Rekonfigurierbare, formveränderliche Taste und Bedienfeld mit einer derartigen Taste, insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug |
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申请号 | EP07007409.1 | 申请日 | 2007-04-11 | 公开(公告)号 | EP1850359B1 | 公开(公告)日 | 2013-03-06 |
申请人 | Volkswagen Aktiengesellschaft; | 发明人 | Strohband, Sven, Dr.; Stoschek, Arne, Dr.; Derse, Michael T.; Alessandrini, Philippe; Srinivasan, Venkat; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung betrifft eine Taste mit einem zentralen Bereich und einem den zentralen Bereich umgebenden Randbereich, wobei die Taste in einem aktiven Zustand als Drucktaste betätigbar ist und der zentrale Bereich der Taste aus einer durch den Randbereich festgelegten Oberflächenebene vorsteht, wobei die Taste in einem inaktiven Zustand nicht als Drucktaste betätigbar ist und sich der zentrale Bereich der Taste im wesentlichen in der vom Randbereich definierten Oberflächenebene erstreckt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Bedienfeld für ein Fahrzeug mit mindestens einer derartigen Taste. Moderne Autos weisen eine steigende Zahl von Komfortausstattungsmerkmalen auf, wie z.B. Audiosysteme, Navigationssysteme, Telekommunikationsgeräte, Klimatisierungssteuerungssysteme, elektrische Sitzverstellungen, elektrische Fensterheber und elektrische Spiegelverstellungen. Die zunehmende Zahl an von Fahrzeuginsassen bedienbaren Ausstattungsmerkmalen eines Autos hat allgemein zu einer zunehmenden Zahl von Tasten, Schaltern und anderen Bedienelementen auf dem Armaturenbrett, auf der Mittelkonsole und auf den Türkonsolen geführt. Ein Nachteil dieser komplexen Bedienfelder ist, dass Benutzer häufig von der großen Zahl der Tasten überwältigt sind. Benutzer haben infolgedessen Schwierigkeiten die Tasten oder Schalter zu finden, nach denen sie suchen. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Tasten, die üblicherweise als starre, aus einer Oberfläche des Fahrzeuginnenraums vorstehende Tasten ausgebildet sind, ergibt sich daraus, dass in der Regel nicht alle über diese Tasten gesteuerten Funktionen vom Benutzer zur gleichen Zeit benutzt werden. Somit wird dem Benutzer mehr Information als nötig aufgedrängt. Ein weiterer Nachteil herkömmlicher Tasten ist, dass in Fahrzeugen der unteren Preisklasse häufig Tasten ohne Funktion oder Blindtasten als vorinstalliertes Ausstattungsmerkmal für zukünftige Anwendungen eingebaut werden. Es gibt bereits Anstrengungen die Probleme, die sich aus einer großen Zahl von Tasten, Schaltern und Bedienelementen ergeben, abzumildern. Eine Lösung besteht in einem Tastbildschirm im Armaturenbrett oder der vorderen Konsole des Fahrzeugs. Ein Benutzer wählt eine gewünschte Funktion im Allgemeinen indem er in einem Menübaum auf dem Tastbildschirm nach der Funktion sucht. Ein Nachteil von Tastbildschirmen, die einen Menübaum verwenden ist, dass Benutzer in dem komplizierten Labyrinth von Auswahlmenüs leicht den Überblick verlieren. Ein Tastbildschirm reduziert zwar die Anzahl der Tasten, vereinfacht jedoch in der Regel nicht die Bedienung des Fahrzeugs. Ein weiterer Nachteil von Tastbildschirmen ist, dass sie nicht das mit dem Drücken einer Taste verbundene Tastgefühl vermitteln. Dies ist für die Wahrnehmung von Information wichtig und dient außerdem als inhärenter Rückkopplungsmechanismus. Aus der Aufgabe der Erfindung ist, [demnach] eine Taste zu schaffen, die die oben erwähnten Nachteile, insbesondere die Nachteile, die sich aus einem Bedienfeld mit einer großen Zahl von Tasten ergeben, beseitigt. Eine weitere Aufgabe besteht darin ein Bedienfeld mit mindestens einer solchen Taste zu schaffen. Die Taste und das entsprechende Bedienfeld sollen kostengünstig, platzsparend, benutzerfreundlich und die Bedienung weniger verwirrend sein. Die vorgenannte Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 sowie Anspruch 9 gelöst. Durch eine derartig rekonfigurierbare, formveränderliche Taste, die aktiv oder inaktiv sein kann, ist es möglich dem Benutzer nur die Tasten zu präsentieren, die er benötigt. Damit wird die Komplexität von herkömmlichen Tastenkonsolen reduziert und die Benutzerfreundlichkeit verbessert. Die Taste gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es Tasten auf einen Bedarf hin und eben nicht standardgemäß zur Verfügung zu stellen. Bei der vorliegenden Erfindung weist wenigstens der zentrale Bereich der Taste ein Formgedächtnismaterial mit einer Bistabilität auf, wobei im aktiven Zustand der Taste das Formgedächtnismaterial eine Vorwölbung auf der durch den Randbereich festgelegten Oberflächenebene bildet und im inaktiven Zustand der Taste das Formgedächtnismaterial eine flache, sich im wesentlichen in der durch den Randbereich festgelegten Oberflächenebene erstreckende Schicht bildet. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist das Formgedächtnismaterial ein Formgedächtnispolymer und/oder eine Formgedächtnislegierung auf. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung bildet eine durchgehende Schicht aus einem Formgedächtnispolymer den zentralen Bereich der Taste sowie den Randbereich der Taste. Die Verwendung einer durchgehenden Schicht vereinfacht die Herstellung und ergibt eine Kosteneinsparung. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnismaterial ein aus einer Formgedächtnislegierung hergestelltes Drahtgeflecht, das in einem dehnbaren material eingebettet ist. Eine NiTi-Legierung kann als Formgedächtnislegierung verwendet werden. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegende Erfindung weist das aus der Formgedächtnislegierung hergestellte Drahtgeflecht einen ohmschen Widerstand auf und ist mittels eines durch das Drahtgeflecht fließenden elektrischen Stroms beheizbar, wobei das aus der Formgedächtnislegierung hergestellte Drahtgeflecht durch Erhitzen auf eine bestimmte Umwandlungstemperatur in seine Gedächtnisform bringbar ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass keine zusätzliche Heizvorrichtung zum Heizen der Formgedächtnislegierung benötigt wird. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnismaterial eine aus einer Formgedächtnislegierung hergestellte Dünnschicht, die zusammen mit einem dehnbaren Material eine Schichtstruktur bildet. Beispielsweise kann die aus der Formgedächtnislegierung hergestellte Dünnschicht in einem dehnbaren Material eingebettet sein oder an einem dehnbaren Material befestigt sein. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Formgedächtnismaterial ein Formgedächtnispolymer, das durch Erhitzen auf eine bestimmte Umwandlungstemperatur in seine Gedächtnisform umformbar ist. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist ein interner Heizmechanismus in das Formgedächtnispolymer integriert. Ein ohmscher Widerstand kann beispielsweise zur Erzeugung von Wärme verwendet werden. Nach einem nebengeordneten Anspruch der vorliegenden Erfindung weist zumindest der zentrale Bereich der Taste einen nachgiebigen Mechanismus mit zwei stabilen Zuständen auf, wobei der zentrale Bereich der Taste im aktiven Zustand eine Vorwölbung auf der durch den Randbereich festgelegten Oberflächenebene bildet und der zentrale Bereich der Taste im inaktiven Zustand im wesentlichen flach ist und sich im wesentlichen auf der gleichen Höhe befindet wie der Randbereich. Die Vorwölbung hat vorzugsweise eine halbkugelförmige oder kuppelförmige Oberfläche. Gemäß der Erfindung enthält der nachgiebige Mechanismus einteilige, biegsame oder dehnbare Strukturen, wobei sich die Struktur in drei Raumrichtungen verformen kann und, auf eine Eingabebetätigung hin, eine Kraft übertragen oder eine Bewegung ausführen kann. Ein Vorteil eines nachgiebigen Mechanismus ist, dass es keine Gelenke gibt. Der Montagezeitaufwand wird deshalb verringert bzw. fällt ganz weg und die Kosten verringern sich entsprechend. Ein weiterer Vorteil eines nachgiebigen Mechanismus ohne Gelenke ist, dass es keine Abnutzung und kein Spiel gibt. Im Hinblick auf die vorgenannte Aufgabe ist weiterhin ein Bedienfeld für ein Fahrzeug mit mindestens einer Taste gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen. Ein Vorteil eines derartigen Bedienfelds ist, dass die rekonfigurierbare, formveränderliche Taste sich im aktiven Zustand wie eine herkömmliche Taste anfühlt und wie eine herkömmliche Taste funktioniert, wohingegen die Taste im inaktiven Zustand zu verschwinden scheint. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist das Bedienfeld auf einer Konsole des Fahrzeugs, einem Türverkleidungsteil, einem Lenkrad und/oder einem Armaturenbrett vorgesehen. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Taste mittels einer mit der Taste verbundenen Steuereinheit aktivierbar und deaktivierbar. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist das Bedienfeld weitere mit der Steuereinheit verbundene Tasten auf, und die Tasten sind zum Steuern eines elektronischen Untersystems des Fahrzeugs mittels der Steuereinheit aktivierbar und deaktivierbar. Beispielsweise kann die Steuereinheit die Tasten aktivieren, die zum Bedienen der Audioanlage verwendet werden, wenn der Fahrzeuginsasse die Einstellung der Audioanlage ändern will. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung sind die Tasten zum Steuern eines Fahrzeuguntersystems wie z.B. eines Audiosystems, eines Navigationssystems, eines Kiimatisierungssteuerungssystems und/oder eines Kommunikationssystems vorgesehen. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Steuereinheit so ausgebildet, dass die Taste mittels Sprachsteuerung aktivierbar ist. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist das Bedienfeld weitere Tasten mit jeweils einem aktiven und einem inaktiven Zustand auf, und das Bedienfeld ist in mehreren Betriebsarten betreibbar, wobei in einer jeweiligen Betriebsart eine jeweilige Untermenge der Tasten aktiviert ist, und wobei die Betriebsarten mittels einer mit der Steuereinrichtung verbundenen Auswahleinrichtung auswählbar sind. Die Auswahleinrichtung kann beispielsweise ein zentrales Rändelrad oder Drehrad nahe am oder auf dem Lenkrad sein, das es dem Benutzer ermöglicht die verschiedenen Betriebsarten der Fahrzeugkonsole nacheinander auszuwählen. Die Betriebsarten können beispielsweise folgende sein: (a) Alle Tasten aus, (b) Audiobedientasten ein, (c) Radio, Musik und/oder Videobedientasten ein, (d) Navigationsbedientasten ein, (e) Fahrzeugklimatisierungsbedientasten ein, (f) Fahrerassistenz (z.B. Tempomat) ein, (g) Infotainmentfunktionen ein, (h) alle Tasten ein. Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist neben der Taste eine Anzeige vorgesehen, auf der eine Funktion der Taste im aktiven Zustand anzeigbar ist. Der Aufbau und das Verfahren zum Betreiben der vorliegenden Erfindung sowie weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einzelner Ausführungsformen in Kombination mit den Zeichnungen.
Im Detail zeigt Die in Oberhalb der Zentralanzeige 14 befindet sich ein Schlitz 11 der Disketten für Audiodaten, Videodaten oder andere digitale Daten aufnimmt. Drucktasten auf beiden Seiten des Schlitzes 11 werden zur Steuerung des Diskettenbetriebs benutzt. Auf beiden Seiten der Zentralanzeige 14 befinden sich Drehknöpfe 17, die in üblicher Weise zum Einstellen eines Radioempfängers benutzt werden können, die jedoch auch zum Einstellen weiterer Funktionen des Fahrzeugs verwendet werden können. Die Drehräder 19 sind zum Einstellen der Temperatur eines Sitzheizsystems vorgesehen. Unterhalb der Drehräder 19 befinden sich Flüssigkristallanzeigen 16, die eine Temperatur für das Klimatisierungssteuerungssystem anzeigen. Neben den Flüssigkristallanzeigen 16 befinden sich Wippschalter 21, die zum Einstellen der Geschwindigkeit einer Lüfters für das Klimatisierungssteuerungssystem benutzt werden können. In der Mitte der Fahrzeugkonsole 10 befindet sich eine Drucktaste zum Einschalten der Warnblinkanlage. Die in Die formveränderlichen Tasten 22, 24 sind über Verbindungsleitungen 27 mit einer Steuereinheit 26 verbunden. Die formveränderlichen Tasten 22, 24 werden von der Steuereinheit 26 wahlweise aktiviert oder deaktiviert. Eine Auswahleinrichtung 28 ist mit der Steuereinheit 26 verbunden. Die Auswahleinrichtung 28 ermöglicht es einem Benutzer unter einer Anzahl von Betriebsarten bzw. Funktionsweisen der Fahrzeugkonsole auszuwählen. Beispielsweise kann der Benutzer eine Betriebsart wählen, die die Bedientasten für die Audioanlage oder die Bedientasten für das Navigationssystem aktiviert. Die Auswahleinrichtung 28 kann beispielsweise ein Bedienungsknopf, ein Drehknopf oder ein Rändelrad sein, das es dem Benutzer ermöglicht die verschiedenen Betriebsarten der Fahrzeugkonsole 10 nacheinander auszuwählen. Wie aus einem Vergleich der Formveränderliche Tasten 22, 24 gemäß der vorliegenden Erfindung können auf verschiedene Art und Weise konstruiert werden. Die formveränderlichen Eigenschaften können außerdem mit einem nachgiebigen Mechanismus erzielt werden, der im englischen mit dem Fachbegriff compliant mechanism bezeichnet wird. Eine Tastenkonsole, die Tasten aufweist wie sie in den Jede der veränderlichen Tasten kann einzeln aktiviert werden. Alternativ können Tastengruppen gemäß ihrer Funktionsweise aktiviert werden. Beispielsweise kann eine Gruppe von Tasten für Audiofunktionen gemeinsam aktiviert werden. Die Aktivierung der formveränderlichen Tasten kann beispielsweise ausgeführt werden mittels einer Sprachsteuerung, mittels einem zentralen drückbaren Drehknopf oder einem Rändelrad, mit dem die verschiedenen Betriebsarten für die Tastenkonsole nacheinander ausgewählt werden können und das nahe am oder auf dem Lenkrad angeordnet ist, mittels einer Ansteuerung bzw. Anregung über einen Heizwiderstand oder externer thermischer Anregung. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Benutzer durch mehrere Betriebsarten für die Konsole mit den formveränderlichen Tasten blättern (scrollen). Der Benutzer kann beispielsweise die folgenden Betriebsarten auswählen: (a) Alle Tasten aus, (b) Audiobedientasten ein, (c) Radio/Musik/Videobedientasten ein, (d) Navigationsbedientasten ein, (e) Fahrzeugklimatisierungsbedientasten ein, (f) Fahrerassistenz (z.B. geschwindigkeitsregelungsbezogene Funktionen) ein, (g) Infotainmentfunktionen ein, (h) alle Tasten ein. Wenn eine formveränderliche Taste eingeschaltet, d.h. aktiviert wird, ist die Taste vorzugsweise so ausgebildet, dass beim Drücken ein hörbarer Tastklick erzeugt wird. Im aktiven Zustand funktionieren die formveränderlichen Tasten gemäß der vorliegenden Erfindung wie normale Tasten in Autos, beispielsweise wird die Lautstärke beim Drücken einer "Lautstärke-erhöhen-Taste" angehoben. Falls kein ausreichender Platz für eine große Tastenkonsole vorhanden ist, kann außerdem eine kleine Tastengruppe vorgesehen sein, wobei jede Taste verschiedene Funktionen hat, jeweils abhängig von der Betriebsart, in der die Taste benutzt wird. Die Beschaffenheit und Haptik der formveränderlichen Tasten wird vorzugsweise so gewählt, dass die Tasten hart genug sind, um sich nicht übermäßig durchzubiegen, jedoch weich genug sind, um die Funktion einer Drucktaste ausüben zu können und als Taste gedrückt werden zu können. Das Außenmaterial bzw. die Deckschicht für die formveränderlichen Tasten ist im allgemeinen ein dehnbares Material wie beispielsweise ein Gummimaterial, Silikon oder ähnliche Materialien, die auch für herkömmliche Tasten verwendet werden. Ausführungsformen der formveränderlichen Tasten, die Energie zum Umschalten von einem stabilen Zustand zum anderen Zustand benötigen, sind vorzugsweise an die Batterieversorgungsspannung des Fahrzeugs angeschlossen. Die Ansprechzeit der formveränderlichen Tasten, d.h. die Zeit, die benötigt wird, um von einer flachen Oberfläche zu einer endgültigen, halbkugelförmigen Form oder einer anderen vorstehenden Form überzugehen, kann etwa eine Sekunde betragen, wobei die Zeitdauer für die Bewegung in Gegenrichtung, hin zum flachen Zustand, ähnlich ist. Formveränderliche Tasten gemäß der vorliegenden Erfindung können auf verschiedene Art und Weise konstruiert werden und können beispielsweise auf einer dreidimensionalen Form basieren, die mit Hilfe eines nachgiebigen Mechanismus in der Form wandelbar sind, wie z.B. der in Die formveränderlichen Tasten können, wie bereits oben erwähnt, auch aus einem Formgedächtnispolymer hergestellt werden. Wenn diese formveränderlichen Polymere einer thermischen Anregung ausgesetzt werden, können sie einen drastische Übergang von einem starren Polymer zu einem sehr elastischen Zustand und wieder zurück zu einem starren Zustand zeigen. Sofern das Polymer nicht daran gehindert wird, kehrt es im elastischen Zustand zu seiner Gedächtnisform zurück. Das Polymer kehrt beispielsweise zu einer kuppelförmigen Struktur zurück wie sie in Eine weitere Möglichkeit formveränderliche Tasten herzustellen ergibt sich aus der Verwendung eines Drahtgeflechts aus einer Formgedächtnislegierung. Insbesondere wird ein Verbundsystem aus einem dehnbaren Material und einem Drahtgeflechts aus einer Formgedächtnislegierung benutzt. Drähte aus einer Formgedächtnislegierung, wie beispielsweise Drähte aus einer NiTi-Legierung, können sich beim Erhitzen auf eine steuerbare Umwandlungstemperatur sehr schnell in eine sogenannte Gedächtnisform umformen. Ein Mechanismus für eine umgekehrte Vorspannung kann verwendet werden, um das Drahtgeflecht von der Kuppelform, die die Gedächtnisform darstellt, zum flachen Zustand bzw. "tastenlosen" Zustand zurückzuführen. Wärme kann mittels eines (ohmschen) Widerstands durch die leitenden Legierungsdrähte zugeführt werden. Tastenartige Strukturen mit der gewünschten Beschaffenheit können in einfacher Weise durch Formen eines Drahtgeflechts aus NiTi-Drähten und durch Einbetten des Drahtgeflechts in einem dehnbaren Material, wie z.B. Silikon, geschaffen werden. Das aus der Formgedächtnislegierung bestehende Drahtgeflecht sorgt für die benötigte Bistabilität für die formveränderliche Taste. Eine weitere Möglichkeit formveränderliche Tasten herzustellen besteht in der Verwendung einer Schichtstruktur, die mit einer Dünnschicht aus einer Formgedächtnislegierung und mit einem dehnbaren Material gebildet wird. Dabei kann die aus der Formgedächtnislegierung geformte Dünnschicht in das dehnbare Material eingebettet werden oder die Dünnschicht kann an der aus dem dehnbaren Material hergestellten Schicht befestigt werden. Wenn NiTi-Dünnschichten über ihre Umwandlungstemperatur erhitzt werden und in ihrer Bewegung eingeschränkt werden, entwickeln sie enorme Spannungen, die dazu benutzt werden können Kräfte und Bewegungen zu übertragen. Durch Einbetten des NiTi-Dünnfilms in ein dehnbares Material, wie z.B. Silikon, und durch Schaffen von bestimmten Zwangsbedingungen bzw. Randbedingungen, wird eine formveränderliche Struktur mit zwei stabilen Zuständen geschaffen, d.h. es wird eine kuppelförmige Oberfläche und eine flache Oberfläche geschaffen. Die oben beschriebenen Ausführungsformen der formveränderlichen Tasten und Konsolen, die derartige Tasten aufweisen, sind nur beispielhafte Ausführungsformen und deshalb liegen auch weitere Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung.
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