DE19610700A1 - Bedienvorrichtung für menügesteuerte Funktionen eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.

Eine derartige Bedienvorrichtung ist aus der DE 35 14 438 C bekannt. Beim Betä­ tigungsteil handelt es sich um eine Vielzahl von Tastschaltern, die um den Bild­ schirm herum angeordnet sind. Damit wird die Funktion bzw. das Menü ausge­ wählt, das auf dem Bildschirm in unmittelbarer Nähe zur jeweiligen Betätigungsta­ ste dargestellt wird. Die bekannte Bedienvorrichtung erfordert einen erheblichen Platzbedarf, da sie neben der Bildschirmfläche auch noch Platz für die Betäti­ gungstaste in der unmittelbaren Nähe des Bildschirms erfordert. Häufig steht ein derartiger Platz nicht zur Verfügung.

Hinzu kommt das Problem der Anordnung des Bildschirms und der Betätigungsta­ sten unter ergonomischen Gesichtspunkten. Die benachbarte Anordnung von Bild­ schirm und Betätigungstasten ist ergonomisch ungünstig, da hohe Blickzuwen­ dungsseiten für die Auswahl und Betätigung der gewünschten Betätigungstaste erforderlich ist. Bei dem Einsatz in Fahrzeugen steht oftmals diese Zeit nicht zur Verfügung.

Ferner ist es bei Personalcomputern bekannt, die Auswahl von menügesteuerten Funktionen mit Hilfe einer Maus, eines Trackballs, Touch-Screens, Joysticks usw. vorzunehmen. Bei Anwendung in einem Fahrzeug ergibt sich daraus die Schwie­ rigkeit der fehlenden mechanischen Rückkopplung für die Lage der angewählten Funktion, ferner die Gefahr des "Davonlaufens", d. h. das Überschreiten des Bild­ schirms durch den mit Hilfe des Betätigungsteils auf der Bildschirmoberfläche be­ wegten Cursor, Rahmen oder das optische Feld sowie die Gefahr der versehentli­ chen, durch mechanische Erschütterungen bedingten Veränderung der angewähl­ ten Funktion durch entsprechende Bewegungen des Betätigungsteils.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Bedienvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die für den Einsatz in Fahrzeugen optimal angepaßt ist und die die räumliche Trennung von Betätigungsteil und Bildschirmoberfläche er­ möglicht. Letzteres bietet den Vorteil der optimalen Anordnung von Bildschirm und Betätigungsteil. Der Bildschirm läßt sich im Blickfeld des Fahrzeugbenutzers, das Betätigungsteil im Griffbereich anordnen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1.

Die mechanische Bewegung des Betätigungsteils wird auf der Bildschirmoberflä­ che abgebildet. Gleichzeitig wird durch die haptische Rückmeldung jede Änderung der angewählten Funktion auch ohne Blickzuwendung auf den Bildschirm bzw. das Betätigungsteil erkennbar. Es ist damit möglich, die angewählte Funktion "blind" zu verändern. Auch das Verlassen der Bildschirmoberfläche wird durch den mechani­ schen Anschlag verhindert. Die Gefahr einer unerwünschten, durch äußere Ein­ flüsse bedingten Veränderung der angewählten Funktion wird durch den mit der haptischen Rückmeldung verbundenen mechanischen Widerstand für die Bewe­ gung des Betätigungsteils verhindert. Auch wenn Anwahl und Auswahl der ge­ wünschten Funktion mit deutlichem zeitlichen Abstand vorgenommen werden, be­ steht nicht die Gefahr der zwischenzeitlich ungewollten Veränderung der ausge­ wählten Funktion durch unerwünschtes Verändern der Lage des Betätigungsteils.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 und 3 Einzelheiten von Fig. 1 in Seiten- und in Draufsicht und

Fig. 4 bis 6 weitere Ausführungsbeispiele, ebenfalls in perspektivischer Ansicht und

Fig. 7 und 8 Darstellungen zur Erläuterung der Wirkungsweise der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Bedienvorrichtungen.

Die in Fig. 1 gezeigte Bedienvorrichtung 1 ist der Mittelkonsole 2 eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) eingebaut. Sie dient dazu, die Auswahl eines Menüs, Teilmenüs bzw. einer in einem Teilmenü enthaltenen Funktion des Fahrzeugs auszuwählen. Hierzu ist das Menü, Teilmenü bzw. die auszuwählende Funktion auf einem Bild­ schirm 3 (Fig. 7) im Sichtfeld des Fahrzeugbenutzers dargestellt. Mit Hilfe der Be­ dienvorrichtung 1 wird ein Cursor 4 (Fig. 7) auf der Oberfläche des Bildschirms 3 positioniert. Hierzu dient ein Betätigungsteil 5, das in einem Rahmen 7 verfahrbar ist und in einer Führung 6 verläuft.

Das Betätigungsteil 5 besteht aus einem Schlitten 8, der mit seinen beiden Enden in der Führung 6 verläuft (aufgrund der perspektivischen Darstellung ist lediglich ein Ende des Schlittens 8 zu erkennen) sowie aus einem Schieber 9, der quer zum Schlitten 8 verschiebbar ist. Die durch einen Doppelpfeil 10 angegebenen Bewe­ gungsrichtungen des Schiebers 9 werden im folgenden als horizontal, die durch einen Doppelpfeil 11 symbolisierten Bewegungsrichtungen des Schlittens 8 werden im folgenden als vertikal bezeichnet.

Der innere Aufbau der Bedienvorrichtung von Fig. 1 ist in den Fig. 2 und 3 darge­ stellt. Die Bewegung des Schiebers 9 auf dem Schlitten 8 wird durch einen umlau­ fenden Zahnriemen 12 erfaßt und über die drehbare Welle 6′ der Führung 6 in eine Drehbewegung umgesetzt. Diese Drehbewegung wird durch einen Elektromo­ tor 13 erfaßt und in Stellbefehle für den Cursor 4 umgesetzt. Mit Hilfe des Elektro­ motors 13 ist es auch möglich, die Bewegung des Schiebers 9 zu unterstützen bzw. haptisch eine Rückmeldung an den Bediener zu geben. Hierzu kann über eine nicht dargestellte Wegerfassung der Elektromotor 13 so angesteuert werden, daß er in einem mittleren Bewegungsbereich des Schiebers 9, d. h. entfernt von dem durch den Rahmen 7 gegebenen Anschlag ein Moment auf den Zahnriemen 12 und damit den Schieber 9 aufbringt das dem durch die Reibung der mit dem Schieber bewegten Elemente wie Führungen 6′ und Zahnriemen 12 hervorgerufe­ nen Reibungsmoment entgegengerichtet ist. Bewegt sich der Schieber 9 zum Rahmen 7 hin, so kann anstelle eines unterstützenden Moments ein Moment auf­ gebracht werden, das in seiner Wirkung die Wirkung dieser Reibungsmomente verstärkt. Der Bediener erhält damit zusätzlich eine taktile Rückmeldung über die Stellung des Schiebers 9 innerhalb des gesamten, durch die beiden Anschläge am Rahmen 7 gegebenen Bewegungsbereich.

Bei der Vertikalbewegung des Schlittens 8 kann haptisch eine Rückmeldung an den Bediener bei Erreichen definierter Stellungen vorgenommen werden. Diese haptischen Rückmeldungen können beispielsweise erzeugt werden, indem z. B. über Permanentmagnete im bewegten und im statischen Teil ein ähnliches Kraft- Weg-Verhalten wie im oben beschriebenen Verfahren mit E-Motor erreicht wird (aber mit ortsfesten taktilen Rückmeldungen) oder indem auch für die Vertikalbe­ wegung ein E-Motor eingesetzt wird.

Damit erhält der Bediener stets eine Rückmeldung, in welcher Stellung sich der Schieber 9 befindet. Diese Rückmeldung wird ohne Blickzuwendung auf die Be­ dieneinrichtung erzielt. Der Fahrzeugbenutzer braucht sich lediglich auf den Bild­ schirm zu konzentrieren und kann dort erkennen, welche der dort dargestellten Funktionen, Teilmenüs bzw. Menüs durch eine entsprechende Stellung des Schie­ bers 9 innerhalb des gesamten, durch den Rahmen 7 begrenzten Betätigungsfeld eingestellt ist.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 ist anstelle eines in zwei Richtungen direkt verschiebbaren Betätigungsteils ein Aufbau gewählt, der aus einem in vertikaler Richtung verschiebbaren Körper 14 und einem demgegenüber verschwenkbaren Betätigungsteil 15 besteht. Das Betätigungsteil 15 ist am Körper 14 befestigt und um dessen abgerundete Vorderseite 16 herum bewegbar. Durch Bewegen des Körpers 14 innerhalb eines Rahmens 17, der dem Rahmen 7 entspricht, und bei dem es sich wiederum um die vertikale Bewegung entsprechend dem vorher be­ schriebenen Ausführungsbeispiel handelt, sowie die überlagerte Schwenkbewe­ gung entsprechend der horizontalen Bewegung des Betätigungsteils 15 wird es wiederum möglich, durch eine entsprechende Stellung des Betätigungsteils 5 in­ nerhalb des Betätigungsfelds (begrenzt durch den Rahmen 17) eine zugeordnete Funktion und dgl. auf dem Bildschirm 3 anzuwählen. Auch hier ist es möglich, die Bewegung des Körpers 14 und des Betätigungsteils 15 durch eine haptische Rückmeldung zu überlagern und damit dem Bediener ohne Blickzuwendung einen Eindruck zu vermitteln, an welcher Stelle sich das Betätigungsteil 15 befindet und damit welches der auf dem Bildschirm 3 wiedergegebenen Elemente angewählt ist. Auch wird es dadurch wie vorhin beschrieben möglich, den Übergang von einem Bildschirm-Element zum nächsten fühlbar zu machen.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 5 befindet sich ein Betätigungsteil 18 auf einer Platte 19, die in horizontaler und vertikaler Richtung beweglich ist. Die entspre­ chenden Pfeile 10 und 11 geben die möglichen Bewegungsrichtungen der Platte 19 an. Die Bewegung der Platte 19 wird begrenzt durch einen Anschlag, der durch einen Rahmen 20 gebildet ist und gegen den das Betätigungsteil 18 an den Gren­ zen seines Bewegungsbereichs an stößt. Durch eine entsprechende Transmission und dgl. ist es auch hier wiederum möglich, die Lageänderung des Betätigungsteils 18 und damit der Platte 19 zu erkennen und damit ein von den auf dem Bildschirm 3 angewählten Bildschirm-Elementen zu erhalten.

Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 6 ist wiederum eine Platte 21 entsprechend der Platte 19 vorgesehen, die ausschließlich in vertikaler Richtung (Pfeil 11) verschieb­ bar ist. Auf der Platte 21 drehbeweglich gelagert ist ein Drehknopf 22, der aus der Oberfläche der Platte 21 hervorsteht und der gedreht werden kann. Die Drehbe­ wegung des Drehknopfs 22 kann durch einen mechanischen Anschlag begrenzt sein, sie kann aber auch als Endlos-Drehbewegung ausgebildet sein. Die Drehbe­ wegung selbst kann durch Raststellungen eine haptische Rückwirkung erzeugen. Ebenso kann die Vertikalbewegung der Platte 21 bei Erreichen bzw. Überschreiten definierter Stellungen eine taktil erkennbare Rückmeldung an den Bediener abge­ ben.

Anhand von Fig. 7 ist der Zusammenhang zwischen der Stellung des jeweiligen Betätigungsteils (9, 15, 18 bzw. 22) innerhalb der Bedienvorrichtung der Fig. 1 bis 6 und der auf dem Bildschirm 3 angewählten Funktion, dem Teilmenü bzw. dem Menü (im folgenden Bild-Element) auf dem Bildschirm 3 geschrieben. Mit Hilfe des Betätigungsteils, beispielsweise 9 von Fig. 1 bis 3 wird ein Cursor 4 gesteuert, der sich auf der Oberfläche des Bildschirms 3 bewegt und dessen Stellung der Stel­ lung des Betätigungsteils 9 innerhalb des Bedienfeldes 7′ entspricht. Das Bedien­ feld 7′ ist für das Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 durch den Rahmen 7 begrenzt. Die Oberfläche 3′ des Bildschirms 3 ist in eine Anzahl von Felder aufge­ teilt, deren Begrenzungen durch strichliierte Linien symbolisiert ist. In einer linken Spalte befinden sich beispielsweise vier Felder, die insgesamt vier Menüs, nämlich für Navigation, Radio, Klimaanlage bzw. Bordcomputer (BC) zugeordnet sind.

Die Bedienfläche 7′ der Bedienvorrichtung ist, wie in Fig. 1 gezeigt durch den Rahmen 7 begrenzt. Sie befindet sich im Griffbereich. Innerhalb der Bedienfläche 7′ ist das Betätigungsteil 9 beweglich. Durch Verschieben des Betätigungsteils 9 läßt sich ein Menü bzw. eine Funktion des Menüs auswählen, die dem Bildschirm 3 an einer Stelle angeordnet ist, die der jeweiligen Lage des Betätigungsteils 9 zu­ geordnet ist. Zur besseren Verdeutlichung ist die Bedienfläche 7′ in eine entspre­ chende Anzahl von Felder aufgeteilt. Die Felder sind zur Verdeutlichung ebenfalls durch strichliierte Linien begrenzt.

Befindet sich das Betätigungsteil 9 an der eingezeichneten Stelle am linken oberen Rand der Bedienfläche 7′ so ist der in seiner Lage korrespondierende Cursor 4 in der dargestellten Stellung erkennbar und damit das dem Bildelement zugeordnete Menü "Navigationssystem" angewählt. Wird das Betätigungsteil 9 vertikal verscho­ ben (in der Figur nach unten), so gelangt es in das benachbarte Feld. Der syn­ chron sich bewegende Cursor nimmt damit eine Stellung ein, in der das nächste Menü, hier "Radioeinstellung" angewählt ist. Auf diese Weise läßt sich durch eine Vertikalbewegung des Betätigungsteils 9 in der dargestellten Weise, d. h. bei Be­ wegen am linken Rahmen 7 das gewünschte Menü anwählen.

Zur Auswahl des gewünschten Menüs ist ferner ein Auslöseschalter 22′ vorgese­ hen, der am Rande des Bedienfeldes 7 oder im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 neben dem Betätigungsglied 22 sitzt und bei dessen Betätigen das angewählte Menü ausgewählt wird. Auch ist es möglich, den Auslöseschalter mit dem Betäti­ gungsteil zu integrieren und wie beispielsweise in der DE 38 36 555 A beschrie­ ben, durch eine Bewegung des Schalters senkrecht zur Bewegungsebene des Betätigungsteils die jeweilige Schaltfunktion auszulösen.

Mit dem Auswählen des jeweiligen Menüs verbunden ist die Darstellung der Funk­ tionen des Menüs in den zugeordneten Feldern der Oberfläche 3′. Hier sind durch die strichliierten Linien abgetrennt insgesamt neun Felder dargestellt, in denen die­ se Funktionen angezeigt werden. Die Auswahl der gewünschten Funktion kann in entsprechender Weise durch entsprechende Justierung des Betätigungsteils 9 in dem Feld der Bedienfläche 7′ erfolgen, das dem Feld in der Oberfläche 3′ räumlich entspricht. Die Auswahl der Funktion kann mit Hilfe des Auslöseschalters, wie für das Menü beschrieben, erfolgen.

Die Einstellung des Betätigungsteils und damit die Anwahl des gewünschten Bild­ elements und damit der dem Bildelement zuordneten Funktion bzw. des zugeord­ neten Menüs der Bildschirmfläche 3′ wird unterstützt durch eine haptische Rück­ meldung, die für den Bediener am Betätigungsteil 9 fühlbar ist. Zum einen ist die Bewegung des Betätigungsteils 9 durch den Rahmen 7 begrenzt. Der Bediener erhält damit unmittelbar eine Information, an welcher Stelle innerhalb des Bedien­ feldes 7′ sich das Betätigungsteil 9 befindet. Ferner kann, wie anhand von Fig. 2 und 3 beschrieben, die Bewegung des Betätigungsteils in horizontaler Richtung mit Hilfe des Elektromotors 13 unterstützt werden. Schließlich kann bei Überschreiten einer durch eine strichliierte Linie dargestellten Feldbegrenzung durch eine ent­ sprechende haptische Rückmeldung dem Bediener signalisiert werden, daß er das zunächst eingestellte Feld verläßt und er sich nun in dem in vertikaler bzw. horizon­ taler Richtung anschließenden Feld befindet und er damit beispielsweise das nächste Menü bzw. die nächste Funktion angewählt hat.

Hierzu sei die Bewegung des Betätigungsteils 9, ausgehend von der in Fig. 7 strichpunktiert eingezeichneten Lage in einem Feld M1 (entsprechend Menüpunkt 1) in das benachbarte Feld M2 (entsprechend Menüpunkt 2) betrachtet. Über einen nicht dargestellten Stellungsgeber wird die Ausgangslage des Betätigungsteils 9 festgestellt. Über den Elektromotor wird bei der Verschiebung von M1 nach M2 eine Kraft aufgebracht, die im Diagramm von Fig. 8 dargestellt ist. In der Ausgangs­ lage in der Mitte des Feldes M1 wirkt keine Kraft auf das Betätigungsteil. Nähert er sich der durch eine strichlierte Linie angedeuteten (imaginären) Grenze zwischen den Feldern M1 und M2, so wird mit zunehmender Annäherung eine sich stets ver­ größernde Kraft durch eine entsprechende Ansteuerung des Elektromotors aufge­ bracht, die der Bewegung entgegengerichtet ist. Dies wird durch das negative Vor­ zeichen der Kraft angedeutet. Beim Überschreiten der Grenze zwischen den Fel­ dern M1 und M2 findet ein Richtungswechsel der Kraft statt, der im Idealfall sprun­ gartig verläuft, angedeutet durch den senkrechten Kraftverlauf an der Grenze g. Überschreitet das Betätigungsteil 9 die Feldgrenze, so wird nunmehr die Kraftrich­ tung umgedreht und zunächst eine relativ hohe, mit zunehmendem Abstand von der Feldgrenze sich verringernde Kraft in Bewegungsrichtung auf das Betätigungs­ teil 9 ausgeübt. Dies wird durch das positive Vorzeichen und den sich zur Mitte des Feldes M2 sich verkleinernden Wert der Kraft angedeutet. Befindet sich das Betä­ tigungsteil in der Mitte des Feldes M2, so wirkt wiederum keine Kraft auf das Betä­ tigungsteil. Die Kraft besitzt demnach den Wert 0.

Auf diese Weise wird es möglich, ohne Hinwendung zum Bedienfeld den Cursor 4 innerhalb der Oberfläche 3′ zu steuern und damit die gewünschte Funktion bzw. das gewünschte Menü anzuwählen und mit Hilfe des Auslöseschalters auszuwäh­ len. Die Anordnung des Bedienfeldes 7 kann im Griffbereich, die der Oberfläche 3′ des Bildschirm 3 im Sichtfeld des Fahrzeugbenutzers vorgenommen werden. Durch die haptische Rückmeldung wird die Blickzuwendungszeit verringert und somit die Fahrsicherheit gesteigert.

Claims (11)

1. Bedienvorrichtung für menügesteuerte Funktionen eines Fahrzeugs, die auf einem Bildschirm symbolisch darstellbar und durch ein Betätigungsteil an­ wählbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsteil (9, 15, 18, 22) zwischen mechanischen Anschlägen in eine Stellung bewegbar ist, die der Lage des Symbols der anwählbaren Funktion auf der Bildschirmoberflä­ che (3′) entspricht und daß bei einer Änderung der anwählbaren Funktion durch Bewegen des Betätigungsteils eine haptische Rückmeldung an das Betätigungsteil erfolgt.

2. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die In­ tensität der haptischen Rückmeldung zu den Anschlägen (7, 17) hin zu­ nimmt.

3. Bedienvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsteil in vertikaler Richtung (11) verfahrbar ist.

4. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Betätigungsteil in horizontaler Richtung (10) verfahrbar ist.

5. Bedienvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betätigungsteil eine mechanische Transmission (12) besitzt, der eine elek­ trische Abtasteinrichtung nachgeschaltet ist.

6. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Betätigungsteil (22) um eine Achse drehbar ist.

7. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Betätigungsteil (15) in horizontaler Richtung schwenkbar ist.

8. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Betätigungsteil in einem Rahmen (7, 17) verfahrbar ist.

9. Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dem Betätigungsteil ein Auslöseschalter (22′) zugeordnet ist, der die angewählte Funktion auslöst.

10. Bedienvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschalter mit dem Betätigungsteil bewegbar ist.

11. Bedienvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslöseschalter mit dem Betätigungsteil integriert ist.