DE19728174C1 - Steuersystem in Verbindung mit einer Bildschirmanzeige - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht von einem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierten Steuersystem in Verbindung mit einer Bildschirmanzeige aus.

Solche Steuersysteme sind dafür vorgesehen, eine X-Y-Richtungseingabe in eine angeschlossene, einen Bildschirm aufweisende Einrichtung zu ermöglichen. Dabei sind solche Steuersysteme z. B. als sogenannte Computer-Maus, Trackball usw. ausgebildet. Das kugelförmige Betätigungselement wird zur X-Y-Richtungseingabe eines auf dem Bildschirm dargestellten Anzeigeelementes z. B. Cursor benutzt. Entsprechend der Verstellung des Betätigungselementes wird das Anzeigeelement über den Bildschirm bewegt, dabei kann das Anzeigeelement z. B. an verschiedene Symbole, Menüpunkte, Menüunterpunkte, Buchstaben, Zeichen usw. geführt werden. Zur Auswahl, z. B. bestimmter Menüpunkte, kann eine Computer-Rollkugel auch in Z-Richtung betätigt werden.

Durch die JP 04-186 417 A und die DE 37 26 939 A1 sind jeweils dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechende Steuersysteme bekanntgeworden. Die z. B. in einem Computer-Tableau einsetzbaren Steuersysteme weisen je ein kugelförmig ausgebildetes Betätigungselement auf, welches drehbar und translatorisch eine Verschiebung seines Mittelpunktes bewirkend im Gehäuse gelagert ist. Das kugelförmige Betätigungselement steht zu seiner Betätigung mit einem Abschnitt seiner Oberfläche aus dem Gehäuse hervor. Zur Auswertung seiner Bewegungen sind der X-/Y-Achse eine erste und der Z-Achse eine zweite Erfassungseinrichtung zugeordnet. Zur Erzeugung eines Steuersignales werden die Signale der beiden Erfassungseinrichtungen entsprechend ausgewertet und umgesetzt.

Außerdem ist durch die Schrift "Keyboad-Integrated Thumb-Ball with Switch. In: IBM Tech. Dis. Bull. Vol. 36, No. 09 B, Sept. 1993, S. 189" ein Steuersystem mit einem kugelförmigen Betätigungselement bekanntgeworden, welches drehbar im Gehäuse gelagert und mit einer bei Verdrehung spürbaren Rasterung versehen ist. Ein Herunterdrücken der Rollkugel wird durch einen eingebauten Schalter detektiert.

Desweiteren ist durch die DE 36 30 007 C2 ein Steuersystem bekanntgeworden, welches im Gehäuse einer Computer-Maus untergebracht ist. Das Steuersystem weist in seinem Gehäuse ein kugelförmiges Betätigungselement auf, welches zu seiner Betätigung mit einem kleinen Oberflächenabschnitt aus dem Gehäuse hervorsteht. Das Betätigungselement ist zur Übertragung und Auswertung seiner Drehbewegungen mittels eines gegen Federwirkung verschiebbar im Gehäuse gelagerten Druckstückes zwei im Gehäuse vorhandenen Erfassungseinrichtungen zugeordnet. Zur Übertragung und Auswertung der Drehbewegungen des Betätigungselementes weist jede Erfassungseinrichtung eine Folgewalze auf. Das kugelförmige Betätigungselemente wird zur X-Y-Richtungseingabe eines auf dem Bildschirm dargestellten Anzeigeelementes benutzt. Entsprechend der Verstellbewegung des Betätigungselementes wird das Anzeigeelement über den Bildschirm bewegt und so zu verschiedenen Symbolen, Menüpunkten usw. geführt. Um in den aufgerufenen Programmen weiter verzweigen bzw. eine bestimmte Funktion auslösen zu können, muß jedoch ein separater Bestätigungsschalter durch Einfach- oder Doppelklick betätigt werden. Gleiches gilt, wenn das Betätigungselement nicht - wie hier gezeigt - Bestandteil einer Computer-Maus, sondern als Trackball ausgeführt ist. Ein zusätzlicher Bestätigungsschalter zur Verzweigung oder Funktionsauswahl benötigt aber nicht nur entsprechenden Platz, welcher insbesondere in Kraftfahrzeugen nicht immer ausreichend zur Verfügung steht, sondern die Betätigung ist darüber hinaus nicht besonders komfortabel, wenn zusätzlich zu einem schon vorhandenen Betätigungselement ein weiterer Betätigungsschalter bedient werden muß um bestimmte Funktionsabläufe zu realisieren. Zusätzlich erfordern ein Betätigungselement und ein weiterer Betätigungsschalter zu ihrer Beeinflussung erhöhte Aufmerksamkeit, was insbesondere bei Verwendung in Kraftfahrzeugen nicht toleriert werden kann.

Weiterhin ist durch die DE 38 42 414 A1 ein Steuersystem für eine Informationseinrichtung eines Kraftfahrzeuges bekanntgeworden, welches mehrere Eingabetasten, also mehrere Bedienelemente aufweist. Das Steuersystem ist auf einer Speiche des Lenkrades montiert und weist ein Cursorbedienelement, eine Übernahmetaste und eine Menütaste zur Beeinflussung einer mit einem Bildschirm versehenen Informationseinrichtung auf. Über die Informationseinrichtung können dabei nachgeschaltete elektrische Geräte des Kraftfahrzeuges je nach Wunsch des Benutzers beeinflußt werden. Wegen der Vielzahl der Bedienelemente ist ein solches Steuersystem vergleichsweise aufwendig und benötigt auch entsprechend viel Platz. Außerdem erfordert die Betätigung eines solchen Steuersystemes erhöhte Aufmerksamkeit und ist auch nicht besonders komfortabel, was insbesondere in Kraftfahrzeugen nicht mehr wünschenswert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem der eingangs erwähnten Art für Kraftfahrzeuge zu schaffen, über dessen kugelförmiges Betätigungselement, bei deutlich spürbaren kleinsten Betätigungsschritten, sowohl das auf dem Bildschirm dargestellte z. B. als Cursor ausgeführte Anzeigeelement in X-Y-Richtung bewegt werden kann, als auch durch eine Verstellung in Z-Richtung die Möglichkeit besteht, in Art eines Bestätigungsschalters z. B. hinterlegte Menüpunkte direkt auszuwählen bzw. die Auslösung bestimmter Funktionen direkt über dieses eine Betätigungselement vorzunehmen.

Besonders vorteilhaft bei einer derartigen Ausgestaltung ist, daß auf engstem Raum eine besonders komfortabel zu bedienendes, zu seiner Bedienung nur einen sehr geringen Aufmerksamkeitswert erforderndes Steuersystem realisiert ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben. Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles sei der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert und zwar zeigen

Fig. 1 prinziphaft ein in eine Bedieneinheit integriertes Steuersystem, teilgebrochen in räumlicher Darstellung

Fig. 2 prinziphaft ein ausgelöstes Steuersystem gemäß Fig. 1 in vergrößerter Darstellung ohne Gehäuse.

Wie aus den Figuren hervorgeht, besteht ein solches Steuersystem im wesentlichen aus einem Gehäuse 1, in welchem ein kugelförmig ausgebildetes Betätigungselement 2 gelagert aufgenommen ist, das Betätigungselement 2 ist wiederum zur Übertragung und Auswertung seiner in alle Richtungen erfolgenden Drehbewegungen mittels eines gegen Federwirkung verschiebbar im Gehäuse 1 gehaltenen Druckstückes 3 zwei ersten Erfassungseinrichtungen 4 zugeordnet.

Wie desweiteren aus den beiden Figuren hervorgeht, ist das eine Rolle 5 aufweisende Druckstück 3 in einem am Gehäuse 1 festgelegten Führungsrahmen 6 verschieblich gehalten. Entgegen der Federkraft einer - der Einfachheit halber nicht dargestellten - Schraubendruckfeder wird die Rolle 5 des Druckstückes 3 gegen das kugelförmige Betätigungselement 2 gedrückt. Das kugelförmige Betätigungselement 2 wird seinerseits durch das federbelastete Druckstück 3 unter Vorspannung in eine runde Ausnehmung 9 des Gehäuses 1 hineingedrückt. Die Abmessungen der runden Ausnehmung 9 sind dabei so auf das kugelförmige Betätigungselement 2 abgestimmt, so daß dieses normalerweise mit einem kleinen Abschnitt seiner Oberfläche aus der Bedienoberfläche 7 des Gehäuses 1 herausragt. Das Betätigungselement 2 ist also über den kleinen Abschnitt seiner Oberfläche in Art eines Trackballes direkt über einen Finger oder den Daumen in alle Richtungen drehbar zu verstellen. Eine X-Y-Richtungseingabe für ein auf einem Bildschirm z. B. als Cursor dargestelltes Anzeigeelement ist also ohne weiteres - d. h. wie gewohnt - möglich.

Wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist das kugelförmige Betätigungselement 2 nicht nur in alle Richtungen um seinen Mittelpunkt drehbar im Gehäuse 1 gelagert, vielmehr kann das Betätigungselement 2 zusätzlich translatorisch verstellt werden. Der Mittelpunkt des kugelförmigen Betätigungselementes 2 ist durch eine Druckbetätigung in Z-Richtung translatorisch verschiebbar im Gehäuse 1 gehalten. Das kugelförmige Betätigungselement 2 kann also zusätzlich in Art eines Drucktastenschalters in Z-Richtung betätigt werden. Die in Z-Richtung verlaufende Verschiebung des Mittelpunktes des Betätigungselementes 2 wird auf das Druckstück 3 übertragen, welches sich entgegen der Federwirkung der nicht dargestellten Schraubendruckfeder innerhalb des Führungsrahmens 6 verschieben läßt. Die über das Druckstück 3 auf das Betätigungselement 2 aufgebrachte Vorspannung ist dabei von ihrer Größenordnung so gewählt, daß erst bei einer erhöhten Druckkraft eine Verschiebung des Betätigungselementes 2 in Z-Richtung erfolgen kann. Damit sind ungewollte Fehlbedienungen weitestgehend verhindert. Um über das kugelförmige Betätigungselement 2 nicht nur die X-Y-Richtungsfunktionen des z. B. als Cursor ausgebildeten Anzeigeelementes steuern zu können, sondern auch durch eine Bestätigung direkt in bestimmte Menüpunkte, Untermenüpunkte usw. verzweigen bzw. direkt die Auslösung bestimmter Funktionen vornehmen zu können, ist dem Druckstück 3 eine als Mikroschalter ausgebildete weitere Erfassungseinrichtung 8 zugeordnet. Durch Druckbetätigung in Z-Richtung wird die als Mikroschalter ausgebildete Erfassungseinrichtung 8 über das Betätigungselement 2 beeinflußt. Um für den Benutzer einen deutlichen Hinweis für eine Betätigung spürbar werden zu lassen ist der Mikroschalter erst über einen erhöhten Kraftaufwand erfordernden Druckpunkt zu betätigen. Sowohl die beiden ersten Erfassungseinrichtungen 4, als auch die weitere Erfassungseinrichtung 8, sind an eine Auswertelogik angeschlossen, um entsprechende Bewegungen des Anzeigeelementes bzw. erwünschte Steuervorgänge vornehmen zu können.

Wie weiterhin insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, ist dem kugelförmigen Betätigungselement 2 eine Rasteinrichtung zugeordnet. Die Rasteinrichtung besteht aus zwei Zahnwellen 10, die als Verlängerung jeweils an eine der beiden Folgewalzen 11 der beiden ersten Erfassungseinrichtungen 4 angeformt sind. Jede Zahnwelle 10 wirkt mit einem federnd auslenkbaren Rastelement 12 zusammen. Um eine in kleinsten Schritten wirksam werdende rastende Betätigung für alle Drehverstellungen des kugelförmigen Betätigungselementes 2 zu schaffen, ist die Zahnung auf den beiden Zahnwellen 10 entsprechend fein ausgeführt. Für den Benutzer wird also in kleinsten Schritten eine Rastung deutlich spürbar, verdreht er mittels eines Fingers oder Daumens das kugelförmige Betätigungselement 2 um seinen Mittelpunkt. Somit ist auch gewährleistet, daß das Betätigungselement 2 nicht ungewollt z. B. durch Vibrationen um seinen Mittelpunkt verdreht wird und es dadurch zu Fehlbedienungen kommt. Dies ist insbesondere von Vorteil, wird ein solches Steuersystem im Kraftfahrzeug eingesetzt, weil in diesem Fall häufig mit Vibrationen und Stößen zu rechnen ist.

Wie insbesondere aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Steuersystem in eine Bedieneinheit integriert, die für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Die dargestellte Bedieneinheit ist zur Festlegung am Lenkrad des Kraftfahrzeuges vorgesehen und weist neben dem kugelförmigen Betätigungselement 2 noch drei weitere Betätigungsglieder 13 zur Beeinflussung von unterschiedlichen Funktionen auf. Die Bedieneinheit ist an einen - der Einfachheit halber nicht dargestellten - Bildschirm angeschlossen, so daß z. B. das Radio, das Navigationssystem, die Klimaanlage, die Sitzverstellung usw. bildschirmgeführt in ihren Funktionen beeinflußt werden können.

Claims (6)

1. Steuersystem in Verbindung mit einer Bildschirmanzeige mit einem in alle Richtungen um seinen Mittelpunkt drehbar in einem Gehäuse gelagerten, kugelförmig ausgebildeten Betätigungselement, welches zur Übertragung und Auswertung seiner Drehbewegungen mittels eines gegen Federwirkung verschiebbar im Gehäuse gelagerten Druckstückes zumindest zwei im Gehäuse angeordneten, jeweils eine Folgewalze aufweisenden ersten Erfassungseinrichtungen zugeordnet ist, wobei das Betätigungselement zu seiner Betätigung mit einem Abschnitt seiner kugelförmigen Oberfläche aus dem Gehäuse hervorsteht und translatorisch eine Verschiebung seines Mittelpunktes bewirkend verstellbar im Gehäuse gelagert ist, wobei die translatorische Verstellung des kugelförmigen Betätigungselementes direkt auf das Druckstück übertragen wird, welches dadurch eine zugeordnete weitere Erfassungseinrichtung beeinflußt, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Lagerung des kugelförmigen Betätigungselementes (2) dienende Gehäuse (1) Bestandteil einer in einem Kraftfahrzeug angeordneten Bedieneinheit ist und daß dem kugelförmigen Betätigungselement (2) zur schrittweisen Kenntlichmachung seiner in alle Richtungen durch Drehung um den Mittelpunkt erfolgenden Verstellungen eine Rasteinrichtung (10, 12) zugeordnet ist.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Erfassungseinrichtung (8) als Mikroschalter ausgebildet ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Erfassungseinrichtung (8) als optoelektronischer Sensor ausgebildet ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Erfassungseinrichtung (8) als piezoelektronischer Drucksensor ausgebildet ist.

5. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung aus zwei jeweils mit einer Folgewalze (11) einer der beiden ersten Erfassungseinrichtungen (4) in Verbindung stehenden Zahnwelle (10) und zwei jeweils mit einer Zahnwelle (10) zusammenwirkenden, federnd auslenkbaren Rastelementen (12) besteht.

6. Steuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bedieneinheit im Bereich des Lenkrades eines Kraftfahrzeuges angeordnet ist.