CN108170264A

CN108170264A - 车辆用户输入控制系统和方法

Info

Publication number: CN108170264A
Application number: CN201711261694.4A
Authority: CN
Inventors: 斯图尔特·C·萨尔特; 吉姆·J·苏尔曼; 安妮特·琳恩·许布纳; 彼得罗·布托洛
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-06-15
Anticipated expiration: 2037-12-04
Also published as: CN108170264B; US10281990B2; DE102017128641A1; US20180157329A1

Abstract

本发明提供一种车辆用户输入控制系统和方法，该系统具有位于车辆上的用户输入装置；位于用户输入装置附近的多个接近传感器；以及控制器，该控制器处理接近传感器生成的信号以检测接近用户输入装置的手的轨迹和方向的至少其中之一，并且确定手与车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

Description

车辆用户输入控制系统和方法

技术领域

本发明大体上涉及用户输入控制，并且尤其是涉及控制使车辆中的用户输入装置对用户可使用的功能。

背景技术

乘用车通常配备有包括接收用户输入的用户界面的电子装置或系统。例如，车辆可包括触摸屏界面，该触摸屏界面使用户能够输入运行车辆上的一个或多个系统或功能(例如娱乐和导航系统)的命令。车辆控件通常限制用户交互，并因此限制用户在驾驶时可能输入的信息，以便减少驾驶员分心。将期望的是，提供一种允许车辆中的乘客进行用户输入装置(例如触摸屏)的用户交互的增强型车辆系统。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种车辆用户输入控制系统。该车辆用户输入控制系统包括位于车辆上的用户输入装置和位于用户输入装置的至少一侧的多个接近传感器。该车辆用户输入控制系统还包括控制器，该控制器处理接近传感器生成的信号以检测接近用户输入装置的手的轨迹和方向的至少其中之一，并且确定手与车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆用户输入控制系统。该车辆用户输入控制系统包括位于车辆上的用户输入装置和位于用户输入装置附近的多个接近传感器。该车辆用户输入控制系统还包括控制器，该控制器处理接近传感器生成的信号以检测接近用户输入装置的手的轨迹和方向的至少其中之一，并且确定手与车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

根据本发明的又一方面，提供一种确定与车辆的驾驶员或乘客有关的用户输入的方法。该方法包括下列步骤：利用多个接近传感器感测接近车辆上的用户输入装置的手，检测手的轨迹和方向的至少其中之一，以及基于检测到的轨迹和方向的至少其中之一来确定手与车辆的驾驶员或乘客有关。

在研究以下说明书、权利要求书以及附图之后，本领域的技术人员将理解和领会本发明的这些和其他方面、目标和特征。

附图说明

在附图中：

图1为具有在车辆的乘客舱中位于驾驶员和乘客之间的触摸屏用户输入装置的用户输入控制系统的立体图；

图2为示出了根据一个实施例的具有多个接近传感器的控制系统的示意图；

图2A为用户输入控制系统的放大图，该放大图进一步示出了用于感测车辆的驾驶员或乘客的用户输入的接近传感器；

图3为用户输入控制系统的立体图，该立体图进一步示出了左侧驾驶员与触摸屏进行交互；

图4为用户输入控制系统的立体图，该立体图进一步示出了驾驶员与触摸屏进行交互；

图5为用户输入控制系统的立体图，该立体图示出了右侧乘客与触摸屏进行交互；

图6为用户输入控制系统的立体图，该立体图进一步示出了乘客与触摸屏进行交互；

图7为用户输入控制系统的立体图，该立体图进一步示出了驾驶员利用触摸屏输入未启用的输入并且接收锁定警告；

图8为穿过图2的线VIII-VIII截取的接近传感器的横截面图；

图9为用户输入控制系统的框图，该框图示出了用于控制系统的控制器；

图10A至图10C为示出了根据一个示例在不同时间接近传感器布局的手的移动的示意图；

图10D为示出了在图10A至图10C中所示的手移动期间接近传感器生成的信号的曲线图；

图11A至图11C为示出了在图10A至图10C中所示的手移动期间传感器布局生成的传感器计数值的示意图；

图12为示出了根据一个实施例的处理接近传感器并且确定用户与触摸屏的交互的控制程序的流程图；以及

图13为示出了进行模板匹配以及对传感器信号进行轨迹分析的程序的流程图。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应当理解的是，所公开的实施例仅仅是可体现为各种替代形式的本发明的范例。附图不一定是详细的设计；一些示意图可能被夸大或最小化成显示功能概述。因此，本文中公开的具体结构上和功能上的细节不应解释为限制性的，而应该仅仅解释为有代表性的，以便作为教导本领域的技术人员不同地采用本发明的基础。

现在参考图1，大体上示出了机动车辆10具有通常位于乘客舱中的驾驶员座椅12和乘客座椅14。驾驶员座椅12配置成供车辆的驾驶员26就座，并且乘客座椅14配置成供坐在驾驶员右侧的车辆乘客就座。显示出车辆10具有触摸屏20形式的用户输入装置，触摸屏20位于中控台18中，中控台18大体在驾驶员座椅12和乘客座椅14的前方并且安置在仪表板16内。触摸屏20为允许用户(例如驾驶员或乘客)经由触摸屏20输入命令来控制一种或多种功能(例如收音机、导航、音量控制以及其他功能)的用户输入装置。另外，显示出接近开关22形式的其他用户输入装置位于触摸屏20的下方，并且显示出旋转输入转盘24在中控台18内。坐在驾驶员座椅12中的驾驶员26或者坐在乘客座椅14中的乘客28可通过向前伸出用户的手以与用户输入装置进行交互并且输入输入选择来操作触摸屏20和其他用户输入控件22和24。

车辆10进一步配备有用户输入控制系统50，用户输入控制系统50感测接近用户输入触摸屏20的用户的手，并且确定手是否与坐在驾驶员座椅中的驾驶员或坐在乘客座椅14中的乘客有关以及基于感测到的手来控制一种或多种与车辆相关的功能以启用或禁用某些功能。如果确定手为坐在驾驶员座椅12中的驾驶员的手，则对触摸屏20和其他输入装置的某些输入功能会受到限制，以便最小化驾驶员的分心。如果确定手为坐在乘客座椅14中的乘客的手而不是驾驶员的手，则可启用某些与车辆相关的功能，这是因为假定这种交互将不会让操作车辆10的驾驶员分心。控制系统50具有传感器布局和控制器，该传感器布局包括位于用户输入触摸屏20附近的多个接近传感器，该控制器处理接近传感器生成的信号以检测接近用户输入装置的手的轨迹和方向的至少其中之一并且确定手是否与驾驶员乘客或非驾驶员乘客有关。

参考图2，显示出用户输入控制系统50具有传感器布局30，传感器布局30具有位于触摸屏20附近的多个接近传感器32。在所示的传感器布局30中，接近传感器32位于触摸屏20的左侧和右侧。在所示实施例中，左侧和右侧接近传感器各自包括直接位于触摸屏20的左侧和右侧的每一侧的接近传感器32的六乘三(6×3)阵列。显示出额外的接近传感器32在触摸屏20下方延伸。传感器布局30使控制系统50能够检测存在坐在驾驶员座椅12中的驾驶员或者坐在乘客座椅14中的乘客的手靠近触摸屏20。传感器布局30使控制系统能够检测手从左到右或从右到左移动时的轨迹以及手的方向，并且确定手是否属于坐在车辆10左侧的驾驶员座椅12中的驾驶员或者坐在车辆10右侧的乘客座椅14中的乘客。应当领会的是，对于具有位于车辆10右侧座位的驾驶员座椅12的车辆，控制系统50可配置成检测右侧的驾驶员和左侧的乘客。

根据一个实施例，接近传感器32可包括电容式传感器。电容式传感器产生电场并且基于干扰电场的手的导电性所引起的干扰来检测存在靠近传感器的手。应当领会的是，可采用其他类型的接近传感器(包括电感式传感器、红外传感器以及超声波传感器)。除了根据一个实施例专门用于感测手相对于触摸屏20的接近的接近传感器32之外，还可采用其他传感器。例如，可采用显示位于触摸屏20下方的接近传感器22(例如电容式传感器)来感测手的轨迹和/或方向。传感器22可用作其他功能，例如用于接近开关的传感器(例如可用作车辆上的一种或多种其他功能(例如包括气候和音频控件在内的车辆功能的输入装置)的电容式开关)。除了感测激活接近开关的手指的位置之外，接近传感器22还可感测位于传感器22附近或移动跨过传感器22的手的位置以检测手的轨迹和方向。进一步地，显示出膝部感测接近传感器42(例如电容式传感器)的一乘四(1×4)阵列位于中控台中并且靠近坐在车辆10右侧的乘客座椅14中的乘客膝部的期望位置。膝部感测接近传感器42可检测存在坐在乘客座椅14中的乘客的膝部或腿部。另外，车辆10可配备有用于检测存在坐在驾驶员座椅12和乘客座椅14的其中之一中的驾驶员或乘客的其他乘员检测传感器。乘员检测传感器可包括安置在座椅12和14中的重量传感器、红外(IR)传感器以及用于检测存在坐在驾驶员座椅12中的驾驶员和坐在乘客座椅14中的乘客的其他类型的接近传感器。

图2A中进一步示出了控制系统50的传感器布局30。位于触摸屏20左侧的接近传感器32被标记为L1-L21。位于触摸屏右侧的接近传感器32被标记为R1-R21。控制系统50能够通过处理接近传感器32生成的信号来确定与触摸屏20进行交互的手的轨迹和方向。例如，当车辆的驾驶员将他或她的手从左向右移动时或者当乘客将他或她的手从右向左移动时，可处理接近传感器32生成的信号以确定手是否属于车辆的驾驶员或乘客。类似地，手的方向可通过处理接近传感器32生成的信号来确定。当乘客或驾驶员与触摸屏20进行交互时，可通过手的转动和手的手指的定位来确定方向。通常，驾驶员或乘客将用手指(例如与拇指相邻的食指D1)与触摸屏进行交互，并且对于坐在左侧的驾驶员而言，手将通常以顺时针方式转动，或者对于坐在右侧的乘客而言，手将通常逆时针转动。在这种就座安排中，驾驶员的手通常将是食指D1在上，拇指在左，并且剩余的手指在右并向下倾斜。乘客的手通常将是食指D1在上，拇指在右，并且剩余的手指在左并向下倾斜。通过将信号与已知信号波形进行比较，可确定手的轨迹和方向，从而可确定手属于驾驶员还是乘客。如果确定坐在乘客座椅14中的乘客正在与触摸屏20进行交互，则控制系统可启用可通过触摸屏20使用的其他功能或控制选项，而如果检测到驾驶员正在与触摸屏20进行交互，则可禁用某些功能。

参考图3，示出了坐在左侧的驾驶员座椅12中并且经由驾驶员的手36与触摸屏20进行交互的车辆10的驾驶员26的一个示例。在该示例中，驾驶员的手36从左侧朝着触摸屏20向右侧移动。随着手36从左侧向右侧移动，手36越过并且靠近触摸屏20左侧的接近传感器32。可处理触摸屏左侧的接近传感器32以确定手的轨迹是从左到右的运动，因而确定可能是车辆的驾驶员与触摸屏20进行交互。

参考图4，根据另一个示例，显示出驾驶员26的手36正在与触摸屏20进行交互。在该示例中，示出了手36的食指显示为定向在某个方向中的手指D1，同时手通常顺时针相对转动，使得食指D1在上，拇指在左，并且手的其他手指在下面顺时针倾斜一个角度。接近传感器32生成表示感测到的对象的感测信号。来自传感器布局的感测信号可制订出手36的方向，使得控制器可处理该感测信号以确定手36是否顺时针转动，从而确定可能是车辆的驾驶员与触摸屏20进行交互。控制器可处理轨迹和方向判定二者或者可处理轨迹和方向判定的其中一者以确定手可能是车辆的驾驶员的手还是乘客的手。

参考图5，显示出坐在右侧的乘客座椅14中的乘客28的手38正在与触摸屏20进行交互。在该示例中，乘客的手38从右侧接近触摸屏20并且向左侧移动。触摸屏20右侧的接近传感器32可生成感测信号，该感测信号经处理以确定手38的轨迹是从右到左的运动，因而确定可能是乘客与触摸屏20进行交互。

参考图6，示出了乘客的手38与触摸屏20进行交互时乘客28的手的方向的一个示例。触摸屏20右侧的接近传感器32生成信号，该信号可被制订出以确定手38的方向处于略微的逆时针方向，使得食指D1在上，拇指在右，并且其余手指按逆时针方位向下转动一个角度。控制器可处理接近传感器32生成的感测信号以确定手的轨迹和/或方向，从而确定手是否属于车辆的乘客。

参考图7，显示出触摸屏20和与触摸屏20进行交互的驾驶员的手36。在该示例中，确定手36是驾驶员的手，并且驾驶员输入所请求的功能被禁用。如所看到的，当禁用时，触摸屏20可在车辆的驾驶员试图输入时输出某种功能不可用的警告。该警告可包括闪烁触摸屏或部分屏幕红色灯或者阻止控制功能输入以防止或阻止驾驶员输入出现或被执行。应当领会的是，可采用其他警告信号(例如可听到的信号和其他视觉信号或触觉信号)作为指示禁用功能的反馈。

在图8中，根据一个实施例显示出接近传感器32通常形成在中控台18的下面。如所看到的，接近传感器32可为印刷或组装成电路迹线或以其他方式装配在中控台18的下面的电容式传感器。接近传感器32可包括配置有产生电容电场的交叉指针的电极，这对本领域技术人员来说应该是显而易见的。

参考图9，进一步示出了用户输入控制系统50具有显示为接收各种输入并生成控制输出的控制器52。所示的控制器52具有微处理器54和存储器56。然而，应当领会的是，控制器52可包括其他模拟和/或数字控制电路。存储在存储器中并且由微处理器54执行的是处理各种输入并且生成输出的控制程序100。向控制器52的输入包括触摸屏输入20，该触摸屏输入20可包括经由来自驾驶员或乘客的输入提供的功能。其他输入包括车速44、车辆变速器位置PRNDL(停车挡、倒车挡、空挡、前进档、低速挡)46以及座椅占用传感器48。另外，接近传感器22、32以及42对控制器52进行输入。控制器52处理各种接近传感器和其他输入装置并且生成驾驶员可控功能60和乘客可控功能62。驾驶员可控功能60和乘客可控功能62可为与车辆上可用的某些系统有关的功能，该些系统可基于所确定的用户界面操作者启用或禁用。另外，控制器52可生成输出到音频和视觉反馈64的信号以提供警告或其他反馈(例如当启用或禁用某些功能时)。

参考图10A至图11C，示出了驾驶员的手36移动靠近控制系统50的传感器布局30的一个示例。控制系统50检测手及其轨迹和方向。在该示例中，显示出当车辆的驾驶员与触摸屏进行交互时驾驶员的手36从传感器布局30的左侧向右侧移动。每个接近传感器32生成信号80，该信号80可为表示手36或其一部分相对于每个传感器的感测到的接近或位置的计数值。根据一个示例，图10D的曲线图中显示了接近传感器32生成的信号80，进一步示出信号80为图11A至图11C中的计数值。每个接近传感器32具有关联的x，y，z坐标，在这种情况下，z坐标是从传感器信号估算出的并且是基于大体上接近传感器与手36或其手指或手指的一部分之间的距离。可在每个时间段生成回归线90以识别最适合或匹配感测到的数据的手的线和空间。回归线90的方向可表示映射手36在空间中的位置的识别标志。通过计算一系列时间间隔的回归线90，可确定手36在空间中的运动。这样，可检测到手36从左到右的轨迹，这表示车辆的驾驶员。另外，具有相对于垂线的顺时针倾角的回归线90可表示驾驶员的手的方向。

如图10D中所示，随着手36从传感器布局30的左侧到右侧经过，接近传感器布局在时刻t₁感测到标记为L1的传感器上的手36的食指D1。随着操作者意图将食指移动到非常靠近传感器布局30，食指D1靠近传感器L1。在Z轴上距传感器布局一定距离处手36的剩余部分通常进一步被移除。随着手在时刻t₂向右行进，食指D1移动到传感器D2，并且手36与传感器布局左侧的其他传感器紧密接触。如图10C中的时刻t₃所示，手36可进一步行进到传感器L3。图10D中显示了在时间段t₁、t₂以及t₃传感器L1-L21生成的信号，该信号对应于图10A至图10C中手的位置。可假设图10D中未显示的信号具有表示没有或几乎没有感测到手的小的或零计数值。

应当领会的是，触摸屏20右侧标记为R1-R21的接近传感器同样可用来以类似的方式检测手的轨迹和方向。应当进一步领会的是，右侧传感器和左侧传感器均可检测驾驶员或乘客的手的轨迹和方向。

参考图12，根据一个实施例，显示出处理接近传感器信号并且确定与触摸屏进行交互的用户的控制程序100。程序100开始于步骤102并且继续进行到步骤104以将状态设置为无效，然后到步骤106，重置有效的传感器列表。接下来，在步骤107，程序100计算所有有效的传感器的电容信号。此后，在决定步骤108，程序100确定状态是否为无效，并且如果是，则继续进行到决定步骤110以确定是否有任何传感器信号大于阈值，并且如果不是，则返回到步骤107。如果有任何传感器信号大于阈值，则程序100继续进行到步骤112以在先于决定步骤114之前将状态设置为有效。

接下来，在决定步骤114，程序100确定是否有任何新的接近传感器输入垫具有大于阈值的传感器信号，并且如果不是，则继续进行到决定步骤116以确定在大于δ(delta)的时间段内是否不存在接近传感器输入垫活动，并且如果是，则返回到步骤104。如果在δ的时间段内存在接近传感器输入垫活动，则程序100继续进行到决定步骤120。如果存在具有大于阈值的传感器信号的任何新的传感器输入垫，则程序100继续进行到步骤118以将新的传感器输入垫添加到有效的传感器列表，然后继续进行到决定步骤120。

在决定步骤120，程序100确定是否存在开关或传感器交互，如果不存在，则返回到步骤114。如果存在开关或传感器交互，则程序100继续进行到步骤122以执行进行模板匹配以及对有效的传感器列表的轨迹分析。该步骤可根据图13中所示的程序122来执行。此后，程序100在决定步骤124确定输入是否为驾驶员输入。如果输入是驾驶员输入，则程序100在步骤126将拒绝开关输入请求以限制对车辆驾驶员可用的功能。如果输入不是驾驶员输入，则程序100将继续进行到步骤128以激活开关输入功能，从而在没有限制的情况下启用该功能。

图13中更详细地示出了进行模板匹配和对有效的传感器列表进行轨迹分析的程序122。程序122包括计算手和每个有效的传感器之间的距离的步骤130。接下来，在步骤132，在每个时刻ti，程序122计算最适合测量点x，y，z的回归线。继续进行到决定步骤134，程序122确定回归线是否正在向右移动并且由此而增加，并且如果是，则继续进行到步骤136以在返回到步骤132之前确定手是驾驶员手候选。如果回归线没有向右移动，则步骤132转到决定步骤138以确定回归线是否正在向左移动并且由此而减小。如果回归线正在向左移动并且由此而减小，则步骤132转到步骤140以在返回到步骤132之前确定手是乘客手候选。如果回归线没有向左移动，则决定步骤142确定手是否已到达目标，使得信号映射在步骤142是稳定的。如果手已到达目标并且信号映射是稳定的，则程序122继续进行到步骤144以冻结候选，然后到步骤146以由回归线历史计算手势，然后到步骤148以将手势传送到HMI(Human Machine Interface，人机界面)进行进一步处理。

车辆用户输入控制系统有利地感测试图向用户输入装置输入输入的手的轨迹和/或方向，并且确定手是驾驶员的手还是乘客的手。这使得可以根据输入是来自驾驶员还是来自乘客而启用或禁用某些功能。这样，可以减少驾驶员分心。

应当理解的是，在不脱离本发明的构思的情况下，可以对上述结构做出改变和修改，并且进一步应当理解的是，这些构思旨在被下面的权利要求覆盖，除非这些权利要求通过其文字明确地作出相反陈述。

Claims

1.一种车辆用户输入控制系统，包括：

位于车辆上的用户输入装置；

位于所述用户输入装置的至少一侧的多个接近传感器；以及

控制器，所述控制器处理所述接近传感器生成的信号以检测接近所述用户输入装置的手的轨迹和方向的至少其中之一，并且确定所述手与所述车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于将所述手确定为驾驶员或乘客来进一步控制至少一种功能。

3.根据权利要求2所述的系统，其中当所述控制器确定所述手与驾驶员有关时，所述控制器限制至少一种。

4.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于所述手相对于所述多个接近传感器移动的轨迹来确定所述手与所述车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于所述手相对于所述多个接近传感器移动的所述轨迹和所述方向来确定所述手与所述车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器基于将所述信号与已知信号图形相比较来确定所述手的所述方向。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个接近传感器位于所述用户输入装置的相对的左侧和右侧。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述用户输入装置包括触摸屏。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个接近传感器包括多个电容式传感器。

10.一种车辆用户输入控制系统，包括：

位于车辆上的用户输入装置；

位于所述用户输入装置附近的多个接近传感器；以及

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器基于将所述手确定为驾驶员或乘客来进一步控制至少一种功能。

12.根据权利要求11所述的系统，其中当所述控制器确定所述手与驾驶员有关时，所述控制器限制至少一种功能。

13.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器基于所述手相对于所述多个接近传感器移动的轨迹来确定所述手与所述车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

14.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器基于所述手相对于所述多个接近传感器移动的所述轨迹和所述方向来确定所述手与所述车辆的驾驶员和乘客的其中一者有关。

15.根据权利要求10所述的系统，其中所述控制器基于将所述信号与已知信号图形相比较来确定所述手的所述方向。

16.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个接近传感器位于所述用户输入装置的相对的左侧和右侧。

17.根据权利要求11所述的系统，其中所述用户输入装置包括触摸屏。

18.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个接近传感器包括多个电容式传感器。

19.一种确定与车辆的驾驶员或乘客有关的用户输入的方法，包括：

利用多个接近传感器感测接近车辆上的用户输入装置的手；

检测所述手的轨迹和方向的至少其中之一；以及

基于检测到的所述轨迹和方向的至少其中之一来确定所述手与所述车辆的驾驶员或乘客有关。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括基于将所述手确定为驾驶员或乘客来控制至少一种功能的功能性的步骤。