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DE10039432C1 - Bedieneinrichtung - Google Patents

Bedieneinrichtung

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DE10039432C1
DE10039432C1 DE10039432A DE10039432A DE10039432C1 DE 10039432 C1 DE10039432 C1 DE 10039432C1 DE 10039432 A DE10039432 A DE 10039432A DE 10039432 A DE10039432 A DE 10039432A DE 10039432 C1 DE10039432 C1 DE 10039432C1
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DE
Germany
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sensor
operator
control device
field
unit
Prior art date
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DE10039432A
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English (en)
Inventor
Norbert Grassmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Corp filed Critical Siemens Corp
Priority to DE10039432A priority Critical patent/DE10039432C1/de
Priority to GB0119096A priority patent/GB2365831A/en
Priority to FR0110590A priority patent/FR2812953A1/fr
Priority to US09/925,971 priority patent/US20020041260A1/en
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Abstract

Bedieneinrichtung, insbesondere zur ablenkungsarmen Bedienung von Schaltern in einem Kraftfahrzeug, mit einem Sensor (2) zur Erfassung der Position eines durch eine Bedienungsperson manuell geführten Eingabeelements (4) und einer im Blickfeld der Bedienungsperson angeordneten optischen Anzeigeeinheit zur Darstellung mindestens eines virtuellen Bedienelements (6) sowie mit einer eingangsseitig mit dem Sensor (2) verbundene Auswertungseinheit (8) zur Bestimmung der Position des manuell geführten Eingabeelements (4) sowie mit einem eingangsseitig mit der Auswertungseinheit (8) und ausgangsseitig mit der Anzeigeeinheit (5) verbundenen Bildgeber zur Darstellung eines virtuellen Bildzeigers (7) im Blickfeld der Bedienungsperson entsprechend der Position des manuell geführten Bedienelements (4).

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung, insbesondere zur ablenkungsarmen Bedienung von Schaltern in einem Kraft­ fahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der deutschen Patentschrift DE 196 53 595 C1 ist eine derartige Bedieneinrichtung bekannt, die dem Fahrer eines Kraftfahrzeuges eine Betätigung von Schaltern ermöglicht, oh­ ne daß der Fahrer seinen Blick von der Straße abwenden muß. Hierzu weist die bekannte Bedieneinrichtung eine Kamera auf, die auf die zu betätigenden Schalter gerichtet ist und somit ein Bild der Schalter sowie der Hand des Fahrers aufnimmt. Dieses Bild wird bei der bekannten Bedieneinrichtung mittels eines sogenannten Head-Up-Displays in das Blickfeld des Fah­ rers projiziert, so daß dieser die Position seiner Hand rela­ tiv zu den zu betätigenden Schaltern erfassen kann, ohne den Blick von der Straße abzuwenden. Auf diese Weise lassen sich im Kraftfahrzeuginnenraum angeordnete Geräte (z. B. Klimaanla­ ge, Radio, Navigationssystem, Telefon) ohne Gefährdung der Verkehrssicherheit bedienen. Weiterhin ist aus der vorstehend erwähnten Patentschrift bekannt, virtuelle Bedienelemente wie beispielsweise Schalter mittels des Head-Up-Displays in das Blickfeld des Fahrers zu projizieren, so daß real ausgeführte Schalter eingespart werden können.
Nachteilig an der vorstehend beschriebenen bekannten Bedien­ einrichtung ist jedoch zum einen die Tatsache, daß die Kamera nicht nur die Hand des Fahrers und die zu betätigenden Be­ dienelemente, sondern auch beispielsweise Teile der Mittel­ konsole mit aufnimmt, was bei der Einblendung in das Blick­ feld des Fahrers störend wirkt. Zum anderen kann die Hand des Fahrers die zu betätigenden Schaltelemente aus der Perspekti­ ve der Kamera verdecken, so daß auch eine Einblendung der Hand des Fahrers in dessen Blickfeld keine befriedigende Be­ dienung ermöglicht.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, die aus der vorstehend erwähnten Patentschrift bekannte Bedieneinrichtung dahingehend zu verbessern, daß möglichst keine störenden Bildbestandteile in das Blickfeld des Fahrers eingeblendet werden und eine möglichst ergonomische Bedienung ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird, ausgehend von der eingangs beschriebenen bekannten Bedieneinrichtung gemäß dem Oberbegriff des An­ spruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung umfaßt die allgemeine technische Lehre, das von der Kamera aufgenommene Bild der Hand des Fahrers nicht di­ rekt in das Blickfeld des Fahrers einzublenden, sondern le­ diglich zur Positionsbestimmung der Hand des Fahrers zu ver­ wenden. Entsprechend der auf diese Weise ermittelten Position der Hand des Fahrers wird dann lediglich ein virtueller Bild­ zeiger mittels einer optischen Anzeigeeinheit in das Blick­ feld des Fahrers eingeblendet, wobei störende optische Hin­ tergrundsignale in dem von der Kamera aufgenommenen Bild, wie beispielsweise Teile der Mittelkonsole ausgeblendet werden.
Demgemäß weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung einen Sensor auf, der die Position eines durch die Bedienungsperson manuell geführten Eingabeelements erfaßt, wobei das Eingabe­ element beispielsweise die Hand oder der Zeigefinger der Be­ dienungsperson sein kann. Es ist jedoch auch möglich, daß die Bedienungsperson ein separates Eingabeelement hält, das mit dem Sensor zusammenwirkt, um die Positionsbestimmung zu er­ möglichen. Als Sensor eignet sich vorzugsweise eine Kamera, insbesondere eine Infrarotkamera, ein Ultraschallsensor, ein Radarsensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Berührungssen­ sor, wie beispielsweise ein sogenanntes Touch-Pad.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung eine im Blickfeld der Bedienungsperson angeordnete optische Anzei­ geeinheit zur Darstellung mindestens eines virtuellen Bedien­ elementes und des virtuellen Bildzeigers auf, wobei die An­ zeigeeinheit vorzugsweise aus einem sogenannten Head-Up- Display besteht, das ein Bild direkt in das Blickfeld der Be­ dienungsperson projizieren kann.
Darüber hinaus ist bei der erfindungsgemäßen Bedieneinrich­ tung eine eingangsseitig mit dem Sensor verbundene Auswer­ tungseinheit vorgesehen, welche die Position des manuell ge­ führten Eingabeelementes bestimmt.
Schließlich ist noch ein Bildgeber vorgesehen, der eingangs­ seitig mit der Auswertungseinheit und ausgangsseitig mit der Anzeigeeinheit verbunden ist, um im Blickfeld der Bedienungs­ person entsprechend der Position des manuell geführten Be­ dienelementes einen virtuellen Bildzeiger darzustellen.
In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Aus­ wertungseinheit ausgangsseitig mit einer Vergleichereinheit verbunden, welche die von der Auswertungseinheit ermittelte Position des manuell geführten Bedienelements mit vorgegebe­ nen Positionsdaten vergleicht und in Abhängigkeit von dem Er­ gebnis des Vergleichs ein Steuersignal erzeugt. Die vorgege­ benen Positionsdaten entsprechen hierbei vorzugsweise den Po­ sitionen der einzelnen zu betätigenden virtuellen Schaltele­ mente, so daß der Benutzer das manuell geführte Eingabeele­ ment lediglich in einen gewünschten räumlichen Bereich brin­ gen muß, um eine Schalterbetätigung auszulösen.
Vorzugsweise ist die Vergleichereinheit hierbei ausgangssei­ tig mit einem Lautsprecher verbunden, um eine mögliche und/oder erfolgte Betätigung eines virtuellen Bedienelements akustisch anzuzeigen. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, der Bedienungsperson eine akustische Rückkopplung zu geben, indem ein akustisches Signal ausgegeben wird, wenn sich das manuell geführte Eingabeelement in einer Betäti­ gungsposition vor einem Schaltelement befindet und die Bedie­ nungsperson weiß dann beispielsweise, daß das manuell geführ­ te Eingabeelement wie beispielsweise der Zeigefinger ledig­ lich nach vorne gedrückt werden muß, um das Bedienungselement zu aktivieren, woraufhin dann ein weiteres akustisches Signal ausgegeben wird, das sich von dem ersten akustischen Signal vorzugsweise unterscheidet, um die erfolgte Betätigung des Bedienungselements anzuzeigen.
In einer Variante der Erfindung ist die Auswertungseinheit ausgangsseitig mit einem Begrenzer verbunden, der die von der Auswertungseinheit ermittelten Positionsdaten des manuell ge­ führten Eingabeelements auf vorgegebene Werte begrenzt. Auf diese Weise kann beispielsweise verhindert werden, daß der in das Blickfeld der Bedienungsperson eingeblendete virtuelle Bildzeiger bei einer abschweifenden Handbewegung der Bedie­ nungsperson aus dem Blickfeld gerät. Der virtuelle Bildzeiger verbleibt dann vielmehr an den Grenzen des Blickfeldes, um eine erneute Positionierung durch die Bedienungsperson zu er­ leichtern. Vorzugsweise ist auch der Begrenzer ausgangsseitig mit einem Lautsprecher verbunden, um der Bedienungsperson ei­ ne akustische Rückkopplung zu geben, so daß der Lautsprecher ein akustisches Warnsignal abgibt, wenn sich die Hand der Be­ dienungsperson aus dem Bedienbereich entfernt.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusam­ men mit der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahr­ zeuginnenraums mit der erfindungsgemäßen Bedienein­ richtung,
Fig. 2 die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung als Block­ schaltbild sowie
Fig. 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem Touch-Pad als Sensor.
Die in Fig. 1 gezeigte perspektivische Darstellung zeigt ei­ nen Kraftfahrzeuginnenraum mit einem Fahrer 1 und einer in der Dachverkleidung oberhalb der Mittelkonsole angeordneten Kamera 2, die nach unten auf ein im Bereich der Mittelkonsole liegendes Bedienfeld 3 gerichtet ist, wobei das Bedienfeld 3 im Gegensatz zu herkömmlichen Bedieneinrichtungen keine real ausgeführten Schaltelemente bzw. Bedienungselemente, enthält, sondern lediglich als Berührungsfläche für einen als Eingabe­ element dienenden Zeigefinger 4 des Fahrers, 1 dient. Das von der Kamera 2 aufgenommene Bild des Bedienfeldes 3 enthält al­ so als Information im wesentlichen die Position des Zeigefin­ gers 4 des Fahrers.
Weiterhin weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung ein sogenanntes Head-Up-Display 5 auf, das in Fig. 2 nur schema­ tisch dargestellt ist. Der Aufbau eines derartigen Head-Up- Displays 5 ist detailliert in der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 196 20 199 A1 beschrieben, so daß im folgenden auf eine eingehende Beschreibung des Head-Up-Displays 5 verzich­ tet werden kann und diesbezüglich auf die vorstehend genannte Offenlegungsschrift verwiesen wird. Zum einen blendet das Head-Up-Display 5 virtuelle Bedienelemente 6 in das Sichtfeld des Fahrers 1 ein, wobei die virtuellen Bedienelemente 6 bei­ spielsweise virtuelle Schalter sein können. Zum anderen pro­ jiziert das Head-Up-Display 5 einen virtuellen Bildzeiger 7 in das Sichtfeld des Fahrers 1 ein.
Die Kamera 2 ist ausgangsseitig mit einer als Auswertungsein­ heit dienenden Bildanalyseeinheit 8 verbunden, die das von der Kamera 2 aufgenommene Bild der Hand des Fahrers 1 analy­ siert und die räumliche Position der Spitze des Zeigefingers 4 bestimmt und in Form von Positionsdaten X, Y, Z ausgibt.
Der Bildanalyseeinheit 8 ist ein Begrenzer 9 nachgeschaltet, der die von der Bildanalyseeinheit 8 berechneten Positionsda­ ten X, Y, Z der Spitze des Zeigefingers mit vorgegebenen Po­ sitionsdaten vergleicht, die das Bedienfeld 3 begrenzen. Falls der Fahrer 1 den Zeigefinger 4 aus dem Bedienfeld her­ aus bewegt, so werden die Positionsdaten X, Y, Z der Spitze des Zeigefingers 4 auf die Grenzwerte XLIM, YLIM, ZLIM an den Grenzen des Bedienfeldes 3 begrenzt.
Weiterhin ist der Begrenzer 9 ausgangsseitig mit einem Laut­ sprecher 10 verbunden, der ein akustisches Warnsignal abgibt, wenn die Hand des Benutzers das Bedienfeld 3 verläßt.
Ausgangsseitig ist der Begrenzer 9 mit einer Vergleicherein­ heit 11 verbunden, welche die begrenzten Positionsdaten XLIM, YLIM, ZLIM mit vorgegebenen Positionsdaten vergleicht, welche den virtuellen Positionen der Bedienelemente 6 entsprechen. Falls der Fahrer 1 seinen Zeigefinger 4 so bewegt, daß sich die Spitze des Zeigefingers 4 im Bereich der virtuellen Posi­ tionen der Schaltelemente 6 befindet, so gibt die Vergleiche­ reinheit 11 ein entsprechendes Steuersignal CONTROL aus, um die mit dem jeweiligen Bedienelement 6 zusammenhängende Funk­ tion auszulösen. Weiterhin aktiviert die Vergleichereinheit 11 in diesem Fall den Lautsprecher 10 zur Erzeugung eines a­ kustischen Rückkopplungssignals, das dem Fahrer 1 eine er­ folgreiche Betätigung des jeweiligen Bedienelements 6 an­ zeigt. Ferner ist die Vergleichereinheit 11 ausgangsseitig mit einem Bildgeber 12 verbunden, der das Head-Up-Display 5 zur Darstellung der virtuellen Bedienelemente 6 ansteuert, wobei das von dem Fahrer 1 aktivierte Bedienelemente nach der erfolgreichen Aktivierung andersfarbig dargestellt wird, so daß der Fahrer 1 nicht nur ein akustisches Rückkopplungssig­ nal durch den Lautsprecher 10, sondern auch ein optisches Rückkopplungssignal durch die andersfarbige Darstellung des Bedienelements 6 in dem Head-Up-Display 5 erhält.
Schließlich weist die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung ei­ nen Bildgeber 13 auf, der eingangsseitig mit dem Begrenzer 9 verbunden ist, und das Head-Up-Display 5 zur Darstellung des virtuellen Bildzeigers 7 in Abhängigkeit von dem durch den Begrenzer 9 begrenzten Positionsdaten XLIM, YLIM und ZLIM an­ steuert.
Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stimmt weit­ gehend mit dem vorstehend beschriebenen und in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel überein, so daß im fol­ genden dieselben Bezugszeichen verwendet werden und zur Ver­ meidung von Wiederholungen auf die vorstehend Beschreibung verwiesen wird.
Die Besonderheit des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 be­ steht darin, daß der Sensor 2 keine Kamera, sondern ein be­ rührungsempfindliches Touch-Pad ist, daß die Position aus­ gibt, an dem der Fahrer das Touch-Pad berührt.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Aus­ führungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen denkbar, welche von dem erfin­ dungsgemäßen Gedanken Gebrauch machen und deshalb ebenfalls in den Schutzbereich fallen.

Claims (8)

1. Bedieneinrichtung, insbesondere zur ablenkungsarmen Bedie­ nung von Schaltern in einem Kraftfahrzeug, mit
einem Sensor (2) zur Erfassung der Position eines durch eine Bedienungsperson manuell geführten Eingabeelements (4) und
einer im Blickfeld der Bedienungsperson angeordneten optischen Anzeigeeinheit (5) zur Darstellung mindestens eines virtuellen Bedienelements (6),
eine eingangsseitig mit dem Sensor (2) verbundene Auswer­ tungseinheit (8) zur Bestimmung der Position des manuell ge­ führten Eingabeelements (4)
gekennzeichnet durch,
einen eingangsseitig mit der Auswertungseinheit (8) und aus­ gangsseitig mit der Anzeigeeinheit (5) verbundenen Bildgeber (13) zur Darstellung eines virtuellen Bildzeigers (7) im Blickfeld der Bedienungsperson entsprechend der Position des manuell geführten Bedienelements (4).
2. Bedieneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (8) ausgangsseitig mit einer Vergleichereinheit (9) verbunden ist, welche die von der Aus­ wertungseinheit (8) ermittelte Position mit vorgegebenen Po­ sitionsdaten vergleicht und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Steuersignal (CONTROL) erzeugt.
3. Bedieneinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur akustischen Bestätigung einer möglichen und/oder er­ folgten Betätigung eines virtuellen Bedienelements (6) ein Lautsprecher (10) vorgesehen ist, wobei der Lautsprecher (10) zur Aktivierung mit der Vergleichereinheit (11) verbunden ist.
4. Bedieneinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinheit (8) ausgangsseitig mit einem Begrenzer (9) verbunden ist, der die von der Auswertungsein­ heit (8) ermittelten Positionsdaten auf vorgegebene Werte be­ grenzt.
5. Bedieneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Begrenzer (9) ausgangsseitig mit einem Lautsprecher (10) verbunden ist, um beim Erreichen oder Überschreiten der vorgegebenen Positionsdaten ein akustisches Warnsignal ab­ zugeben.
6. Bedieneinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) ein optischer Sensor, ein Ultraschallsen­ sor, ein Radarsensor, ein kapazitiver Sensor oder ein Berüh­ rungssensor ist.
7. Bedieneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (2) eine Kamera, eine Infrarotkamera oder ein Touch-Pad ist.
8. Bedieneinrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Anzeigeeinheit (5) ein Head-Up-Display ist.
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