-
Die Erfindung betrifft eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug. Die Bedienvorrichtung weist ein Tastenfeld mit mehreren Tastbereichen auf, die ein Benutzer drücken kann, um jeweils eine andere Gerätefunktion im Kraftfahrzeug zu aktivieren. Zu der Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit der genannten Bedienvorrichtung sowie ein Verfahren zum Erfassen einer Betätigung eines Tastenfelds.
-
Eine Bedienvorrichtung mit mehreren Tastbereichen kann beispielsweise Bestandteil eines Infotainmentsystems sein. Dort sind einzelne Tastbereiche als Schalterleiste ausgestaltet, um einem Benutzer durch gezieltes Drücken eines der Tastbereiche zu ermöglichen, eine jeweils zugeordnete Funktion des Infotainmentsystems zu aktivieren, also beispielsweise auf das Navigationssystem oder das Radio umzuschalten oder die Lautstärke des Radios einzustellen. Eine Bedienvorrichtung für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs weist in der Regel ebenfalls mehrere Tastbereiche auf, um beispielsweise unterschiedliche Temperaturen für den Fahrerbereich und den Beifah- rerbereich einstellen zu können. Welcher der Tastbereiche gedrückt wurde, muss mittels einer Sensorik festgestellt werden, die das Drücken des Tastbereichs erfasst. Je mehr Tastbereiche bereitgestellt werden sollen, desto aufwändiger werden die Mechanik und die elektrische Schaltung zum Erfassen der Betätigung eines Tastenfelds aus mehreren Tastbereichen.
-
Aus der
EP 1 847 916 A1 ist ein kapazitiver Sensor bekannt, der eine Annäherung und eine Berührung eines Fingers an einer Oberfläche als Veränderung seiner elektrischen Kapazität widerspiegelt. Eine Auswerteschaltung erzeugt dann in Abhängigkeit von der Kapazitätsänderung ein Betätigungssignal. Durch Anordnen mehrerer solcher kapazitiver Sensoren an einer Bedienoberfläche lassen sich so Berührungen in unterschiedlichen Tastbereichen voneinander unterscheiden.
-
Nachteilig bei der Verwendung dieser kapazitiven Sensoren an festen Oberflächen ist, dass der Benutzer beim Drücken der Oberfläche keinerlei haptisches Feedback erfährt. Es lässt sich nicht erfühlen, ob das Drücken des Tastbereichs erfolgreich war.
-
Aus der
DE 10 2008 009 936 A1 ist ein Feld aus mehreren kapazitiven Sensoren bekannt, das mit einer flexiblen Folie abgedeckt ist, die über jedem Sensor eine Wölbung aufweist. Um ein Tastfeld zu berühren, muss der Benutzer die Wölbung eindrücken. Das Eindrücken der Folie vermittelt dem Benutzer dabei das gewünschte haptische Feedback. Es ist allerdings sehr aufwändig, die Folie derart gleichmäßig auszugestalten, dass jede Wölbung mit der gleichen Betätigungskraft eingedrückt werden muss, also ein gleichmäßiges haptisches Feedback erzeugt wird. Insbesondere bei längerer Benutzung einer solchen Bedienvorrichtung und häufigem Drücken nur einiger der Tastbereiche, ändern sich die mechanischen Eigenschaften des Folienmaterials. Dann lassen sich einige der Wölbungen mit wenig Kraft eindrücken, während andere Wölbungen noch sehr steif sind.
-
Die allgemein bekannte Verwendung mehrerer, voneinander unabhängiger Tasten mit eigener Federmechanik soll aufgrund der hohen Herstellungskosten vermieden werden.
-
In der
DE 39 10 977 A1 ist eine handbetätigte Computereingabevorrichtung beschrieben, bei welcher auf einer Taste mehrere Sensorfelder angeordnet sind, die eine Berührung eines Fingers sensieren. Die Taste ist an zwei Enden mit Federn niederdrückbar gelagert und wird von den Federn oberhalb eines Eingabeschalters gehalten, der beim Niederdrücken der Taste betätigt wird. Die Sensorfelder können druckempfindlich sein und ein von der Druckstärke abhängiges Signal liefern, sodass mittels einer nachgeschalteten Interpolationsschaltung bei versehentlichem Berühren zweier der Sensorfelder ein interpolierter Positionswert berechnet werden kann, welcher angibt, welches der Sensorfelder zu einem größeren Anteil gedrückt worden ist.
-
Aus der
DE 10 2010 026 910 A1 geht ein Bedienfeld mit einer Vielzahl von Funktionsbereichen hervor, das über einer Schnappscheibe angeordnet ist, die bei Betätigen des Bedienfelds das gesamte Bedienfeld auf einen Betätigungsdruck hin zurückschnappen lässt. Mittels Aktoren kann das Bedienfeld gegenüber der Schnappscheibe arretiert werden.
-
Aus der
DE 10 2009 036 860 A1 geht hervor, einen Taster mit einem beweglichen Tastenelement bereitzustellen, auf dem wiederum ein Eingabefeld angeordnet ist, sodass bei Betätigung des Eingabefelds gleichzeitig der Taster betätigt wird. Der Taster ist hierzu federnd über einem Schaltelement gelagert, welches ein binäres Schaltsignal erzeugt.
-
In der
DE 10 2009 030 592 A1 ist eine Bedieneinrichtung für ein Multifunktionsgerät in einem Kraftfahrzeug vorgestellt, wobei eine berührungssensitive Bedienfläche bereitgestellt ist und dem Benutzer eine haptische Rückmeldung bei der Bedienung des Multifunktionsgeräts gegeben wird. Die berührungssensitive Bedienfläche kann mittels kapazitiver oder optischer Sensorik bereitgestellt sein. Schaltelemente unterhalb des Bedienfelds erzeugen bei Drücken des Bedienfelds zusätzlich ein binäres Schaltsignal.
-
Aus der
WO 2012/146269 A1 ist eine Bedieneinrichtung für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche auf der Grundlage von Magnetspulen ein haptisches Feedback erzeugt, indem bei Betätigen einer Bedienfläche ein Stromstoß durch die Spule gegeben wird, welcher einen haptischen Impuls an der Bedienfläche erzeugt.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Kraftfahrzeug eine kostengünstig herstellbare Bedienvorrichtung bereitzustellen, die mehrere, voneinander verschiedene Tastbereiche aufweist.
-
Die Aufgabe wird durch eine Bedienvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß Patentanspruch 11 sowie ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
-
Durch die Erfindung wird eine Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, die eine einzelne Bedientaste mit mehreren, voneinander verschiedenen Tastbereichen aufweist. Die Bedientaste kann z.B. eine einzelne, geschlossene Oberfläche aufweisen, die nebeneinander mehrere mit Symbolen bedruckte Tastbereiche aufweist. In jedem der Tastbereiche ist jeweils mindestens ein Ortungssensor angeordnet, der dazu ausgelegt ist, ein Sensorsignal zu erzeugen, falls ein Benutzer den Tastbereich drückt oder sich mit dem Finger dem Tastbereich nähert. Als Ortungssensoren zum Erkennen einer Annäherung oder Berührung eines Fingers können an sich aus dem Stand der Technik bekannte Sensortypen verwendet werden. Ein solcher Ortungssensor kann beispielsweise jeweils ein Näherungssensor, insbesondere ein kapazitiver Sensor, ein druckempfindlicher Sensor oder auch ein optoelektronischer Sensor sein. Letzterer erzeugt ein Sensorsignal in Abhängigkeit von einem Lichteinfall auf den Tastbereich.
-
Die Signale aller dieser Ortungssensoren werden durch eine Auswerteschaltung verarbeitet, die einen sehr gleichmäßigen Aufbau aufweist und hierdurch besonders günstig in der Herstellung ist. Insbesondere kann ein handelsüblicher integrierter Schaltkreis (IC) verwendet werden. Mit anderen Worten kann es sich bei der Auswerteschaltung um ein Standardbauteil zum Auswerten mehrerer Sensorsignale eines bestimmten Sensortyps handeln. Die Auswerteschaltung weist entsprechend mehrere, gleich ausgestaltete Teilschaltungen auf, jeweils eine zum Verarbeiten eines Sensorsignals. Jede Teilschaltung ist dazu ausgelegt, über einen eigenen Signaleingang mit einem Sensor des vorbestimmten Sensortyps verbunden zu werden und ein Signal dieses Sensors zu verarbeiten. Die Auswerteschaltung insgesamt weist einen Signalausgang auf, an dem ein Ausgangssignal ausgegeben wird, das hier als Betätigungssignal bezeichnet ist und das angibt, an welchem der Signaleingänge ein Sensorsignal anliegt, das eine Näherung oder eine Berührung signalisiert.
-
Einige der Teilschaltungen sind über ihre Signaleingänge mit jeweils einem der Ortungssensoren verbunden. Mittels der Auswerteschaltung kann so erkannt werden, an welchem der Tastbereiche eine Berührung oder Annäherung sensiert oder erkannt wird. Da die Tastbereiche Bestandteil einer gemeinsamen Bedientaste sind, kann so aber noch keine haptische Rückwirkung beim Drücken der Bedientaste erzeugt werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung wird nun in folgender Weise auch das haptische Feedback erzeugt, also eine spürbare Bewegung der Bedientaste, wenn die Bedientaste gedrückt wird. Die Bedientaste ist nicht absolut fest mit beispielsweise einem Gehäuse der Bedienvorrichtung verbunden. Vielmehr ist die Bedientaste bewegbar gelagert, beispielsweise an einem Scharnier oder in einer Schienenführung. Dabei ist die Bedientaste mechanisch mit einem weiteren Sensor gekoppelt, der hier als Schaltsensor bezeichnet ist. Der Schaltsensor kann vom selben Sensortyp sein wie einer oder alle der Ortungssensoren oder von einem anderen Sensortyp. Bevorzugt wird derselbe Sensortyp verwendet, also z.B. ein Näherungssensor, insbesondere kapazitiver Sensor.
-
Der Schaltsensor oder ein Teil desselben ist fest in der Bedienvorrichtung gelagert, also z.B. bezüglich eines Gehäuses derselben. Hierdurch ist die Bedientaste also bewegbar bezüglich des Schaltersensors oder des Teils des Schaltsensors gelagert. Bei Drücken der Bedientaste durch den Benutzer wird die Bedientaste durch die Drückkraft des Fingers bewegt. Die Bedientaste wirkt dann auf den Schaltsensor ein, d.h. der Schaltsensor erzeugt ein Signal, das signalisiert, dass die Bedientaste aus ihrer Ruhelage ausgelegt ist. Die Ruhelage ist diejenige Position der Bedientaste, in welcher sie verharrt, wenn sie nicht gedrückt wird.
-
Um die Einwirkung auf den Schaltsensor erkennen zu können, ist bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung keine gesonderte Auswerteschaltung nötig. Vielmehr kann der Schaltsensor ebenfalls mit einer der Teilschaltungen der Auswerteschaltung gekoppelt sein, also z.B. mit einem weiteren Eingangspin des besagten ICs. Zwar können sich der Sensortyp für die Ortungssensoren einerseits und des Schaltsensors andererseits unterscheiden; für die einfache Erkennung, ob der Schaltsensor von der Bedientaste gedrückt wurde oder nicht, ist dies aber in der Regel irrelevant. Somit kann auf kostengünstige Weise mit einer einzigen Auswerteschaltung, die aus mehreren gleich ausgestalteten Teilschaltungen besteht, sowohl der Berührpunkt auf der Bedientaste einerseits (mittels der Ortungssensoren), als auch das Drücken der Bedientaste andererseits (mittels des Schaltsensors) erkannt werden.
-
Dies wird entsprechend durch das Ausgangssignal der Auswerteschaltung, d.h. das Betätigungssignal signalisiert. In Abhängigkeit von dem Betätigungssignal wird dann durch eine Steuereinrichtung ein Steuersignal erzeugt und an zumindest ein Gerät des Kraftfahrzeugs ausgegeben. Die Steuereinrichtung kann z.B. durch einen Mikrocontroller realisiert sein. Die Steuereinrichtung ist mit dem Signalausgang der Auswerteschaltung gekoppelt und ermittelt anhand des Betätigungssignals, wo der Benutzer die Bedientaste berührt hat, d.h. in welchem Tastbereich. Gleichzeitig verifiziert sie, dass der Benutzer die Bedientaste fest genug gedrückt hat, d.h. auch der Schaltsensor ein Signal gibt. Nur wenn letztere Bedingung erfüllt ist, wird ein Steuersignal erzeugt. Durch die Steuereinrichtung wird abhängig davon, welcher Tastbereich berührt wurde, ein Steuersignal zum Aktivieren bestimmter Funktionen des zumindest einen Geräts des Kraftfahrzeugs erzeugt, also beispielsweise des Infotainmentsystems und/oder der Klimaanlage.
-
Besonders bevorzugt ist die Auswerteschaltung in der beschriebenen Weise ein einfaches IC. Insbesondere sind handelsübliche ICs verwendbar, die die Auswertung von Sensorsignalen der Ortungssensoren, beispielsweise kapazitiver Sensoren, ermöglichen. Das Gehäuse eines solchen ICs weist mehrere Anschlusspins auf, von denen jeder in der Regel einen Signaleingang zum Anschließen eines der Ortungssensoren darstellt. Man wählt hierbei ein IC, das mehr Signaleingänge aufweist, als Ortungssensoren an der Bedientaste vorhanden sind. Es bleiben also ein oder mehrere Anschlusspins übrig. An einem solchen übrigen Anschlusspin wird dann der Schaltsensor angeschlossen.
-
Die genannte Steuereinrichtung ist bevorzugt als der erwähnte Mikrocontroller bereitgestellt, welcher das Betätigungssignal der Auswerteschaltung empfängt und dahingehend auswertet, welches Steuersignal erzeugt werden soll. Die Steuereinrichtung überprüft dann zunächst, welcher Teilbereich berührt worden ist und erzeugt aber ein Steuersignal nur dann, falls durch das Betätigungssignal auch eine Betätigung des Schaltsensors signalisiert ist. Gemäß einer Ausführungsform der Bedienvorrichtung ist auch die Auswerteschaltung selbst Bestandteil des Mikrocontrollers. Beispielsweise kann durch sogenanntes Pollen mehrerer gleichartiger Signaleingänge des Mikrocontrollers eine Überwachung mehrerer Ortungssensoren und des Schaltsensors realisiert werden.
-
Bevorzugt ist der Schaltsensor vom selben Sensortyp wie einer oder alle der Ortungssensoren. Dabei ist vorgesehen, dass es sich bei den Ortungssensoren und dem Schaltsensor jeweils um einen Näherungssensor, insbesondere einen kapazitiven Sensor, handelt.
-
Der Schaltsensor weist einen Näherungssensor auf und ist dazu ausgelegt, ein Sensorsignal zu erzeugen, dass davon abhängig ist, wie weit die Bedientaste aus ihrer Ruhelage ausgelenkt ist. Die Bedientaste ist hierbei federnd gelagert, so dass eine Rückstellkraft zur Ruhelage hin wirkt. Das Sensorsignal ist damit abhängig von der Drückkraft oder Betätigungskraft, mit welcher der Benutzer auf die Bedientaste drückt. Die Auswerteschaltung oder die Steuereinrichtung ist dann dazu ausgelegt, die aus dem Sensorsignal ermittelte Betätigungskraft mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Das Steuersignal der Steuereinrichtung wird entsprechend nur ausgelöst, falls die Betätigungskraft größer als der Schwellenwert ist. Bevorzugt ist der Schwellenwert einstellbar. Dann kann die Empfindlichkeit der Bedienvorrichtung eingestellt werden. Ein geeigneter Näherungssensor ist ein kapazitiver Sensor, dessen Sensorsignal von der Position der Beidientaste abhängig ist.
-
Bei der Bedienvorrichtung sind die federnde Lagerung und die Messung der Betätigungskraft der Bedientaste wie folgt kombiniert. Bei dieser Ausführungsform umfasst der Schaltsensor sowohl eine Feder als auch einen Näherungssensor. Die Feder erzeugt bei Drücken der Bedientaste eine Rückstellkraft, welche die Bedientaste also zurück zu ihrer Ruheposition hin drückt oder zieht. Das Signal des Näherungssensors ist dabei von der Auslenkung der Bedientaste aus ihrer Ruhelage abhängig. Beispielsweise kann der Näherungssensor ein kapazitiver Sensor sein, bei dem eine Kondensatorplatte an der beweglichen Bedientaste und eine korrespondierende Kondensatorplatte fest z.B. auf einer Leiterplatte des Bedienvorrichtung angeordnet ist. Die korresponsierende Kondensatorplatte bildet dabei einen fest angeordneten Teil des Schaltsensor. Die beiden Kondensatorplatten bilden zusammen einen elektrischen Kondensator. Bei Drücken der Bedientaste durch den Benutzer bewegen sich die Kondensatorplatten relativ zueinander und es ergibt sich eine entsprechende, von der Auswerteschaltung messbare Änderung der Kapazität des Kondensators. Besonders als Feder geeignet sind eine Blattfeder oder eine Tellerfeder. Die Feder kann dann zugleich diejenige Kondensatorplatte bilden, die von der Bedientaste beim Drücken derselben bewegt wird. Als die korrespondierende Kondensatorplatte kann dann ein Pad auf der Leiterplatte verwendet werden.
-
Für den Fall, dass eine Teilschaltung der Auswerteschaltung nicht zum Auswerten eines Schaltersignals des Schaltsensors geeignet ist, weil der Sensortyp des Schaltsensors ungeeignet ist, kann vorgesehen sein, dass der Schaltsensor über eine Anpassungsschaltung mit dem Signaleingang einer der Teilschaltungen gekoppelt ist. Beispielsweise kann durch die Anpassungsschaltung eine Impedanzanpassung erfolgen oder ein Spannungsteiler realisiert sein.
-
Als Schaltsensor, der einen anderen Sensortyp als die Ortungssensoren aufweist, eignet sich insbesondere ein Modell, das eine Schnappscheibe und/oder einen Mikrotaster umfasst. Die Verwendung einer Schnappscheibe und/oder eines Mikrotastschalters weist den besonderen Vorteil auf, dass das Schnappen oder Klicken des Schaltsensors durch die Bedientaste hindurch sehr gut von einem Benutzer an dessen Fingerspitze gefühlt werden kann. Das haptische Feedback ist hierdurch besonders deutlich wahrnehmbar.
-
Ein habtische Feedback wird gemäß einer Ausführungsform der Bedienvorrichtung unabhängig vom Sensortyp des Schaltsensors ermöglicht, indem eine Aktuatoreinheit dazu ausgelegt ist, bei Drücken der Bedientaste ein haptisches Signal in der Bedientaste zu erzeugen. Das haptische Signal kann z.B. eine Vibration in der Bedientaste oder eine Stoßbewegung der Bedientaste sein, was beides deutlich mit einer Fingerkuppe gespürt werden kann. Eine entsprechend geeignete Aktuatoreinheit kann z.B. mit einem Piezo-Kristall oder mit einer Spule mit beweglichem Anker oder Stößel realisiert werden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung kann die Betätigungskraft für die Bedientaste besonders einfach und zuverlässig und verschleißfrei eingestellt werden, indem die Bedientaste durch zumindest ein Federelement federnd gelagert ist, beispielsweise durch eine Tellerfeder oder eine Blattfeder.
-
Insbesondere bei einer besonders großen Bedientaste muss sichergestellt sein, dass auch dann der Schaltsensor durch Drücken der Bedientaste betätigt wird, wenn die Bedientaste beispielsweise an einem äußeren Rand gedrückt wird. Hierzu kann die Bedienvorrichtung mehr als einen Schaltsensor aufweisen. Eine Ausführungsform der Bedienvorrichtung sieht vor, dass zumindest ein Zusatzschaltsensor, also ein weiterer Schaltsensor, bereitgestellt ist, auf den ebenfalls die Bedientaste bei Drücken durch den Benutzer einwirkt. Hierbei kann dann entweder vorgesehen sein, dass der Zusatzschaltsensor zusammen mit dem bereits beschriebenen Schaltsensor an demselben Signaleingang einer Teilschaltung angeschlossen ist. Dann ist keine zusätzliche Belegung eines weiteren Signaleingangs nötig. Um unterscheiden zu können, welcher der Schaltsensoren gedrückt wurde, kann aber auch jeder Schaltsensor mit einer eigenen Teilschaltung der Auswerteschaltung verbunden sein.
-
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich bei der Bedienvorrichtung im Zusammenhang mit sicherheitsrelevanten Bedienvorrichtungen. Solche Bedienvorrichtungen müssen einen bestimmten Mindest-Sicherheitsgrad gemäß ASIL (Automotive Safety Integrity Level), d.h. nach ISO 26262, erfüllen. Eine Ausführungsform der Bedienvorrichtung, die ein besonders sicheres Bauteil gemäß ASIL ist, ergibt sich bei redundanter Auslegung der Bedienvorrichtung, wenn unabhängig von dem Schaltsensor ein Schalter mit einer eigenen Auswerteschaltung bereitgestellt ist, auf den die Bedientaste bei Drücken der selben ebenfalls einwirkt. Der Schalter kann z.B. einen FSR-Sensor (FSR - force sensitive resistor) oder einen Hall-Sensor oder einen Piezo-Sensor oder Mikroschalter umfassen.
-
Wie bereits ausgeführt, gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug. Dieses weist zumindest ein Gerät auf, das bedient werden können soll, also z.B. ein Infotainmentsystem. Des Weiteren ist eine Bedienvorrichtung zum Bedienen des zumindest einen Geräts vorgesehen. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist dabei die Bedienvorrichtung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
-
Das ebenfalls zur Erfindung gehörige Verfahren fasst die erfindungsgemäßen Prinzipien zusammen. Es erlaubt die Erfassung einer Betätigung eines Tastenfelds, das mehrere voneinander verschiedene Tastbereiche zum Auswählen jeweils einer anderen Gerätefunktion aufweist. Das Tastenfeld kann hierbei ein zweidimensionales Feld von Tastbereichen oder aber auch eine Reihe von Tastbereichen oder auch ein Tastenfeld mit kreisförmig angeordneten Tastbereichen. Das Tastenfeld ist hierbei als einzige Bedientaste mit mehreren Sensoren eines ersten Sensortyps bereitgestellt, d.h. den Ortungssensoren, also beispielsweise kapazitiven Sensoren oder berührungsempfindlichen Sensoren oder lichtempfindlichen Sensoren. Die Bedientaste ist bezüglich eines weiteren Sensors bewegbar gelagert, nämlich bezüglich des Schaltsensors, der vom selben Sensortyp oder einem anderen zweiten Sensortyp sein kann. Besonderer Clou ist nun, dass die Sensorsignale aller der Sensoren durch eine gemeinsame Auswerteschaltung ausgewertet werden, die nur für einen Sensortyp ausgelegt sein muss. Die Auswerteschaltung ist mit allen Sensoren verbunden. Eine Steuereinrichtung, also beispielsweise der beschriebene Mikrocontroller, wertet mittels der Auswerteschaltung die Sensorsignale dahingehend aus, dass er ermittelt, ob der Schaltsensor ein Drücken der Bedientaste signalisiert. Für diesen Fall wird dann in Abhängigkeit davon, welcher der Ortungssensoren eine Berührung oder Annäherung signalisiert, ein Signal zum Aktivieren einer der Gerätefunktionen ausgegeben.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche Merkmale aufweisen, die bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bedienvorrichtung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund werden die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Im Folgenden ist die Erfindung noch einmal anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels erläutert. Hierzu zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
-
In der Figur ist ein Kraftfahrzeug 10 gezeigt, bei dem es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 weist eine Bedienvorrichtung 12 auf, die mit einem oder mehreren Geräten 14 des Kraftfahrzeugs 10 gekoppelt sein kann. Beispielsweise kann die Bedienvorrichtung 12 über einen Kommunikationsbus, beispielsweise einen CAN-Bus (CAN - Controller Area Network) mit den Geräten 14 gekoppelt sein. Bei den Geräten 14 kann es sich beispielsweise um eines oder mehrere aus den folgenden Geräten handeln: eine Klimaanlage, ein Infotainmentsystem, eine Motorsteuerung für Fensterheber, Schiebedach, Sitze. Durch die Geräte 14 sind mehrere unterschiedliche Funktionen in dem Kraftfahrzeug 10 bereitgestellt. Um eine der Funktionen auszuwählen und zu aktivieren, kann ein Benutzer, beispielsweise ein Fahrer des Kraftfahrzeugs 10, beispielsweise mit einem Finger 16 die Funktion durch Drücken eines bestimmten von mehreren Tastbereichen 18 aktivieren. Jedem der Tastbereiche 18 ist dabei eine der Funktionen zugeordnet. Es kann auch die Zuordnung gewechselt werden, so dass einem Tastbereich 18 nacheinander unterschiedlichen Funktionen zugeordnet sein können.
-
Um das Drücken eines Tastbereiches 18 zu erkennen, weist die Bedienvorrichtung 12 folgende Komponenten auf.
-
Die Tastbereiche 18 sind Bestandteil einer einzelnen Bedientaste 20. Die Bedientaste oder kurz Taste 20 ist beweglich beispielsweise bezüglich eines Gehäuses 22 der Bedienvorrichtung 12 gelagert. Beispielsweise können Lagerelemente 24 aus biegbarem Kunststoff oder mit Schienen eine Bewegung der Taste 20 entlang Betätigungsrichtungen 26 auf eine Leiterplatte 28 zu bzw. von ihr weg als lineare Bewegung ermöglichen. Die Taste 20 kann auch über ein Scharnier an dem Gehäuse 22 bewegbar gelagert sein.
-
In jedem der Tastbereiche 18 ist auch ein Ortungssensor 30 angeordnet. Die Ortungssensoren 30 können fest mit der Bedientaste 20 verbunden sein. Sie bewegen sich dann also beim Drücken der Taste 20 mit dieser mit. In die Bedientaste 20 kann auch eine Beleuchtung integriert sein, durch welche beispielsweise ein umlaufender Rand der Bedientaste 20 auch im Dunkeln erkennbar ist oder einzelne, innerhalb der Tastbereiche 18 angeordnete Symbole beleuchtet werden können.
-
Jeder Ortungssensor 30 kann beispielsweise in ein Material der Taste 20, beispielsweise einen Kunststoff, eingegossen sein. Die Taste 20 kann auch Aussparungen aufweisen, in welchen die Ortungssensoren 30 angeordnet sein können. Die Ortungssensoren 30 können beispielsweise jeweils ein kapazitiver Sensor, ein druckempfindlicher Sensor oder ein lichtempfindlicher Sensor sein. Die Leiterplatte 28 ist bezüglich des Gehäuses 20 fest angeordnet. Auf der Leiterplatte 28 kann ein Schaltsensor 32 angeordnet sein. Der Schaltsensor 32 kann z.B. ein beweglich gelagertes Tastelement 34 aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Tastelement 34 eine Feder, insbesondere eine Tellerfeder. Das Schaltsensor 32 bildet dabei insgesamt einen Näherungssensor, dessen Sensorsignal davon abhängig ist, wie weit das Tastelement 34 zur Leiterplatte 28 hin ausgelenkt ist. Der Schaltsensor 32 kann aber z.B. auch ein Tastschalter sein, wobei das Tastelement 34 dann ein Tastknopf sein kann. Als Tastschalter kann z.B. ein Mikrotastschalter bereitgestellt sein.
-
Bei einer Bewegung der Taste 20 durch Drücken derselben mit dem Finger 16 wird die Taste 20 in den Lagerungen 24 bewegt und auf das Tastelement 34 des Schaltsensors 32 gedrückt, so dass der Schaltsensor 32 betätigt wird. Insgesamt ist also die Taste 20 bezüglich des Schaltsensors 32 bewegbar gelagert. Der Schaltsensor 32 stellt einen Sensor des zweiten Typs dar, welcher ein Drücken der Taste 20 erkennt. Die Ortungssensoren 30 stellen jeweils einen Sensor eines ersten Typs dar, welche ein Annähern oder ein Berühren des Fingers 16 an einem jeweiligen Tastbereich 18 signalisieren. Der Schaltsensor 32 ist aber bevorzugt vom selben Sensortyp wie die Ortungssensoren 30.
-
Die Bedienvorrichtung 12 weist zum Erkennen einer Berührung und eines Drucks eines der Tastbereiche 18 durch den Finger 16 eine Auswerteschaltung 36 auf. In dem gezeigten Beispiel weist die Auswerteschaltung 36 insgesamt sechs Signaleingänge 38 auf. Jeder Signaleingang 38 ist mit einem der Sensoren 30, 32 gekoppelt. Bei der Auswerteschaltung 36 kann es sich beispielsweise um ein Standard-IC zum Auswerten der Signale der Ortungssensoren 30 handeln.
-
Die Auswerteschaltung 36 ist mit einer Steuereinrichtung µC gekoppelt, die beispielsweise einen Mikrocontroller µC umfassen kann. Die Steuereinrichtung µC ist dann in der beschriebenen Weise zum Erzeugen von Steuersignalen für die Geräte 14 mit diesen in der beschriebenen Weise gekoppelt.
-
Um eine Betätigungskraft der Taste 20 einstellen zu können, kann die Bedienvorrichtung 12 auch eines oder mehrere Federelemente 40 aufweisen. Ein Federelement 40 kann beispielsweise eine Blattfeder oder Tellerfeder umfassen. Bei Drücken der Taste 20, so dass sich diese entlang der Bewegungsrichtungen 26 auf den Schaltsensor 32 zubewegt, wird durch die Federelemente 40 eine vorgegebene Rückstellkraft ausgeübt, die der Benutzer mit seinem Finger 16 beim Drücken eines der Tastbereiche 18 spürt. Der Schaltsensor 32 kann ein Mikroschalter sein oder ein Schaltsensor mit einer Schnappscheibe, so dass bei erfolgreichem Betätigen des Schaltsensors 32 der Benutzer mit dem Finger 16 noch eine deutlich spürbare Vibration als Schnappen in der Taste 20 spürt.
-
Drückt nun der Benutzer mit dem Finger 16 einen der Tastbereiche 18, so wird durch eine jeweilige Teilschaltung 42 der Auswerteschaltung 36 für jedes der Signaleingänge 38 anhand der anliegenden Sensorsignale erkannt, welcher der Ortungssensoren 30 die Annäherung des Fingers 16 bzw. dessen Berührung mit dem Tastbereich 18 erkennt und ob auch der Schaltsensor 32 gedrückt wurde, also die Bedientaste 20 auf den Schaltsensor 32 einwirkt. Die Teilschaltungen 42 können hierzu alle den gleichen Aufbau aufweisen.
-
An einem Signalausgang 44 der Auswerteschaltung 36 wird ein entsprechendes Betätigungssignal erzeugt, welches die Signale der Ortungssensoren 30 und des Schaltsensors 32 widerspiegelt. Die Steuereinrichtung µC erkennt anhand des Betätigungssignals am Signalausgang 44, welcher der Tastbereiche 18 gedrückt wurde. Außerdem erkennt die Steuereinrichtung µC, dass das Drücken der Taste 20 so stark war, dass auch der Schaltsensor 32 betätigt wurde. Die Steuereinrichtung µC erzeugt daraufhin in Abhängigkeit davon, welcher Tastbereich gedrückt wurde, ein entsprechendes Steuersignal für die Geräte 14. Beispielsweise kann so eine Lautstärke eines Abspielgeräts vergrößert oder verkleinert werden oder eine Temperatur einer Sitzheizung verändert werden oder ein Motor eines Fensterhebers aktiviert werden.
-
Wie bereits ausgeführt, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass der Schaltsensor vom selben Sensortyp wie die Ortungssensoren ist. Beispielsweise kann also sowohl in jedem Tastbereich als auch als Schaltsensor ein Kapazitivsensor bereitgestellt sein. Der als Schaltsensor fungierende Kapazitivsensor wird dabei nicht direkt durch beispielsweise den Finger eines Benutzers, sondern durch die Annäherung der beim Drücken bewegten Bedientaste beeinflusst. Bei der Auswerteeinrichtung 36 kann es sich um eine Einheit für kapazitive Auswertung oder einen externen Touchcontroller handeln oder einen direkten Anschluss an den Mikrocontroller selbst, wobei letztere Lösung eine Softwarelösung innerhalb des Mikrocontrollers erfordert. Durch die Ortungssensoren 30 ist insbesondere ein Kapazitivsensor für Positions- und/oder Annäherungserkennung bereitgestellt. Mittels des Schaltsensors 32 wird für die gesamte Bedientaste 20 ermittelt, ob sie mindestens mit einer bestimmten Betätigungskraft gedrückt wurde.
-
Ganz besonders bevorzugt ist es, dass nach dem Prinzip der Erfindung sowohl für Annäherungs-/Berührungserkennung in den einzelnen Tastbereichen als auch für die Erkennung des Drückens der Bedientaste eine Sensorart zur Auswertung der Betätigungskraft und der Positions- und Annäherungserkennung verwendet wird. Diese bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst also die Möglichkeit, mit nur einer Sensorart (z.B. Kapazitivsensorik, FSR-Sensorik) in einem Bedienteil (z.B. Schalterleiste) sowohl die Positions- und/oder Annäherungserkennung (Nutzung des Sensortyps als Abstands- oder Näherungssensor) als auch die Betätigungskraft (Nutzung des Sensortyps als Kraftsensor) auszuwerten.
-
Durch die Beispiele ist gezeigt, wie eine Kostenreduzierung bei der Herstellung einer Bedienvorrichtung für ein Kraftfahrzeug erlangt werden kann. Die Elektronik, also beispielsweise der Mikrocontroller zur Auswertung der Sensorik (vorzugsweise Kapazitivsensorik) wird ohnehin für die Positions- und/oder Annäherungserkennung benötigt, also in der Bedientaste 20 und dort in jedem Tastbereich 18. Nun wird die Elektronik auch noch für die Auswertung der Betätigungskraft genutzt. Es gibt also keine Inhomogenität in der Technologie der Erkennung. Insbesondere wird auch keine zusätzliche Elektronik benötigt. Werden zusätzliche Signaleingänge 38 benötigt, um auch das Signal des Schaltsensors 32 zu erkennen, muss einfach ein größeres Modell des ICs für die Auswertung aller Sensorsignale bereitgestellt werden. Insbesondere kann auch auf teure Sensoren für die Auswertung der Betätigungskraft verzichtet werden. Hierzu wird dann als Schaltsensor 32 kein FSR-Sensor, Hall-Sensor oder Piezo-Sensor verwendet, sondern beispielsweise einfach auch ein Kapazitivsensor.
-
Es kann aber auch vorgesehen sein, zusätzlich zu dem Schaltsensor 32 noch einen weiteren Schalter bereitzustellen. Dies ergibt den zusätzlichen Vorteil, dass zur Auswertung der Betätigungskraft (kapazitiv + FSR/Hall/Piezo) eine kostengünstige redundante Auswertung erfolgt. Dies kann besonders interessant bei Sicherheitsbauteilen mit ASIL-Einstufung sein (z.B. Schaltung, Bremse).
