CN103412648A - 基于移动设备指向的车内设备交互控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，包括车辆内的行车电脑以及受控于所述行车电脑的车内设备，还包括与所述行车电脑无线通信的移动设备以及固定在车辆内用于识别所述移动设备在车辆内位置的电子标签；所述移动设备通过读取电子标签确定自身位置，通过计算自身指向定相匹配的车内设备，并且移动设备通过与行车电脑无线通信来控制所述相匹配的车内设备。本发明还公开了一种利用该车内设备交互控制装置进行交互控制的方法。利用本发明的车内设备交互控制装置及交互控制方法可在较低成本情况下实现移动设备与车内设备之间自然便捷的交互控制。

Description

基于移动设备指向的车内设备交互控制装置及方法

技术领域

本发明涉及人机交互领域，具体涉及基于移动设备指向的车内设备交互控制装置以及利用这种车内设备交互控制装置进行交互控制的方法。

背景技术

随着电子技术和计算机技术的发展，汽车已经成为人们日常生活的一部分。汽车的确给人们的日常生活带来了巨大的变化，但是用户和车身设备之间的交互依然不够便捷。人们期待能通过一种直观的方式和车身设备进行交互，而人的手势可以说是最为自然、直观和易于学习的交互手段。所以，指向结合手势可以为用户和车身设备的交互过程中提供一个直观而有效的解决方案。

智能移动设备是移动环境中重要的计算终端，能帮助用户实时地与外界保持联系。而随着技术的发展，移动设备发挥的功能早已不仅仅局限于其本身具备的性能。例如，在智能车里，移动设备可作为仪表盘，可显示剩余油量、总里程数、引擎冷却温度等基本车况信息，也可作为遥控器，对车门、空调等设备进行操控，从而使得用户可以摆脱传统的仪表盘和控制面板，不再受空间上的约束。将移动设备当作遥控器虽然在一定程度上摆脱了传统的控制面板，但是这种方式在用户选择需要控制的设备上花费较多时间，操作比较复杂，同时由于车内的设备数量较多，这种交互方式会存在使用复杂，易用性差、控制方式不够灵活的缺点，无法满足人们简单、直观的交互需求。

公开号为102184014A的专利文献公开了一种基于移动设备指向的智能家电交互控制方法及装置，方法实施步骤如下：1)建立室内的三维空间模型；2)为每一种智能家电建立可识别的交互控制命令以及该命令所对应的手势模型；3)初始移动设备的位置，移动所述移动设备并计算该运动方向所对应的所有智能家电；4)获取用户选择的智能家电；5)识别用户发出的手势模型，通过无线网络向智能家电发出交互控制命令执行交互控制；装置包括移动设备传感器信息采集模块、数据空间位置指向模块、手势信息处理分析模块、多模态交互及展示模块。该发明具有交互简单直观、使用简单方便、适应性好、控制灵活、实施成本低的优点。但是该发明通过在室内设置定位器件实现移动设备与室内的智能家电之间的交互控制，成本较高，占用空间较大。

发明内容

为了节约交互控制中的成本，减少用于移动设备定位的装置占用空间，同时使得用户可以摆脱传统的仪表盘和控制面板，不再受空间上的约束。本发明提供了一种基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，包括车辆内的行车电脑以及受控于所述行车电脑的车内设备，还包括与所述行车电脑无线通信的移动设备以及固定在车辆内用于识别所述移动设备在车辆内位置的电子标签；

所述移动设备通过读取电子标签确定自身位置，计算自身指向确定相匹配的车内设备，并且移动设备通过与行车电脑无线通信来控制所述相匹配的车内设备。

通过在车内不同位置设置电子标签，用户手持移动设备方便而自然地指向并选取设备的交互操作，而无需在移动设备和设备上附加其他硬件设备，因此实施成本低。

所述电子标签为多个NFC标签。NFC标签成本低，同时也无需额外的定位系统。

其中一个NFC标签中存有基于车内布局和车内设备的位置构建的三维空间模型，其余每个NFC标签存有基于所述三维空间模型的车内位置信息，

其中，所述三维空间模型的建立方法为：

首先，在车内选定一个原点和一个初始朝向；

然后，为每个车内设备相对于所述原点位置设置三维坐标，相对于所述初始朝向的旋转方向设置三轴旋转方向，并建立该车内设备的六面体模型；

最后，根据各个车内设备的三维坐标、三轴旋转方向以及六面体模型建立对应的空间模型，即完成三维空间模型的建立。

在利用车内设备交互控制装置进行交互控制时，移动设备预先读取一次存有三维空间模型的NFC标签来获得三维空间模型，再通过读取存有基于所述三维空间模型的车内位置信息的NFC标签，则移动设备获得当前自身所在的实际位置在三维空间模型中对应的位置信息。

车内的每个座位上固定一个存有车内位置信息的NFC标签，所述多个NFC标签的数量和位置与车内的每个座位一一对应。由于车内位置固定，空间有限，在各个座位上固定可在使用少量NFC标签的情况下确定移动设备的位置信息。NFC标签中的位置信息包括其所在座位的坐标点，当移动设备读取其中一个NFC标签时，该移动设备即获取该NFC所在的座位在三维空间模型中的坐标点。

所述移动设备通过连接Wifi与行车电脑无线通信。由行车电脑控制车内设备的车辆多数具有无线局域网（即Wifi）功能，因此移动设备直接通过车内的Wifi连接与行车电脑无线通信，发送交互控制命令。

所述移动设备为智能手机。移动设备为具有三轴陀螺仪、加速计和电子罗盘并且具有NFC标签读取功能的智能手机，智能手机通过三轴陀螺仪、加速计和电子罗盘获得自身指向信息，通过读取NFC标签来获取三维空间模型及自身的车内位置信息。

所述移动设备通过读取电子标签确定自身位置并计算自身指向确定相匹配的车内设备的步骤如下：

a.获取三维空间模型中车内设备的三维坐标P_dev和旋转矩阵M_dev，

P_dev表示为：P_dev=(P_dev.X,P_dev.Y,P_dev.Z)，其中P_dev.X、P_dev.Y及P_dev.Z为当前车内设备的三维坐标值；

且M_dev表示为：M_dev=[sin(Yaw_dev),-cos(Yaw_dev),sin(Pitch_dev)]，Yaw_dev和Pitch_dev为车内设备的三维旋转值分量；

然后，实时获取自身相对于车内设备的三维旋转值M_phone，其中，M_phone表示为：

$M_{\mathrm{phone}}=\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\\ \end{array}\right],$

其中Yaw_phone和Pitch_phone为所述移动设备的三维旋转值分量；

b.计算所述移动设备的指向线与三维空间模型中接受控制信号面的交点InnerPoint，表达式如下：

$\mathrm{InnerPoint}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{de}v}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Y_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Z_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\end{array}\right)$

其中，P_seat为所述移动设备通过读取存有车内位置信息的NFC标签得到的当前位置三维坐标，P_seat表示为：P_seat=(X_seat,Y_seat,Z_seat)，式中X_seat、Y_seat以及Z_seat为当前位置三维坐标分量；

c.所述移动设备计算出当前车内设备有效面上的对角线点P_bound，

$P_{\mathrm{bound}}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\cos \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Y_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\sin \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Z_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Height}}_{\mathrm{dev}}\end{array}\right)$

其中，Width_dev为车内设备六面体模型的宽度，Height_dev为车内设备六面体模型的高度；

d.判断步骤c中得到的交点InnerPoint是否在P_dev和对角线点P_bound之间，如果同时满足下面三个不等式：

P_dev.X≤InnerPoint.X≤P_bound.X

P_dev.Y≤InnerPoint.Y≤P_bound.Y

P_dev.Z≤InnerPoint.Z≤P_bound.Z

则判定当前车内设备为所述移动设备所指向的车内设备，其中P_bound.X、P_bound.Y及P_bound.Z为对角线点P_bound的坐标分量，InnerPoint.X、InnerPoint.Y及InnerPoint.Z为步骤c中交点InnerPoint的坐标分量；

e.重复步骤a至步骤d，直至获取所有满足步骤d中判断条件的车内设备。

当移动设备读取三维空间模型之后，移动设备的指向线与三维空间模型的接收控制信号面产生交点，通过判断交点是否位于其中一个车内设备的有效面（即该车内设备的接受控制信号面）中来判断该车内设备是否为移动设备指向的车内设备。

本发明还提供了一种利用所述的车内设备交互控制装置进行交互控制的方法，包括如下步骤：

步骤1，所述移动设备从存储所述三维空间模型的电子标签读取三维空间模型，并从距离自身最近的存有车内位置信息的电子标签读取位置信息，作为所述移动设备的当前位置信息；

步骤2，移动所述移动设备，由所述移动设备实时获取自身的指向信息并根据该指向信息在所述三维空间模型内获取在移动过程中所述移动设备所指向的所有车内设备；

步骤3，在所述移动设备屏幕上显示步骤2获取的所有车内设备，并从中选择需要操作的车内设备，在移动设备屏幕上显示该车内设备的所有控制命令按钮；

步骤4，操控移动设备屏幕上相应的控制命令按钮，通过无线网络向所述行车电脑发出控制命令，所述行车电脑再向将交互控制命令发送至所述车内设备，执行交互控制。

这样的交互控制方式直观而且便捷，实现了用户和设备自然、和谐的人机交互。

所述三维空间模型的建立方法为：

首先，在车内选定一个原点和一个初始朝向；

然后，为每个车内设备相对于所述原点位置设置三维坐标，相对于所述初始朝向的旋转方向设置三轴旋转方向，并建立该车内设备的六面体模型；

最后，根据各个车内设备的三维坐标、三轴旋转方向以及六面体模型建立对应的空间模型，即完成三维空间模型的建立。

根据不同车规格和车内设备的位置、大小和形状建立对应的三维空间模型，当移动设备读取三维空间模型和位置信息以后，移动设备的指向线会和该三维空间模型的接受控制信号面产生交点。通过判断车内设备的有效面积

步骤2中移动设备在移动过程中获取其所指向的所有车内设备的步骤如下：

a.获取三维空间模型中车内设备的三维坐标P_dev和旋转矩阵M_dev，

P_dev表示为：P_dev=(P_dev.X,P_dev.Y,P_dev.Z)，其中P_dev.X、P_dev.Y及P_dev.Z为当前车内设备的三维坐标值；

且M_dev表示为：M_dev=[sin(Yaw_dev),-cos(Yaw_dev),sin(Pitch_dev)]，Yaw_dev和Pitch_dev为车内设备的三维旋转值分量；

然后，实时获取自身相对于车内设备的三维旋转值M_phone，其中，M_phone表示为：

$M_{\mathrm{phone}}=\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\\ \end{array}\right],$

其中Yaw_phone和Pitch_phone为所述移动设备的三维旋转值分量；

b.计算所述移动设备的指向线与三维空间模型中接受控制信号面的交点InnerPoint，表达式如下：

$\mathrm{InnerPoint}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{de}v}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Y_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Z_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\end{array}\right)$

其中，P_seat为所述移动设备通过读取存有车内位置信息的NFC标签得到的当前位置三维坐标，P_seat表示为：P_seat=(X_seat,Y_seat,Z_seat)，式中X_seat、Y_seat以及Z_seat为当前位置三维坐标分量；

c.所述移动设备计算出当前车内设备有效面上的对角线点P_bound，

$P_{\mathrm{bound}}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\cos \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Y_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\sin \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Z_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Height}}_{\mathrm{dev}}\end{array}\right)$

其中，Width_dev为车内设备六面体模型的宽度，Height_dev为车内设备六面体模型的高度；

d.判断步骤c中得到的交点InnerPoint是否在P_dev和对角线点P_bound之间，如果同时满足下面三个不等式：

P_dev.X≤InnerPoint.X≤P_bound.X

P_dev.Y≤InnerPoint.Y≤P_bound.Y

P_dev.Z≤InnerPoint.Z≤P_bound.Z

则判定当前车内设备为所述移动设备所指向的车内设备，其中P_bound.X、P_bound.Y及P_bound.Z为对角线点P_bound的坐标分量，InnerPoint.X、InnerPoint.Y及InnerPoint.Z为步骤c中交点InnerPoint的坐标分量；

e.重复步骤a至步骤d，直至获取所有满足步骤d中判断条件的车内设备。

在移动设备移动过程当中，移动设备指向线与空间三维模型中的接受控制信号面产生交点InnerPoint，移动设备通过判断InnerPoint是否落在车内设备有效面上来确定该车内设备是否为移动设备所指向的车内设备。

利用本发明的车内设备交互控制装置及交互控制方法可在较低成本情况下实现移动设备与车内设备之间自然便捷的交互控制。

附图说明

图1为本发明实施例的流程示意图；

图2为该实施例获取移动设备的所指向的车内设备的方法示意图；

图3为该实施例NFC标签在车内的布局示意图；

图4为该实施例利用移动设备指向控制空调示意图；

图5为该实施例利用移动设备指向对车内设备进行控制的交互流程示意图。

具体实施方式

现结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

本发明实施例中的电子标签为NFC标签，移动设备为采用内置三轴陀螺仪、加速计和电子罗盘并且具有NFC标签读取功能的三星Nexus S智能手机，车内设备为受控于行车电脑的智能家电，例如：车门、车窗、氛围灯、客厢顶灯、空调。三星Nexus S智能手机通过车内的Wifi与行车电脑进行无线通信，发送交互控制命令。

采用的操作系统为Android2.3操作系统，利用该操作系统的应用程序接口以及内置三轴陀螺仪、加速计和电子罗盘，可实时获得智能手机自身的指向信息，指向信息包括智能手机的三轴（X轴，Y轴，Z轴）加速度序列和三轴旋转方向信息（Pitch,Roll,Yaw）。Nexus S智能手机通过与这些存有车内位置信息的NFC标签的近距离通信，读取并保存相应的位置信息，作为该智能手机自身的位置信息，其中位置信息为在三维空间模型中的三维坐标（X,Y,Z），同时从该智能手机的传感器信息采集模块实时接收该智能手机相对于车内设备的三维旋转值(即三轴旋转方向信息)。

本发明当前实施例中的NFC标签共有5张，其中1张存有针对规格相同的车型所建立的统一标准化的三维空间模型，其余4张存有基于该三维空间模型的车内位置信息。

其中，存入NFC标签中的三维空间模型的建立方法为：

首先，在车内选定一个原点和一个初始朝向；

然后，为每个车内设备相对于所述原点位置设置三维坐标，相对于所述初始朝向的旋转方向设置三轴旋转方向，并建立该车内设备的六面体模型；

最后，根据各个车内设备的三维坐标、三轴旋转方向以及六面体模型建立对应的空间模型，即完成三维空间模型的建立。其中，六面体模型包含了对应的车内设备形状及大小信息。

本实施例中，不同的车内设备通过字母形式的ID进行区分，每一个车内设备的空间模型都设有三维坐标、三轴旋转方向（旋转矩阵）、六面体模型以及ID这四组向量信息，并将这些信息以XML文件形式保存于NFC标签中，智能手机通过与所述NFC标签的近距离通信读取所述NFC标签中的车内三维空间模型，并将此三维空间模型保存至智能手机内。本实施例中利用Nexus S通过与NFC标签的近距离通信，读取到车内包括设备在内的三维空间模型，并将其存储至手机内。

图3中显示了当前实施例中5个NFC标签在车内的布局图。图3中，A所指的位置为存有三维空间模型的NFC标签张贴位置，B所指位置为存有基于三维空间模型的车内位置信息的NFC标签张贴位置。如图3所示，存有三维空间模型的NFC标签张贴在车辆驾驶座右侧，其中该三维空间模型是基于车辆布局和车内设备的位置构建的；其余4张存有基于该三维空间模型的车内位置信息的NFC标签分别张贴在车辆座位上，且每个NFC标签中存储的车内位置信息与该NFC标签张贴的座位一一对应。

图4中，1对应空调，2对应车门，3对应车窗，且空调、车门及车窗的操作受控于行车电脑。

图5所示，该实施例中利用三星Nexus S智能手机对车内设备进行交互控制的具体步骤如下：

步骤1，利用三星Nexus S智能手机的NFC标签读取功能，读取NFC标签内存有的三维空间模型以及车内位置信息并保存在该智能手机内。

步骤2，移动三星Nexus S智能手机指向其中一个车内设备，则该智能手机实时获取自身的指向信息并根据该指向信息在所述三维空间模型内获取在移动过程中所述移动设备所指向的所有车内设备，在移动过程中三星Nexus S智能手机执行下列步骤：

a.获取三维空间模型中车内设备的三维坐标P_dev和旋转矩阵M_dev，

P_dev表示为：P_dev=(P_dev.X,P_dev.Y,P_dev.Z)，其中P_dev.X、P_dev.Y及P_dev.Z为当前车内设备的三维坐标值；

且M_dev表示为：M_dev=[sin(Yaw_dev),-cos(Yaw_dev),sin(Pitch_dev)]，Yaw_dev和Pitch_dev为车内设备的三维旋转值分量；

然后，实时获取自身相对于车内设备的三维旋转值M_phone，其中，M_phone表示为：

$M_{\mathrm{phone}}=\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\\ \end{array}\right],$

其中Yaw_phone和Pitch_phone为所述移动设备的三维旋转值分量；

b.计算所述移动设备的指向线与三维空间模型中接受控制信号面的交点InnerPoint，表达式如下：

$\mathrm{InnerPoint}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{de}v}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Y_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Z_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\end{array}\right)$

其中，P_seat为所述移动设备通过读取存有车内位置信息的NFC标签得到的当前位置三维坐标，P_seat表示为：P_seat=(X_seat,Y_seat,Z_seat)，式中X_seat、Y_seat以及Z_seat为当前位置的三维坐标分量；

c.所述移动设备计算出当前车内设备有效面上的对角线点P_bound，

$P_{\mathrm{bound}}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\cos \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Y_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\sin \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Z_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Height}}_{\mathrm{dev}}\end{array}\right)$

其中，Width_dev为车内设备六面体模型的宽度，Height_dev为车内设备六面体模型的高度；

d.判断步骤c中得到的交点InnerPoint是否在P_dev和对角线点P_bound之间，如果同时满足下面三个不等式：

P_dev.X≤InnerPoint.X≤P_bound.X

P_dev.Y≤InnerPoint.Y≤P_bound.Y

P_dev.Z≤InnerPoint.Z≤P_bound.Z

则判定当前车内设备为所述移动设备所指向的车内设备，其中P_bound.X、P_bound.Y及P_bound.Z为对角线点P_bound的坐标分量，InnerPoint.X、InnerPoint.Y及InnerPoint.Z为步骤c中交点InnerPoint的坐标分量；

e.重复步骤a至步骤d，遍历所有车内设备，直至获取所有满足步骤d中判断条件的车内设备。

步骤3，在三星Nexus S智能手机屏幕上显示步骤2获取的所有车内设备，并从中选择需要操作的车内设备，在移动设备上显示该车内设备的所有控制命令按钮。用户根据自己的需要用手指在屏幕上选择某个车内设备。例如用户选择的车内设备为车内前排空调或后排空调，则该智能手机的屏幕上向用户列出相应空调所对应的开关、升温、降温的控制命令按钮；如果车内设备为车窗，则屏幕上向用户列出车窗升降的控制命令按钮。在未获取任何车内设备的情况下，在该智能手机上显示“无设备”图标。

步骤4，根据需要操控屏幕上相应的控制命令按钮，通过行车电脑向对应的车内设备发出交互控制命令，执行交互控制。

各个车内设备通过CAN总线与行车电脑相连，三星Nexus S智能手机通过无线传输层以socket通讯方式向行车电脑发送交互控制命令，行车电脑将接收到的控制命令通过CAN总线发送给电子控制单元，电子控制单元对设备进行控制，从而完成交互控制。

无线传输层利用Wifi和TCP协议作为控制命令字段传输和大文件数据传输的技术方案。行车电脑接收到移动客户端发来的消息后，行车电脑将控制命令通过CAN总线发送给相应的电子控制单元，电子控制单元执行控制命令，从而完成执行交互控制。兼顾实际应用场景和现有技术条件，另可选择蓝牙、红外作为移动设备与行车电脑之间无线通信的备选技术方案。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理的前提下进行的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

利用本发明的车内设备交互控制装置及交互控制方法可在较低成本情况下实现移动设备与车内设备之间自然便捷的交互控制。

Claims (10)

1.一种基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，包括车辆内的行车电脑以及受控于所述行车电脑的车内设备，其特征在于，还包括与所述行车电脑无线通信的移动设备以及固定在车辆内用于识别所述移动设备在车辆内位置的电子标签；

所述移动设备通过读取电子标签确定自身位置，计算自身指向确定相匹配的车内设备，并且移动设备通过与行车电脑无线通信来控制所述相匹配的车内设备。

2.如权利要求1所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，所述电子标签为多个NFC标签。

3.如权利要求2所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，其中一个NFC标签中存有基于车内布局和车内设备的位置构建的三维空间模型，其余每个NFC标签存有基于所述三维空间模型的车内位置信息，

其中，所述三维空间模型的建立方法为：

首先，在车内选定一个原点和一个初始朝向；

然后，为每个车内设备相对于所述原点位置设置三维坐标，相对于所述初始朝向的旋转方向设置三轴旋转方向，并建立该车内设备的六面体模型；

最后，根据各个车内设备的三维坐标、三轴旋转方向以及六面体模型建立对应的空间模型，即完成三维空间模型的建立。

4.如权利要求2或3所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，车内的每个座位上固定一个存有车内位置信息的NFC标签，所述多个NFC标签的数量和位置与车内的每个座位一一对应。

5.如权利要求1所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，所述移动设备通过连接Wifi与行车电脑无线通信。

6.如权利要求1所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，所述移动设备为智能手机。

7.如权利要求3所述基于移动设备指向的车内设备交互控制装置，其特征在于，所述移动设备通过读取电子标签确定自身位置并计算自身指向确定相匹配的车内设备的步骤如下：

a.获取三维空间模型中车内设备的三维坐标P_dev和旋转矩阵M_dev，

P_dev表示为：P_dev=(P_dev.X,P_dev.Y,P_dev.Z)，其中P_dev.X、P_dev.Y及P_dev.Z为当前车内设备的三维坐标值；

且M_dev表示为：M_dev=[sin(Yaw_dev),-cos(Yaw_dev),sin(Pitch_dev)]，Yaw_dev和Pitch_dev为车内设备的三维旋转值分量；

然后，实时获取自身相对于车内设备的三维旋转值M_phone，其中，M_phone表示为：

$M_{\mathrm{phone}}=\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\\ \end{array}\right],$

其中Yaw_phone和Pitch_phone为所述移动设备的三维旋转值分量；

b.计算所述移动设备的指向线与三维空间模型中接受控制信号面的交点InnerPoint，表达式如下：

$\mathrm{InnerPoint}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{de}v}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Y_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Z_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\end{array}\right)$

其中，P_seat为所述移动设备通过读取存有车内位置信息的NFC标签得到的当前位置三维坐标，P_seat表示为：P_seat=(X_seat,Y_seat,Z_seat)，式中X_seat、Y_seat以及Z_seat为当前位置三维坐标分量；

c.所述移动设备计算出当前车内设备有效面上的对角线点P_bound，

$P_{\mathrm{bound}}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\cos \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Y_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\sin \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Z_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Height}}_{\mathrm{dev}}\end{array}\right)$

其中，Width_dev为车内设备六面体模型的宽度，Height_dev为车内设备六面体模型的高度；

d.判断步骤c中得到的交点InnerPoint是否在P_dev和对角线点P_bound之间，如果同时满足下面三个不等式：

P_dev.X≤InnerPoint.X≤P_bound.X

P_dev.Y≤InnerPoint.Y≤P_bound.Y

P_dev.Z≤InnerPoint.Z≤P_bound.Z

则判定当前车内设备为所述移动设备所指向的车内设备，其中P_bound.X、P_bound.Y及P_bound.Z为对角线点P_bound的坐标分量，InnerPoint.X、InnerPoint.Y及InnerPoint.Z为步骤c中交点InnerPoint的坐标分量；

e.重复步骤a至步骤d，直至获取所有满足步骤d中判断条件的车内设备。

8.利用权利要求2所述的车内设备交互控制装置进行交互控制的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，所述移动设备从存储所述三维空间模型的电子标签读取三维空间模型，并从距离自身最近的存有车内位置信息的电子标签读取位置信息，作为所述移动设备的当前位置信息；

步骤2，移动所述移动设备，由所述移动设备实时获取自身的指向信息并根据该指向信息在所述三维空间模型内获取在移动过程中所述移动设备所指向的所有车内设备；

步骤3，在所述移动设备屏幕上显示步骤2获取的所有车内设备，并从中选择需要操作的车内设备，在移动设备屏幕上显示该车内设备的所有控制命令按钮；

步骤4，操控移动设备屏幕上相应的控制命令按钮，通过无线网络向所述行车电脑发出控制命令，所述行车电脑再向将交互控制命令发送至所述车内设备，执行交互控制。

9.如权利要求8所述进行交互控制的方法，其特征在于，所述三维空间模型的建立方法为：

首先，在车内选定一个原点和一个初始朝向；

然后，为每个车内设备相对于所述原点位置设置三维坐标，相对于所述初始朝向的旋转方向设置三轴旋转方向，并建立该车内设备的六面体模型；

最后，根据各个车内设备的三维坐标、三轴旋转方向以及六面体模型建立对应的空间模型，即完成三维空间模型的建立。

10.如权利要求8所述进行交互控制的方法，步骤2中移动设备在移动过程中获取其所指向的所有车内设备的步骤如下：

a.获取三维空间模型中车内设备的三维坐标P_dev和旋转矩阵M_dev，

P_dev表示为：P_dev=(P_dev.X,P_dev.Y,P_dev.Z)，其中P_dev.X、P_dev.Y及P_dev.Z为当前车内设备的三维坐标值；

且M_dev表示为：M_dev=[sin(Yaw_dev),-cos(Yaw_dev),sin(Pitch_dev)]，Yaw_dev和Pitch_dev为车内设备的三维旋转值分量；

然后，实时获取自身相对于车内设备的三维旋转值M_phone，其中，M_phone表示为：

$M_{\mathrm{phone}}=\left[\begin{array}{c}\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ \sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\\ \end{array}\right],$

其中Yaw_phone和Pitch_phone为所述移动设备的三维旋转值分量；

b.计算所述移动设备的指向线与三维空间模型中接受控制信号面的交点InnerPoint，表达式如下：

$\mathrm{InnerPoint}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{de}v}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\cos ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Y_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin ({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{phone}}+\frac{3}{4}\mathrm{\π})\·\cos \left({-\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{phone}}\right),\\ Z_{\mathrm{seat}}+\left(\frac{-(M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{seat}}+M_{\mathrm{dev}}\·P_{\mathrm{dev}})}{M_{\mathrm{dev}}\·M_{\mathrm{phone}}}\right)\·\sin \left({\mathrm{Pitch}}_{\mathrm{dev}}\right)\end{array}\right)$

其中，P_seat为所述移动设备通过读取存有车内位置信息的NFC标签得到的当前位置三维坐标，P_seat表示为：P_seat=(X_seat,Y_seat,Z_seat)，式中X_seat、Y_seat以及Z_seat为当前位置三维坐标分量；

c.所述移动设备计算出当前车内设备有效面上的对角线点P_bound，

$P_{\mathrm{bound}}=\left(\begin{array}{c}{X}_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\cos \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Y_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Width}}_{\mathrm{dev}}\·\sin \left({\mathrm{Yaw}}_{\mathrm{dev}}\right),\\ Z_{\mathrm{dev}}+{\mathrm{Height}}_{\mathrm{dev}}\end{array}\right)$

其中，Width_dev为车内设备六面体模型的宽度，Height_dev为车内设备六面体模型的高度；

d.判断步骤c中得到的交点InnerPoint是否在P_dev和对角线点P_bound之间，如果同时满足下面三个不等式：

P_dev.X≤InnerPoint.X≤P_bound.X

P_dev.Y≤InnerPoint.Y≤P_bound.Y

P_dev.Z≤InnerPoint.Z≤P_bound.Z

则判定当前车内设备为所述移动设备所指向的车内设备，其中P_bound.X、P_bound.Y及P_bound.Z为对角线点P_bound的坐标分量，InnerPoint.X、InnerPoint.Y及InnerPoint.Z为步骤c中交点InnerPoint的坐标分量；

e.重复步骤a至步骤d，直至获取所有满足步骤d中判断条件的车内设备。

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