DE102010033514A1

DE102010033514A1 - Bedienelement zur Betätigung durch einen Benutzer und Bedienelementmodul

Info

Publication number: DE102010033514A1
Application number: DE102010033514A
Authority: DE
Inventors: Marten Wittorf
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-08-05
Filing date: 2010-08-05
Publication date: 2012-02-09
Also published as: GB2483135A; CN102541375A; GB201113274D0; US20120032915A1

Abstract

Ein Bedienelement (3) zur Betätigung durch einen Benutzer umfasst – ein bewegliches, durch einen Benutzer betätigbares Element (4) und – eine unter dem beweglichen Element (4) angeordnete, als Tastschirm (5) ausgebildete Sensorschicht (8), wobei die Sensorschicht (8) zur Feststellung einer Betätigung des beweglichen Elements (4) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bedienelement zur Betätigung durch einen Benutzer. Sie betrifft ferner ein Bedienelementemodul, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug.
In den letzten Jahren haben als Tastschirme (Touchscreens) ausgebildete Bedienelemente immer mehr an Bedeutung gewonnen. Sie haben den Vorteil eines ansprechenden Aussehens und einer glatten, leicht zu reinigenden Oberfläche. Sie erlauben es, auf einer einzigen Sensorfolie fast beliebig viele Schaltfunktionen unterzubringen, was den Herstellungsaufwand stark senkt.
Um differenziertere Eingaben zu ermöglichen, wurde in der US 2008/0024958 A1 vorgeschlagen, unter einem Tastschirm einen mechanischen Schalter anzuordnen. Auf diese Weise kann der Tastschirm mit einer dreidimensionalen Empfindlichkeit ausgestattet werden.
Aufgrund ihrer glatten Oberfläche geben Tastschirme meist dem Benutzer kein klares Feedback darüber, ob und welche Funktion betätigt wurde.
Für manche Anwendungen, beispielsweise bei in der Mittelkonsole eines Fahrzeugs untergebrachten Bedienelementen für ein Audiosystem, ein HLK-(Heizung-Lüftung-Klimaanlage)-System, eine Warnblinkanlage, elektrische Fensterheber und weitere Bedienelemente wäre es wünschenswert, zumindest manche der Schaltfunktionen herauszuheben und mit einem Feedback für den Benutzer auszustatten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Bedienelement anzugeben, das für den Benutzer komfortabel und intuitiv bedienbar ist und das gleichzeitig die Vorteile eines Tastschirms aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Bedienelement zur Betätigung durch einen Benutzer bereitgestellt, wobei das Bedienelement ein bewegliches, durch einen Benutzer betätigbares Element und eine unter dem beweglichen Element angeordnete, als Tastschirm ausgebildete Sensorschicht umfasst. Die Sensorschicht ist zur Feststellung einer Betätigung des beweglichen Elements ausgebildet.
Damit wird ein Bedienelement bereitgestellt, das Aspekte eines herkömmlichen Bedienelements mit solchen eines Tastschirms vereint. Das Bedienelement ist in der Haptik herkömmlichen Bedienelementen sehr ähnlich. Die Bedienung gestaltet sich für den Benutzer mittels Drehknopf, Taster, Kippschalter, Drückknopf oder ähnlichem in bekannter Weise und der Benutzer bekommt durch das Ertasten des beweglichen Elements und dessen bewusste Bewegung unmittelbares Feedback zu seiner Betätigung. Das bewegliche Element kennzeichnet das Bedienelement darüber hinaus in einer Anzahl weiterer Bedienelemente auf einem Tastschirm und hebt es heraus, so dass es leicht aufzufinden und auch lediglich zu ertasten ist.
Das Bedienelement hat damit den Vorteil, dass es intuitiv und komfortabel zu bedienen ist. Gleichzeitig können aber auch Vorteile der Tastschirm-Technologie genutzt werden, indem eine große Anzahl von Bedienelementen, von denen einige mit beweglichen Elementen ausgestattet sind und andere als reine Tastschirmelemente ausgebildet sind, auf einer einzigen Sensorfolie angelegt und gemeinsam hergestellt werden können.
Dabei kann die Sensorschicht als resistiver oder als kapazitiver Tastschirm ausgebildet sein.
Der Tastschirm weist in einer Ausführungsform zumindest einen Drucksensor auf, wobei das bewegliche Element einen Bereich aufweist kann, der im betätigten Zustand des beweglichen Elements Druck auf die Sensorschicht ausübt.
Bei derartigen Drucksensoren, die sowohl resistiv als auch kapazitiv verwirklicht werden können, werden durch Druck entweder elektrisch leitende Schichten stellenweise verbunden oder zwei Schichten eines Kondensators einander angenähert, wodurch sich die Kapazität des Kondensators messbar verändert.
Alternativ kann der Tastschirm, wenn er als kapazitiver Tastschirm ausgebildet ist, auch zumindest einen Näherungssensor aufweisen. Bei diesem Prinzip wird die Veränderung einer Kapazität eines Kondensators oder Kondensatorsystems gemessen, die sich aufgrund der Annäherung eines Triggerelements (auch Schaltfahne genannt) ergibt. Das Triggerelement kann beispielsweise als metallisches oder nichtmetallisches Element ausgebildet sein, es kann jedoch auch der Finger eines Benutzers als Triggerelement verwendet werden.
In diesem Fall weist das bewegliche Element ein Triggerelement zur Veränderung der Kapazität eines Kondensators des Näherungssensors auf.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass als bewegliche Elemente auch Drehknöpfe eingesetzt werden können, deren Drehachse senkrecht zum Tastschirm steht, da bei geeigneter Anordnung des Triggerelements eine Winkelstellung des beweglichen Elements erkannt werden kann.
Je nach Ausführungsform des beweglichen Elements und der Sensorschicht kann das bewegliche Element durch Drehen, Drücken und/oder Ziehen betätigbar sein.
Das Bedienelement kann beispielsweise als Lautstärkeregler oder Senderwahltaste eines Audiosystems, als Regler eines HLK(Heizung-Lüftung-Klimaanlage)-Systems ausgebildet oder zur Betätigung einer Warnblinkanlage eines Fahrzeugs vorgesehen sein.
Diese Funktionen werden in einem Kraftfahrzeug häufig verwendet, so dass ihre komfortable Bedienung und ein leichtes Auffinden von besonderem Vorteil ist.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das Bedienelement in einem Fahrzeug eingesetzt, insbesondere in dem Bedienelementemodul („faceplate”) der Mittelkonsole.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Bedienelementemodul bereitgestellt, das eine großflächige Sensorschicht mit einer Anzahl von als Tastsensoren ausgebildeten Bedienelementen und eine Anzahl der beschriebenen Bedienelemente mit beweglichen Elementen aufweist.
Das Bedienelementemodul weist den Vorteil auf, dass für den Großteil der Bedienelemente ein Tastschirm zur Verfügung gestellt werden kann, der besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist, während einzelne Funktionen mit speziellen Bedienelementen herausgehoben werden können, die besonders komfortabel zu betätigen sind.
Das Bedienelementemodul hat weiterhin den Vorteil, dass auf Design- und Funktionsänderungen meist sehr flexibel reagiert werden kann, da der Tastschirm in der Produktion verhältnismäßig einfach verändert werden kann. Spezielle Varianten und kundenspezifische Wünsche können auf diese Weise für fast alle Bedienelemente einfach umgesetzt werden, wobei gleichzeitig bei ausgewählten Bedienelementen nicht auf die Haptik eines „echten” Knopfes verzichtet werden muss.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
1 zeigt schematisch ein Bedienelementemodul für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2a zeigt schematisch ein Bedienelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung im unbetätigten Zustand;
2b zeigt schematisch das Bedienelement gemäß 2a im betätigten Zustand;
3a zeigt schematisch ein Bedienelement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung in einem ersten Betätigungszustand und
3b zeigt schematisch das Bedienelement gemäß 3a in einem zweiten Betätigungszustand.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein Bedienelementemodul 1 zur Anordnung in der Mittelkonsole eines Fahrzeugs, über das ein Infotainmentsystem (beispielsweise Audiosystem und Navigationssystem), ein HLK-System und verschiedene weitere Funktionen des Fahrzeugs wie beispielsweise die Warnblinkanlage bedient werden.
Dazu weist das Bedienelementemodul 1 eine große Anzahl von ersten Bedienelementen 2 auf, die als Segmente eines oder mehrerer Tastschirme 5 ausgebildet sind. Der Tastschirm 5 weist eine kapazitive Sensorschicht auf.
Das Bedienelementemodul 1 weist ferner eine Anzahl von zweiten Bedienelementen 3 auf, die in der gezeigten Ausführungsform als Lautstärkeregler und Senderwahlknopf eines Audiosystems und als Regler für ein HLK-System ausgebildet sind. Die zweiten Bedienelemente 3 weisen jeweils ein bewegliches Element 4 auf, das als Drehknopf ausgebildet ist. Das bewegliche Element ist oberhalb des Tastschirms 5 angeordnet, das heißt, der Tastschirm 5 ist nicht nur im Bereich der ersten Bedienelemente 2, sondern auch im Bereich der zweiten Bedienelemente 3 angeordnet.
2a zeigt eine erste Ausführungsform des zweiten Bedienelements 3 schematisch im Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform ist das bewegliche Element 4 des Bedienelements 3 als Taster 6 ausgebildet, der gegen eine durch ein Federelement 7 bereitgestellte Kraft durch Drücken betätigt werden kann. Das bewegliche Element 4 ist auf der als Tastschirm 5 ausgebildeten Sensorschicht 8 angeordnet. Der Bereich der Sensorschicht 8 unter dem beweglichen Element 4 stellt ein eigenes Segment des Tastschirms 5 dar, in dem eine Betätigung des Tasters 6 festgestellt werden kann.
2b zeigt das Bedienelement 3 gemäß 2a in einer betätigten Stellung, in die es durch Ausübung eines Druckes in Richtung des Pfeils 12 gebracht wurde.
In der betätigten Stellung ist die Masse des Tasters 6 der Sensorschicht 8 angenähert. Die als kapazitiver Näherungssensor ausgebildete Sensorschicht 8 stellt die dadurch verursachte Änderung des elektrischen Feldes fest, wobei die Sensorschicht 8 mit einem RC-Oszillator arbeitet. Dabei wird die Kapazität zwischen einer aktiven Elektrode der Sensorschicht 8 und dem elektrischen Erdpotential gemessen.
Durch die Annäherung des Tasters 6 an die Sensorschicht 8 vergrößert sich die Kapazität und beeinflusst so die Schwingungsamplitude des RC-Oszillators. Dadurch wird eine dem RC-Oszillator nachgeschaltete Triggerstufe gekippt und eine Betätigung des Tasters 6 erkannt.
Insbesondere durch die Wahl des Federelements 7 kann das haptische Feedback, das der Benutzer bei der Betätigung erhält, beeinflusst werden.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform weist die Sensorschicht 8 anstelle des Näherungssensors einen kapazitiven Drucksensor auf, der den Druck durch den Taster 6 bzw. das Federelement 7 gegen die Oberfläche der Sensorschicht 8 feststellt.
3a zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform des zweiten Bedienelements 3 in einem ersten Betätigungszustand. In dieser Ausführungsform ist das Bedienelement 3 als Drehknopf 9 ausgebildet, der bei der Betätigung um die Achse 10 drehbar ist.
In den Drehknopf 9 ist ein Triggerelement 11 eingelassen, dessen Lage zur Feststellung des Drehwinkels dient. Auch unter dem Bedienelement 3 der zweiten Ausführungsform ist eine Sensorschicht 8 mit kapazitiven Näherungssensoren angeordnet.
3b zeigt schematisch das Bedienelement 3 gemäß 3a in einem zweiten Betätigungszustand. In diesem Betätigungszustand wurde der Drehknopf 9 um etwa 180° gedreht. Die dadurch veränderte Winkelstellung des Triggerelements bewirkt eine Änderung der Kapazität, wobei die Kapazität bei der Bewegung des Triggerelements 11 lokal ab- bzw. zunimmt. Durch diese Verschiebung der Kapazität wird die Drehung des Drehknopfs 9 festgestellt.
Durch das Vorsehen von entsprechender Reibung beim Drehen des Drehknopfes 9 kann das haptische Feedback, das der Benutzer bei der Betätigung erhält, beeinflusst werden.
Zusätzlich kann bei dieser und der anhand der 2a und 2b beschriebenen Ausführungsform auch ein optisches oder akustisches Feedback durch ein Lichtsignal bzw. einen Piepton vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Bedienelementemodul
2: erstes Bedienelement
3: zweites Bedienelement
4: bewegliches Element
5: Tastschirm
6: Taster
7: Federelement
8: Sensorschicht
9: Drehknopf
10: Drehachse
11: Triggerelement
12: Pfeil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2008/0024958 A1 [0003]

Claims

Bedienelement (3) zur Betätigung durch einen Benutzer, wobei das Bedienelement (3) – ein bewegliches, durch einen Benutzer betätigbares Element (4) und – eine unter dem beweglichen Element (4) angeordnete, als Tastschirm (5) ausgebildete Sensorschicht (8) umfasst, wobei die Sensorschicht (8) zur Feststellung einer Betätigung des beweglichen Elements (4) ausgebildet ist.
Bedienelement (3) nach Anspruch 1, wobei die Sensorschicht (8) als resistiver Tastschirm ausgebildet ist.
Bedienelement (3) nach Anspruch 1, wobei die Sensorschicht (8) als kapazitiver Tastschirm (5) ausgebildet ist.
Bedienelement (3) nach Anspruch 3, wobei der Tastschirm (5) zumindest einen Drucksensor aufweist.
Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das bewegliche Element (4) einen Bereich aufweist, der im betätigten Zustand des beweglichen Elements (4) Druck auf die Sensorschicht (8) ausübt.
Bedienelement (3) nach Anspruch 3, wobei der Tastschirm (5) zumindest einen Näherungssensor aufweist.
Bedienelement (3) nach Anspruch 6, wobei das bewegliche Element (4) ein Triggerelement (11) zur Veränderung der Kapazität eines Kondensators des Näherungssensors aufweist.
Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das bewegliche Element (4) durch Drehen, Drücken und/oder Ziehen betätigbar ist.
Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bedienelement (3) als Lautstärkeregler oder Sensorwahltaste eines Audiosystems ausgebildet ist.
Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bedienelement (3) als Regler eines HLK-Systems ausgebildet ist.
Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Bedienelement (3) zur Betätigung einer Warnblinkanlage eines Fahrzeugs vorgesehen ist.
Fahrzeug mit einem Bedienelement (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Bedienelementemodul (1), das eine großflächige Sensorschicht (8) mit einer Anzahl von als Tastsensoren ausgebildeten Bedienelementen (2) und eine Anzahl von Bedienelementen (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
Fahrzeug mit einem Bedienelementemodul (1) nach Anspruch 13.