CN107438532A - 装配在车辆方向盘上形成人机界面的可活动或可变形的触摸板系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种装配至车辆方向盘的形成人机界面的触摸板系统。根据本发明的触摸板系统包括照亮触摸板（10）的光源和捕捉来自触摸板的光的相机（20）。所述触摸板包括能够反射来自光源的光的第一标记（15），所述触摸板除第一标记之外对于由光源所发出的光是可透过的。所述系统是卓越的尤其在于，在所述触摸板上的按压引起触摸板的运动，并且当触摸板处于第一位置中时，所述第一标记对于相机是不可见的，而当触摸板处于第二位置中时，所述第一标记对于相机是可见的。

Description

装配在车辆方向盘上形成人机界面的可活动或可变形的触摸 板系统

技术领域

本发明涉及一种用于在车辆的方向盘的区域中确保人机界面功能的触摸板系统。更具体地，本发明涉及交互模态，且特别是方向盘区域中的手势及触觉的交互。

还更具体地，本发明提出了一种包括位于方向盘区域中的透明触摸板的系统，其允许在所述触摸板处检测和解释驾驶员的动作而不需要专用的电子器件，该动作可以是单击型、双击型或甚至更复杂的手势的动作。

背景技术

一方面，本领域技术人员众所周知的一个问题实际上在于检测驾驶员确保对处于其命令下的车辆的有效控制的能力的可能性。

另一方面，另一个众所周知的问题是向驾驶员提供直观的人机界面，其允许他与车辆交互，而不必使其手远离方向盘，而且所实施的这个方案还不必在方向盘区域中引入额外的电子机构。实际上，诸多困难之一在于能提出解决已知的上述问题的方案，而不要求使用复杂的电子装置，并且不必布置额外的接线，特别是在方向盘区域中，此处接线的存在会是尤其麻烦的。

现有技术实际上包括集成到车辆方向盘的辐条和轮毂中的许多电子按钮装置。这还包括简单的按钮和双向控制按钮、四向控制按钮、甚至电阻或电容式触摸表面。

然而，传统的按钮装置和其它已知的装置具有在方法盘的设计中必须进行繁重的集成的主要缺点，特别是需要将专用电子器件和相应的接线集成在敏感区域中，方向盘区域可能就是这样的区域。

因此，需要一种人机界面系统，其允许检测和解释命令，但不需要在方向盘区域中存在专用的电子器件。

发明内容

为此，本发明提出使用相机，该相机可以是针对其它应用安装在车辆仪表盘的仪表组中的相机类型（例如用于检测瞌睡状态），其在方向盘区域中检测单击或双击类型的动作或甚至更复杂的手势，以便消除上述提及的硬件约束。

为此，本发明提出了一种系统，其依赖于透明的可活动或可变形的触摸板、照亮所述触摸板的光源、以及捕捉图像的相机，该图像是在驾驶员在所述触摸板上的动作引起所述触摸板的移动的情况下，由从来自光源的光照向触摸板并且被所述触摸板上设置的一个或多个特定标记反射的光所产生的。应注意到，触摸板或触摸板的一部分的“运动”意味着诸如围绕枢轴的旋转、或者平移、或者力变形之类的运动。

为此，更具体地，本发明涉及一种形成人机界面的触摸板系统，其设计成部分地装配到车辆方向盘，使得所述触摸板的表面对于靠近方向盘的手的至少一根手指是可达到的。根据本发明的触摸板系统的特征在于它包括：

•照亮所述触摸板的光源，

•相机，所述相机能够捕捉来自所述触摸板的光。

所述触摸板包括至少一个第一可活动部分，所述第一可活动部分包括能够反射来自光源的光的第一标记，且所述第一可活动部分除第一标记之外对于由光源所发出的光是可透过的。

在触摸板的第一可活动部分上的按压引起触摸板的第一可活动部分的运动。

触摸板的第一可活动部分和第一标记被配置成使得，当触摸板的第一可活动部分处于第一位置中时，所述第一标记不朝向相机反射光，且因此对于相机是不可见的，并且当触摸板的第一可活动部分处于第二位置中时，由于第一可活动部分引起的运动，所以所述第一标记朝向相机反射光，且因此对于相机是可见的。

所述触摸板系统包括分析由相机所捕捉的光的电子处理单元，所述电子处理单元能够根据第一标记是否朝向相机反射光来检测触摸板的第一可活动部分上的按压，这对应于触摸板的第一可活动部分从第一位置转变成第二位置，或者相反的转变。

根据各种实施例，根据本发明的方向盘组件还可以包括以下列出的一个或更多个特征。

根据一个实施例，触摸板的第一可活动部分呈可变形的第一可活动部分，其具有柔性，且其能够在所述触摸板的所述可变形的第一可活动部分上被施加压力的情况下，提供所述可变形的第一可活动部分的机动性。因此，所述第一可活动部分的变形构成通过相机和电子处理单元之间的协作可检测到的第一可活动部分的运动。

根据一个实施例，触摸板和第一可活动部分重合，并且第一标记是处于第二位置中的触摸板本身，引起所述触摸板的变形大于变形阈值，使得处于第一位置中的触摸板对于由光源所发出的光是可透过的，并且所述触摸板在引起大于变形阈值的触摸板变形的第二位置时，反射由光源所发出的至少一部分光朝向相机。

根据更先进的实施例，所述可变形的第一可活动部分具有变形区段，所述变形区段被配置成使得所述第一可活动部分根据施加到所述可变形的第一可活动部分的压力而变形，并且当施加在所述可变形的第一可活动部分上的压力所产生的变形达到预定阈值时，所述可变形的第一可活动部分以不连续的方式从稳定的第一位置转变成稳定的第二位置。

根据更具体的实施例，所述可变形的可活动部分包括所述触摸板的凸起区域，并且施加在所述可变形的第一可活动部分上的压力所产生的变形使得所述可变形的第一可活动部分以不连续的方式从稳定的第一位置转变成稳定的第二位置，这是因为施加在所述可变形的第一可活动部分上的压力所产生的变形达到预定阈值，由此产生所述相机可检测的并且构成所述第一标记的伪影。

根据另一实施例，触摸板包括提供枢转机构，所述枢转机构提供所述触摸板围绕所述枢轴的旋转机动性。

根据第一示例性实施例，第一标记由应用到触摸板的第一可活动部分的合适区域上的膜所形成。

根据第二示例性实施例，第一标记由应用到触摸板的第一可活动部分的合适区域上的特殊涂料所形成。

根据第三示例性实施例，第一标记由在触摸板的第一可活动部分的合适区域上执行粗糙化所形成。

依据根据本发明的触摸板系统的一个实施例，所述触摸板的所述第一可活动部分具有与所述触摸板的侧面相对应的侧面，所述侧面包括所述第一标记，所述触摸板的所述第一可活动部分的所述侧面位于相对于所述相机倾斜的平面中，使得当所述触摸板的第一部分处于第一位置中时，来自所述光源并且可能被所述第一标记反射的光被反射到使得所反射的光无法被所述相机捕捉的方向上。

作为优选，光源发出具有对眼睛不可见的波长的光。以这种方式，可以完全避免让驾驶员感到刺眼的风险。

通常，光源发出的光具有在红外范围中的波长。

根据更先进的实施例，触摸板包括第二可活动部分，其具有与所述第一标记不同的第二标记，在所述触摸板的所述第二可活动部分上的按压引起所述触摸板的所述第二可活动部分的运动，并且所述触摸板的所述第二可活动部分和所述第二标记被配置成使得，当所述触摸板的所述第二可活动部分处于第一位置中时，所述第二标记不朝向所述相机反射光，因此对于所述相机是不可见的，并且当所述触摸板的所述第二可活动部分处于第二位置中时，由于所述第二可活动部分引起的运动，所以所述第二标记朝向所述相机反射光，因此对于所述相机是可见的，所述电子处理单元能够借助于由所述第二标记反射并被所述相机所捕捉的光来检测所述触摸板的所述第二可活动部分上的所述按压，从而能区分在所述触摸板的所述第一可活动部分上的按压和在所述触摸板的第二可活动部分上的按压。

以这种方式，可以检测驾驶员和根据本发明的触摸板系统之间的更复杂的交互。

根据一个实施例，根据本发明的触摸板系统包括两个触摸板，其设计成安置在方向盘的中心轮毂的每一侧上。

本发明还涉及一种包括方向盘、仪表板和安装在所述仪表板上的仪表盘的机动车辆，其特征在于它包括如上简要描述的触摸板系统。

附图说明

通过阅读下面的描述，将更好地理解本发明，下面的描述仅以示例的方式提供的，并且参照附图，在附图中：

-图1A示出了根据本发明的触摸板系统的一个示例的一部分的示意图；

-图1B示出了根据本发明的触摸板系统的相同示例的一部分的示意图，图中示出了拇指在触摸板的激活表面上的运动；

-图2A示出了触摸板的侧视图的示意图；

-图2B示出了可以集成到根据本发明的触摸板系统中的触摸板的一个示例的剖视图；

-图3A示出了在正面并且在静止位置上看到的可活动触摸板的一个示例，其具有中心枢轴；

-图3B示出了在侧面并且在按压位置上看到的可活动触摸板的一个示例，其具有中心枢轴；

-图4A示出了处于静止位置的具有可变形凸起部分的触摸板的一个示例；

-图4B示出了处于按压位置的具有可变形凸起部分的触摸板的一个示例；

应注意到，附图详细说明了本发明以允许实现本发明，但是这些附图当然也能有助于更好地限定本发明。

具体实施方式

本发明主要是为了集成到机动车辆中。然而，本发明也适用于其它应用，特别是为了集成到任何类型的陆地、海上或航空类型的交通工具。

参照图1A和图1B，根据本发明的触摸板系统设计成装配至车辆方向盘。触摸板10布置成在方向盘1的区域中对于驾驶员的至少一根手指P是可达到的。根据图1A、图1B、图2A、图2B所示的优选实施例，触摸板10尤其对于驾驶员的拇指P是可达到的。因此，触摸板10设置在方向盘1上，以此方式使得触摸板10位于靠近方向盘1的可能被驾驶员握住的区域，从而使得通过所述触摸板10的正面（即位于驾驶员一侧的那一面），触摸板10对于驾驶员的（优选）拇指P是可达到的，而且驾驶员无需放开方向盘1。

触摸板10被特别设计成对于驾驶员的拇指P是可达到的，这种优选配置一方面考虑到个人（特别是驾驶员）使用其拇指来在人机界面上进行操作的敏捷性越来越高，另一方面考虑到触摸的人机界面设置在方向盘1附近，其对于拇指是可达到的，并且允许驾驶员在这样的界面上操作而无需放开所述方向盘1，这样不但具有易于接近的实际益处，而且在提供的安全性能方面也有益处。

另一种可能的配置在于，将触摸板10设置成使得它的背面，即远离驾驶员一侧的那一面，对于驾驶员放在方向盘1上的手的手指是可达到的。

通常，触摸板10是可以例如由玻璃或聚碳酸酯制成的透明片，对于涉及触摸板10变形的实施例，聚碳酸酯是优选的。触摸板10可以固定到方向盘1的轮缘，或者甚至固定到轮毂或转向柱（这两者均未示出）。将触摸板10固定到转向柱是尤其有利的，因为这样使得可以消除与方向盘1相对于相机20的瞄准轴线不同轴地旋转相关的任何可能的问题。

光源照亮触摸板10，并且相机20配置成捕捉来自于所述触摸板10的光。电子处理单元（未示出）分析由相机20捕捉的图像。光源发出优选地具有人眼不可见的波长的光。根据一个优选实施例，所发出的光的波长属于红外范围。可替代地，所发出的光的所述波长可以属于紫外范围。

触摸板10的表面对于由光源发出的光是可透过的，但是它包括能够反射具有由所述光源发出的波长的光的标记（伪影，artefact）。例如，所述标记可以布置在触摸板10的侧面12上。

图2A是图1A的示意图的俯视图，而图2B是图2B的示意图的俯视图。

在第一位置A中（其可以是稳定的静止位置），相机20拍摄触摸板10，但是电子处理单元不检测设置在触摸板10的侧面12上的标记15，因为所述侧面12位于与相机20正交的平面中，且因此可能由标记15所反射的光不会朝向所述相机20被反射。

因此，在第一位置A中，标记15对于相机20是不可见的，因为它不朝向所述相机20反射光。

在第二位置B中（其可以是稳定的按压位置），相机20拍摄触摸板10，并且电子处理单元检测设置在触摸板10的侧面12上的标记15，因为所述侧面12位于相机20的视场V中，因此由标记15反射的光会朝向所述相机20被反射。

因此，在第二位置B中，标记15对于相机20是可见的，因为它反射朝向所述相机20的光。

当驾驶员在触摸板10上施加或不施加足够压力的动作时，触摸板10从第一位置A转变成第二位置B，或者从第二位置B转变成第一位置A。

因此，触摸板10具有至少一个可活动部分11。在图中所示的实施例中，触摸板10的整体是可运动的。

如上所述，触摸板10的区域，例如侧面12，形成或包括标记15。因此，触摸板10对于由光源发出的光是可透过的，但是所述标记15不允许所述光透过，而是反射所述光。

提供了用于实施所述标记15的几个非排它性实施例。根据第一实施例，侧面12的至少一部分被膜覆盖，侧面12的被膜覆盖的所述部分形成所述标记15。根据第二实施例，侧面12的至少一部分被特殊涂料覆盖，侧面12的被特殊涂料覆盖的所述部分形成所述标记15。根据第三实施例，触摸板10是玻璃片或具有相似特性的任何材料，并且侧面12的至少一部分被粗糙化，侧面12的经粗糙化的所述部分形成所述标记15。根据第四实施例，所述触摸板10由聚碳酸酯或具有相似特性的任何材料制成，并且经历表面处理以适合于与由驾驶员在触摸板10的可活动部分11处所引起的变形相结合来产生伪影，由此形成所述标记15。

根据另一个实施例，通过触摸板10的特定的配置实施标记15。根据这个特定实施例，触摸板10具有一种结构并且由一种材料制成，使得根据在所述触摸板10处所引起的变形，触摸板10的光折射特性发生变化。因此，在第一位置，例如静止位置中，触摸板10对于由光源所发出的光是可透过的；但是当驾驶员施加的压力动作产生的触摸板10的变形达到预定阈值时，触摸板10的光学特性改变并且变得对于由光源所发出的光是不可透过的，于是触摸板10反射所述光的一部分朝向相机20。

参照图3A和图3B，根据另一实施例，触摸板10沿着中间轴线X包括枢轴，所述触摸板10围绕该枢轴旋转运动。根据这个实施例，位于轴线X的所述枢轴的两侧处的每个侧面121、122具有标记15、16。

因此，在枢轴的一侧上，在触摸板10的具有布置在第一侧面121上的第一标记15的第一部分11上的平行于枢轴轴线的压力，允许相机20捕捉所述第一标记15的图像，并允许电子处理单元识别所述第一标记15。同样，在枢轴的一侧上，在触摸板10的具有布置在第二侧面122上的第二标记16的第二部分14（在枢轴的另一侧上）上的平行于枢轴轴线的压力，允许相机20捕捉所述第二标记16的图像，并允许电子处理单元识别所述第二标记16。

根据图3A和图3B所示的这个实施例，根据驾驶员是在枢轴的一侧还是另一侧上按压触摸板10，电子处理单元检测第一标记15或第二标记16。因此，可以识别在枢轴的两侧并且在两个方向上的运动——按压或拉动。

总而言之，电子处理单元分析相机20所捕捉的图像，该图像记录光源发出的并且在触摸板10处所反射的光。通过布置在所述触摸板10上的至少一个标记15，电子处理单元检测所述触摸板10的状态的变化：变形、运动、光折射特性的变化。这种状态变化当然在两个方向上都可以检测到：当触摸板10处于第一位置中时，电子单元检测不到标记15，当触摸板10处于第二位置中时，电子单元检测到标记15，当触摸板10再次处于第一位置中时，电子单元不再检测到标记15，使得根据本发明的触摸板系统10能够像检测“按压”型动作一样检测“拉动”型动作。

另一方面，根据各种更先进的实施例，根据本发明的系统包括用于产生点击效果的装置，即用于从对应于触摸板10的第一位置的第一稳定状态转变成对应于触摸板10的第二位置的第二稳定状态。

参照图4A和图4B，其分别参考图2A和图2B，根据本发明的触摸板系统10可以包括凸起区域13。

通过触摸板10的特殊构造，此后者由此具有变形区段（palier），使得在由驾驶员在其上施加压力动作的情况下，则所述触摸板10以阻力对抗，直到某一变形点处凸起区域13的曲率突然地反转，从而形成点击的感觉。

可替代地，为了形成这种点击的感觉，可以提供模拟这种区段效果的弹簧机构。

此外，上文描述的触摸板系统10的实施例与如下实施例兼容：其中，该系统包括尤其集成到电子处理单元中的装置，其允许检测驾驶员的拇指P与所述触摸板10的表面之间的任何接触。为此目的，电子处理单元分析相机20所捕捉的光，并且确定所述相机20与在同一个图像中捕捉的驾驶员的拇指P之间的距离。根据在由所述拇指P反射后被所述相机20所捕捉的光，通过计算光传播时间，电子处理单元确定拇指P相对于触摸板10的表面的位置，同时确定所述拇指P与触摸板10之间是否存在接触。

综上所述，根据本发明的系统涉及一种能够充当车辆方向盘1区域中的人机界面的触摸板系统10。根据本发明，触摸板10的变形或机动性可被电子处理单元检测到，该电子处理单元借助于标记15分析由相机20所捕捉的图像，该相机20拍摄被光源照亮的所述触摸板10，当触摸板10处于第二位置中B或按压位置中时，该标记15能够反射由光源发出的光，而当触摸板10处于第一位置A中或静止位置中时，触摸板10对于由光源所发出的光是可透过的。

以这种方式，驾驶员通过在触摸板10上进行按压或拉动来与车辆交互。

根据本发明的触摸板系统的一种可能的使用是实现与机动车辆中的顺序变速箱协作执行电子换档的触摸板。

还要强调的是，本发明不限于上面说明的示例，并且可以用本领域的技术人员能力范围内的许多方式进行改变。

Claims (15)

1.一种形成人机界面的触摸板系统（10），其设计成装配至车辆的方向盘（1），使得所述触摸板（10）的表面对于在所述方向盘（1）附近的手的至少一根手指（P）是可达到的，其特征在于它包括：

•照亮所述触摸板（10）的光源，

•相机（20），所述相机（20）能够捕捉来自所述触摸板（10）的光，

所述触摸板（10）包括至少一个第一可活动部分（11），所述第一可活动部分（11）包括能够反射来自所述光源的光的第一标记（15），并且除了所述第一标记（15）之外，由所述光源发出的光能够透过所述第一可活动部分（11），在所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）上的按压引起所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）的运动，

并且所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）和所述第一标记（15）被配置成使得，当所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）处于第一位置中时，所述第一标记（15）不朝向所述相机（20）反射光，且因此对于所述相机（20）是不可见的，并且当所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）处于第二位置中时，由于所述第一可活动部分（11）引起的运动，所以所述第一标记（15）朝向所述相机（20）反射光，且因此对于所述相机（20）是可见的，所述触摸板系统（10）包括电子处理单元，所述电子处理单元分析由所述相机（20）所捕捉的光，所述电子处理单元能够根据所述第一标记（15）是否朝向所述相机（20）反射光来检测所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）上的所述按压，这对应于检测到所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）从所述第一位置转变成所述第二位置，或者相反的转变。

2.根据权利要求1所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）是可变形的第一可活动部分（11），其具有柔性，且其能够在所述触摸板（10）的所述可变形的第一可活动部分（11）上被施加压力的情况下，提供所述可变形的第一可活动部分（11）的机动性。

3.根据权利要求2所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板（10）和所述第一可活动部分（11）重合，并且所述第一标记（15）是处于所述第二位置中的所述触摸板（10）本身，其对应于施加于所述触摸板（10）的大于变形阈值的变形，使得处于所述第一位置中的触摸板（10）对于由所述光源发出的光是可透过的，并且所述触摸板（10）在引起大于所述变形阈值的所述触摸板（10）的变形的所述第二位置中时，反射所述光源发出的至少一部分光朝向所述相机（20）。

4.根据权利要求2所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述可变形的第一可活动部分（11）具有变形区段，所述变形区段被配置成使得所述第一可活动部分（11）根据施加到所述可变形的第一可活动部分（11）的压力而变形，并且当施加在所述可变形的第一可活动部分（11）上的压力所产生的变形达到预定阈值时，所述可变形的第一可活动部分（11）以不连续的方式从稳定的第一位置转变成稳定的第二位置。

5.根据权利要求4所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述可变形的可活动部分（11）包括所述触摸板（10）的凸起区域（13），并且施加在所述可变形的第一可活动部分（11）上的压力所产生的变形使得所述可变形的第一可活动部分（11）以不连续的方式从稳定的第一位置转变成稳定的第二位置，这是因为施加在所述可变形的第一可活动部分（11）上的压力所产生的变形达到预定阈值，由此产生所述相机（20）可检测的并且构成所述第一标记（15）的伪影。

6.根据权利要求1所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板（10）包括提供枢转机构，所述枢转机构提供所述触摸板（10）围绕所述枢轴的旋转机动性。

7.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述第一标记（15）由应用到所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）的合适区域上的膜所形成。

8.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述第一标记（15）由应用到所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）的合适区域上的特殊涂料所形成。

9.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述第一标记（15）由在所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）的合适区域上执行粗糙化所形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）具有与所述触摸板（10）的侧面相对应的侧面，

所述侧面包括所述第一标记（15），所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）的所述侧面位于相对于所述相机（20）倾斜的平面中，使得当所述触摸板（10）的第一部分处于第一位置中时，来自所述光源并且可能被所述第一标记（15）反射的光被反射到使得所反射的光无法被所述相机（20）捕捉的方向上。

11.根据前述权利要求中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述光源发出具有对眼睛不可见的波长的光。

12.根据权利要求11所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述光源发出的光具有在红外范围中的波长。

13.根据前述权利要求中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板（10）包括第二可活动部分（14），其具有与所述第一标记（15）不同的第二标记（16），在所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）上的按压引起所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）的运动，

并且所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）和所述第二标记（16）被配置成使得，当所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）处于第一位置中时，所述第二标记（16）不朝向所述相机（20）反射光，因此对于所述相机（20）是不可见的，并且当所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）处于第二位置中时，由于所述第二可活动部分（14）引起的运动，所以所述第二标记（16）朝向所述相机（20）反射光，因此对于所述相机（20）是可见的，

所述电子处理单元能够借助于由所述第二标记（16）反射并被所述相机（20）所捕捉的光来检测所述触摸板（10）的所述第二可活动部分（14）上的所述按压，从而能区分在所述触摸板（10）的所述第一可活动部分（11）上的按压和在所述触摸板（10）的第二可活动部分（14）上的按压。

14.根据前述权利要求中任一项所述的触摸板系统（10），其特征在于，所述触摸板系统包括两个触摸板，其设计成安置在所述方向盘的中心轮毂的每一侧上。

15.一种机动车辆，其包括方向盘、仪表板和安装在所述仪表板上的仪表盘，所述机动车辆的特征在于其包括根据权利要求1至14中任一项所述的触摸板系统（10）。