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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Handgeste, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, erfolgt, ein Abtastsystem zum Erkennen von Handgesten auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, durch Ausführen eines solchen Verfahrens, ein Lenkrad mit einer Handgestenerkennung, die ein solches Abtastsystem umfasst, und ein Softwaremodul zum automatischen Ausführen eines solchen Verfahrens.
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Hintergrund der Erfindung
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Auf dem Gebiet von Sensoranwendungen im Kraftfahrzeugbereich ist bekannt, Sensoren für sogenannte Hands Off Detection Systems (HOD, Systeme zur Erkennung, dass keine Handberührung vorliegt) einzusetzen, in denen einer oder mehrere Sensoren Informationen darüber bereitstellen, ob ein Fahrer seine Hände auf einem Lenkrad eines Fahrzeugs platziert hat oder nicht. Diese Informationen können einem automatischen Fahrerassistenzsystem (Automatic Driver Assistance System, ADAS), wie einer automatischen Distanzregelung (Adaptive Cruise Control, ACC), bereitgestellt werden, das, basierend auf dem bereitgestellten Sensorsignal, den Fahrer oder die Fahrerin warnen und ihn oder sie daran erinnern kann, wieder die Kontrolle über das Lenkrad zu übernehmen. Insbesondere können solche HOD-Systeme als Unterstützung verwendet werden, um eine Anforderung der Wiener Konvention zu erfüllen, dass der Fahrer jederzeit die Kontrolle über sein Fahrzeug behalten muss. HOD-Systeme können auch in einem Parkassistenzsystem oder einem ADAS eingesetzt werden, das dafür konfiguriert ist, eine Fahreraktivität bei hoher Geschwindigkeit auszuwerten.
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Es ist ferner bekannt, kapazitive Sensoren in Fahrzeug-HOD-Systemen einzusetzen.
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Zum Beispiel schlägt die
WO 2016/096815 A1 einen planaren flexiblen Träger zur Verwendung in der Lenkradbeheizung und/oder beim Abtasten des Vorliegens der Hand (Hände) des Fahrers auf dem Lenkrad vor. Der planare Träger, der zur Montage an einem Kranz eines Lenkrads ohne Falten eingesetzt werden kann, umfasst einen Abschnitt von planarer flexibler Folie von grob rechteckiger Form mit zwei Längsseiten und zwei lateralen Seiten. Eine Länge B der lateralen Seiten beträgt das 0,96- bis 1 ,00-fache des Umfangs des Kranzes. Eine Anzahl von N Ausschnitten pro Längeneinheit ist auf jeder der Längsseiten vorgesehen, wobei sich die Ausschnitte einer Seite versetzt relativ zu entgegengesetzten Ausschnittabschnitten auf der gegenüberliegenden Seite befinden. Das Bestimmen einer optimalen Form und Größe der Ausschnitte wird beschrieben. Ferner werden ein Wärmeträger, eine Heiz- und/oder Abtastvorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung beschrieben.
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Es sind in der Technik kapazitive HOD-Sensorsysteme mit mehreren Zonen bekannt, die eine Vielzahl von getrennten und unabhängigen Abtastzonen entlang des Lenkrads umfassen. Diese kapazitiven HOD-Sensorsysteme sind in der Lage, verschiedene Arten des Haltens des Fahrzeuglenkrads durch den Fahrer zu unterscheiden (eine Hand, zwei Hände, Winkelposition).
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Zum Beispiel beschreibt das europäische Patent
EP 1 292 485 B1 ein Lenkrad für ein Fahrzeug, das einen Lenkkranz, eine Nabe und mindestens eine Speiche, die den Lenkkranz und die Nabe miteinander verbinden, umfasst. Auf dem Lenkkranz sind Sensoren verteilt über den Umfang des Lenkkranzes angeordnet und erstrecken sich über die gesamte Länge des Lenkkranzes. Die Sensoren können zum Betrieb auf einer widerstandsfähigen, kapazitiven oder induktiven Basis konfiguriert sein. Die Sensoren sind in eine Vielzahl von Segmenten unterteilt, die hintereinander in der Längsrichtung des Lenkkranzes angeordnet sind. Der Abstand zwischen zwei Segmenten eines Sensors zueinander in der Längsrichtung des Lenkkranzes ist kleiner als eine Fingerbreite, wobei die Segmente der Sensoren in der Längsrichtung des Lenkkranzes kürzer als eine Fingerbreite sind. Dadurch können der Daumen und die Finger der Hand zuverlässig voneinander unterschieden werden, und es wird eine hohe räumliche Auflösung erreicht.
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Mit derartigen kapazitiven HOD-Systemen ist es nur möglich, eine Berührungspositionierung oder eine Positionierung einer greifenden Hand basierend auf dedizierten Sensorzonen zu erkennen. Eine Positionserkennung ist nur basierend auf der Sensorflächengröße möglich.
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Der Einsatz anderer Sensoren wurde auch für HOD-Anwendungen vorgeschlagen. Die
WO 2019/086388 A1 beschreibt ein System zum Erkennen, ob sich mindestens eine Hand eines Benutzers auf einem Lenkrad befindet. Das System basiert im Allgemeinen auf einer Messung mittels Time Domain Reflectrometry (TDR). Das System umfasst eine Signalleitung, die sich von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt erstreckt und entlang zumindest eines Abschnitts einer Oberfläche des Lenkrads angeordnet ist. Das System schließt ferner eine Erkennungseinheit ein, die an den ersten Punkt gekoppelt ist. Die Erkennungseinheit ist dafür konfiguriert, ein zeitabhängiges Erkennungssignal zu senden, das entlang der Signalleitung wandert, ein reflektiertes Signal zu empfangen, das entlang der Signalleitung wandert, und basierend auf dem reflektierten Signal das Vorliegen einer Hand auf der Oberfläche zu erkennen.
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Aufgabe der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Abtastsystem mit geringer Komplexität zur Verfügung zu stellen, das zumindest zum Erkennen von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, insbesondere einem Fahrzeuglenkrad, zum Zweck der Erkennung von Handgesten eingesetzt werden kann, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf dem Lenkrad, erfolgen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erkennen einer Handgeste, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, erfolgt, nach Anspruch 1, ein Abtastsystem zum Erkennen solcher Handgesten nach Anspruch 5 und ein Lenkrad mit einer Handgestenerkennung nach Anspruch 6 gelöst.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erkennen einer Handgeste, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, erfolgt, durch Bedienen eines Abtastsystems gelöst. Das Abtastsystem umfasst mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung, die so angeordnet ist, dass sie sich entlang eines Teils einer Oberfläche des Objekts mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand von irgendeinem Abschnitt der mindestens einen Signalleitung von einem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Objekt erstreckt, eine Signalspannungsquelle, die betrieblich an jede Signalleitung anschließbar ist, und eine Steuer- und Auswerteeinheit, die betrieblich an jede Signalleitung anschließbar ist.
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Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte:
- - durch Bedienen der Signalspannungsquelle Bereitstellen eines zeitabhängigen Messsignals für eine Signalleitung, das dazu bestimmt ist, entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung zu laufen,
- - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Empfangen des Messsignals, nachdem es zumindest teilweise von mindestens einem Abschnitt der Signalleitung, der das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde,
- - Bedienen der Steuer- und Auswerteeinheit zum Bestimmen einer Position oder von Positionen auf dem Objekt des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung, der bzw. die das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat bzw. haben,
- - Speichern der bestimmten Position oder Positionen auf dem Objekt,
- - Wiederholen der vorgenannten Schritte eine bestimmte Anzahl von Malen zum Erhalten von mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen auf dem Objekt,
- - Vergleichen der erhaltenen mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen auf dem Objekt mit mindestens einem vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen, um einen Ähnlichkeitsgrad herzuleiten, und
- - Bereitstellen eines Ausgangssignals, das das vordefinierte Muster von aufeinanderfolgenden Positionen anzeigt, falls der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad geringer als ein vordefinierter Schwellenwert ist.
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Der Begriff „Signal“, wie er in der gesamten vorliegenden Anmeldung verwendet wird, versteht sich als elektrisches oder elektromagnetisches Signal. Der Begriff „(elektrisch) verbunden“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist insbesondere als durch eine galvanische Verbindung oder eine kapazitive oder induktive Kopplung elektrisch verbunden zu verstehen.
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Im Allgemeinen basiert das Abtastsystem für die Handpositionierungserkennung gemäß der Erfindung auf der Time Domain Reflectrometry (TDR), und das bereitgestellte zeitabhängige Messsignal, das entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung laufen soll, ist für TDR-Messungen geeignet. Die Signalform des zeitabhängigen Messsignals kann von der spezifischen Anwendung abhängen.
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Das bereitgestellte zeitabhängige Messsignal läuft entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung und wird zumindest teilweise von einer Stoßstelle bzw. einem Impedanzsprung entlang der Signalleitung reflektiert. Solche Stoßstellen können vorübergehend durch eine Hand oder einen oder mehrere Finger der Hand eines Bedieners des Objekts, insbesondere des Lenkrads, die in der Nähe der Signalleitung positioniert sind, erzeugt werden. Die Art der erfassten Stoßstelle oder Stoßstellen wird durch die Art der Handpositionierung auf dem Objekt, insbesondere dem Lenkrad, bestimmt.
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Mit der apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand eines beliebigen Abschnitts der mindestens einen Signalleitung von einem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Objekt wird es dem vorgeschlagenen Abtastsystem ermöglicht, Positionen von erkannten Stoßstellen auf dem Objekt zu bestimmen. Diese Informationen können zum Bestimmen von Szenarien einer Handpositionierung auf dem Objekt, wie zum Beispiel Handberührungspositionierungen, genutzt werden.
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Das vorgeschlagene Verfahren kann unter Verwendung von Prinzipien der Time Domain Reflectometry (TDR) eine Positionserkennung eines Ablaufs von Handberührungspositionierungen mit hoher Auflösung ermöglichen. Durch Vergleichen mehrerer aufeinanderfolgend bestimmter Positionen mit mindestens einem vordefinierten Muster kann die Erkennung von Handgesten, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf dem Objekt erfolgen, erreicht werden.
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Die Handgesten, die durch das vorgeschlagene Verfahren erkannt werden sollen, können einer Vielzahl von verschiedenen zusätzlichen Funktionen zugeordnet werden, zum Beispiel Komfortfunktionen, wie Multimediafunktionen. Der Ablauf von Handberührungspositionierungen, die eine Handgeste bilden, kann durch eine Hand oder durch beide Hände des Bedieners des Objekts ausgeführt werden. Die Handberührungspositionierungen können unter anderem einfache Berührungspositionierungen mit einer Hand oder zwei Händen, mehrfache Berührungspositionierungen mit einer Hand oder zwei Händen und Positionierungen eines Handgreifens mit einer Hand oder zwei Händen einschließen.
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Vorzugsweise umfasst der Schritt des Vergleichens das Vergleichen der erhaltenen mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen mit mehreren vordefinierten Mustern von aufeinanderfolgenden Positionen, um einen Ähnlichkeitsgrad für jedes vordefinierte Muster der mehreren vordefinierten Muster herzuleiten. Auf diese Weise können mehrere Handgesten, die durch verschiedene Abläufe von Handberührungspositionierungen auf dem Objekt gebildet werden, zuverlässig unterschieden und erkannt werden.
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Vorzugsweise kann ein Ausführen der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durch eine Parametereinstellung in dem Abtastsystem aktiviert oder deaktiviert werden. Auf diese Weise kann die gleiche Gestalt des Abtastsystems mit oder ohne die Funktion einer Handgestenerkennung verwendet werden. Vorzugsweise ist die Parametereinstellung in dem Abtastsystem als Softwareparametereinstellung innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit gestaltet.
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In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens schließt der Schritt des Wiederholens der vorgenannten Schritte das Wiederholen der Schritte eine vorbestimmte Anzahl von Malen entsprechend einem Zeitraum zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden ein. Auf diese Weise kann eine hohe Zuverlässigkeit für die Erkennung der Handgeste erreicht werden. Ferner kann das Verfahren ein Erkennen von komplexen Handgesten ermöglichen, die von einem Bediener oder Benutzer des Objekts, insbesondere des Lenkrads, innerhalb des beschriebenen Zeitraums ausgeführt werden.
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Vorzugsweise ist das Objekt durch einen Kranz eines Lenkrads gebildet und das mindestens eine vordefinierte Muster von aufeinanderfolgenden Positionen schließen einen Wendepunkt in Bezug auf eine Umfangsrichtung des Kranzes des Lenkrads ein. Auf diese Weise können Handgesten, die durch Handberührungspositionierungen erfolgen, die ein Hin- und Herwischen einschließen, zuverlässig erkannt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Abtastsystem zum Erkennen von Handgesten, die durch eine Abfolge von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, insbesondere auf einem Kranz eines Lenkrads, erfolgen, zur Verfügung gestellt.
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Das Abtastsystem umfasst mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung, eine Signalspannungsquelle und eine Steuer- und Auswerteeinheit.
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Die mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung kann so angeordnet werden, dass sie sich entlang eines Teils einer Oberfläche des Objekts, insbesondere des Kranzes des Lenkrads, mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand von irgendeinem Abschnitt der mindestens einen Signalleitung von einem Referenzpunkt und Informationen über eine Position auf dem Objekt erstreckt.
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Die Signalspannungsquelle ist betrieblich an jede Signalleitung anschließbar und dafür ausgelegt, ein zeitabhängiges Messsignal zum Lauf entlang der jeweiligen angeschlossenen Signalleitung bereitzustellen.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit ist betrieblich an jede Signalleitung anschließbar und ist dafür ausgelegt,
- - das Messsignal zu empfangen, nachdem es zumindest teilweise von mindestens einem Abschnitt der Signalleitung, der das Messsignal bereitgestellt worden ist, reflektiert wurde,
- - eine Position oder Positionen auf dem Objekt des Abschnitts oder der Abschnitte der Signalleitung zu bestimmen, der bzw. die das Messsignal zumindest teilweise reflektiert hat bzw. haben,
- - die bestimmte Position auf dem Objekt zu speichern,
- - die vorgenannten Schritte eine bestimmte Anzahl von Malen zum Erhalten von mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen auf dem Objekt zu wiederholen,
- - die erhaltenen mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen auf dem Objekt mit mindestens einem vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen zu vergleichen, um einen Ähnlichkeitsgrad herzuleiten, und
- - ein Ausgangssignal bereitzustellen, das das vordefinierte Muster von aufeinanderfolgenden Positionen anzeigt, falls der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad geringer als ein vordefinierter Schwellenwert ist.
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Der Begriff „dafür ausgelegt sein“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als speziell programmiert, ausgelegt, eingerichtet oder angeordnet.
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Das vorgeschlagene Abtastsystem zur Handpositionierungserkennung auf einem Objekt, insbesondere auf einem Lenkrad, kann von geringer Komplexität und in der Lage sein, verschiedene Handgesten zu unterscheiden, die jeweils durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf dem Objekt erfolgen.
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Das zeitabhängige Messsignal kann ein Impulssignal sein, wie es bei der TDR häufig verwendet wird, aber es kann auch ein kontinuierliches Signal sein. In bevorzugten Ausführungsformen des Abtastsystems ist die Signalspannungsquelle dafür ausgelegt, ein pulsförmiges Signal, ein Frequenz-Wobbelsignal, ein phasenverschobenes abgestimmtes Pseudo-Zufallssignal oder ein Pseudo-Zufallssignal bereitzustellen. Dadurch kann eine Gestaltungsfreiheit zum geeigneten Abdecken eines weiten Bereichs von Anwendungen bereitgestellt werden.
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Bei einer Frequenz-Wobbel-Sinuswelle kann die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt sein, eine schnelle Fouriertransformierte (FFT) auf das empfangene reflektierte Messsignal anzuwenden. Bei einem phasenverschobenen abgestimmten Pseudo-Zufallssignal oder einem Pseudo-Zufallssignal kann die Steuer- und Auswerteeinheit dafür ausgelegt sein, eine Kreuzkorrelation zwischen dem bereitgestellten Messsignal und dem empfangenen reflektierten Messsignal anzuwenden.
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Vorzugsweise bildet das vorgeschlagene Abtastsystem einen Teil eines Lenkrads eines Kraftfahrzeugs, und das Objekt ist von einem Kranz des Lenkrads gebildet. Der Begriff „Kraftfahrzeug“, wie er in dieser Patentanmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere dahingehend, dass er Personenwagen, LKWs, Zugeinheiten und Busse einschließt, obwohl die Anwendung auf andere Fahrzeuge, wie Flugzeuge oder Wasserfahrzeuge, im Rahmen der Erfindung auch in Betracht gezogen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Lenkrad mit Handgestenerkennung durch Handberührungserkennung bereitgestellt. Das Lenkrad umfasst eine Ausführungsform des Abtastsystems wie hier offenbart, wobei die mindestens eine elektrisch leitende Signalleitung so angeordnet ist, dass sie sich entlang eines Teils einer Oberfläche eines Kranzes des Lenkrads erstreckt. Die im Zusammenhang mit dem Abtastsystem gemäß der Erfindung beschriebenen Vorteile gelten vollumfänglich für das vorgeschlagene Lenkrad.
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Insbesondere ist das vorgeschlagene Lenkrad vorteilhaft im Kraftfahrzeugbereich anwendbar, d. h. zur Verwendung in einem Fahrzeug. Es wird im Rahmen der Erfindung jedoch auch in Betracht gezogen, das vorgeschlagene Lenkrad für Flugzeuge und Wasserfahrzeuge einzusetzen.
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In bevorzugten Ausführungsformen umfasst das Lenkrad ferner mindestens einen durchgehenden Abschnitt eines Kranzes des Lenkrads, der durch eine äußere Markierung erkennbar ist, d. h. für einen Bediener des Lenkrads erkennbar ist, wobei ein Abschnitt oder Abschnitte der mindestens einen Signalleitung auf dem mindestens einen durchgehenden Abschnitt des Kranzes angeordnet ist oder sind, der oder die ausschließlich für eine Handgestenerkennung verwendbar ist oder sind, und wobei der mindestens eine durchgehende Abschnitt einen Intervall oder Intervalle einer Laufzeit des Messsignals entlang der Signalleitung definiert. Auf diese Weise kann der Aufwand für das Erkennen von Handberührungspositionierungen für die Handgestenerkennung durch Fokussierung auf den Intervall oder die Intervalle der Laufzeit des Messsignals verringert werden, der oder die durch die Position des mindestens einen durchgehenden Abschnitts des Kranzes definiert ist oder sind.
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Ferner ist eine Position auf dem Kranz des Lenkrads, an der ein Bediener eine Eingabe in Form einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (Human Machine Interface, HMI) eingeben kann, zum Beispiel zum Auswählen oder Einstellen von Komfortfunktionen, wie Multimediafunktionen, gut definiert und leicht erkennbar.
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Vorzugsweise sind die ausschließliche Verwendung des Abschnitts oder der Abschnitte der mindestens einen Signalleitung zur Handgestenerkennung und der definierte Intervall oder die definierten Intervalle der Laufzeit schaltbar. Auf diese Weise kann die gleiche Gestalt der Signalleitung mit oder ohne die Funktion einer Handgestenerkennung verwendet werden, was einen Montageprozess des Lenkrads vereinfachen kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen des Lenkrads ist die ausschließliche Verwendung durch eine Parametereinstellung in der Steuer- und Auswerteeinheit schaltbar. Hierdurch kann sie in die Lage versetzt werden, die ausschließliche Verwendung nach Montage des Lenkrads oder sogar als Teil einer Nachrüstung, z. B. einer Hochrüstung, ohne Hardwareänderung zu inkorporieren.
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Vorzugsweise ist die Parametereinstellung in dem Abtastsystem als Softwareparametereinstellung innerhalb der Steuer- und Auswerteeinheit gestaltet, durch die die ausschließliche Verwendung zur Handgestenerkennung leicht zu jeder Zeit ausgeführt werden kann.
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In bevorzugten Ausführungsformen des Lenkrads ist der Abschnitt oder sind die Abschnitte der mindestens einen Signalleitung, der oder die auf dem mindestens einen durchgehenden Abschnitt des Kranzes des Lenkrads angeordnet ist oder sind, für eine Handgestenerkennung zu einem Zeitpunkt selektiv verwendbar, und zu einem anderen Zeitpunkt als Teil der mindestens einen Signalleitung selektiv verwendbar, um in einer Messung mittels Time Domain Reflectometry einer Ausführungsform des hier offenbarten Abtastsystems eingesetzt zu werden, um zur Handpositionierungserkennung auf dem Lenkrad verwendet zu werden.
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Mit anderen Worten kann die mindestens eine Signalleitung zu einem Zeitpunkt als Ganzes mit einem geeigneten Abtastsystem verwendet werden, das für die Handpositionierungserkennung (d. h. Berührungspositionierung oder Positionierung einer greifenden Hand) betrieben wird, und sie kann zu einer anderen Zeit mit einem Abschnitt oder Abschnitten der mindestens einen Signalleitung verwendet werden, der oder die auf dem mindestens einen durchgehenden Abschnitt des Kranzes angeordnet ist oder sind, der oder die ausschließlich für die Handgestenerkennung verwendet wird oder werden. Auf diese Weise können das Abtastsystem und die mindestens eine Signalleitung virtuell gleichzeitig verwendet werden, um die Sicherheitsfunktion der Hands-Off-Erkennung bereitzustellen und um zusätzliche Funktionen bereitzustellen, zum Beispiel Komfortfunktionen wie Multimediafunktionen.
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Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Softwaremodul zur Steuerung eines automatischen Ausführens von Schritten einer Ausführungsform des hier offenbarten Verfahrens vorgesehen.
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Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls umgewandelt, wobei der Programmcode in einer digitalen Speichereinheit des hier offenbarten Abtastsystems implementierbar und von einer Prozessoreinheit des hier offenbarten Abtastsystems ausführbar ist. Vorzugsweise kann die digitale Speichereinheit und/oder Prozessoreinheit eine digitale Speichereinheit und/oder eine Verarbeitungseinheit der Steuer- und Auswerteeinheit des Abtastsystems sein. Die Prozessoreinheit kann, alternativ oder ergänzend, eine andere Prozessoreinheit sein, die insbesondere so zugeordnet ist, dass sie mindestens einige der Verfahrensschritte ausführt.
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Das Softwaremodul kann eine robuste und zuverlässige Ausführung des Verfahrens ermöglichen und eine schnelle Modifikation von Verfahrensschritten gestatten.
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Diese und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen offensichtlich und durch diese erklärt.
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Es soll herausgestrichen werden, dass die Merkmale und Maße, die in der vorstehenden Beschreibung individuell detailliert angegeben sind, miteinander auf jede technisch bedeutende Weise kombiniert werden können und weitere Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Die Beschreibung kennzeichnet und spezifiziert die Erfindung insbesondere in Verbindung mit den Figuren.
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Figurenliste
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung, wobei:
- 1 schematisch ein Abtastsystem gemäß der Erfindung für die Erkennung von Handgesten, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt, das durch einen Kranz eines Lenkrads gebildet ist, erfolgen, in einem eingebauten Zustand veranschaulicht,
- 2 schematisch die elektrisch leitende Signalleitung des Abtastsystems gemäß 1 veranschaulicht,
- 3 schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem eine Hand eine Geste ausführt, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf dem Lenkrad erfolgt, und
- 4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen einer Handgeste, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Lenkrad erfolgt, durch Bedienen des Abtastsystems gemäß 1 ist.
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In den verschiedenen Figuren sind die gleichen Teile stets mit den gleichen Bezugssymbolen bzw. Bezugszeichen versehen. Somit werden sie normalerweise nur einmal beschrieben.
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Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
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1 veranschaulicht schematisch ein Abtastsystem gemäß der Erfindung zum Erkennen von Handgesten, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt erfolgen, das durch einen Kranz eines Lenkrads gebildet ist, in einem eingebauten Zustand. Der Klarheit halber ist nur der Kranz 40 oder der Lenkkranz des Lenkrads 38 gezeigt, der ferner mindestens eine Speiche umfasst, die den Kranz 40 mit einer Lenksäule über eine Nabe auf an sich bekannte Weise verbindet. Das Lenkrad 38 kann in einem Fahrzeug eingesetzt werden, das als Personenwagen gestaltet ist, es kann jedoch auch in einem Flugzeug oder einem Wasserfahrzeug eingesetzt werden.
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Das Abtastsystem 10 umfasst eine elektrisch leitende Signalleitung 12, eine Signalspannungsquelle 26 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 28.
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Die Signalleitung 12 des Abtastsystems 10 ist schematisch in 2 veranschaulicht. Die Signalleitung 12 kann als mäanderndes Muster geformt sein, das eine Vielzahl von halbkreisförmigen Wendungen umfasst, die durch geradlinige Abschnitte verbunden sind. Die Signalleitung 12 kann als koplanarer Wellenleiter mit einer elektrisch leitenden mittleren Leitung und zwei elektrisch leitenden Rückführleitungen gestaltet sein, die auf eine gleich beabstandete Weise auf beiden Seiten der mittleren Leitung angeordnet sind. Die mittlere Leitung und die Rückführleitungen können an einem flexiblen Dielektrikumträger 14, wie einer polymeren Folie, zum Beispiel durch Anwenden eines Siebdruckverfahrens, angebracht sein. Auf diese Weise ist die Signalleitung 12 dafür gestaltet, eine vorbestimmte gleichmäßige charakteristische Impedanz aufzuweisen, die durch Variieren der Geometrie und der relativen Positionen der mittleren Leitung und der Rückführleitungen, wie es im Stand der Technik allgemein bekannt ist, ausgelegt werden kann.
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Der flexible Dieleketrikumträger 14 kann mit einer elektrisch leitenden Massefläche hinterlegt werden, die als zusätzliche Rückführleitung des koplanaren Wellenleiters dient.
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Die Signalleitung 12 kann wie in 2 gezeigt ein offenes Ende haben, sie kann jedoch auch durch eine konzentrierte Impedanz abgeschlossen sein, die gleich der charakteristischen Impedanz ist, um Reflexionen an ihrem Ende zu vermeiden. Im Fall mit dem offenen Ende ist eine Totalreflexion zu erwarten, die als Zeitreferenzmarke verwendet werden kann.
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Eine maximale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten 16 des mäandernden Musters der Signalleitung 12 ist an eine Umfangslänge eines Querschnitts des Kranzes 40 des Lenkrads 38 angepasst, sodass eine maximale laterale Abmessung zwischen angrenzenden Wendepunkten 16 des mäandernden Musters mehr als 25 % und weniger als 50 % einer Umfangslänge des Querschnitts des Kranzes 40 des Lenkrads 38 beträgt und bei dieser speziellen Ausführungsform etwa 30 % der Umfangslänge betragen kann.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist die elektrisch leitende Signalleitung 12 so angeordnet, dass sie sich über einen Teil einer Oberfläche des Kranzes 40 des Lenkrads 38 erstreckt. Die Signalleitung 12 umfasst einen ersten Abschnitt 18, der so angeordnet ist, dass er sich entlang eines Teils einer Oberfläche 20 des Kranzes 40 des Lenkrads 38 erstreckt, die zu einem Bediener des Lenkrads 38 weist, d. h. normalerweise zum Fahrer des Fahrzeugs. Die Signalleitung 12 umfasst ferner einen zweiten Abschnitt 22, der so angeordnet ist, dass er sich über einen Teil einer Oberfläche 24 des Kranzes 40 des Lenkrads 38 erstreckt, die von dem Bediener des Lenkrads 38 weg weist. Der erste Abschnitt 18 und der zweite Abschnitt 22 der Signalleitung 12 sind ohne Stoßstelle elektrisch in Reihe geschaltet.
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Die Signalleitung 12 ist auf der Oberfläche des Kranzes 40 des Lenkrads 38 mit einer apriorischen Kenntnis über eine Beziehung zwischen einem Abstand von jeglichem Abschnitt der Signalleitung 12 von einem Referenzpunkt 44 und Informationen über eine Position auf dem Kranz 40 eingebaut und angeordnet. Jeder Punkt der Signalleitung 12 kann als Referenzpunkt gewählt werden. In dieser spezifischen Ausführungsform ist der Referenzpunkt 44 so gewählt, dass er sich an einem Eingangsende der Signalleitung 12 befindet. Eine Position eines jeden Abschnitts der Signalleitung 12 auf dem Kranz 40 kann durch Spezifizieren der Oberfläche, d. h. entweder die Oberfläche 20, die zum Bediener weist, oder die Oberfläche 24, die vom Bediener weg weist, und durch Spezifizieren eines Mittelwinkels in Bezug auf eine Winkelposition von Null definiert werden.
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Das Lenkrad 38 umfasst ferner einen durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40, der für den Lenkradbediener durch eine äußere Markierung erkennbar ist. Ein Abschnitt der Signalleitung 12 ist auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 angeordnet, der ausschließlich für eine Handgestenerkennung verwendbar ist. Der durchgehende Abschnitt 46 definiert Intervalle der Laufzeit des Messsignals entlang der Signalleitung 12 in Bezug auf den Referenzpunkt 44.
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Die Signalspannungsquelle 26 ist betrieblich an die Signalleitung 12 anschließbar und dafür ausgelegt, ein zeitabhängiges Messsignal zum Lauf entlang der angeschlossenen Signalleitung 12 bereitzustellen. Bei dieser Ausführungsform ist die Signalspannungsquelle 26 als integraler Bestandteil der Steuer- und Auswerteeinheit 28 gestaltet und hat dasselbe Gehäuse für eine verbesserte Signalverarbeitung und -steuerung durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28. In anderen Ausführungsformen kann die Signalspannungsquelle 26 als separate Einheit mit geeigneten Signal- und Steuerleitungen zu der Signalleitung 12 und der Steuer- und Auswerteeinheit 28 sein.
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In dieser spezifischen Ausführungsform ist die Signalspannungsquelle 26 zur Bereitstellung von impulsförmigen Signalen gestaltet, aber in anderen Ausführungsformen kann die Signalspannungsquelle zur Bereitstellung eines Frequenz-Wobbelsignals, eines phasenverschobenen abgestimmten Pseudo-Zufallssignals oder eines Pseudo-Zufallssignals konfiguriert sein.
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Die Steuer- und Auswerteeinheit 28 ist betrieblich mit der Signalleitung 12 sowie mit der Signalspannungsquelle 26 verbunden. Die Steuer- und Auswerteeinheit 28 kann einen Mikrocontroller aufweisen, der eine digitale Datenspeichereinheit 32, eine Prozessoreinheit 30 mit Datenzugriff auf die digitale Datenspeichereinheit 32 und eine Steuerschnittstelle 34 aufweist. Wie nachstehend erläutert wird, ist die Steuer- und Auswerteeinheit 28 zur automatischen Ausführung eines Verfahrens zum Erkennen einer Handgeste ausgelegt, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf dem Lenkrad 38 erfolgt.
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Der Abschnitt der Signalleitung 12, der auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 angeordnet ist, ist ausschließlich für eine Handgestenerkennung durch eine Parametereinstellung in der Steuer- und Auswerteeinheit 28 verwendbar. Durch Einstellen des passenden Softwareparameters werden die Intervalle der Laufzeit des Messsignals entlang der Signalleitung 12, die durch den durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 in Bezug auf den Referenzpunkt 44 definiert sind, von der Steuer- und Auswerteeinheit 28 der Handgestenerkennung zugeordnet.
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Das bedeutet, dass die Abschnitte der Signalleitung 12, die auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 des Lenkrads 38 angeordnet sind, zu einem Zeitpunkt selektiv für die Handgestenerkennung verwendbar sind, und zu einem anderen Zeitpunkt als Teile der Signalleitung 12 selektiv verwendbar sind, die in einer auf Time Domain Reflectrometry basierenden Messung des Abtastsystems 10 verwendet werden sollen, das für die Handpositionierungserkennung auf dem Lenkrad für HOD-Zwecke und insbesondere zum Unterscheiden von Berührungspositionen von Positionierungen einer greifenden Hand verwendet werden soll. Aufgrund der Geschwindigkeit des Betriebs des Abtastsystems 10 wird dies von dem Lenkradbediener nicht bemerkt.
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Falls der Softwareparameter nicht auf geeignete Weise eingestellt wurde, würden die Abschnitte der Signalleitung 12, die auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 des Lenkrads 38 angeordnet sind, in der auf Time Domain Reflectrometry basierenden Messung des Abtastsystems zu jeder Zeit verwendet, um für HOD-Zwecke für die Handpositionierungserkennung auf dem Lenkrad 38 verwendet zu werden. Somit kann dieselbe Abtastsystem-Hardware verwendet werden, um beiden Zwecken zu dienen.
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Nachstehend wird mit Bezug auf die 1 und 3, die schematisch das Abtastsystem gemäß 1 in einem Szenarium veranschaulicht, in dem eine Hand eine Geste ausführt, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf dem Lenkrad erfolgt, und 4, die ein Ablaufdiagramm des Verfahrens bereitstellt, eine Ausführungsform des Verfahrens zum Erkennen einer Handgeste, die durch einen Ablauf von Handberührungspositionierungen auf einem Objekt erfolgt, das durch das Lenkrad 38 gebildet ist, genauer durch den Kranz 40 des Lenkrads 38 gebildet ist, durch Betreiben des Abtastsystems 10 gemäß 1 beschrieben. Als Vorbereitung zum Bedienen des Abtastsystems 10 versteht sich, dass sich alle betroffenen Einheiten und Vorrichtungen in einem betriebsbereiten Zustand befinden und wie in 1 veranschaulicht konfiguriert sind.
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Um in der Lage zu sein, das Verfahren automatisch auszuführen, weist die Steuer- und Auswerteeinheit 28 ein Softwaremodul 36 auf. Die auszuführenden Verfahrensschritte werden in einen Programmcode des Softwaremoduls 36 umgewandelt. Der Programmcode ist in der digitalen Datenspeichereinheit 32 der Steuer- und Auswerteeinheit 28 implementiert und von der Prozessoreinheit 30 der Steuer- und Auswerteeinheit 28 ausführbar. Alternativ kann das Softwaremodul 36 auch in einer anderen Steuereinheit des Fahrzeugs angeordnet und von dieser ausführbar sein, und es würden eingerichtete Datenkommunikationsmittel zwischen der Steuer- und Auswerteeinheit 28 und der Fahrzeugsteuereinheit zum Ermöglichen einer gegenseitigen Datenübertragung verwendet.
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Eine Ausführung des Verfahrens kann durch eine geeignete Einstellung des Softwareparameters in der Steuer- und Auswerteeinheit 28 aktiviert oder deaktiviert werden.
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In einem ersten Schritt 50 des Verfahrens wird durch Bedienen der Signalspannungsquelle 26 der Signalleitung 12 ein zeitabhängiges Messsignal bereitgestellt. Das Messsignal soll entlang der angeschlossenen Signalleitung 12 laufen. Ohne eine Handpositionierung auf dem Lenkrad 38 und bei einer Signalleitung 12, die mit einer konzentrierten Impedanz abgeschlossen ist, wird keinerlei Reflexion erwartet. Das Bereitstellen des zeitabhängigen Messsignals kann durch die Steuer- und Auswerteeinheit 28 gesteuert werden. In anderen Ausführungsformen kann die Bereitstellung des zeitabhängigen Messsignals als Auslösesignal für die Steuer- und Auswerteeinheit 28 zum Beginnen der Ausführung der folgenden Schritte verwendet werden.
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In einem weiteren Schritt 52 des Verfahrens wird die Steuer- und Auswerteeinheit 28 zum Empfangen des Messsignals bedient, nachdem es zumindest teilweise von mindestens einem Abschnitt der Signalleitung 12 (auch als empfangenes reflektiertes Messsignal bezeichnet) reflektiert wurde.
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In einem nächsten Schritt 54 wird die Steuer- und Auswerteeinheit 28 zum Bestimmen von Positionen auf dem Kranz 40 der Abschnitte der Signalleitung 12, die das Messsignal zumindest teilweise reflektiert haben, bedient. Dies wird unter Verwendung der apriorischen Kenntnis über die Beziehung zwischen einem Abstand von irgendeinem Abschnitt der Signalleitung 12 von dem Referenzpunkt 44 (2) und Informationen über eine Position auf dem Kranz 40 (3) erhalten.
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Aufgrund der Softwareparametereinstellung in der Steuer- und Auswerteeinheit 28 wird eine bestimmte Position auf dem Kranz 40, die einer Laufzeit des Messsignals entspricht, das innerhalb des Intervalls der Laufzeit liegt, der durch den durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 definiert ist, von der Steuer- und Auswerteeinheit 28 als durch eine Handberührungspositionierung auf dem Lenkrad 40 erzeugt angesehen, die Teil eines Ablaufs von Handberührungspositionierungen ist, die eine Handgeste bilden.
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In einem weiteren Schritt 56 des Verfahrens werden die bestimmten Positionen auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 in der digitalen Datenspeichereinheit 32 gespeichert.
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Die beschriebenen Schritte 50-56 zum Bereitstellen des Messsignals für die Signalleitung 12, zum Empfangen des Messsignals, nachdem es reflektiert worden ist, zum Bestimmen von Positionen der Abschnitte der Signalleitung 12, die das Messsignal reflektiert haben, und zum Speichern der bestimmten Positionen werden eine vorbestimmte Anzahl von Malen wiederholt. Die vorbestimmte Anzahl von Malen entspricht einem Zeitraum, der zwischen 0,5 und 1,5 Sekunden liegen kann und in dieser spezifischen Ausführungsform als 1,0 Sekunden gewählt sein kann. Während dieser Zeit kann der Lenkradbediener eine Handgeste ausführen, die eine vorwärts und rückwärts wischende Geste auf dem durchgehenden Abschnitt 46 des Kranzes 40 einschließen kann.
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Infolgedessen werden mehrere gespeicherte, aufeinanderfolgend bestimmte Positionen auf dem Kranz 40 erhalten. In einem weiteren Schritt 58 werden die mehreren gespeicherten bestimmten Positionen aus der digitalen Datenspeichereinheit 32 abgerufen. In einem nächsten Schritt 60 werden die mehreren gespeicherten bestimmten Positionen mit einem vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen verglichen, um einen Ähnlichkeitsgrad herzuleiten. Das vordefinierte Muster von aufeinanderfolgenden Positionen schließt einen Wendepunkt in Bezug auf eine Umfangsrichtung des Kranzes 40 ein.
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Der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad wird in einem weiteren Schritt 62 mit einem vordefinierten Schwellenwert Thr verglichen. Falls der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad niedriger als der vordefinierte Schwellenwert Thr ist, wird in einem weiteren Schritt 64 von der Steuer- und Auswerteeinheit 28 ein Ausgangssignal bereitgestellt, das das vordefinierte Muster von aufeinanderfolgenden Positionen anzeigt, welches wiederum für eine spezifische Handgeste repräsentativ ist. Falls der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad gleich oder größer als der vordefinierte Schwellenwert Thr ist, werden die mehreren gespeicherten bestimmten Positionen mit einem anderen vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen verglichen, um einen weiteren Ähnlichkeitsgrad herzuleiten. Dies wird wiederholt, bis der hergeleitete Ähnlichkeitsgrad niedriger als der vordefinierte Schwellenwert Thr für eines der vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen ist, oder bis die mehreren gespeicherten, aufeinanderfolgend bestimmten Positionen zu keinem der vordefinierten Muster von aufeinanderfolgenden Positionen passt.
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Während die Erfindung im Einzelnen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
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Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung, durch Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und ausgeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und die unbestimmten Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ schließen keine Mehrheit aus, was eine Menge von mindestens zwei ausdrücken soll. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden Unteransprüchen aufgeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen soll als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abtastsystem
- 12
- Signalleitung
- 14
- flexibler Dieleketrikumträger
- 16
- Wendepunkt
- 18
- erster Abschnitt
- 20
- Oberfläche
- 22
- zweiter Abschnitt
- 24
- Oberfläche
- 26
- Signalspannungsquelle
- 28
- Steuer- und Auswerteeinheit
- 30
- Prozessoreinheit
- 32
- digitale Datenspeichereinheit
- 34
- Steuerschnittstelle
- 36
- Softwaremodul
- 38
- Lenkrad
- 40
- Kranz
- 42
- Hand
- 44
- Referenzpunkt
- 46
- durchgehender Abschnitt
- Thr
- vordefinierter Schwellenwert
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Bezugszeichenliste
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- 50
- Bereitstellen von Messsignal für Signalleitung
- 52
- Empfangen des reflektierten Messsignals
- 54
- Bestimmen von Position auf Kranz von Abschnitt der Signalleitung, der das Messsignal reflektiert hat
- 56
- Speichern von bestimmter Position auf Kranz in digitaler Datenspeichereinheit
- 58
- Abrufen von bestimmten Positionen auf Kranz aus digitaler Datenspeichereinheit
- 60
- Herleiten von Ähnlichkeitsgrad durch Vergleichen mit vordefiniertem Muster von aufeinanderfolgenden Positionen
- 62
- Vergleichen von Ähnlichkeitsgrad mit vordefiniertem Schwellenwert
- 64
- Bereitstellen von Ausgangssignal, das vordefiniertes Muster anzeigt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2016096815 A1 [0004]
- EP 1292485 B1 [0006]
- WO 2019086388 A1 [0008]
