CN103217792A

CN103217792A - 用于机动车辆的人机接口

Info

Publication number: CN103217792A
Application number: CN2013100184941A
Authority: CN
Inventors: H.莫萨; R.弗莱什-希尔德
Original assignee: Delphi Technologies Inc
Current assignee: Aptiv Technologies Ltd
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2013-01-18
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-18
Also published as: US8947217B2; EP2618204A1; CN103217792B; US20130187770A1; JP2013148901A

Abstract

一种用于机动车辆的人机接口，包括仪表组和用于显示信息的至少一个平视显示器。该HMI包括至少一个画面生成单元，每个画面生成单元包括激光器，其用于生成在时间上被调制的激光束，以及微机电扫描镜，其被布置在该激光束的光路中，用于以二维利萨如图案在扩散器上扫动该激光束。该HMI进一步包括中央控制单元，其可以与车辆的车载计算机和/或另一个车载设备进行对接。该中央控制单元的处理器被配置成确定要由至少两个画面生成单元所生成的画面，并且为每个画面生成单元计算二维利萨如图案和至少一个激光束的调制，其组合导致了要被显示的相应画面。

Description

用于机动车辆的人机接口

技术领域

本发明一般涉及用于机动车辆（例如，汽车）的人机接口，特别是包括仪表组和用于光学显示信息的一个或多个平视显示器的人机接口。

背景技术

在最近几年期间，车辆电子设备的复杂性已经显著地增加。大量的新功能要求相当大量的信息被光学显示给驾驶员。该信息通常经由多个完全独立的设备进行传达，该设备诸如是仪表组（在方向盘后面）、中央控制台（即，车辆内部前方的中央区域中的控制承载表面，在仪表板中开始并在其下面继续），以及逐渐地经常在现代汽车中的平视显示器。除了中央控制台之外，这些信息传达设备中的每个通常仅被配置用于驾驶员的信息。

在美国设计专利637128中示出了常规仪表组。在常规仪表组中，借助于灯或LED（用于照亮预定义的警告和象形图）、模拟仪表和计数器（使用步进电机）、段式LCD或甚至LCD屏幕来将信息提供给驾驶员。

诸如仪表组中的薄膜晶体管-液晶显示器（TFT-LCD）的更通用显示设备的使用涉及多项挑战，尤其是，成本、质量和可靠性问题、系统兼容性和跨越给定范围的产品的可扩展性。

在关系到平视显示器时，在市场上当前可得的设备被提供为封装，其包括电子设备、中继光学器件、画面生成单元并且在一些情况下包括能够部署组合器的机构。这种类型的平视显示器在专利申请WO2007/107515A1中被公开。这种类型的平视显示器需要在仪表板下集成大的封装。出于可用空间的原因，平视显示器因此已经仅被布置在驾驶员的前面（在从驾驶员看来是在仪表组的后面）。典型平视显示器的观看区域因此被限制到驾驶员的正前方的小区域，其因此限制了要被显示的信息量。此外，由传统平视显示器所显示的信息可以仅由驾驶员所观看，而不管将信息显示给汽车中的其他乘客的好处（不就分心方面而言，而是就安全而言）。

转到中央控制台，当前可得的显示器被限于尺寸方面。此外，迄今可得的最精巧的显示设备具有平面屏幕，其限制了设计可能性。在机动车行业中存在对于能够在中央控制台的弯曲表面上显示信息的显示设备的兴趣。

技术问题

本发明的目的是提供用于机动车辆的更通用的人机接口，其可以相对容易地适于不同类型的车辆。该目的由如权利要求1中所要求保护的人机接口所实现。

发明内容

根据本发明，用于机动车辆的人机接口包括仪表组和用于显示信息给车辆驾驶员并且可选地显示给一个或多个乘客的至少一个平视显示器。该仪表组和该至少一个平视显示器一起包括至少两个画面生成单元（PGU）。这些被有利地布置在人机接口的不同区域中。每个画面生成单元包括至少一个激光器，其用于生成在时间上被调制的至少一个激光束，以及微机电扫描镜，其被布置在该激光束的光路中，用于以二维利萨如（Lissajous）图案在扩散器上扫动该至少一个激光束。每个画面生成单元因此在扩散器上生成由该至少一个激光束在时间上的调制和二维利萨如图案的组合得到的画面。该人机接口进一步包括中央控制单元。该中央控制单元被配置用于与车辆的车载计算机和/或用于接收要以画面形式被显示的信息的车载于车辆的一个或多个设备相对接。该中央控制单元包括与至少两个画面生成单元进行操作性连接的处理器。该处理器被配置成确定包含要被显示的信息的要由至少两个画面生成单元所生成的画面，并且为每个画面生成单元计算二维利萨如图案和至少一个激光束的调制，其组合导致了要被显示的相应画面。

在本公开的情境中，术语“画面”指定了能传达信息的由人眼可察觉的任何种类的图像，尤其是符号、象形图、字母、数字、图形、量表、光标等等。

如将理解的是，中央控制单元的处理器被配置成以集中化方式来计算每个画面生成单元的利萨如图案和激光束调制。计算能力因此可以被集中在中央控制单元中，这能够进行其最有效的使用。使用在市场上当前可得的微机电扫描镜的微投影设备包括在与激光器或MEMS镜驱动器相同的封装中实现所有图像算法和颜色管理的处理器。在汽车内部使用这种现有设备以便在多个位置处显示信息，将导致计算工作量和复杂系统体系结构的倍增，这在根据本发明的人机接口中被避免。根据本发明的人机接口的显著优点在于，其仅需要中央控制单元与车辆车载计算机和/或车载于车辆的其它设备相对接。来自车载计算机或其它信号源的信号获取和对获取的信号的滤波因此以集中化的方式为所有画面生成单元而实现。

根据本发明的人机接口可以实现具有集中化电子管理和处理的完整驱动器接口系统。在其中执行了用于控制激光器驱动器和MEMS驱动器的计算上密集的运算的中央控制单元被优选地布置在车辆的仪表组区域中（即，在从驾驶员看来，在方向盘后面的仪表板的区域中）。画面生成单元优选地被分布在汽车的不同区域中，例如，在仪表板的顶表面上、在仪表组中、中央控制台或在尤其由后座乘客可见的车辆内部中的位置中）。

如将进一步被理解的，本发明能够不仅为驾驶员而且为汽车中的不同乘客实现平视显示器。尤其是，可以存在多个平视显示器，每个包括画面生成单元，每个画面生成单元优选被布置在仪表板的不同区域中。

根据人机接口的优选实施例，每个仪表组和至少一个平视显示器包括至少一个画面生成单元。仪表组的画面生成单元可以是对诸如量表、灯等等的传统模拟或数字显示设备的补充。然而，优选地，仪表组的画面生成单元取代这种传统显示设备。

优选地，人机接口的中央控制台还包括画面生成单元。每个画面生成单元的扩散器可以具有弯曲的表面。这将关于中央控制台的得到的设计可能性而尤其被理解。例如，中央控制台的表面可以被实现为触敏扩散器，关联的画面生成单元被布置在扩散器之后，以便在其上投射包含信息的画面和控制。

根据本发明的优选实施例，至少两个画面生成单元中的至少一个包括多个激光器，该多个激光器用于生成在时间上被调制的多个激光束。优选地，多个激光器包括红色、蓝色、和绿色激光器，使对应的画面生成单元能够显示全彩色（例如，RGB）画面。如果期望的话，所有画面生成单元可以包括红色、蓝色、和绿色激光器。

优选地，每个画面生成单元包括被配置成感测微机电反射镜的实际位置和/或振动的反射镜传感器。处理器可以在这种情况下被配置成当计算利萨如图案时考虑实际位置和/或振动，和/或诊断微机电反射镜的故障。每个画面生成单元还可以包括被配置成感测至少一个激光器的实际发射激光状态的激光传感器。处理器可因此被配置成当计算至少一个激光束的调制时考虑实际发射激光状态，和/或诊断至少一个激光器的故障。如将被理解的，在每个画面生成单元中提供反射镜传感器和/或激光传感器使中央控制单元能够诊断高级别和低级别故障两者。通常，在车辆中，通过测量电流密度或电压的水平来检测故障。这给出了有关系统的全局故障而不是其特定部件的故障的指示。在本发明的情况下，可以为每个画面生成单元检测每个振动模式的振幅和/或频率。激光传感器（例如，在每个激光器的输出处的光检测器）可以进一步被提供以检测输出光的强度。这些参数使中央控制单元能够检测画面生成单元是否处于故障模式中（高级别诊断）。中央控制单元可以此外检测所感测的参数是与实际故障有关还是仅与降低的性能有关（低级别诊断）。根据本发明的优选实施例，每个画面生成单元将与其部件的功能有关的参数发送到中央控制单元的PGU选择模块，其将这些参数转移到诊断模块。在故障的情况下，诊断模块判定故障是否需要画面生成单元被关闭。如果那是必要的，诊断模块相应地命令PGU选择模块，其随即停止故障的画面生成单元并将关于故障的信息通过车辆总线接口发送到车辆的车载控制单元。

本发明的一个方面涉及机动车辆，其包括如在此所描述的人机接口。这种机动车辆优选包括仪表板和挡风玻璃，以及平视显示器的画面生成单元优选被布置在仪表板的不同区域中，以便在挡风玻璃的不同区域中显示信息。平视显示器的画面生成单元可以被配置用于将信息显示给不同的车辆乘员（例如，驾驶员、前部乘客和/或在中后座上的乘客）。

附图说明

现在将参考附图将以示例的方式来描述本发明的优选的实施例，其中：

图1是汽车中的人机接口的传统仪表的体系结构的示意图；

图2是根据本发明的优选实施例的人机接口的示意性说明；

图3是图2的人机接口的体系结构的示意图；

图4是用于在本发明的情境中使用的画面生成单元的示例的框图；

图5是在图2的优选实施例中的中央控制单元和画面生成单元的交互的说明；

图6是包括多个平视显示器的汽车仪表板的说明，每个平视显示器包括用于将信息显示给不同的汽车乘员的信息的显示区域；

图7是具有如图6中的仪表板的汽车内部的顶视图；

图8是包括基于微反射镜的画面生成单元的仪表组的示意图；

图9是包括基于微反射镜的画面生成单元的中央控制台的示意截面。

具体实施方式

被用来实现机动车辆中的人机接口的传统仪表的体系结构在图1中被说明。该HMI通常包括三个彼此独立的仪表：仪表组10、平视显示器12和中央控制台12b。仪表组包括主控制单元20、警告灯14、模拟量表16和段式LCD18，用于传达信息给车辆驾驶员。仪表组还包括用于显示设备的不同的电子驱动电路22、24。主控制单元20执行信号获取、对信号的滤波以及其计算要被显示给车辆驾驶员的信息。平视显示器12包含相似的主控制单元28。而且中央控制台包括主控制单元28b。三个仪表中的每个从车辆总线接口（控制器区域网络）获取要被显示的信息，并个别地执行计算。

图2说明了根据本发明的优选实施例的用于机动车辆的人机接口30。该人机接口包括仪表组32、平视显示器组34和中央控制器36，以用于显示信息给车辆驾驶员和乘客。该平视显示器组34布置在仪表板44的顶表面上的包括多个画面生成单元38、40和42。画面生成单元38、40和42中的每个被配置成在相应观察者的视场中以虚像被生成在挡风玻璃46的后面（如从汽车内部看来）这样的方式，来将光束投射在挡风玻璃46上。仪表组32包括画面生成单元48，其将要被显示的信息投射在一个或多个屏幕50之上或之后，该一个或多个屏幕50被布置在方向盘（图2中未示出）的后面。中央控制台36包括形成中央控制台的外表面的扩散屏幕52和画面生成单元54，其投射信息并有可能控制扩散屏幕上的控制元件。画面生成单元38、40、42、48、54中的每个包括用于生成在时间上被调制的激光束的至少一个激光器和布置在该激光束的光路中的微机电扫面镜。在操作中，该微机电扫描镜以这样的方式被控制，以便按照二维利萨如图案将激光束在扩散器上扫动。调制的激光束的组合和激光束的斑点在扩散器上的扫动运动导致了二维画面。

如图3中所示的，画面生成单元38、40、42、48、54中的每个被操作连接到中央控制单元56，该中央控制单元56通过车辆接口总线或LVDS（低电压差分信令）视频接口与车辆的车载计算机进行对接，以便接收要以画面形式被显示信息。中央控制单元56包括处理器，其被配置成基于所接收的信息来确定要由至少两个画面生成单元所生成的画面，以及为每个画面生成单元38、40、42、48、54计算通过微反射镜和激光束的调制的两个振动模式所创建的利萨如图案，其组合导致了要被显示的相应画面。

图3示意性示出了图2的人机接口30的体系结构。中央控制单元56与车辆的CAN总线相对接，经由该车辆的CAN总线，该中央控制单元56接收与车辆有关的信息。中央控制单元56执行信号获取、对信号的滤波以及其包括计算要被显示给车辆驾驶员的信息的处理器。处理器执行与要被显示给驾驶员和乘客的画面相关的所有图形计算；具体地，其还包含PGU选择模块和诊断模块。

在图4中示出了画面生成单元38、40、42、48或54的优选体系结构。画面生成单元包括微机电反射镜58，其以不同的振动模式进行振荡，每个振动模式相对于特定的轴。微机电反射镜58分别被布置在由红色60、绿色62和蓝色64激光器所产生的红色、绿色和蓝色激光束的光路中。微机电反射镜58将光束偏离到扩散器66上，在该扩散器66上生成由反射镜振荡和激光束的调制的组合产生的画面。微机电反射镜58由微反射镜驱动器68所控制。微反射镜传感器70感测微机械扫描镜的振动以便提供反馈给处理器。激光器60、62、64由一个或多个激光器驱动器72所控制。一个或多个激光传感器74监测激光束的调制并返回对应的信号给中央控制单元56的处理器。

图5示意性地示出了中央控制单元56和画面生成单元38、40、42、48、54之一（例如，画面生成单元38）之间的交互。基于要由画面生成单元38所显示的信息的类型（例如，车辆速度、油位、到领先车辆的距离等等，可能由驾驶员可选择），中央控制单元确定要被显示的画面（包含信息）并计算微反射镜振动（微反射镜控制模块）和激光束调制（颜色管理模块）的相关参数。对应的数据被派送给画面生成单元38，在那里它们被数模转换器76所接收，并作为模拟信号被分别转发到微反射镜驱动器68且转发到一个或多个激光器72。硬件（即，一个或多个激光器以及微机械反射镜）的响应由微反射镜传感器70和激光传感器74所监测。微反射镜传感器70和激光传感器74的输出信号由模数转换器76’转换成数字信号并被发送到中央控制单元56。中央控制单元的处理器被配置成监测从微反射镜传感器70和激光传感器74所接收的信号，以便检测任何错误或故障（高或低级别诊断模块）。

将理解的是，中央控制单元为画面生成单元38、40、42、48、54中的每个执行基本上相同的任务。然而，要被显示的信息以及因此要被生成的画面可以从一个画面生成单元变化到另一个画面生成单元。中央控制单元因此单独为每个画面生成单元计算控制参数。与不同画面生成单元有关的计算（控制信号和诊断）可以按照并行或串行方式被执行。处理器可以实现调度程序（PGU选择模块）来协调计算、派送数据到不同的画面生成单元、以及从不同的画面生成单元接收数据。

PGU选择模块的作用是通过遵守与PGU部件有关的特定定时循环来将必要的信息分发给画面生成单元中的每个。还将从每个画面生成单元发出的数据分发到中央控制单元的特定模块。

在以下，n指定了画面生成单元的数量，并且所需的图像分辨率是p∙q。图像生成按如下实现：在一个图像帧期间，对于每个画面生成单元的所有像素，每个画面生成单元的扫描镜被照亮至少n次（换言之，图像区域被激光束扫描）。因为反射镜振荡和激光器之间的同步，观察者具有稳定图像的印象。

一个图像帧的必要时间假设为1/v，在该时间间隔期间，每个画面生成单元生成画面m次，选择m使得个别画面是不可被人眼辨别的。

在单画面生成单元的情况下，可用于画面生成单元的激光束在图像帧期间照亮一个虚拟像素的总时间可以被计算为：

Figure 2013100184941100002DEST_PATH_IMAGE001

。

在存在n个画面生成单元时，用于在图像帧期间照亮像素的总得可用时间将是

。

当在一个图像帧期间扫描全图像区域m次时，人们获得作为一个像素的个别照明的持续时间：

Figure 2013100184941100002DEST_PATH_IMAGE003

。

由此得出，对于每个画面生成单元，微反射镜必须以至少等于1/τ_min的频率进行振动。

对于像素的照明的每个时间间隔，颜色管理模块确定用于每种颜色（R、G和B）的适当功率级，以便确保其混合将给出请求的混合颜色并将对应的数据发送到画面生成单元。在每个时间间隔期间，PGU选择模块将专用图像内容发送到专用画面生成单元。

作为示例，人们可以考虑如以下表格中的图3的五个画面生成单元和要由它们中的每个所显示的信息：

（其中：速度=速度信息，HB=高光束指示符，LB=低光束指示符，TL_L=方向指示符（左），TL_R=方向指示符（右），燃料=燃料指示符，rpm=发动机转速，GPS=GPS信息，AC=空调信息）。处理器从CAN总线或车辆的车载控制单元接收相关信息，并为每个画面生成单元计算对应的画面。与这些画面有关的数据接着在不同的时隙中被分发到不同的画面生成单元。用于一个特定画面生成单元的画面以频率v被计算；即，在持续时间1/ν的每个时间间隔之后计算新的画面。在一个图像帧内，将每个画面发送m次到相应的画面生成单元。每个子图像（每个画面的m个复本之一）持续

。

图6和7示出了配备有平视显示器34组的仪表板，平视显示器中的每个包括用于显示信息给不同汽车乘员的个别显示区域78、80和82。要在每个显示区域78、80、82中被显示的画面由先前描述的画面生成单元（参见图4和5）所产生。由于实际上图形计算由中央控制单元所执行，个别画面生成单元可被实现为非常紧凑的设备，其可以被容易集成到汽车仪表板中。如在图6中的插入物中所说明的，每个平视显示器的画面生成单元包括扩散器板66，在其上形成实像。组合器（其可以被布置在挡风玻璃上或其前方）将光反射到相应观察者的方向上。因此，观察者在组合器后面看见作为虚像84、86、88的所显示的信息。扩散器的扩散属性以及组合器的反射或衍射属性优选被如此选择，使得每个虚像可以仅从相应观察者的眼镜的位置上居中的相对窄的立体角被看见。每个图像可以因此仅从特定方向被看见，例如，其允许避免驾驶员90被显示给乘客92、94的画面所分心。

图8示出了用于在根据本发明的人机接口中使用的仪表组的优选实施例。根据所说明的实施例，将仪表组信息作为深度上的投射被显示给驾驶员，即，该仪表组信息没有被投射在方向盘96正后方的仪表板的表面上的扩散器屏幕上，而是在离方向盘一定距离处被投射。这种布置的第一个优点在于显示的画面的位置可以适应于驾驶员眼睛的位置。仪表组32包括画面生成单元48（包括扩散器，在其上生成要被显示的画面的实像）和光学元件98（例如，全息或衍射光栅），该光学元件98将来自画面生成单元48的光束进行衍射，以创建虚像100。驾驶员看见作为图像的虚像100的在窗口102后面的画面。光学元件98的位置（轴位置和/或倾斜度）可以通过使用大致在104处所指示的调整机构来进行调整。通过改变光学元件98的位置，驾驶员可以调整虚像100的位置。仪表组的更简化的版本可以通过由扩散器替换光学元件98来实现。在这种情况下，图像被显示在这种扩散器的平面中。

图9中示出了用于在根据本发明的人机接口中使用的中央控制台的优选实施例。中央控制台包括扩散器屏幕52，其由画面生成单元54从后面所照明。反射镜106、108可以被提供来以这样的方式来加宽从画面生成单元54发出的光束110，使得其覆盖扩散器屏幕52的整个区域。如将被理解的，扩散器屏幕52可以具有弯曲的表面，其开放了利用市场上先前可得的显示技术难以达到的设计可能性的范围。

虽然已经详细描述了本发明的特定实施例，但本领域技术人员将理解的是，对那些细节的各种修改和替代可以鉴于本公开的所有教导而被开发。由此，所公开的特定布置意图关于本发明的范围仅意味着是说明性的而非限制性的，本发明的范围将被给予所附权利要求和其任意和所有等效方式的全部宽度。

Claims

1. 用于机动车辆的人机接口，包括

仪表组和用于显示信息给车辆驾驶员的至少一个平视显示器；

其特征在于

所述仪表组和所述至少一个平视显示器包括至少两个画面生成单元，每个画面生成单元包括：

至少一个激光器，其用于生成在时间上调制的至少一个激光束；

微机电反射镜，其被布置在所述激光束的光路中，用于按照二维利萨如图案将所述激光束在扩散器上扫动；

每个画面生成单元被配置成在所述扩散器上生成由所述至少一个激光束在时间上的调制和所述二维利萨如图案的组合得到的画面；

以及在于，所述人机接口包括中央控制单元，所述中央控制单元可以与车辆的车载计算机和/或用于接收要以画面形式被显示的信息的车载于车辆的一个或多个设备相对接，所述中央控制单元包括：

处理器，其与所述至少两个画面生成单元操作地连接，所述处理器被配置成确定包含要被显示的信息的要由所述至少两个画面生成单元所生成的画面，并且为每个画面生成单元以集中化方式计算二维利萨如图案和所述至少一个激光束的调制，其组合导致了要被显示的相应画面。

2. 如权利要求1中要求保护的人机接口，其中每个所述仪表组和所述至少一个平视显示器包括至少一个画面生成单元。

3. 如权利要求1或2中要求保护的人机接口，包括中央控制台，所述中央控制台包括画面生成单元。

4. 如权利要求1至3的任意一项中要求保护的人机接口，其中所述至少两个画面生成单元中的至少一个包括多个激光器，所述多个激光器用于生成在时间上被调制的多个激光束。

5. 如权利要求4中要求保护的人机接口，其中所述至少两个画面生成单元中的至少一个包括红色、蓝色和绿色激光器。

6. 如权利要求1至5的任意一项中要求保护的人机接口，其中所述至少两个画面生成单元中的每个包括反射镜传感器，其被配置成感测所述微机电反射镜的实际位置和/或振动，并且其中所述处理器被配置成在计算所述利萨如图案时考虑所述实际位置和/或振动，和/或诊断所述微机电反射镜的故障。

7. 如权利要求1至6的任意一项中要求保护的人机接口，其中所述至少两个画面生成单元中的每个包括激光传感器，其被配置成感测所述至少一个激光器的实际发射激光状态，并且其中所述处理器被配置成在计算所述至少一个激光束的调制时考虑所述实际发射激光状态，和/或诊断所至少一个激光器的故障。

8. 如权利要求1至7的任意一项中要求保护的人机接口，其中所述至少一个平视显示器是多个平视显示器，并且其中所述多个平视显示器中的每个包括画面生成单元。

9. 机动车辆，包括如权利要求1至8的任意一项中要求保护的人机接口。

10. 如当在从属于权利要求8时的权利要求9中要求保护的机动车辆，其中所述机动车辆包括仪表板和挡风玻璃，并且其中所述多个平视显示器的所述画面生成单元被布置在所述仪表板的不同区域中，以便在所述挡风玻璃的不同区域中显示信息。

11. 如权利要求10中要求保护的机动车辆，其中所述平视显示器的所述画面生成单元被配置用于将信息显示给不同的车辆乘员。