Eingabetastatur

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabetastenanordnung für ein elektronisches oder elektrisches Gerät mit wenigstens einer durch einen Benutzer betätigbaren Taste, einem durch Betätigen der Taste zwischen zwei. Zuständen umschaltbaren Schaltmittel, einer Verwaltungsschaltung zum Überwachen von Betätigungen der Taste und zum Ausgeben eines die Ergebnisse der Überwachung anzeigenden Ergebnissignals an das elektronische oder elektrische Gerät. Derartige Eingabetastenanordnungen sind als PC-Tastaturen allgemein verbreitet.

Auch an anderen elektrischen oder elektronischen Geräten wie Werkzeugmaschinen, Anlagen etc. sind Eingabetastenanordnungen in vielfältiger Form und Ausprägung bekannt. Diese Tastaturen sind jedoch für eine Anwendung in einer Kraftfahrzeug-Umgebung nicht geeignet, da sich hier spezielle Anforderungen an eine solche Tastenanordnung ergeben.

So besteht zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug-Computer, der zum Beispiel für Telekommunikations- oder Navigationsaufgaben oder für die Steuerung eines im Kraftfahrzeug eingebauten Radios, Musikkasetten- oder CD-Abspielgeräts eingesetzt wird, das Problem, daß eine Mehrzahl von Benutzern in der Lage sein soll, Funktionen eines solchen Computers aufzurufen, daß die Personen sich aber innerhalb des Kraftfahrzeugs nicht frei bewegen können, so daß deshalb eine einzelne Tastenanordnung, über deren Tasten diese Funktionen aufrufbar sind, nicht ausreicht. Eine Parallelschaltung herkömmlicher PC-Tastaturen ist aber nicht möglich, da bei gleichzeitiger Betätigung durch mehrere Benutzer eine korrekte Auswertung der Tasteneingaben durch den Computer nicht möglich ist.

Außerdem sind die Tasten einer solchen Anordnung bei der Verwendung im Kraftfahrzeug erheblich stärker schädlichen Umwelteinflüssen ausgesetzt, als dies zum Beispiel bei Tastaturen im Wohnbereich der Fall ist. Es besteht daher eine erhebliche Gefahr, daß eine Taste aufgrund von Verschmutzung klemmt, feucht wird oder aus anderen Gründen nicht ordnungsgemäß arbeitet. Wenn eine solche Störung während des Hochlaufens des Computers auftritt, kann es leicht vorkommen, daß durch die vermeintlich dauernde Betätigung einer Taste ein Tastaturpuffer des Computers überläuft und der Computer seine Hochlaufphase nicht ordnungsgemäß durchläuft und somit möglicherweise in Prüfroutinen stehn bleibt. Dies ist um so störender, als ein Benutzer in der Regel in einem solchen Fall keine Möglichkeit hat, den Grund der Fehlfunktion auszumachen.

Durch die vorliegende Erfindung wird eine Eingabetastenanordnung für ein elektronisches oder elektrisches Gerät geschaffen, die den Anforderungen im KFZ-Bereich in besonderer Weise gerecht wird.

Bei der erfindungsgemäßen Eingabetastenanordnung ist eine Störung des daran angeschlossenen elektronischen oder elektrischen Geräts infolge eines Tastendefekts dadurch ausgeschlossen, daß die Verwaltungsschaltung solange kein die Betätigung einer Taste anzeigendes Ergebnissignal liefert, wie der Zustand des der Taste zugeordneten Schaltmittels unverändert bleibt oder das Schaltmittel von seinem der betätigten Taste zugeordneten Zustand in den der unbetätigten Taste zugeordneten Zustand übergeht; wenn hingegen umgekehrt das Schaltmittel von seinem der unbetätigten Taste zugeordneten Zustand in den der betätigten Taste zugeordneten Zustand übergeht, wird ein solches Ergebnissignal geliefert. Ein eventuelles Klemmen (oder allgemeiner: Verharren) der Taste im Betätigungszustand wirkt sich auf das Ergebnissignal somit nicht aus, das angeschlossene Gerät verhält sich bei klemmender Taste genauso wie wenn die Taste nicht gedrückt wäre. Wenn die Verharrung sich zu einem späteren Zeitpunkt löst, geschieht ebenfalls nichts, falls aber abermals später die Taste von einem Benutzer betätigt wird, ist das angeschlossene Gerät in der Lage, korrekt darauf zu reagieren.

Um ein Prellen von Tasten zu vermeiden, was insbesondere bei der Benutzung in einem fahrenden Kraftfahrzeug wichtig ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Verwaltungsschaltung im Anschluß an die Lieferung eines Ergebnissignals eine Totphase aufweist, in der sie bei einem erneuten Übergang des Schaltkontakts in den der betätigten Taste zugeordneten Zustand kein Ergebnissignal liefert.

Ferner ist vorzugsweise jeder Taste ein Adressendecoder zugeordnet, der durch die Verwaltungsschaltung adressierbar ist. Eine Betätigung der Taste hat damit keine unmittelbare Auswirkung auf die Verwaltungsschaltung, sondern wird erst dann erfaßt, wenn die Taste durch Adressieren abgefragt wird. Dieses Merkmal ermöglicht insbesondere die Vermeidung von Konflikten beim Zugriff mehrerer Benutzer auf eine gleiche Funktion des angeschlossenen Geräts über mehrere dem Aufruf dieser Funktion zugeordnete Tasten. Konflikte durch gleichzeitige Betätigung sind ausgeschlossen, da infolge der sukzessiven Abfrage der Tasten eine gleichzeitige Betätigung nicht erfaßt werden kann, sondern eine Reihenfolge, in der die über die Tasten gegebenen Befehle abgearbeitet werden, durch die Reihenfolge der Abtastung feststeht. Außerdem erlaubt die Zuordnung einer spezifischen Adresse zu jeder Taste der Verwaltungsschaltung die Unterscheidung, von welcher unter mehreren zum Aufrufen der gleichen Funktion vorgesehenen Tasten ein Funktionsaufruf erfolgt ist, und ermöglicht so eine Entscheidung, ob ein Tastenaufruf eventuell ignoriert wird, weil er von einem Benutzer mit niedriger Priorität stammt. So kann es zum Beispiel in vielen Fällen sinnvoll sein, Tasten für gegebene Funktionen zum Beispiel zur Steuerung von Radio- oder Wiedergabegeräten, die sich im Griffbereich des Fahrzeugführers befinden, eine höhere Priorität einzuräumen als Tasten für gleiche Funktionen, die sich im Griffbereich der Fondpassagiere befinden.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Adresse, auf die der Adreßdecoder einer Taste anspricht, durch die Überwachungsschaltung programmierbar ist. Dadurch ist es prinzipiell möglich, Funktionen des angeschlossenen Geräts, denen eine bestimmte Adresse zugeordnet ist, dadurch aufrufbar zu machen, daß die Überwachungsschaltung die betreffende Adresse einer gegebenen Taste zuweist. Ein solches Merkmal ist zum Beispiel zweckmäßig im Zusammenhang mit Tasten zugewiesenen Zweitfunktionen, oder bei der freien Programmierung der Eingabetastenanordnung durch einen Benutzer.

Die Kommunikation der Eingabetastenanordnung mit dem angeschlossenen Gerät erfolgt vorzugsweise über eine standardisierte Busschnittstelle, insbesondere für einen CAN- oder USB-Bus.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Figur.

Figur

• Die Figur zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines KFZ-Computersystems mit erfindungsgemäßen Eingabetastenanordnungen.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur zeigt einen Computer 12, der beispielsweise für Kommunikationssteuerungsaufgaben, für den Betrieb eines Satellitennavigationssytems oder zur Steuerung diverser elektronischer Geräte oder Subsysteme des Kraftfahrzeugs wie zum Beispiel Radio oder Kassetten- beziehungsweise CD-Wiedergabegeräte einsetzbar ist. Der Computer 12 ist über einen CAN- oder USB-Bus 16 mit einer Mehrzahl von Controllerschaltungen 13,14,15 verbunden, denen jeweils die Überwachung diverser daran angeschlossener Tasten obliegt.

Die Tasten sind hier durch einen Benutzer von einer Ruhestellung in eine Betätigungsstellung bewegbare Körper, deren Bewegung bei ordnungsgemäßem Funktionieren einen Schaltkontakt öffnet oder schließt.

Der Controller 13 verwaltet zum Beispiel Tasten 2 und 3, die an einem Lenkrad 1 des Kraftfahrzeugs montiert sind. Funktionen dieser Tasten können zum Beispiel das Annehmen eines eintreffenden Telefongesprächs im Freisprechmodus, das Weiterschalten zwischen verschiedenen von einem Satellitennavigationsprogramm auf einem Bildschirm 5 angezeigten Kartenausschnitten etc, sein. Der Controller 14 verwaltet eine Anordnung 4 von Grundwahltasten, die zum Beispiel zusammen mit dem Bildschirm 5 in einer Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs untergebracht sind und so für den Zugriff durch Fahrer und Beifahrer gleichzeitig zur Verfügung stehen. Diese Tasten können zum Beispiel für komplexere Steuerungsvorgänge, die die volle Aufmerksamkeit eines Benutzers erfordern und nicht vom Fahrer während der Fahrt durchgeführt werden sollten, eingesetzt werden, so etwa die Verwaltung von Zugriffsrechten bestimmter Tastenfelder auf Funktionen des Computers, um zum Beispiel Kinder im Fond des Fahrzeugs vom Zugriff auf Radio oder Abspielgeräte auszuschließen. Weitere Funktionstastenfelder 6,8 sowie ein Ziffernblock 7, zum Beispiel für die Wahl von Telefonnummern, sind ebenfalls zweckmäßigerweise in der Mittelkonsole untergebracht, so daß sie für Fahrer und Beifahrer erreichbar sind, und werden vom Controller 14 verwaltet. Des weiteren ist eine Tastatur 11 vorgesehen, deren Controller 15 über eine drahtlose Übertragungsstrecke 10 mit einer Sender/Empfängereinheit 9 am Bus 16 kommuniziert. Die Schnurlosigkeit der Tastatur 11 hat den Vorteil, daß sie an einen beliebigen Passagier des Fahrzeugs, der sie benötigt, weitergereicht werden kann.

Bei allen Tasten dieses Systems, insbesondere bei der Tastatur 11, besteht die Gefahr, daß diese aufgrund von Verschmutzung klemmen und so in ihrer Betätigungsstellung hängenbleiben, ohne gedrückt zu sein, oder durch Kondenswasser feucht werden, so daß ein durch die Taste zu betätigender Schaltkontakt nicht mehr korrekt öffnet oder schließt. Es gibt daher insgesamt vier typische Betriebssituationen für eine Taste:

• a) Der Zustand des Schaltkontakts ändert sich nie. Dies kann der Fall sein, wenn die Taste hängt, sich Wasser darin befindet, die Taste mechanisch defekt ist oder nie benutzt wird.
• b) Der Schaltkontakt wechselt in seinen der Ruhezustand der Taste zugeordneten Zustand. Dies kann auf eine defekte Taste oder auf Kontakt mit Wasser zurückzuführen sein.
• c) Der Schaltkontakt wechselt in seinen der betätigten Taste zugeordneten Zustand und verharrt dort, zum Beispiel weil die Taste klemmt, und
• d) Der Schaltkontakt wechselt in den der betätigten Taste zugeordneten Zustand und kehrt nach einer gewissen Zeit in ihren Ruhezustand zurück. Dieser letzte Fall entspricht einer korrekten Funktion der Taste. Dementsprechend gibt es vier Paare von Zuständen des Schaltkontakts, die beim sukzessiven Abfragen einer Taste durch den zugeordneten Controller erfaßt werden können:

  • Der Schaltkontakt befindet sich beide Male im Ruhezustand (2 x low), das heißt Nichtbetätigung,
  • er wechselt vom Nichtbetätigungs- in den Betätigungszustand (low nach high), in diesem Fall wird eine Betätigung der Taste erfaßt,
  • das Erfassungsergebnis ist 2 x high, dies kann einer klemmenden Taste oder einer vorn Benutzer zeitweilig gedrückt gehaltenen Taste entsprechen, hierauf erfolgt keine Reaktion, oder
  • Übergang von high nach low, was üblicherweise dem Loslassen einer Taste durch einen Benutzer entsprechen wird. Auch hier erfolgt keine Reaktion. Lediglich der Beginn des Drückens einer Taste wird von einem der Controller an den Computer 12 gemeldet.

Durch das zyklische Abfragen des Zustands der einzelnen Tasten ist gleichzeitig gewährleistet, daß Zustandswechsel der Taste, die innerhalb einer Totzeit zwischen zwei Abfragezeitpunkten auftreten, nicht erfaßt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine gewisse Entprellung der Tasten automatisch. Wenn die Betätigung einer Taste erfaßt worden ist, kann ein Controller die Taste im Laufe mehrerer nachfolgender Abfragezyklen überspringen, um so eine längere Totzeit im Bereich von Zehntelsekunden für die Entprellung zu realisieren, oder er kann erfaßte Zustandswechsel für die gewünschte Dauer der Totzeit ignorieren.

Die Abfrage des Zustands jeder einzelnen Taste erfolgt mit Hilfe eines an sich bekannten, in der Figur nicht dargestellten Adreßdecoders, der die Adressierung jedes einzelnen Schaltelements in gleicher Weise wie die hinlänglich bekannte Adressierung von Zellen eines Speichers ermöglicht.

Das Ergebnissignal, das bei Betätigung einer Taste vorn Controller an den Computer 12 geliefert wird, kann - je nach vom Computer ausgeführtem Programm - eine Angabe über die Adresse der Taste sein, die dann vom Computer in die der Taste zugeordnete Funktion umgesetzt wird, es kann sich aber auch um eine direkte Angabe der auszuführenden Funktion handeln, wobei die Umsetzung von der Adresse in die Funktionsangabe vom Controller vorgenommen wird. Da jede Tastenadresse eindeutig ist, ist ausgeschlossen, daß der Computer kollidierende Ergebnissignale von mehreren Tasten mit gleicher Funktion erhält.

Die Adressen der Tasten können fest vorgegeben sein, es ist aber auch denkbar, daß die Adressen, auf die der Adreßdecoder einer gegebenen Taste anspricht, jeweils über einen Controller zum Beispiel mit Hilfe der Funktionstasten 4 programmierbar sind. Diese Programmierung erfolgt zweckmäßigerweise während der Hochlaufphase des Computers und ermöglicht es, zusätzliche Tasten in das System einzufügen, wobei die notwendige Konfigurierung dieser Tasten allein auf Softwarebene vorgenommen werden kann. Es ist auch denkbar, im laufenden Betrieb des Systems Adressen von Tasten zu verändern, in dem zum Beispiel vorab bestimmten Funktionen des Computers eine oder mehrere Adressen zugeordnet werden und bei laufendem System diese Adressen jeweils dynamisch Tasten zugewiesen werden, über die die betreffenden Funktionen aufrufbar sein sollen. Dadurch wird einem Benutzer zum Beispiel die Möglichkeit eröffnet, Funktionen eines vom Computer ausgeführten Programms, die durch eine Tastenbetätigung aufrufbar sind, nach seinem Gutdünken vorhandenen Tasten zuzuweisen, ohne daß hierfür irgendeine Anpassung auf Seiten des Computers beziehungsweise des darauf laufenden Programms erforderlich sind.

Die Erfindung ist auch vorteilhaft anwendbar auf Sensortasten, insbesondere solche mit kapazitiver oder resistiver Erfassung, die keine beweglichen Teile aufweisen, sondern durch einfache Berührung seitens des Benutzers betätigt werden. Diese Tasten besitzen als Schaltmittel meist einen Transistor oder Operationsverstärker. Auch bei solchen Tasten stellt sich das Problem, daß durch Eindringen von Feuchtigkeit oder durch einfachen Niederschlag von Luftfeuchtigkeit auf der Sensoroberfläche der Taste das vom Sensor gelieferte Erfassungssignal verfälscht wird, das heißt nicht dem tatsächlichen Betätigungszustand der Taste entspricht, und die Taste somit nicht ordnungsgemäß arbeitet. Insbesondere beim Start eines Fahrzeugs bei feucht-kühler Witterung kann dies leicht vorkommen. Solange diese Feuchtigkeit vorhanden ist und die Erfassung beeinträchtigt, schützt die oben beschriebene Eingabetastenanordnung den Computer davor, falsche Tasteneingaben angezeigt zu bekommen. Wenn sich aber das Fahrzeug aufwärmt und die Feuchtigkeit verdunstet, können die Tasten ihre ordnungsgemäße Funktion aufnehmen. Eine mit der Funktionsaufnahme gegebenenfalls verbundene Zustandsänderung des Schaltmittels wird von der Verwaltungsschaltung nicht an den Computer weitergegeben, so daß Fehlfunktionen des Computers durch Scheinbetätigungen" ausgeschlossen sind.