verfügung stehenden
Bedien- oder Eingabealternativen durch eine taktil erfassbare Oberfläche signalisieren. Durch
eine taktil erfassbare Oberfläche
des Bedienelements kann dem Benutzer verdeutlicht werden, welche
Bedienalternative gerade gültig
ist oder mit welcher Operation er eine Auswahl aus verschiedenen
Menüpunkten
treffen kann. Die Bedienoberfläche
gliedert sich in einen unbeweglichen Teil und in darin eingelassene
anhebbare oder ausfahrbare Segmente. Im Falle einer flachen Ausführungsform des
Bedienelements signalisieren angehobene Segmente die vorhandenen
Auswahlalternativen, im Falle einer rotatorischen Ausführungsform
des Bedienelements, signalisieren ausgeklappte Segmente die Bedienalternative „Drehen" und die versenkten
Segmente die Bedienalternative „Drücken".
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Der
Einsatzbereich der beschriebenen Bedienelemente für das Kraftfahrzeug
ist allerdings auf Auswahl- bzw. Steuerfunktionen beschränkt. Komplexe
Bedienvorgänge,
wie beispielsweise das Durchsuchen einer Telefonliste nach einem
bestimmten Eintrag oder die Eingabe einer Zieladresse für ein Zielführungssystem,
lassen sich jedoch am einfachsten mittels handschriftlicher Zeicheneingabe
durchführen.
Oft genügt
schon die Eingabe von wenigen Zeichen, um eine große Anzahl
von Alternativen auf eine darstellbare Auswahl zu reduzieren. Diese
Art der Einschränkung
einer großen
Anzahl von Alternativen ist vor allem in Fällen nützlich, in denen keine Schreibtastatur
zur Verfügung
steht, oder auch für
Situationen, bei denen eine Benutzung einer solchen Tastatur eine
zu komplexe Aufgabe darstellt, selbst wenn die Tastatur auf einem
Touch screen simuliert würde.
Dies trifft auch auf die Bediensituation im Fahrzeug zu.
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Die
Verwendung eines Touchpads oder auch einer Touchscreen, wie sie
für handschriftliche
Eingaben verwendet werden, ist jedoch aus Gründen der schlechten taktilen
Erfassbarkeit der ebenen Oberfläche
als Bedieneinrichtung für
blind durchzuführende Auswahloperationen
während
der Fahrt nachteilig. Selbst wenn ein solches Touchpad, wie beispielsweise
in der WO 01/54109 A1 beschrieben, über bereichsweise unterschiedliche
Pulse oder Vibrationen in der Oberfläche dem Benutzer fühlbar Informationen über Funktionalitäten oder
Bedienzustände
vermitteln kann, ist damit während
der Fahrt noch keine sichere blinde Bedienung möglich: Haptische Informationen,
die auf Schwingungen beruhen, werden im Fahrbetrieb leicht durch
die Vibrationen des Fahrzeugs überlagert;
somit ist unter solchen Umständen zu
einwandfreien Erkennung dieser Vibrationen erhöhte Aufmerksamkeit notwendig,
so dass Rückmeldungen
dieser Art für
eine sichere und komfortable Bedienung nicht ausreichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Bedienvorrichtung zu schaffen, die zur
Steuerung von Systemen im Fahrzeug sowohl auswählende Eingaben als auch die
Eingabe von handschriftlichen Zeichen erlaubt, und die im Fahrbetrieb
sicher zu bedienen ist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
erfindungsgemäße Bedienvorrichtung zur
Steuerung von Systemen im Kraftfahrzeug umfasst ein handelsübliches,
berührungsempfindliches Bedienfeld
oder Touchpad, auf dem ein Benutzer aus einer Auswahl von Menüpunkten,
die bestimmten Zonen auf dem berührungsempfindlichen
Bedienfeld entsprechen, Eingaben selektieren kann, oder, in einem
anderen Betriebszustand des Bedienfeldes, handschriftliche oder
graphische Eingaben machen kann. Da berührungsempfindliche Touchpads
völlig eben
sind, sind sie für
eine Blindbedienung zunächst nicht
geeignet. Die Erfindung besteht nun darin, ein solches Bedienfeld
strukturierbar zu machen, so dass es für die Auswahl von Menüpunkten
taktil erfassbar wird, ohne dadurch jedoch seine Funktionalität für handschriftliche
oder graphische Eingaben zu beeinträchtigen.
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Die
Strukturierbarkeit des Bedienfeld wird durch eine dehnbare Folie,
die das Bedienfeld bedeckt, erzielt, indem die Folie fest mit den
selektierbaren Zonen oder Bereichen des Bedienfeldes verbunden ist
und dazwischen lose auf dem Bedienfeld aufliegt, so dass die Bereiche
zwischen Bedienfeld und lose aufliegender, dehnbarer Folie durch
Anfüllen
mit einem Medium – und
den Aufbau eines Drucks mittels dieses Mediums – gegenüber den Bereichen der Folie,
die fest mit dem Bedienfeld verbunden sind, angehoben werden können. So
kommen die mit der Folie unlösbar
verbundenen Bereiche der auf dem Bedienfeld selektierbaren Zonen
fühlbar
vertieft zwischen die durch den Druck des Mediums angehobenen Folienbereiche
zu liegen. Man erhält
sozusagen eine inverse Tastatur, da die funktionstragenden Zonen
des Bedienfelds gegenüber
den funktionslosen Zonen tiefer liegen. Da die Oberflächenstruktur
durch Ablassen des Mediums aus den Bereichen zwischen Bedienfeld
und lose aufliegender Folie wieder vollständig aufgelöst werden kann, bleibt somit
auch die Möglichkeit
zu handschriftlichen Eingaben auf dem Bedienfeld vollständig erhalten.
Die Positionserkennung eines Fingers oder Griffels auf einem berührungsempfindlichen
Bedienfeld wird durch eine dem berührungsempfindlichen Bedienfeld überlagerte
Folie nicht beeinträchtigt.
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Der
entscheidende Vorteil der Ausbildung der Oberfläche des Bedienfeldes als dehnbare
Folie ist also, dass sie sowohl eine plastische Ausprägung der
Oberfläche
zur taktilen Erfas sung darzustellen erlaubt, als auch eine flache,
tafelartige Form für handschriftliche
Eingaben, ohne dass das Bedienfeld selbst gemäß der potentiell ausprägbaren Struktur
in einzelne bewegliche Zonen oder Tasten zerfällt, was einer Nutzbarkeit
des Bedienfelds für
handschriftliche Eingaben zuwiderläuft, da handelsübliche Bedienfelder
für die
Handschriftenerkennung eine über das
gesamte Bedienfeld zusammenhängende
Sensorik voraussetzen.
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Für alle Anwendungsfälle, in
denen die Bedienung von Systemen im Kraftfahrzeug bzw. deren Funktionen
durch eine graphische oder handschriftliche Eingabe erfolgen soll,
wird die Oberfläche
der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
in ebenem Zustand betrieben. Für
die Bedienung der Funktionen durch Auswahloperationen wird sie taktil
erfassbar konturiert. Das Bedienfeld kann also abhängig davon,
ob für
die Bedienung einer Funktion die Auswahl von Menüpunkten oder handschriftliche
Eingaben günstiger
sind, plastisch oder flach gestaltet werden.
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Als
Medium zur Anhebung der lose auf dem Bedienfeld aufliegenden Folienbereiche
können
vorteilhaft Flüssigkeiten,
Gase, Luft oder andere Gasgemische verwendet werden.
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Die
unlösbaren
Verbindungen der Folie mit dem Bedienfeld lassen sich vorteilhaft
durch gängige Techniken,
wie Verkleben oder Verschweißen,
herstellen. Zusätzlich
kann die Folie mechanisch mit der Unterlage verbunden sein, beispielsweise
durch Noppen, die in entsprechende Aussparungen des Bedienfelds
einrasten.
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Das
Medium wird vorteilhaft mittels Pumpen in den Raum zwischen Folie
und Bedienfeld eingebracht. Hierzu kann das Bedienfeld kleine Bohrungen,
mit jeweils einem Durchmesser von ca. 1-2mm aufweisen, durch die
das Medium bzw. der Druck in die Bereiche eingeleitet werden kann,
in denen die Folie nur lose aufliegt. Die Bohrungen sind so angebracht,
dass sie die Sensorik des Bedienfeldes zur Handschrifterkennung
nicht beeinträchtigen.
Das Medium durch Öffnungen
im Bedienfeld einzuleiten, hat den Vorteil, dass es von den Pumpen,
wenn sie raumsparend unter dem Bedienfeld untergebracht sind, auf
kürzestem
Weg und bei geringstem Druckverlust in die anzuhebenden Bereiche
geleitet werden kann. Gas, Gasgemisch oder Flüssigkeit können aber auch über den
Rand des Bedienfeldes mit Hilfe von Schläuchen oder Kanülen in die
Bereiche mit lose aufliegender Folie eingeleitet werden. Im Falle der
Verwendung von Luft ist ein Behältnis
für das Zwischenspeichern
des Mediums unnötig.
Im Falle der Verwendung einer Flüssigkeit
erreicht man gegenüber
Luft oder Gas eine geringere Kompressibilität der angehobenen Bereiche
und damit eine deutlichere Erfassbarkeit.
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Ist
die Struktur der selektierbaren Zonen so angelegt, dass die unverbunden
aufliegende Folie einen topologisch zusammenhängenden Bereich bildet, genügt eine Öffnung im
Bedienfeld oder ein Kanal als Einlass. Aus Gründen eines gleichmäßigen Druckaufbaus
können
aber auch bei einem topologisch zusammenhängenden lose aufliegenden Folienbereich,
der durch ein Gas oder eine Flüssigkeit angehoben
werden soll, mehrere Einlässe
vorgesehen sein. Anstatt mehrerer Pumpen kann hierbei auch eine
Pumpe mit mehreren Ventilen zum Einsatz kommen.
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Für die Umgestaltung
der strukturierten Oberfläche
der Bedienvorrichtung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Pumpen,
die das Medium in den Raum zwischen Bedienfeld und Folie einbringen, in
der Lage sind, das Medium wieder abzusaugen, wenn sie also bidirektional
arbeiten, da durch Absaugen des Mediums die einzuebnende Oberfläche zuverlässig, ohne
eine etwaige Blasenbildung zwischen Bedienfeld und Folie, geglättet werden
kann. Bei einem bidirektionalen Betrieb der Pumpen wird zusätzlich ein
schnellerer Wechsel zwischen strukturierter und unstrukturierter
Oberfläche
ermöglicht.
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Zusätzlich zur
plastischen Strukturierung der Oberfläche, wie sie oben beschrieben
wurde, kann einem Benutzer die Lage der selektierbaren Zonen auf
dem Bedienfeld für
eine blinde Bedienung vorteilhaft durch voneinander unterscheidbare
Pulse oder Vibrationen des Bedienfelds taktil verdeutlicht werden.
Vibrationen und Pulse des Bedienfelds können auch vorteilhaft für eine Unterstützung der
Bedienvorgänge
eingesetzt werden, indem der Benutzer auf diese Weise Rückmeldungen über die
von ihm vorgenommenen Bedienungshandlungen erhält. Um die taktile Erfassbarkeit
der selektierbaren Zonen für
den Benutzer durch unterscheidbare Pulse oder Vibrationen zu unterstreichen,
wird unter dem Bedienfeld eine geeignete Aktuatorik installiert.
Die Pulse oder Vibrationen können
dabei beispielsweise durch exzentrisch rotierende Massen, Piezoelemente,
elektromagnetische Vibratoren, Hubmagnete oder andere Aktuatoren
erzeugt werden, die an die Unterseite der berührungsempfindlichen Bedienoberfläche gekoppelt
sind.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
ergibt sich, wenn die Einteilung des berührungsempfindlichen Bedienfeldes
in selektierbare Zonen und deren funktionale Belegung frei programmierbar
ist, und wenn für
handschriftliche Eingaben das gesamte Bedienfeld zur Verfügung steht:
Auch wenn die maximale Anzahl und die räumliche Verteilung der selektierbaren
Zonen durch die Bereiche des Bedienfelds, die mit der Folie unlösbar verbunden
sind, festliegt, können
bei Bediensituationen, die nicht die maximal mögliche Alternativenanzahl zur
Auswahl ausschöpfen,
bei einer freien Einteilbarkeit der selektierbaren Zonen mehrere
Zonen zu einem Menüpunkt
bzw. zu einer Funktion zusammengefasst oder einzelne Zonen „taub" geschaltet werden,
um dadurch die Bedienung übersichtlicher
und sicherer zu gestalten.
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Stehen
beispielsweise in einer Bediensituation lediglich zwei Alternativen
zur Auswahl – z.B.
ob im Weiteren das Navigationssystem oder das Telefon bedient werden
soll –,
so kann ei ne Zusammenfassung der vorhandenen selektierbaren Zonen
in nur zwei selektierbare Zonen vorgenommen werden, die unter Umständen durch
eine dritte, funktionslose oder „taube" Zone getrennt sein kann. Die Gestaltung größerer selektierbarer
Zonen erfolgt günstig
so, dass die Gliederung der darstellbaren plastischen Ausprägung der
Oberfläche
die Orientierung für
die taktile Selektion auch von größeren Zonen erleichtert.
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Für handschriftliche
Eingaben ist es von Vorteil, wenn die gesamte Nutzfläche des
Bedienfelds ohne Untereinteilungen zur Zeicheneingabe zur Verfügung steht,
da die handschriftliche Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
durch den Benutzer möglichst
unkompliziert, d.h. am besten direkt mit dem Finger, erfolgen soll.
Bei einer Eingabe von Zeichen mit dem Finger wird zum Schreiben
mehr Platz benötigt,
als bei Eingaben mit einem Griffel, und es erhöht auch die Erkennungssicherheit
eines zum Bedienfeld gehörigen
Zeichenerkennungsprogramms, wenn möglichst groß geschrieben werden kann.
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Für die sichere
Bedienung der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
ist es von Vorteil, wenn sie in einem vom Fahrer – als dem
primären
Benutzer der Vorrichtung – unmittelbar
erreichbaren Griffbereich, untergebracht ist. Für die visuelle Orientierung des
Benutzers über
die funktionale Belegung des Bedienfeldes ist es von Vorteil, wenn
die Anzeige der wählbaren
Menüpunkte
im Blickfeld des Fahrers erfolgt. Dies wird vorteilhaft durch eine
von der Bedienvorrichtung getrennte Anzeigevorrichtung, die sich
im Blickfeld des Benutzers befindet, realisiert. Auf diese Weise
wird der Fahrer bei einer Bedienung der Systeme während der
Fahrt am wenigsten vom Straßenverkehr
abgelenkt.
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Die
wählbaren
Menüpunkte,
wie sie der funktionalen Belegung der auf dem Bedienfeld selektierbaren
Zonen entsprechen, werden auf der Anzeigevorrichtung vorteilhaft
so angeordnet, wie es der Anordnung der Menüpunkte auf dem Bedienfeld ent spricht.
Zur bedienerfreundlichen Unterstützung
der durch die Bedienvorrichtung bedienbaren Systeme und Funktionen
werden auf der Anzeigevorrichtung zusätzlich Informationen zur Benutzerführung dargestellt.
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Eine
komfortable Möglichkeit
zur Unterbringung der Bedienvorrichtung besteht in einem Einbau in
die Armlehne zwischen Fahrer- und Beifahrersitz, wo sie ausfahrbar
oder ausklappbar untergebracht werden kann. Im betriebsbereiten
Zustand befindet sich die Bedienoberfläche dann horizontal ausgerichtet
vor der Armlehne, etwas unterhalb der Armlehnenhöhe, so dass sie mit frei beweglicher
Hand, die durch den auf der Armlehne aufliegenden Arm entlastet
und stabilisiert ist, bequem bedient werden kann. Es sind aber auch
andere Einbauplätze,
bspw. in der Mittelkonsole denkbar. Die Anzeigevorrichtung kann
im Armaturenbrett oder in der Konsole untergebracht werden.
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Für die Eingabe
handschriftlicher Zeichen auf dem Bedienfeld, die bei der Bedienung
durch den Fahrer vorzugsweise im stehenden Fahrzeug durchgeführt wird,
oder bei Eingaben durch den Beifahrer ist es von Vorteil, wenn die
Darstellung der funktionalen Belegung des Bedienfelds bzw. die handschriftlichen
Eingaben auch direkt auf dem Bedienfeld, das dann als Touchscreen
ausgebildet ist, zu sehen ist. Hierzu ist die Folie, welche die
Oberfläche
des Bedienfelds bildet, durchsichtig oder als Polymerdisplay ausgeführt.
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Ein
Menüpunkt
wird auf berührungsempfindlichen
Bedienfeldern dadurch ausgewählt,
dass ein Finger oder ein anderes Objekt mit der entsprechenden selektierbaren
Zone der berührungsempfindlichen
Bedienoberfläche
in Berührung
kommt. Zur visuellen Orientierung des Benutzers wird die jeweils kontaktierte
Zone auf der Anzeigevorrichtung, bezogen auf die übrigen auswählbaren
Menüpunkte, üblicherweise
farblich kontrastiert, invertiert oder sonstwie optisch hervorgehoben
dargestellt. Die Beeinträchtigung
der Sensorik der berührungsempfindlichen
Be dienoberfläche
durch eine aufliegende dünne
Folie, wie sie für
die Zwecke der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
verwendet wird, ist für
die erfindungsgemäße Verwendung
des Bedienfelds vernachlässigbar.
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Für die Bestätigung einer
aus der funktionalen Belegung des Bedienfeldes getroffenen Auswahl durch
den Benutzer – zur
Darstellung einer Enter-Funktion – ist es vorteilhaft, wenn
das Bedienfeld auf einer druckempfindlichen Sensorik gelagert ist. Das
Bedienfeld kann auf diese Weise quasi als eine große Taste
fungieren. Durch Druck eines Fingers auf das Bedienfeld und anschließendes Loslassen wird
der berührte
Menüpunkt
gültig
ausgewählt. Durch
ein auf eine entsprechend druckempfindliche Sensorik gelagertes
Bedienfeld lassen sich auch noch andere Funktionen, wie z.B. eine
Umschaltfunktion realisieren.
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Die
gültige
Auslösung
einer durch einen Druck auf das Bedienfeld betätigten Funktion kann dem Benutzer
dabei vorteilhaft durch eine haptische Rückmeldung, wie sie durch Schaltelemente
mit einem durch Druck zu überwindenden
Druckpunkt realisiert werden kann, taktil erfassbar vermittelt werden. Auf
diese Weise ist eine sichere Erkennung der Funktionsauslösung auch
bei den im fahrenden Fahrzeug unvermeidlichen Vibrationen möglich.
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Das
Bedienfeld ist vorteilhaft von einem Gehäuse eingefasst, so dass Lage
und Abmessung des Bedienfelds mittels des umlaufenden Rahmens, den das
Gehäuse
bildet, unmittelbar ertastbar sind.
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Für eine unkomplizierte
Bedienung von hierarchisch organisierten Menüfunktionen ist eine sogenannte
Escape-Funktion zum Abbruch einer Funktion, zum Löschen einer
Eingabe oder für
den Rücksprung
in ein übergeordnetes
Menü nützlich.
Dabei ist es aus Gründen
des schnellen und sicheren Zugriffs von Vorteil, wenn solche Sonderfunktionen nicht
auf dem eigentli chen Bedienfeld – als auswählbarer Menüpunkt – realisiert sind, sondern
separat davon, in der Gehäuseoberfläche als
fühlbar
abgesetzte Taste mit fixem örtlichen
Bezug. Die Rücksprungebene
kann dabei beispielsweise durch wiederholtes Betätigen dieser Taste festgelegt
werden, und ein direkter Rücksprung
in das Hauptmenü beispielsweise
durch einen länger
andauernden Druck auf diese Taste erfolgen. Eine Escape- oder Lösch-Funktion
kann aber auch auf dem Bedienfeld realisiert werden, indem unabhängig von
der Bediensituation ein bestimmter Bereich des Bedienfeldes für diese
Funktion reserviert ist.
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Anhand
der Zeichnungen wird die Erfindung weiter erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
mit ebener Oberfläche
für handschriftliche
Eingaben,
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2 die Darstellung einer
Benutzerführung zur
Steuerung eines Navigationssystems durch handschriftliche Eingaben
auf einer Anzeigevorrichtung,
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3 das Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung
von 1 mit strukturierter
Oberfläche
zur Auswahl von Menüpunkten,
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4 die Darstellung der funktionalen
Belegung des Bedienfeldes aus 3 auf
einer Anzeigevorrichtung mit zusätzlicher
Information zur Benutzerführung,
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5 einen Querschnitt durch
das Bedienfeld und die daraufliegende Folie der Bedienvorrichtung,
wie sie in 3 dargestellt
ist, und
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6 die Sensorik eines berührungsempfindlichen
Bedienfeldes.
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Das
in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung 1 zeigt die
Bedienvorrichtung mit einer ebenen Bedienoberfläche, womit sie für handschriftliche
Eingaben einsetzbar ist. Die auf dem berührungsempfindlichen Bedienfeld 2 aufliegende
und stellenweise damit fest verbundene Folie (in 1 nur durch Schattierungen angedeutet)
befindet sich in einem entspannten, unstrukturierten Zustand. Bei
Verwendung der Bedienvorrichtung 1 für handschriftliche Eingaben,
ist das zum berührungsempfindlichen
Bedienfeld 2 gehörende
Zeichenerkennungs-Programm aktiviert.
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2 zeigt beispielhaft die
Darstellung einer möglichen
Benutzerführung
auf einer Anzeigevorrichtung 10 – beispielsweise ein LCD-Display – zur Bedienung
eines Navigationssystems durch die in 1 dargestellte
Bedienvorrichtung 1. Durch die wahlfreie Eingabe von handschriftlichen
Zeichen können
Listen mit umfangreichen Wahlmöglichkeiten,
wie z.B. Zielangaben für
ein Navigationssystem, effizient eingeschränkt werden. Das Erkennungsergebnis
der auf dem Bedienfeld 2 durchgeführten handschriftlichen Eingabe 5 wird
dem Benutzer im Eingabefeld 12 angezeigt. Fehlerhafte Eingaben können vom
Benutzer beispielsweise einfach durch Eingabe eines Querstrichs
auf dem Bedienfeld, ausgeführt
von rechts nach links, getilgt werden.
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Ist
eine Auswahl durch handschriftliche Eingaben soweit eingeschränkt, dass
die verbleibenden Auswahlmöglichkeiten
mittels Scrollen, d.h. mit schrittweisen Auf- oder Abbewegungen
der Markierung in der Liste 11, ausgewählt werden können, kann
die Eingabemöglichkeit
auf dem Bedienfeld 2 – automatisch
durch die Steuerung der Bedienabläufe oder manuell durch den
Benutzer – auf
diese Bedienart umgestellt werden.
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Bei
einem druckempfindlich gelagerten Bedienfeld kann der Benutzer diese
Umschaltung beispielsweise durch einen Druck auf das Bedienfeld 2 vornehmen.
Zur Erkennung des Druckes wird das Bedienfeld so auf ein oder mehrere
druckempfindliche Elemente gelagert, dass ein ganzflächiger Druckpunkt
für das
Bedienfeld 2 realisiert wird. Dazu wird das Bedienfeld 2 beispielsweise
auf mehrere druckempfindliche elektromechanische Schaltelemente
gelagert, die zur Erkennung eines Druckes parallelgeschaltet sind,
um Mehrfachauslösungen
zu vermeiden. Wird das Bedienfeld nur auf ein druckempfindliches
Schaltelemente gelagert, sind zusätzlich geeignete Führungen
vorzusehen.
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Durch
den Druck auf das Bedienfeld 2 wird dann beispielweise
für die
skizzierte Verwendung der Bedienvorrichtung 1 der Zeichenerkennungsmodus beendet,
und das Bedienfeld 2 in einen Auswahl-Modus zum Scrollen
oder Durchrollen einer Liste umgeschaltet. Dazu wird das Bedienfeld 2 beispielsweise in
drei übereinanderliegende
selektierbar Zonen mit den Funktionalitäten „Markierung aufwärts verschieben", „Auswahl
der markierten Position" und „Markierung
abwärts
verschieben" eingeteilt:
Eine Berührung der
oberen Zone und anschließendes
Niederdrücken des
Bedienfeldes bewirkt dabei die Verschiebung der Markierung in der
Liste 11 um eine Position nach oben, wobei die Liste 11 ggf.
um bisher nicht sichtbare Einträge
aktualisiert wird, eine Berührung
der unteren Zone und Niederdrücken
des Bedienfeldes bewirkt die Verschiebung der Markierung entsprechend nach
unten. Die Auswahl einer markierten Position wird beispielsweise
gültig
vorgenommen, indem die mittlere Zone des Bedienfelds 2 berührt wird,
und das druckempfindliche Bedienfeld niedergedrückt wird. Für das dargestellte Beispiel
heißt
das, dass die ausgewählte
Stadt als Ziel für
das Navigationssystem in das Eingabefeld 12 übernommen
wird.
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Die
Erkennung des Druckes kann aber auch mit Hilfe der zum Bedienfeld
gehörigen
Sensorik realisiert werden. Bei Verwendung einer resistiven Sensorik
wird hierzu die Widerstandsänderung
des Fingerdrucks ausgewertet, bei einer kapazitiven Sensorik die
Auflagefläche
des Fingers. Eine resistive Sensorik kann auch mit Handschuhen bedient
werden.
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3 zeigt die Bedienvorrichtung 1 mit strukturierter,
taktil erfassbar ausgeprägter
Oberfläche,
wie sie für
eine sichere Orientierung auch bei blinder Bedienung zur Auswahl
von Menüpunkten einsetzbar
ist. Die Menüpunkte
entsprechen den selektierbaren Zonen 7 auf dem Bedienfeld 2,
die fühlbar
vertieft zwischen der angehobenen funktionslosen Zone 8 liegen.
Die funktionslose Zone 8 wird durch Einfüllen eines
Mediums durch eine Öffnung 4 in
der Bedienfeld 2 in die Bereiche zwischen der lose aufliegender,
dehnbaren Folie und Bedienfeld gegenüber den fest mit der Bedienfeld
verbundenen Folienbereichen angehoben. Die geometrische Anordnung ist
nur beispielhaft zu verstehen; die selektierbaren Zonen können auch
andere Formen haben.
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Jede
selektierbare Zone 7 auf dem Bedienfeld 2 entspricht
einem auswählbaren
Menüpunkt bzw.
einer Funktionalität.
Bei der abgebildeten Beispielanwendung sind die selektierbaren Zonen
mit den Funktionalitäten
einer Telefontastatur belegt, wobei eine „inverse" Telefontastatur, bei der die „Tasten" unter den umgebenden
Bereichen liegen, konturiert wird. Die veränderliche Funktionalität des Bedienfeldes
kann also jeweils als Menüstruktur
aufgefasst werden.
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Bei
Verwendung der Bedienvorrichtung 1 für auswählende Eingaben wird mit Hilfe
des zum berührungsempfindlichen
Bedienfeld 2 gehörenden
Positionserkennungsprogramms bestimmt, auf welcher Zone sich beispielsweise
der Finger eines Benutzers befindet. Damit im Falle einer Bedienung
des Bedienfelds mit dem Finger eine sichere Unterscheidung der verschiedenen
selektierbaren Zonen möglich
ist, können
die bedeutungs- oder funktionstragenden Bereiche auch durch dazwischenliegende
Bereiche ohne Bedeutung – Taub-Schaltung – voneinander
getrennt werden. Den gleichen Zweck erfüllen auch die angehobenen Bereiche
der taktil erfassbar strukturierten Bedienoberfläche, welche die Grenzbereiche zwischen
den verschiedenen selektierbaren Zonen von einem Fingerkontakt zum
berührungsempfindlichen
Bedienfeld isolieren.
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Trotz
der stellenweise fest mit dem Bedienfeld verbundenen Folie und der
dadurch festgelegten Struktur kann die erfindungsgemäße Bedienvorrichtung
auch nutzbringend für
Bedien-Menüs eingesetzt werden,
die anders als die Folienstruktur gegliedert sind, wenn die durch
die Folienstruktur vorgegebe ne Einteilung für die funktionale Einteilung
dieser Menüs sinnfällig genutzt
wird.
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Häufig benötigte Funktionalitäten, mit
denen Menüpunkte
oder selektierbare Zonen zur Bedienung von Funktionen im Fahrzeug – abhängig von der
jeweils implementierten Bedienlogik – belegt sein können, sind
beispielsweise: Die Verschiebung eines auf der Anzeigevorrichtung
gezeigten Markers beispielsweise nach oben oder unten (wie bereits
weiter oben beschrieben), die Eingabe einer Ziffer oder eines Zeichen
aus der angebotenen Auswahl, das Bestätigen oder Löschen von
Eingaben, eine Auswahl aus einer Menge von Alternativen u.a.m.
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Gibt – wie in 3 dargestellt –, die feste Verbindung
der Folie mit dem Bedienfeld beispielsweise die Struktur einer Telefontastatur
mit 4 Zeilen zu je 3 Spalten mit den Ziffern und Sonderzeichen sowie
einer „Wahl-Taste" unterhalb des Ziffernfeldes vor,
so können
für eine
Steuerung beispielsweise der Radiofunktionen „lauter", „leiser", „Sendersuchlauf vor", „Sendersuchlauf
zurück", die Zonen, die
auf der Telefontastatur den Ziffern „2", „4", „6", „8" und dem Bereich „Wählen" entsprechen, selektierbar
geschaltet oder programmiert werden, wobei dann „2" für „lauter", „8" für „leiser", „4" für „suche
Sender mit niedrigerer Frequenz" „6" für „suche
Sender mit höherer
Frequenz" steht,
und „Wählen" beispielsweise einen
Wechsel in ein anderes Menü ermöglicht.
Die übrigen
Bereiche können
zur besseren Unterscheidbarkeit für die Positionserkennung taub
geschaltet werden.
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Somit
ist mit Hilfe der erfassbar strukturierten Oberfläche nicht
nur die volle funktionale Belegung – beispielsweise als Telefontastatur – ohne direkten Blickkontakt
bedienbar, sondern auch Bedienvorgänge, die Teilbelegungen oder
Zusammenfassungen der vorhandenen Strukturen darstellen – beispielsweise
Auswahlfunktionen oder die Veränderung
von Einstellungen der Art „lauter/leiser" oder „wärmer/kälter" –, da der Benutzer auch in
diesen Fällen
die Lage der zur Auswahl ste henden Funktionalitäten gemäß der vorgegebenen Einteilung
der Oberfläche
erfassen kann.
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Taste 6 im
Gehäuse
der Bedienvorrichtung 1 dient im Hinblick auf hierarchisch
organisierte Bedienmenüs
zur Darstellung von Sonderfunktionen, wie z.B. zur Realisierung
einer Escape-Funktion
zum schnellen Rücksprung
aus tieferen Bedienmenü-Ebenen in höher gelegene
Bedienmenü-Ebenen oder
zum Löschen
der jeweils zuletzt gemachten Eingabe.
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Für die Realisierung
von Lösch-
oder Escape-Funktionen sind verschiedene Implementierungen denkbar:
Einmaliges kurzes Drücken
der Escape-Taste 6 kann je nach der gerade aktuellen Bedienart
die Löschung
der letzten Eingabe oder bei leerem oder nicht vorhandenem Eingabefeld
die Rückkehr
in den Anfangsbedienzustand des gerade zur Bedienung ausgewählten Systems
bewirken. Eine Betätigung
der Escape-Taste 6 dreimal kurz hintereinander oder einmal
lang kann beispielsweise als Abbruch der Bedienung der jeweiligen
Funktion und Rückkehr zurück ins Start-
oder Hauptmenü umgesetzt
werden.
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Im
Gehäuse
der Bedienvorrichtung 1 können unter dem Bedienfeld nebst
der zum Bedienfeld gehörenden
Elektronik zur Erfassung der Fingerposition auch folgende Mittel
zum Betreiben der Bedienvorrichtung untergebracht sein: Pumpen zur
Umgestaltung der Oberflächenform,
Behälter
zum Zwischenspeichern des Mediums, Schaltelemente zur Realisierung
des Druckpunktes des Bedienfelds, Aktuatoren für Vibrationssignale sowie Verbindungen zu
einer Steuerelektronik, mit der die Bedienvorrichtung bzw. die Funktionen
des Bedienfeldes gesteuert werden.
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4 zeigt die Darstellung
einer möglichen funktionalen
Belegung des Bedienfeldes aus 3 auf
einer Anzeigevorrichtung 10 zur Orientierung des Benutzers über die
Anordnung und Bedeutung der einzelnen auswählbaren Menüpunkte – hier beispielsweise die Funktionalität einer
Telefontastatur –, sowie weitere
Informationen zur Benutzerführung, z.B.
ein Eingabefeld 13 zur Orientierung des Benutzers über die
erfolgten Eingaben.
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Zur
optimalen Benutzerführung
wird die für eine
Bediensituation geltende funktionale Belegung des Bedienfelds auf
der Anzeigevorrichtung korrespondierend zur Anordnung der selektierbaren
Zonen auf dem Bedienfeld dargestellt. Detektiert die zum berührungsempfindlichen
Bedienfeld gehörende
Positionserkennung einen Fingerkontakt im Bereich einer selektierbaren
Zone, wird der dieser Zone entsprechende Bereich auf dem Display
in seiner optischen. Darstellung gegenüber den anderen dargestellten
Auswahlmöglichkeiten
optisch hervorgehoben. Weitere Bereiche auf Anzeigevorrichtung,
wie z.B. die Eingabefelder 12 und 13 in 2 bzw. 4 geben dem Benutzer einen Überblick über bereits
getätigte
Eingaben.
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Um
die Unabhängigkeit
des Benutzers von Kontrollblicken auf die Bedienvorrichtung 1 zu
fördern,
können
die Bedienvorgänge – also die
Handlungen des Benutzers zur Bedienung der Systeme im Fahrzeug – durch
Pulse und Vibrationen des Bedienfelds unterstützt werden: Bei Erkennung einer Neu-Kontaktierung
einer selektierbaren Zone kann dem Benutzer beispielsweise ein kurzes
Vibrieren signalisieren, dass er seinen Finger auf einen neuen Menüpunkt bewegt
hat. Hat der Benutzer eine Auswahl eines Menüpunktes durch Betätigung der
Enter-Funktion – beispielsweise
durch Druck auf das Bedienfeld – bestätigt, kann
beispielsweise zweimaliges kurzes Vibrieren anzeigen, dass ein Menüpunkt gültig ausgewählt wurde,
oder ein langes Vibrieren kann anzeigen, dass eine mehrere Schritte
umfassende Eingabe erfolgreich abgeschlossen wurde. Etwaig auftretende
Fehlbedienungen können
dem Benutzer beispielsweise durch dreimaliges mittellanges Vibrieren
angezeigt werden.
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Die
Pulse oder Vibrationen können
zudem „sprechend" gestaltet werden,
so dass die funktionale Bedeutung des jeweils durch den Finger des
Benutzers kontaktierten Zone unterstrichen wird. Beispielsweise
kann dies so implementiert werden, dass bei einer funktionalen Belegung
der selektierbaren Zonen des Bedienfeldes mit einem Ziffernfeld
die Oberfläche
bei Berührung
der die Ziffer „z" repräsentierenden
Zone z-mal innerhalb eines festen Zeitintervalls pulsiert, wobei
dieses Muster wiederholt wird, solange die entsprechende Zone berührt bleibt.
Um Ziffern oder anderen funktionalen Belegungen, die durch Pulse
oder Vibrationen in der Bedienoberfläche dargestellt werden, möglichst
gut voneinander unterscheidbar zu machen, können aussagekräftige rhythmische
Gruppierungen von Pausen, Pulsen und Vibrationen, kombiniert mit
verschiedenen Tempi, gebildet werden. Zusätzlich können die Vibrationen bezüglich ihrer
Stärke
variiert werden.
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In 5 zeigt einen Querschnitt
durch das Bedienfeld 2 und die daraufliegende Folie 15 der
Bedienvorrichtung 1 mit einer taktil erfassbaren Oberfläche, wie
sie z.B. in 3 dargestellt
ist, die durch Anheben der nicht mit dem Bedienfeld verbundenen
Folienbereiche 16 durch Aufbau eines Drucks gegenüber den
festverbundenen Folienbereichen 17 plastisch strukturiert
wird.
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6 zeigt die Unterseite eines
handelsüblichen
berührungsempfindlichen
Bedienfeldes 2 mit der Elektrodenanordnung einer kapazitiven
Sensorik zu Positionsbestimmung eines Fingers oder Griffels auf
der Oberseite des Bedienfeldes 2 mit einer Öffnung 4 zum
Durchlass eines Mediums zum Anheben bzw. Absenken der lose auf dem
Bedienfeld aufliegenden Folienbereiche 15. Die Öffnung im
Bedienfeld ist mittig in eine der Elektroden 19 der kapazitiven
Sensorik platziert, so dass keine Unterbrechungen in der leitenden
Schicht entstehen. (Die Elektroden der dargestellten kapazitiven
Sensorik auf dem Bedienfeld 2 sind mit 19 bezeichnet,
isolierte Bereiche mit 18.) Auf diese Weise sind die Sensorfunktionen
des berührungsempfindlichen
Bedienfelds 2 zur Positionsbestimmung bzw. zur Zeicheneingabe
trotz dieser Öffnung 4 ohne
Weiteres gewährleistet,
zumal die Eingaben auf dem erfindungsgemäßen Bedien feld für den Einsatz
im Fahrzeug mittels Finger am zweckmäßigsten sind, und daher die
im Verhältnis zum „Schreibwerkzeug" und den einzugebenden
Einzelzeichen kleine Unstetigkeit nicht ins Gewicht fällt. Ebenso
wenig ist dadurch die Positionsbestimmung bei der Selektion von
Menüpunkten
gestört,
da die Größe der Öffnung 4 auch
im Verhältnis
zur Ausdehnung der selektierbaren Zonen, die wiederum mit einem
Finger ausgewählt
werden, nicht ins Gewicht fällt.
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Die Öffnung 4 zur
Ein- bzw. Ableitung des Mediums liegt beim dargestellten Ausführungsbeispiel,
wie es in 3 bzw. in 4 veranschaulicht ist, zwischen
den „Tasten"-Belegungen „5", „6", „8" und „9"). Die Öffnung ist
durch eine entsprechende Bohrung einfach herzustellen. Dies ist
der beschriebenen Weise auch mit einem resistiven Bedienfeld möglich.
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Für Anordnungen
der Folie 15 auf dem Bedienfeld 2, in denen die
lose aufliegenden Bereiche 16 nicht zusammenhängen, ist
es auch möglich
mehrere Öffnungen
zum Ein- bzw. Auslassen eines Mediums vorzusehen. Mehrere Öffnungen
sind auch für einen
verbesserten Druckaufbau, beispielsweise bei einer sehr verzweigten
Topologie der anzuhebenden Folienbereiche, günstig. Will man jedoch Öffnungen im
Bedienfeld vermeiden, können
auch Einlässe
für das
Medium durch den ansonsten unlösbar
mit der Folie verbundenen Randbereich des Bedienfelds, beispielsweise
mit Hilfe von Schläuchen
oder Kanülen,
vorgesehen werden.
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Im
Einzelnen bezeichnen die in allen Figuren übereinstimmenden Zeichen:
-
- 1
- die
Bedienvorrichtung,
- 2
- ein
berührungsempfindliches
Bedienfeld mit einer darüber
-
- liegenden
Folie,
- 3
- ein
Gehäuse,
welches das Bedienfeld 2 umfasst,
- 4
- eine Öffnung im
Bedienfeld 2,
- 5
- eine
handschriftliche Eingabe auf dem Bedienfeld 2,
- 6
- eine
Taste im Gehäuse 3,
- 7
- selektierbare
Zonen,
- 8
- funktionslose
Zonen,
- 10
- eine
Anzeigevorrichtung,
- 11
- eine
Liste,
- 12
und 13
- Eingabefelder,
- 14
- Anzeige-Darstellung
einer möglichen funktionalen
Belegung
-
- der
Bedienvorrichtung mit den Funktionen einer Telefontas
-
- tatur
als Menüpunkten,
- 15
- eine
dehnbare Folie,
- 16
- lose
aufliegende Folienbereiche,
- 17
- fest
mit dem Bedienfeld 2 verbundene Folienbereiche,
- 18
- isolierte
Bereiche der Sensorik und
- 19
- Elektroden
der Sensorik