DE102006041937A1

DE102006041937A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln einer Position eines Körperteils

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Publication number: DE102006041937A1
Application number: DE102006041937A
Authority: DE
Inventors: Katharina Bachfischer; Lennart Bendewald; Christoph WÄLLER; Gerald Grote; Heiner Grote
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) und ein Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Objekts, insbesondere eines Körperteils in einem Kraftfahrzeug, mit Hilfe einer Sensoranordnung (3) mit mehreren Entfernungsmesssensoren (S1-S4), die berührungslos Entfernungsmesswerte ermitteln, die ein Maß für eine Entfernung der Position des Objekts von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor (S1-S4) sind, wobei in einem orthogonalen Koordinatensystem die Koordinaten der Position des Objekts sukzessive in getrennten Berechnungsabschnitten aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren (S1-S4) ermittelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln einer Position eines Objekts, insbesondere eines Körperteils, in einem Kraftfahrzeug mit Hilfe einer Sensoranordnung mit Entfernungsmesssensoren, die Entfernungsmesswerte berührungslos ermitteln, die ein Maß für eine Entfernung der Position des Objekts von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor sind.
In modernen Kraftfahrzeugen werden vermehrt Multifunktionsbedieneinrichtungen verwendet, die eine Anzeigevorrichtung umfassen. Die Anzeigevorrichtung ist häufig mit einem positionsbestimmenden Messsensor ausgestattet, der eine Position einer Berührung durch einen Nutzer bestimmen kann. Solche Anzeigevorrichtungen werden als Touchscreen bezeichnet. Auf der Anzeigevorrichtung werden beispielsweise Bedienelemente eingeblendet, denen Funktionen und/oder Aktionen zugeordnet sind. Wird die als Touchscreen ausgebildete Anzeigevorrichtung an einer Stelle berührt, an der ein Bedienelement eingeblendet ist, so wird die entsprechende Funktion oder Aktion ausgeführt. Die für die Darstellung der unterschiedlichen Bedienelemente zur Verfügung stehende Anzeigefläche ist begrenzt. Um bei einer Vielzahl von dargestellten Bedienelementen nur genau ein Bedienelement mittels einer Berührung zu betätigen, ist eine Konzentration und Sorgfalt seitens eines Nutzers erforderlich. Bei einer Fahrt auf einer unebenen Straße ist es für einen Nutzer mit großen Fingern häufig schwierig, eine solche Bedienhandlung während der Fahrt fehlerfrei auszuführen. Daher ist es wünschenswert, eine Bedienabsicht eines Nutzers vor einer Berührung des positionsbestimmenden Messsensors zu erfassen und einzelne oder mehrere der dargestellten Bedienelemente, für die eine erhöhte Bedienwahrscheinlichkeit ermittelt wurde, für eine Betätigung optimal skaliert darzustellen. Hierfür ist es erforderlich, die Position des zur Bedienung benutzten Objekts, beispielsweise eines Körperteils, insbesondere eines Fingers, vor einer eigentlichen Betätigungshandlung zu erfassen.
Um die Position eines Körperteils berührungslos messen zu können, ist in der Druckschrift WO 2004/078536 ein Messprinzip für Entfernungsmesssensoren beschrieben, bei dem über einen Nutzer übertragene Hochfrequenzsignale ausgewertet werden. Nahe dem Körper des Nutzers ist ein Hochfrequenzsender angeordnet. In einem Kraftfahrzeug befindet sich ein solcher Hochfrequenzsender vorzugsweise integriert in einem Fahrzeugsitz. Die in den Körper des Nutzers eingekoppelten Hochfrequenzsignale werden von den Entfernungsmesssensoren kapazitiv empfangen. Anhand einer Signalstärke kann die Entfernung eines Körperteils von dem Entfernungsmesssensor ermittelt werden. Anhand mehrerer solcher Entfernungsmesssensoren, die in einer Sensoranordnung angeordnet sind, ist es prinzipiell möglich, die Position des Körperteils im Raum mittels trigonometrischer Berechnungsverfahren zu ermitteln.
Wird von einem Objekt mittels eines Entfernungsmesssensors eine Entfernung gemessen, so beinhaltet der Entfernungsmesswert die Information, dass sich das Objekt auf einer Kugelfläche befindet, in deren Ursprung sich der Entfernungsmesssensor befindet und deren Radius gleich dem ermittelten Abstand des Objekts von dem Entfernungsmesssensor ist. Anhand von drei Entfernungsmesssensoren, deren Positionen im Raum bekannt sind, kann die Position des vermessenen Objekts eindeutig bestimmt werden. Hierzu muss der Schnittpunkt der drei Kugelflächen, die aus drei Entfernungsmesswerten ermittelt sind, trigonometrisch bestimmt werden. Eine solche Berechnung ist aufwendig und nicht in jedem Falle zuverlässig möglich, sofern Störungen bei der Messung auftreten.
Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Bestimmen der Position eines Objekts mit Hilfe einer Sensoranordnung mit mehreren berührungslos messenden Entfernungsmesssensoren sowie eine Vorrichtung zur verbesserten Positionsbestimmung zu schaffen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierfür ist vorgesehen, in einem orthogonalen Koordinatensystem die Koordinaten der Position des Objekts sukzessiv in getrennten Berechnungsabschnitten aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren zu ermitteln. Dieses Vorgehen bieten den Vorteil, dass die einzelnen Koordinaten jeweils anhand der Entfernungsmesswerte der Entfernungsmesssensoren ermittelt werden, die für die Bestimmung der jeweiligen Koordinate Entfernungswerte mit der höchsten Aussagekraft zur Verfügung stellen. Es hat sich gezeigt, dass einzelne Koordinaten häufig mit einer höheren Genauigkeit ermittelbar sind als andere Koordinaten. Bei einem Berechnungsverfahren, bei dem die Koordinaten anhand einer Schnittpunktsermittlung von drei durch Entfernungswerte festgelegte Kugelsektoren ermittelt wird, wirkt sich eine Fehler in einem Messsensor oder eine Störung fast immer auf alle drei Koordinaten aus. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren ist es somit möglich, einzelne Koordinaten exakter zu bestimmen. Häufig ist es nämlich möglich die Signifikanz von einzelnen Sensormesswerten einzelner Sensoren auf die Bestimmung einer Koordinate gegenüber anderen Sensormesswerten anderer Entfernungsmesssensoren abzuschätzen. Sensormesswerte, die eine geringere Signifikanz aufweisen, können so unberücksichtigt beleiben. Ferner müssen nur einfachere Berechnungsschritte ausgeführt werden, um die einzelnen Koordinaten zu bestim men. Eine sukzessive Bestimmung im Sinne dieser Beschreibung bedeutet, dass, sofern es möglich ist, eine bereits ermittelte Koordinate bei der Ermittlung der weiteren Koordinaten berücksichtigt wird. Es sind Ausführungsformen möglich, bei denen zwei Koordinaten zeitgleich und im Wesentlichen unabhängig voneinander bestimmt werden. Zumindest jedoch die dritte Koordinate wird auch bei solchen Ausführungsformen in Abhängigkeit von zumindest einer der ermittelten Koordinaten berechnet. Als Entfernungswerte werden die aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Werte bezeichnet, die man nach einer Berücksichtigung einer Kalibrierung der Entfernungsmesswerte aus diesen erhält. Existiert beispielsweise eine Kalibrierung, mit der die Entfernungsmesswerte auf eine Normlänge bezogen werden, so erhält man aus einem Entfernungsmesswert einen Entfernungswert, der die Entfernung in Einheiten einer Normlänge angibt. Während die Entfernungsmesswerte mit einer zunehmenden Entfernung des vermessenen Objekts von dem Entfernungsmesssensor abnehmen können, nimmt der entsprechende Entfernungswert jeweils stetig mit der Entfernung des Objekts zu.
Eine verbesserte Ermittlung der einzelnen Koordinaten und eine Steigerung der Genauigkeit wird mit einer Ausführungsform erreicht, bei der die einzelnen Koordinaten jeweils in Abhängigkeit einer geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation über eine Projektionsposition der Position in einer Projektionsebene ermittelt werden, die von zwei Basisvektoren des Koordinatensystems aufgespannt ist. Eine Kenntnis der Projektionsposition in einer Ebenen, die von zwei Basisvektoren aufgespannt wird (ohne Beschränkung der Allgemeinheit der x-y-Ebene), ist von Vorteil um Ermitteln zu können, wie weit dieser Punkt von den einzelnen Entfernungsmesssensoren entfernt ist. Eine Genauigkeit der Berechnung der Koordinaten nimmt in der Regel zu, wenn Entfernungsmesswerte oder hieraus abgeleitete Entfernungswerte von Entfernungsmesssensoren verwendet oder bevorzugt verwendet werden, die der Projektionsposition in der Projektionsebene am dichtesten benachbart sind. Eine bevorzugte Verwendung kann beispielsweise eine Gewichtung gegenüber Entfernungswerten anderer Entfernungsmesssensoren umfassen.
Die Bestimmung der Entfernung einer Projektionsposition zu den einzelnen Entfernungsmesssensoren ist besonders einfach möglich, wenn die mehreren Entfernungsmesssensoren in der Projektionsebene liegen. Daher wird die Projektionsebene und hiermit gekoppelt das Koordinatensystem bevorzugt so gewählt, dass einer der Sensoren im Ursprung des Koordinatensystems angeordnet ist. Zwei Basisvektoren liegen in der Ebene, ein dritter Basisvektor steht senkrecht auf der Projektionsebene.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass mindestens eine Koordinate der Position anhand einer gewichteten Mittlung von trigonometrischen Positionsbestimmungen ermittelt wird, wobei die Positionsbestimmungen jeweils basierend auf gemesse nen Entfernungswerten eines Paares von Entfernungsmesssensoren ausgeführt werden und wobei die Gewichtung der Positionsbestimmungen basierend auf der geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation erfolgt. Als trigonometrische Positionsbestimmungen werden solche geometrischen Berechnungen angesehen, bei denen anhand der bekannten Positionen der Entfernungsmesssensoren und die ermittelten Entfernungen der Position des vermessenen Objekts, die aus den Entfernungswerten der Entfernungssensoren errechnet sind, verwendet werden, um in einer zweidimensionalen Ebene eine Koordinatenposition zu errechnen. Dieses setzt voraus, dass sich die Positionen der Entfernungsmesssensoren bezüglich der zu bestimmenden Koordinate unterscheiden. D.h., gibt man die Positionen der Entfernungsmesssensoren in Koordinaten des Koordinatensystems an, in dem die Position des Objekts ermittelt werden soll, so müssen sich die Koordinaten der Entfernungsmesssensoren hinsichtlich der Koordinate unterscheiden, die anhand ihrer Entfernungsmesswerte ermittelt werden soll. Vorzugsweise unterscheiden sie sich in den anderen Koordinaten nicht. Umfasst die Sensoranordnung beispielsweise vier Entfernungsmesssensoren, die in einer Ebene an Eckpunkten eines Rechtecks angeordnet sind, so kann eine Koordinate bezüglich eines Basisvektors, der parallel zu einer Seitenkante des Rechtecks orientiert ist, vorteilhaft jeweils anhand der Entfernungswerte der Paare von Entfernungsmesssensoren ermittelt werden, die jeweils über eine der zu dem Basisvektor parallelen Seitenkanten miteinander verbunden sind. Die so in diesem Positionsbestimmungsverfahren ermittelten Werte für die eine Koordinate werden anschließend mittels einer Mittlung fusioniert, wobei die Positionsbestimmungen stärker gewichtet werden, die mit Hilfe von Entfernungsmesssensorpaaren ermittelt sind, die der Projektionsposition in der Projektionsebene näher benachbart sind. In dem eben erwähnten Beispiel kann prinzipiell eine Positionsbestimmung der Koordinate auch anhand der Entfernungswerte jener Paare von Entfernungsmesssensoren erfolgen, die in diagonal gegenüberliegenden Ecken des Rechtecks angeordnet sind.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Entfernungsmesssensoren in Ecken eines Rechtecks angeordnet sind und mindestens eine Koordinate parallel zu gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks ermittelt wird, indem trigonometrische Positionsbestimmungen jeweils für die Paare von Entfernungsmesssensoren ausgeführt werden, die jeweils über die entsprechenden gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind, und die Positionsbestimmungen zur Ermittlung der Koordinate gewichtet mit einem Maß für eine Nähe der Projektionsposition zu der entsprechenden der gegenüberliegenden Seiten additiv gemittelt werden. Wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit eine x-Achse entlang einer längeren Seite des Rechtecks gelegt und eine y-Achse entlang einer kürzeren Seite gewählt, so erfolgt eine Bestimmung der Koordinate der Position mittels einer additiven Mittlung der aus zwei getrennten Positionsbestimmungen ermittelten Werte für die x-Koordinate, wobei eine Wichtung mit der relativen Lage der Projektions position entlang der y-Achse erfolgt. Die erste Positionsbestimmung wird mit den Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren an den Enden einer der längeren gegenüberliegenden Seiten ausgeführt, die andere Positionsbestimmung wird mit den Entfernungsmesssensoren ausgeführt, die durch die andere der längeren gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind. So erhält man zwei Werte für die x-Koordinate. Liegt die Projektionsposition bezogen auf die y-Richtung, d.h. eine Richtung parallel der kürzeren gegenüberliegenden Seiten, dichter an der ersten der längeren gegenüberliegenden Seiten, so wird der x-Koordinatenwert stärker gewichtet, der mittels der Entfernungswerte der Entfernungsmesssensoren ermittelt ist, die über die erste der längeren gegenüberliegenden Seiten verbunden sind, als der x-Koordinatenwert, der aus der Positionsbestimmung mit Hilfe der Entfernungsmesssensoren ermittelt wurde, die durch die andere der längeren gegenüberliegenden Seiten verbunden sind. Liegt die Projektionsposition näher an der anderen der längeren gegenüberliegenden Seiten, so wird bei einer Mittlung die Gewichtung entsprechend umgekehrt.
Bei einer sukzessiv folgenden Bestimmung der Koordinate parallel zu kürzeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks wird vorzugsweise nur der Koordinatenwert verwendet, der mittels einer Positionsbestimmung aus den Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren ermittelt ist, die über die der kürzeren gegenüberliegenden Seiten verbunden sind, die von den kürzeren gegenüberliegenden Seiten der Projektionsposition näher benachbart ist. Es hat sich herausgestellt, dass die Entfernungswerte der Entfernungsmesssensoren die höchste Aussagekraft für eine Bestimmung der Koordinate (im obigen Beispiels der y-Koordinate) parallel zu den kürzeren gegenüberliegenden Seiten besitzen, die der Projektionsposition am nächsten benachbart sind. Daher wird die Ermittlung dieser Koordinate vorzugsweise ausschließlich auf Basis einer Positionsbestimmung anhand der Entfernungswerte dieser (am nächsten benachbarten) Entfernungsmesssensoren ausgeführt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist darüber hinaus vorgesehen, dass in einem mittleren Bereich, bezogen auf die x-Koordinate, d.h. einem mittleren Bereich entlang der längeren der gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks, eine Berechnung der Koordinate entlang der kürzeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks anhand einer empirischen Formel erfolgt, in die eine Summe der Differenzen der gemessenen Entfernungswerte der jeweiligen Paare der Entfernungsmesssensoren eingehen, die jeweils über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks miteinander verbunden sind, wenn die Projektionsposition von den kürzeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks einen Abstand oberhalb eines Schwellenabstands aufweist. Vorzugsweise beträgt der Schwellenabstand etwa 25 % des Abstands der Entfernungsmesssensoren, die über eine längere der gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks verbunden sind. Dies bedeutet, dass die empirische Ermittlung der y-Position ausgeführt wird, wenn der Abstand der Projektionsposition in x-Richtung von einer der kürzeren gegenüberliegenden Seiten etwa 25 % des Abstands der Entfernungsmesssensoren überschreitet, die durch die längere der gegenüberliegenden Seitenkanten des Rechtecks verbunden sind. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass jeweils die Sensoren verwendet werden, die eine höchste Aussagekraft für die Bestimmung der jeweiligen Koordinate, in diesem Fall der y-Koordinate, haben. In einem mittleren Bereich des Rechtecks sind die Messwerte aller vier Entfernungsmesssensoren zu berücksichtigen. Eine genaue trigonometrische Formel für diese Art der Bestimmung kann mathematisch nicht hergeleitet werden, jedoch ergibt es sich, dass die y-Koordinate von der Differenz der Entfernungswerte abhängig sein muss, die über die kürzeren der gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind.
Eine Ermittlung der dritten Koordinate, die senkrecht auf der Projektionsebene steht, d.h. senkrecht zu den parallel gegenüberliegenden Seiten verläuft, wird vorteilhafterweise mittels eines Verfahrens ausgeführt, bei dem eine Koordinate senkrecht zu den parallel gegenüberliegenden Seiten anhand von mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen erfolgt, wobei die trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils mittels eines errechneten Abstands der Projektionsposition von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor und dessen gemessenen Entfernungswerts ausgeführt werden und die mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils für Entfernungsmesssensorpaare ausgeführt werden, die über eine Seite des Rechtecks miteinander verbunden sind, wobei das Entfernungsmesssensorpaar nach folgender Rangfolge ausgesucht wird: a) es wird das Entfernungsmesssensorpaar verwendet, das über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks verbunden ist, sofern diese Verbindende der gegenüberliegenden kürzeren Seiten einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, der kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenabstand ist, b) andernfalls das Entfernungsmesssensorpaar verwendet wird, das über eine der längeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks verbunden ist, sofern die Verbindende der gegenüberliegenden längeren Seiten einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, der kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenabstand ist, und c) andernfalls die Koordinate senkrecht zu den parallel gegenüberliegenden Seiten anhand aller vier trigonometrischen Positionsbestimmungen für die Entfernungsmesssensoren mittels einer empirisch modifizierten Mittlung erfolgt, wenn keine der obigen Bedingungen für eines der Entfernungsmesssensorpaare erfüllt ist. Dies bedeutet, dass die Positionsermittlung der dritten Koordinate mit Hilfe der Entfernungsmesssensoren erfolgt, die über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind, sofern die Projektionsposition den zweiten Schwellenabstand für diese kürzeren Seiten unterschreitet. Sei die x-Koordinate eine Koordinate, die entlang der längeren gegenüberliegenden Seiten des Rechtecks orientiert ist und von links nach rechts weist, und die y-Koordinate, die von einem Ursprung, der in einer linken oberen Ecke des Rechtecks angeordnet ist, nach unten weist, so wird die z-Position anhand eines Abstands der Projektionsposition von den Entfernungsmesssensoren und deren Entfernungswerten ermittelt, die an einer linken Seite des Rechtecks lie gen, sofern die Projektionsposition gemessen entlang der x-Achse von der linken kürzeren Seite des Rechtecks einen Abstand aufweist, der geringer als der zweite Schwellenabstand ist. Ist der Abstand der Projektionsposition von der rechten Seite geringer als der zweite Schwellenabstand, so werden die Entfernungsmesssensoren, die durch die rechte Seite miteinander verbunden sind bzw. deren gemessene Entfernungswerte gemeinsam mit den errechneten Abständen der Projektionsposition von den entsprechenden Entfernungsmesssensoren verwendet, um die z-Koordinate der Position des Objekts zu bestimmen. Liegt die Projektionsposition hingegen in einem mittleren Bereich bezogen auf die x-Koordinate, so werden ein oberer, ein unterer und ein mittlerer Bereich unterschieden. Liegt die Projektionsposition im oberen oder unteren Bereich, so wird die z-Position anhand der durch die obere Seitenkante verbundenen Entfernungsmesssensoren bzw., wenn die Projektionsposition nah benachbart zu der unteren längeren Seite gelegen ist, die entsprechenden Entfernungssensoren verwendet, die durch die untere der längeren gegenüberliegenden Seiten miteinander verbunden sind. Liegt die Projektionsposition hingegen in einem mittleren Bereich sowohl bezüglich der x- als auch der y-Koordinate, so erfolgt die Berechnung der z-Koordinate anhand der trigonometrischen Positionsbestimmungen, die für jeden der vier Entfernungsmesssensoren ausgeführt worden sind, wobei die z-Koordinate mittels einer empirisch modifizierten Mittlung erfolgt. Dieses Vorgehen bietet erneut die Möglichkeit, dass die Entfernungsmesssensoren zur Ermittlung der z-Koordinate verwendet werden, bei deren Auswertung die höchste Genauigkeit bezüglich der gesuchten Position erreicht wird. Die Auswahl der Entfernungsmesssensoren, deren Entfernungswerte verwendet werden, erfolgt erneut anhand der Projektionsposition in der Projektionsebene. Die z-Koordinate wird jeweils mittels einer Mittlung aus zwei z-Koordinatenwerten ermittelt, die ihrerseits in zwei unabhängigen Positionsbestimmungen ermittelt sind. Hierbei werden jeweils die beiden günstigsten Entfernungsmesssensoren ausgewählt. Lediglich in einem mittleren Bereich, in dem alle vier Entfernungsmesssensoren ungefähr eine gleiche Aussagekraft hinsichtlich der z-Position aufweisen, wird eine empirische Mittlung der Positionsbestimmungen für alle vier Entfernungsmesssensoren ausgeführt.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und deren Merkmale weisen dieselben Vorteile wie die Merkmale der erfindungsgemäßen Verfahren auf.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Bestimmen der Position eines Objekts mit Hilfe einer berührungslos messenden Sensoranordnung;
2 eine schematische Darstellung einer Sensoranordnung zur Veranschaulichung von Koordinatensystemen die zur Positionsbestimmung verwendet werden;
3 eine graphische Darstellung für eine Umrechnung von Entfernungsmesswerten in Entfernungswerte;
4 eine schematische Darstellung der Projektionsebene zur Veranschaulichung der Positionsbestimmung einer Koordinate anhand von Entfernungswerten zweier Entfernungsmesssensoren;
5 eine Darstellung der Projektionsfläche, in der dargestellt ist, welche Entfernungsmesssensoren zur Koordinatenbestimmung der y-Koordinate in Abhängigkeit der Projektionsposition verwendet werden; und
6 eine schematische Darstellung der Projektionsebene, in der dargestellt ist, welche Entfernungsmesssensoren zur Bestimmung der z-Koordinate in Abhängigkeit von der Projektionsposition verwendet werden.
In 1 ist eine schematische Darstellung einer in einer Multifunktionsbedienvorrichtung 1 integrierten Vorrichtung 2 mit einer Sensoranordnung 3 zum Bestimmen einer Position eines Objekts, insbesondere eines Fingers 4, in einem Kraftfahrzeug. Ein Fahrer 5 als Nutzer der Multifunktionsbedienvorrichtung 1 sitzt auf einem Fahrersitz 6. In den Fahrersitz 6 ist ein Hochfrequenzsender 7 integriert. Von dem Hochfrequenzsender 7 ausgesandte Hochfrequenzsignale, die vorzugsweise im kHz-Bereich liegen, werden in den Fahrer 5 kapazitiv eingekoppelt. Entfernungsmesssensoren S1–S4 empfangen jeweils das über den Fahrer 5 und den Finger 4 übertragene Hochfrequenzsignal kapazitiv, d.h. berührungslos. Eine empfangene Signalstärke ist ein Maß für die Entfernung des Fingers 4 von dem jeweiligen Entfernungsmesssensor S1–S4. Je geringer der Abstand ist, desto höher ist die empfangene Signalstärke.
Die Sensoranordnung 3 ist um eine Anzeigevorrichtung 8 angeordnet, die in der Regel als Touchscreen ausgebildet ist. Die Entfernungsmesssensoren S1–S4 sind jeweils an den Ecken der Anzeigevorrichtung 8 angeordnet. Die Multifunktionsbedienvorrichtung 1 ist in einer Mittelkonsole in einem Cockpit eines Kraftfahrzeugs zwischen dem Fahrersitz 6 und einem Beifahrersitz 9 angeordnet. Die Entfernungsmesssensoren sind mit einer Recheneinheit 10 gekoppelt, in der die Bestimmung der Position des Fingers 4 ausgeführt wird.
In 2 ist die Anzeigevorrichtung 8 mit den Entfernungsmesssensoren S1–S4 noch einmal schematisch dargestellt. Der Entfernungsmesssensor S1 ist in einer linken oberen Ecke 16 ei nes Rechtecks 17 angeordnet, das durch die Anzeigevorrichtung 8 gebildet ist. Der Entfernungsmesssensor S2 ist in einer oberen rechten Ecke 18, der Entfernungsmesssensor S3 in einer unteren rechten Ecke 19 und der Entfernungssensor S4 in einer unteren linken Ecke 20 des Rechtecks 17 angeordnet. Mit den Entfernungsmesssensoren S1–S4 ist ein orthogonales x'-y'-z'-Koordinatensystem verknüpft. Ein Ursprung des x'-y'-z'-Koordinatensystems fällt mit der Position des Entfernungsmesssensors S1 zusammen. Eine x'-Achse ist entlang einer längeren Seite 21 des Rechtecks 17 ausgerichtet, die die Entfernungsmesssensoren S1 und S2 verbindet. Eine der längeren Seite 21 gegenüberliegende längere Seite 22 ist parallel ausgerichtet. Ein Einheitsbasisvektor der x'-Achse ist somit parallel zu der längeren Seite 21 und einer gegenüberliegenden längeren Seite 22 des Rechtecks 17.
Für die weitere Berechnung ist es vorteilhaft, ein so genanntes Abbildungsverhältnis aus einer Breite sw der Anzeigevorrichtung 8 und der Höhe sh der Anzeigevorrichtung 8, die dem Abstand des Entfernungsmesssensors S1 von dem Entfernungsmesssensor S4 entspricht, zu ermitteln. Für das Abbildungs- bzw. Bildschirmverhältnis gilt: aspRatio = sw/sh.
Als Normabstand wird im x'-y'-z'-Koordinatensystem ein Abstand der Entfernungsmesssensoren S1 und S2 festgelegt. Dieses bedeutete, dass die Koordinaten jeweils auf die Anzeigevorrichtungsbreite sw, die gleich dem Abstand der Entfernungsmesssensoren S1 und S2 ist, normiert sind. Die Normierung kann in anderen Ausführungsformen beliebig anders gewählt werden.
Der Einheitsbasisvektor der x'-Achse weist somit eine Länge auf, die dem Abstand der Entfernungsmesssensoren S1 und S2 entspricht. Dies bedeutet, dass der normierte Basisvektor der x'-Achse die Länge einer Bildschirmbreite der Anzeigevorrichtung 8 aufweist, die eine Länge der längeren Seiten 21, 22 des Rechtecks 17 festlegt. Eine y'-Achse 25 ist entlang einer von zwei gegenüberliegenden kürzeren Seiten 26, 27 des Rechtecks 17 von dem Entfernungsmesssensor S1 in Richtung zu dem Entfernungsmesssensor S4 orientiert. Eine z'-Achse 28 erstreckt sich aus der Zeichenebene nach oben. Hierdurch ergibt sich ein orthogonales linkshändiges Koordinatensystem. Die Einheitsbasisvektoren der y'-Achse und der z'-Achse weisen jeweils die gleiche Länge wie der Einheitsbasisvektor der x'-Achse auf.
Die Position des Fingers 4 will man jedoch häufig in Koordinaten angeben, die jeweils auf die entsprechende Anzeigevorrichtungsseitenlänge bezogen sind. Die x-Koordinate relativ zur Anzeigevorrichtungsbreite sw und die y-Koordinate relativ zur Anzeigevorrichtungshöhe sh. Die Länge des Basisvektors in z-Koordinate wird bevorzugt auf 1/100tel gestaucht, so dass die Ko ordinaten einen 100-fachen Wert, bezogen auf einen Basisvektor mit einer Normlänge, aufweisen. Es wird somit bevorzugt, ein zweites x-y-z-Koordinatensystem zu verwenden, bei dem die Basisvektoren eine gleiche Orientierung wie die Basisvektoren der x'-, y'- und z'-Achse ausweisen, jedoch gilt: x = x' y = y'·aspRatio und z = z'·100.
Für eine Position P mittig im Normabstand über der Anzeigevorrichtung 8 gilt im x'-y'-z'-Koordinatensystem: p'x = 0,5 p'y = 0,5/aspRatio und p'z = 1.
Im x-y-z-Koordinatensystem gilt: px = 0, 5 py = 0,5 und pz = 100.
Mittels der Recheneinheit 10 wird ein Verfahren zum Bestimmen der Position T = (t_x, t_y, t_z) des Fingers 4 ausgeführt, mit welchem die Koordinaten t_x, t_y, und t_z in dem oben angegebenen x-y-z-Koordinatensystem bestimmt werden. Im Folgenden werden die Berechnungen im x'-y'-z'-Koordinatensystem ausgeführt, sofern sich nicht aus dem Zusammenhang ergibt, dass sich Koordinaten auf das x-y-z-Koordinatensystem beziehen.
Da eine Hand, an der der Finger 4 angewachsen ist, zunächst von der Anzeigevorrichtung 8 wett entfernt ist, werden Vorgabewerte angenommen, die einer Position des Fingers 4 mittig über der Anzeigevorrichtung 8 in einem Normabstand entsprechen. Ebenso können die Vorgabewerte für die Koordinaten der Position des Fingers 4 beliebig anders für die Situation gewählt werden, in der sich der Finger 4 außerhalb des Messbereichs der Entfernungsmesssensoren S1 bis S4 aufhält.
Als Ausgangsgrößen für die zu ermittelnden Koordinaten t_x, t_y, und t_z sind folgende Werte vorgegeben: tx = 0,5, ty = 0,5* und tz = 100.
Hierbei wird davon ausgegangen, dass sich die Hand zunächst weit entfernt von der Anzeigevorrichtung befindet. Ferner liegt dieser Festlegung die Annahme zugrunde, dass eine maximale Entfernung, die von den Entfernungsmesssensoren S1–S4 bestimmt werden kann, etwa der Einheitsentfernung, d.h. der Entfernung, die der Anzeigenvorrichtungsbreite sw gleich ist, entspricht. Dies bedeutet, dass die Hand von den Entfernungsmesssensoren erfasst wird, wenn ihr Abstand im x'-y'-z'-Koordinatensystem kleiner 1 wird. Die Vorgabewerte können beliebig anders gewählt werden. In vielen Ausführungsformen liegen die aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Entfernungswerte zwischen 0 und 1,3 (bezogen auf einen Normabstand sw).
Im Folgenden soll erläutert werden, wie aus den Entfernungsmesswerten der einzelnen Entfernungsmesssensoren Entfernungswerte abgeleitet werden. Aus einer Kalibrierung sind für jeden der Entfernungsmesssensoren S1–S4 jeweils ein Minimalabstandssensormesswert (MinAbstSenMwi, i = 1...4) sowie ein Einheitsabstandssensormesswert (EinhAbstSenMwi, i = 1...4) bekannt. Der Minimalabstandssensormesswert wird von dem Entfernungsmesssensor erzeugt, wenn der Finger einen minimalen Abstand zu dem entsprechenden Entfernungsmesssensor aufweist. Der Einheitsabstandssensormesswert entspricht dem Entfernungsmesswert (Sensormesswert), der von dem Entfernungsmesssensor erzeugt wird, wenn der Finger den Einheitsabstand von dem Entfernungssensor aufweist, d.h. einen Abstand aufweist, der in der hier beschriebenen Ausführungsform der Anzeigevorrichtungsbreite sw entspricht. Diese beiden Werte werden zur Kalibrierung bzw. Ableitung der Entfernungswerte aus den Entfernungsmesswerten verwendet. Aus einem Entfernungsmesswert SenMwi (i = 1...4) wird ein Entfernungswert si anhand folgender Gleichungen ermittelt: s1 = ((SenMw 1 – c.MinAbstSenMw1)/(c.EinhAbstSenMw1 – c.MinAbstSenMw1)) s2 = ((SenMw 2 – c.MinAbstSenMw2)/(c.EinhAbstSenMw2 – c.MinAbstSenMw2)) s3 = ((SenMw 3 – c. MinAbstSenMw3)/(c. EinhAbstSenMw3 – c.MinAbstSenMw3)) s4 = ((SenMw 4 – c.MinAbstSenMw4)/(c.EinhAbstSenMw4 – c.MinAbstSenMw4))
Ein Vorsatz „c." deutet an, dass der angehängte Wert in einer Kalibrierung bestimmt ist. Der angegebene Zusammenhang gilt unabhängig davon, ob der Entfernungsmesssensor bei einem minimalen Abstand einen maximalen Entfernungsmesswert oder einen minimalen Entfernungsmesswert erzeugt. Entfernungsmesssensoren, die eine kapazitiv eingekoppelte Signalstärke eines über dem Körper eines Menschen übertragenen Hochfrequenzsignals erfassen, weisen einen maximalen Pegelwert, d.h. einen maximalen Entfernungsmesswert, bei einem minimalen Abstand auf. Das heißt, der Minimalabstandssensormesswert ist der maximal erzeugte Wert eines solchen Entfernungsmesssensors. Daher ist der Minimalabstandssensormesswert größer als der Einheitsabstandssensormesswert.
Der angegebene Zusammenhang ist exemplarisch für den Entfernungsmesssensor S1 in 3 graphisch dargestellt. Der Minimalabstandssensormesswert 31 und der Einheitsabstandssensormesswert 32 sind auf der Ordinate eingetragen, auf der die Entfernungsmesswerte dargestellt sind. Den Zusammenhang mit den Entfernungswerten, die auf der Abszisse dargestellt sind, ist über eine Gerade 33 festgelegt, deren Geradensteigung aus dem Minimalabstandssensormesswert 31 und dem Einheitsabstandssensormesswert 32 unter Berücksichtigung der Tatsache ermittelbar ist, dass die Änderung des Entfernungsmesswerts (Sensormesswerts) zwischen dem Minimalabstandssensormesswert 31 und dem Einheitsabstandssensormesswert 32 einer Entfernungsänderung um den Einheitsabstand 34 entspricht. Der oben formelmäßig dargestellte Zusammenhang zwischen den Entfernungsmesswerten SenMw1 und den Entfernungswerten s1 kann mit Hilfe von 3 graphisch ermittelt werden. Dort ist für einen exemplarischen Entfernungsmesswert SenMw1 der zugehörige Entfernungswert s1 eingezeichnet. Allgemein kann anhand von 3 der Entfernungswert mittels des mathematischen Strahlensatzes aus dem Entfernungsmesswert ermittelt werden.
Anhand von 4 soll im Folgenden eine Positionsbestimmung anhand von Entfernungswerten von zwei Entfernungsmesssensoren erläutert werden. In 4 ist erneut die Anzeigevorrichtung 8 schematisch dargestellt. Betrachtet man zunächst nur den Entfernungswert s1, so kann aus diesem abgeleitet werden, dass die möglichen Positionen des Objekts, projiziert in eine Projektionsebene, auf einem Kreissektor 41 liegen, in dessen Ursprung sich der Entfernungsmesssensor S1 befindet und dessen Radius durch den Entfernungswert s1 vorgegeben ist. Entsprechendes gilt, bezogen auf den Entfernungsmesssensor S2 oder den Entfernungswert s2, für einen weiteren Kreissektor 42. Die beiden Kreissektoren 41 und 42 schneiden sich in einem Schnittpunkt 43. Um für diesen Schnittpunkt eine Koordinate, beispielsweise die x'-Koordinate, zu bestimmen, wird eine Hilfslinie 44 von dem Schnittpunkt 43 zu der x'-Achse 45 eingezeichnet, die einen rechten Winkel mit der x'-Achse 45 bildet. So ergeben sich zwei Dreiecke 46, 47, für die jeweils getrennt der Satz von Pythagoras angewandt werden kann. Für das eine Dreieck 46 gilt: x'2 + a2 = s12 wobei a die Länge der Hilfslinie 44 ist. Für das andere Dreieck 47 gilt: (1 – x')2 + a2 = s22, wobei erneut davon Gebrauch gemacht wird, dass die Entfernungsmesssensoren S1 und S2 einen Abstand 1 aufweisen. Durch algebraische Umformung ergibt sich ein Wert x' für die x'-Koordinate von: x' = ½(1 + s12 – s22).
Anhand der Sensorwerte wurde somit ein Koordinatenwert ermittelt. Diese Art der Berechnung wird als Positionsbestimmung im Sinne des hier Beschriebenen angesehen. Um den Koordinatenwert der Position des Fingers 4 bezüglich der x'-Achse (oder auch x-Achse) endgültig zu bestimmen, wird eine solche Positionsbestimmung ebenfalls mit den Entfernungswerten s3 und s4 der Entfernungsmesssensoren S3, S4 ausgeführt. Bezeichnet man den Koordinatenwert, den man aus der Positionsbestimmung mit Hilfe der Sensorwerte s1 und s2 erhalten hat, als xOben und den Wert, den man mit Hilfe der Entfernungswerte s3 und s4 erhalten hat, als xUnten, so lässt sich die x-Koordinate t_x der Position anhand einer gewichteten Mittlung ermitteln. Hierzu wird abgeschätzt, ob eine Projektionsposition der Position in die Projektionsebene, d.h. in dieser Ausführungsform die x-y-Ebene (oder x'-y'-Ebene), eher nahe der oberen Entfernungsmesssensoren S1 und S2 oder eher näher an den unteren Entfernungsmesssensoren S3 und S4 liegt. Hierzu werden folgende Größen gebildet: sOben = (1 – s1) + (1 – s2) sGesamt = (1 – s1) + (1 – s2) + (1 – s3) + (1 – s4)
Die Therme (1 – si), i = 1...4, sind ein Maß für die Nähe des Objekts zu dem entsprechenden Entfernungsmesssensor S_i. sOben ist somit ein Maß für die Nähe der Position bzw. der Projektionsposition zu den Entfernungsmesssensoren S1 uns S2. sGesamt hingegen ist ein Maß für die Nähe zu allen vier Entfernungsmesssensoren.
Bildet man einen Quotienten aus sOben und sGesamt: anteilOben = sOben/sGesamtso erhält man einen Gewicht, mit dem der Koordinatenwert xOben vorteilhafterweise gewichtet wird. Der Anteil, mit dem der Koordinatenwert xUnten vorteilhafterweise gewichtet wird, ergibt sich gemäß folgender Formel: anteilUnten = 1 – anteilOben.
Durch diese Gewichtung wird abgeschätzt, welche ungefähre y-Koordinate die Position bzw. die Projektionsposition aufweist. Die x-Koordinate ergibt sich folglich aus folgender Formel: tx = xOben·anteilOben + xUnten·anteilUnten.
In einem nächsten sukzessiv folgenden Berechnungsschritt wird anschließend die y-Position ermittelt. Welche Entfernungswerte verwendet werden, hängt von der zuvor ermittelten x-Koordinate t_x der Position ab.
In 5 sind unterschiedliche Bereiche der Projektionsebene graphisch dargestellt. Ist die x-Koordinate t_x kleiner einem Schwellenwert XSchwellenwert, so wird die y-Koordinate anhand der Entfernungswerte s1 und s4 der Entfernungsmesssensoren S1 und S4 aus einer Positionsbestimmung ermittelt. In diesem Fall gilt: ty = (1 – s4·s4·aspRatio·aspRatio + s1·s1·aspRatio·aspRatio)/2.
Hierbei wird noch einmal darauf hingewiesen, dass t_y die Koordinate in Einheiten der Anzeigevorrichtungshöhe sh angibt. Für die Umrechnung in Längeneinheiten der Einheitslänge gilt: t'_y' = t_y/aspRatio. Ist die ermittelte x-Koordinate t_x größer als 1-x_{Schwellenwert}, so erfolgt die Ermittlung der y-Koordinate mit Hilfe der Sensorwerte der Entfernungsmesssensoren S2 und S3. Es gilt dann folgende Formel: ty = (1 – s3·s3·aspRatio·aspRatio + s2·s2·aspRatio·aspRatio)/2.
In einem verbleibenden mittleren Bereich, d.h. x zwischen x_{Schwellenwert} und 1-x_{Schwellenwert} (x_{Schwellenwert} ≤ t_x ≤ 1-x_{Schwellenwert}), erfolgt die Berechnung anhand einer empirischen Formel, die im Folgenden angegeben ist: ty = 0,5 + min(1, max(–1, ((s1 + s2)–(s3 + s4))/(yKorrektur – z2))·aspRatio·aspRatio).
Hierbei wird jeweils die Differenz zwischen den Entfernungswerten s1 und s3 sowie s2 und s4 gemittelt. min(Term1, Term2, ...) und max(Term1, Term2, ...) sind Funktionen, die das Minimum bzw. das Maximum der ihrer Argumente Term1, Term2, ... angeben. Der Faktor z2 ist gegeben durch: z2 = ((s1 + s2 + s3 + s4)/2) – 1 und stellt eine grobe Schätzung einer gemittelten Entfernung der Position von der Projektionsebene dar. Der Wert yKorrektur ist empirisch durch einfache Versuche ermittelt worden.
Schließlich wird als dritter sukzessiver Schritt die z-Position ermittelt. 6 zeigt, welche der Entfernungsmesssensoren S1 bis S4 in Abhängigkeit von den bestimmten Koordinaten t und t,, für eine Berechnung verwendet werden. In Bereichen 51, 52, 53 und 54 erfolgt die Ermittlung anhand zweier Positionsbestimmungen. In einem mittleren Bereich 55 erfolgt die Berechnung anhand einer empirischen Formel, basierend auf den Positionsbestimmungen, die mit Hilfe aller vier Entfernungsmesssensoren S1 bis S4 ausgeführt wurden. Exemplarisch wird die Positionsbestimmung für den Entfernungsmesssensor S1 erläutert. Für die Positionsbestimmung zur Ermittlung der z-Koordinate wird zum einen die Entfernung c1 der Projektionsposition von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor S1 und der Entfernungswert s1 des Entfernungsmesssensors S1 verwendet. Für c1, die. Entfernung der Projektionsposition von dem Entfernungsmesssensor S1, gilt:
Gemäß dem Satz von Pythagoras gilt dann für den z'-Koordinatenwert t'_z basierend auf der Berechnung des Entfernungsmesssensors S1:
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch vorgesehen, dass Abstände größer dem Einheitsabstand nicht auftreten sollen. Ferner ist es bevorzugt, wie oben erläutert, die Auflösung der z-Koordinate um einen Faktor 100 zu steigern. Daher ergibt sich bei der hier beschriebenen Ausführungsform ein z-Koordinatenwert
Entsprechende Formeln gelten für die Positionsbestimmungen des z-Koordinatenwerts t_z2, t_z3 und t_z4. Abhängig von der bereits bestimmten x-Koordinate t_x und der y-Koordinate t_y kann aus 6 abgeleitet werden, welche Positionsbestimmungen bzw. Koordinatenwerte t_z1–t_z4 zur Ermittlung der z-Koordinate t_z verwendet werden. Liegt die Projektionsposition in dem rechten Bereich 53, so wird folgende geometrische Mittlung ausgeführt: tz = (tz2 + tz3)/2
Liegt hingegen die Projektionsposition in dem linken Bereich 51, so wird folgende geometrische Mittlung durchgeführt: tz = (tz1 + tz4)/2.
Entsprechend gilt für eine obere Hälfte 52 des zentralen Bereichs folgende Formel: tz = (tz1 + tz2)/2und für eine unteres Bereich 54 des zentralen Bereichs: tz = (tz3 + tz4)/2.
In dem mittleren Bereich 55 wird die z-Koordinate t_z im Wesentlichen anhand des Minimums der ermittelten z-Koordinatenwerte t_z1 bis t_z4 bestimmt. Es hat sich gezeigt, dass eine leichte Korrektur zu einer verbesserten Positionsbestimmung führt. In dem hier beschriebenen Fall, dass die z-Achse wie oben beschrieben um den Faktor 1/100 gestaucht ist gilt: tz = min(tz1, tz2, tz3, tz4) – 20·1,2.
Wäre die z-Koordinate nicht um einen Faktor 100 gespreizt, so würde folgende Formel gelten: tz = min(tz1, tz2, tz3, tz4) – 0,2·1,2.
Das beschriebene Verfahren zur sukzessiven Ermittlung der Koordinaten hat sich als besonders vorteilhaft für eine Sensoranordnung in einem Kraftfahrzeug herausgestellt. Mit einer solchen Anordnung ist es ebenfalls möglich, einfache Gesten zu ermitteln. Wird beispielsweise anstelle eines Zeigefingers, der auf die Anzeigevorrichtung 8 gerichtet ist, die Hand geöffnet und flach vor die Anzeigevorrichtung gehalten, so kann dies daran erkannt werden, dass min destens zwei Entfernungsmesssensoren Entfernungsmesswerte liefern, die nahezu dem Minimalabstandssensormesswert entsprechen, d.h. maximal sind.

1: Multifunktionsbedienvorrichtung
2: Vorrichtung mit einer Sensoranordnung zum Bestimmen einer Position eines Objekts
3: Sensoranordnung
4: Finger
5: Fahrer
6: Fahrersitz
7: Hochfrequenzsender
S1–S4: Entfernungsmesssensoren
8: Anzeigevorrichtung
9: Beifahrersitz
10: Recheneinheit
16: linke obere Ecke
17: Rechteck
18: obere rechte Ecke
19: untere rechte Ecke
20: untere linke Ecke
21, 22: längere gegenüberliegende Seiten
23: x'-Achse
25: y'-Achse
26, 27: kürzere gegenüberliegende Seiten
28: z'-Achse
31: Minimalabstandssensormesswert
32: Einheitsabstandssensormesswert
33: Gerade
34: Einheitsabstand
41: Kreissektor
42: weiterer Kreissektor
43: Schnittpunkt
44: Hilfslinie
45: x'-Achse
46, 47: Dreiecke
51–55: Bereiche

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Position eines Objekts, insbesondere eines Körperteils in einem Kraftfahrzeug, mit Hilfe einer Sensoranordnung (3) mit mehreren Entfernungsmesssensoren (S1–S4), die berührungslos Entfernungsmesswerte ermitteln, die ein Maß für eine Entfernung der Position des Objekts von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor (S1–S4) sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem orthogonalen Koordinatensystem die Koordinaten der Position des Objekts sukzessiv in getrennten Berechnungsabschnitten aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren (S1–S4) ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Koordinaten jeweils in Abhängigkeit einer geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation über eine Projektionsposition der Position in eine Projektionsebene ermittelt werden, die von zwei Basisvektoren des Koordinatensystems aufgespannt ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Entfernungsmesssensoren (S1–S4) in der Projektionsebene liegen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Koordinate der Position anhand einer gewichteten Mittlung von trigonometrischen Positionsbestimmungen ermittelt wird, wobei die Positionsbestimmungen jeweils basierend auf gemessenen Entfernungswerten eines Paares von Entfernungsmesssensoren (S1–S4) ausgeführt werden und wobei die Gewichtung der Positionsbestimmungen basierend auf der geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation erfolgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmesssensoren (S1–S4) in Ecken eines Rechtecks (17) angeordnet sind und mindestens eine Koordinate parallel zu gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) des Rechtecks (17) ermittelt wird, indem trigonometrische Positionsbestimmungen jeweils für Paare von Entfernungsmesssensoren (S1, S2 und S3, S4) ausgeführt werden, die jeweils über die entsprechenden gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) miteinander verbunden sind und die Positionsbestimmungen zur Ermittlung der Koordinate gewichtet mit einem Maß für eine Nähe der Projektionsposition zu der entsprechenden der gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) additiv gemittelt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinate parallel zu kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) anhand einer trigonometrische Positionsbestimmung jeweils für ein Paar von Entfernungsmesssensoren (S1, S4 oder S2, S3) ermittelt wird, die jeweils über die entsprechenden kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) miteinander verbunden sind, wobei dasjenige der Paare (S1, S4 oder S2, S3) verwendet wird, dessen die Entfernungsmesssensoren verbindende Seite der gegenüberliegenden kürzeren Seiten (26, 27) der Projektionsposition näher benachbart ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Koordinate parallel zu den kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) anhand einer empirischen Formel berechnet wird, in die eine Summe der Differenzen (s1–s4, s2–s3) der gemessenen Entfernungswerte der jeweiligen Paare (S1, S4 und S2, S3) der Entfernungsmesssensoren (S1–S4) eingehen, die jeweils über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) miteinander verbunden sind, wenn die Projektionsposition von den kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) einen Abstand oberhalb eines Schwellenabstands aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koordinate senkrecht zu den parallelen gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) anhand von mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen erfolgt, wobei die trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils mittels eines errechneten Abstands der Projektionsposition von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor (S1; S2; S3; S4) und dessen gemessenen Entfernungswerts ausgeführt wird und die mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils für Entfernungsmesssensorpaare (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) ausgeführt werden, die über eine der Seiten (21, 22, 26, 27) des Rechtecks (17) miteinander verbunden sind, wobei das Entfernungsmesssensorpaar (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) nach folgender Rangfolge ausgesucht wird: a) es wird das Entfernungsmesssensorpaar (S2, S3; S4, S1) verwendet, das über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) verbunden ist, sofern diese Verbindende der gegenüberliegenden kürzeren Seiten (26, 27) einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, die kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenabstand ist, und b) andernfalls das Entfernungsmesssensorpaar (S1, S2; S3, S4) verwendet, das über eine der längeren gegenüberliegenden Seiten (21, 22) des Rechtecks (17) verbunden ist, sofern diese Verbindende der gegenüberliegenden längeren Seiten (21, 22) einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, die kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenabstand ist, und c) andernfalls die Koordinate senkrecht zu den parallelen gegenüberliegenden Seiten anhand aller vier trigonometrischen Positionsbestimmungen für die Entfernungsmesssensoren (S1–S4) mittels einer empirisch modifizierten Mittlung erfolgt, wenn keine der obigen Bedingungen für eines der Entfernungsmesssensorpaare (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) erfüllt ist.
Vorrichtung (2) zum Ermitteln einer Position eines Objekts, insbesondere eines Körperteils in einem Kraftfahrzeug, mit einer Sensoranordnung (3) mit mehreren Entfernungsmesssensoren (S1–S4), die berührungslos Entfernungsmesswerte ermitteln, die ein Maß für eine Entfernung der Position des Objekts von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor (S1–S4) sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnereinheit (10) ausgestaltet ist, in einem orthogonalen Koordinatensystem die Koordinaten der Position des Objekts sukzessiv in getrennten Berechnungsabschnitten aus den Entfernungsmesswerten abgeleiteten Entfernungswerten der Entfernungsmesssensoren (S1–S4) zu ermitteln.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, die einzelnen Koordinaten jeweils in Abhängigkeit einer geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation über eine Projektionsposition der Position in eine Projektionsebene zu ermitteln, die von zwei Basisvektoren des Koordinatensystems aufgespannt ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Entfernungsmesssensoren (S1–S4) in der Projektionsebene liegen.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, mindestens eine Koordinate der Position anhand einer gewichteten Mittlung von trigonometrischen Positionsbestimmungen zu ermitteln, wobei die Positionsbestimmungen jeweils basierend auf gemessenen Entfernungswerten eines Paares von Entfernungsmesssensoren (S1–S4) ausführbar sind und wobei die Gewichtung der Positionsbestimmungen basierend auf der geschätzten oder bereits ermittelten Projektionspositionsinformation ausführbar ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernungsmesssensoren (S1–S4) in Ecken eines Rechtecks (17) angeordnet sind und die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, mindestens eine Koordinate parallel zu gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) des Rechtecks (17) zu ermitteln, indem trigonometrische Positionsbestimmungen jeweils für die Paare von Entfernungsmesssensoren (S1, S2 und S3, S4) ausgeführt werden, die jeweils über die entsprechenden gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) miteinander verbunden sind, und die Positionsbestimmungen zur Ermittlung der Koordinate gewichtet mit einem Maß für eine Nähe der Projektionsposition zu der entsprechenden der gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) additiv gemittelt werden.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, die Koordinate parallel zu kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) anhand einer trigonometrische Positionsbestimmung jeweils für ein Paar von Entfernungsmesssensoren (S1, S4 oder S2, S3) zu ermitteln, die jeweils über die entsprechenden kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) miteinander verbunden sind, wobei dasjenige der Paare (S1, S4 oder S2, S3) verwendet wird, dessen die Entfernungsmesssensoren verbindende Seite der gegenüberliegenden kürzeren Seiten (26, 27) der Projektionsposition näher benachbart ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, die Koordinate parallel zu den kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) anhand einer empirischen Formel zu berechnen, in die eine Summe der Differenzen (s1–s4, s2–s3) der gemessenen Entfernungswerte der jeweiligen Paare (S1, S4 und S2, S3) der Entfernungsmesssensoren eingehen, die jeweils über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) miteinander verbunden sind, wenn die Projektionsposition von den kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) einen Abstand oberhalb eines Schwellenabstands aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (10) ausgestaltet ist, eine Koordinate senkrecht zu den parallelen gegenüberliegenden Seiten (21, 22; 26, 27) anhand von mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen auszuführen, wobei die trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils mittels eines errechneten Abstands der Projektionsposition von dem entsprechenden Entfernungsmesssensor (S1; S2; S3; S4) und dessen gemessenen Entfernungswerts ausführbar sind und die mindestens zwei trigonometrischen Positionsbestimmungen jeweils für Entfernungsmesssensorpaare (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) ausgeführt werden, die über eine der Seiten (21, 22, 26, 27) des Rechtecks (17) miteinander verbunden sind, wobei das Entfernungsmesssensorpaar (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) nach folgender Rangfolge ausgesucht wird: a) es wird das Entfernungsmesssensorpaar (S2, S3; S4, S1) verwendet, das über eine der kürzeren gegenüberliegenden Seiten (26, 27) des Rechtecks (17) verbunden ist, sofern diese Verbindende der gegenüberliegenden kürzeren Seiten (26, 27) einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, die kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellenabstand ist, und b) andernfalls das Entfernungsmesssensorpaar (S1, S2; S3, S4) verwendet, das über eine der längeren gegenüberliegenden Seiten (21, 22) des Rechtecks (17) verbunden ist, sofern diese Verbindende der gegenüberliegenden längeren Seiten (21, 22) einen Abstand zu der Projektionsposition aufweist, die kleiner als ein vorgegebener dritter Schwellenabstand ist, und c) andernfalls die Koordinate senkrecht zu den parallelen gegenüberliegenden Seiten anhand aller vier trigonometrischen Positionsbestimmungen für die Entfernungsmesssensoren (S1–S4) mittels einer empirisch modifizierten Mittlung erfolgt, wenn keine der obigen Bedingungen für eines der Entfernungsmesssensorpaare (S1, S2; S2, S3; S3, S4; S4, S1) erfüllt ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) in eine Multifunktionsbedienvorrichtung (1) integriert ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) in ein Cockpit eines Kraftfahrzeugs integriert ist.