CN111148649B - 适于车辆的虚拟人机接口系统以及相应的虚拟人机接口方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种适于车辆的虚拟人机接口系统(1)以及适于车辆的相应虚拟人机接口方法(1)，虚拟人机接口系统(1)包括设置在车辆内的至少一个投影表面(3)；所述虚拟人机接口系统(1)包括：‑至少一个微镜投影装置(5)，其布置成用于将图像投影在所述至少一个投影表面(3)上；‑至少一个传感器装置(7)，其布置成用于通过确定用户身体的一部分在车辆内的位置来检测由用户给出的命令；以及‑控制单元(9)，其布置成用于控制所述人机接口系统(1)；由至少一个投影装置(5)投影的图像在车辆内的位置可以通过由用户给出的特定命令来修改。

Description

适于车辆的虚拟人机接口系统以及相应的虚拟人机接口方法

技术领域

本发明总体上涉及适于车辆的人机接口领域；具体地，本发明涉及适于车辆的虚拟人机接口系统和虚拟人机接口方法。

背景技术

在已知的适于车辆的人机接口中，为了允许车辆上的用户与安装在车辆上的各种电子/机械设备之间的交互，通常使用在车辆的乘客舱室内预先安装的多个物理开关。一些示例可以是安装在车辆的门中并允许车窗移动的电气开关，用于打开和关闭灯的开关以及用于导航系统的按钮。

在最近的人机接口中，上述物理开关已大体被触摸屏等替代。

不利地，与物理开关相比，触摸屏在命令的输入中需要来自用户的更多关注，具有显著更高的成本，并且它们在车内的位置被固定，从而导致舱室内表面拥挤的问题。

为了向车辆用户提供信息，这种人机接口要求存在屏幕和/或视觉指示器，诸如LED或灯泡。

不利地，上述解决方案具有由用户定制的有限可能性。此外，在车辆销售之后的阶段中，它们甚至不允许车辆制造商对人机接口的基本架构进行实质性更改和更新。

在另外的已知的人机接口中，特别是对于中/高级类别的车辆而言，使用语音命令和手势识别设备。

语音命令要求用户关注较少以发出命令，但是只允许执行有限数量的操作，并且受到环境噪声的强烈影响。

另一方面，手势识别设备仍然不是很直观且是复杂的。通常，这些设备包括用于识别驾驶员手指运动的摄像头和即使在黑暗中也能工作的红外传感器。不利的是，手势识别算法是复杂的，红外传感器对于直接暴露在阳光下非常敏感，并且在许多情况下无法检测到正确的命令或检测到不是由用户真正发出的命令。另外，每个要发送的命令都唯一地链接到要执行的手势，因此，用户必须被迫以使该手势可被机器识别的方式学习手势。

为了解决这些问题，提出了一些旨在“虚拟化”适于车辆的人机接口的解决方案。例如，已知人机接口，其包括图像发生器，诸如阴极射线管或包括用于将图像投影到车辆中的投影透镜的光学投影单元。

包括投影透镜的上述光学投影单元的缺点在于，正是由于所述投影透镜，它们具有较差的清晰度和仅能够在平坦表面上投影图像而没有畸变的很大限制。

该限制极大地损害了定制接口的可能性，并且要求在车辆内饰的设计步骤期间提供预定的平坦投影表面，从而对所述内饰的美学产生显著的负面影响。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种适于车辆的虚拟人机接口系统和相应的虚拟人机接口方法，其允许使用不复杂的算法和部件，以便投影图像甚至是在非平坦表面上、以便防止安装触摸屏和开关、以便不受直接暴露在阳光下和车辆振动的影响，以及以便允许进行定制的高可能性。

例如，通过任何软件更新并且无需请求对车辆上的硬件进行修改，允许在汽车的生命周期内在任何时候调整人机接口的美学部分(颜色，样式)及其在车辆内的位置，并且还允许通过简单地将各种接口拖动到乘客舱室的不同部分来移动它们。

根据本发明的一个方面，通过本申请的一些实施例的适于车辆的虚拟人机接口系统以及通过本申请的一些实施例的适于车辆的虚拟人机接口方法来实现上述以及其他目的和优点。在从属权利要求中限定本发明的优选实施例，其内容应被理解为本说明书的一体组成部分。

附图说明

现在将描述根据本发明的适于车辆的虚拟人机接口系统和相应的虚拟人机接口方法的一些优选实施例的功能和结构特征。将参考附图，其中：

-图1示例性地示出根据现有技术制备的人机接口；

-图2示出当安装在车辆上时虚拟人机接口系统的第一实施例；

-图3示出虚拟人机接口系统的另一实施例；以及

-图4以示例的方式示出由用户经由虚拟人机接口系统给出的命令。

具体实施方式

在详细解释本发明的多个实施例之前，应该注意，本发明在其应用上并不限于以下描述中呈现或在附图中示出的构造细节和部件的构造。本发明可以采用其他实施例，并且可以不同的方式来实施或实践上执行。还应该理解的是，措词和术语是出于描述目的，而不应被解释为限制性的。“包括(include)”和“包含(comprise)”及其变型的使用旨在包括其后引用的元件及其等同物，以及附加的元件及其等同物。

首先参考图1，示出适于车辆的典型的人机接口，其包括模拟仪表板100、屏幕102以及多个物理开关和按钮104。

改为参考图2，其示出根据本发明的适于车辆的虚拟人机接口系统1的第一实施例。

这样的虚拟人机接口系统1包括设置在车辆内的至少一个投影表面3。

例如，图2的实施例中所示的投影表面3是四个；具体地，其中一个放置在方向盘前面，以代替传统的模拟或数字仪表盘，其中两个放置在乘客舱室的中央仪表盘上，以及其中一个放置在门的扶手上。显然，在未示出的其他实施例中，这种投影表面3的数量和布置也可以不同。例如，也可以提供将图像投影到车辆的内部车顶上。

人机接口系统1包括至少一个微镜投影装置5(“微镜MEMS”)，其布置成将图像投影到所述至少一个投影表面3上。这样的微镜投影装置5可以将图像投影到平面投影表面3上和非平面投影表面3上。

显然，术语“微镜投影装置5”是指包括单个微镜的投影装置5和包括多个微镜的投影装置5。

有利地，在这种微镜投影装置5中，每个微镜不仅可以在两种状态之间切换，而且它们的旋转可以是连续的，还允许控制入射光的强度和方向。例如，这样的投影装置5可以布置在乘客舱室的内部车顶上或布置在后视镜6附近。此外，可以将多个投影装置5集中在单个壳体中以从同一封装物同时投影多个图像，并且因此使整体尺寸最小化。如果需要显示更多图像给更多的乘客和/或移动投影装置5以改变投影到其上的投影表面3，例如将投影从过度照明(难以读取)的表面移动到照明程度较低的表面，则还可以在不同位置使用多个投影装置5和/或使用移动投影装置5。

人机接口系统1还包括至少一个传感器装置7和控制单元9，传感器装置7布置为通过确定用户身体的一部分在车辆内部的位置来检测由用户U给出的命令，控制单元9布置成用于控制人机接口系统1。

控制单元9可以是控制单元的微处理器，该微处理器被布置为执行程序，该程序实现用于控制接口系统的算法。显然，可以在电缆的数量和长度方面优化处理单元与其他元件之间的连接，或者控制单元可以通过无线连接与其他元件进行通信。

此外，控制单元9可以从亮度传感器装置(未示出)获取投影表面的背景照明，并且可以将要投影的图像数据发送到相应的投影仪装置5以及还发送检测到的照明信息(取决于周围的光)。以此方式，投影仪装置5可以产生相应图像，所述相应图像具有在背景(将要在其上投影图像)的照明信息上校准的照明。图像数据可以是用于选择目的地的导航数据(虚拟面板)或虚拟按钮(虚拟开关)等。

或者，投影仪装置5可以投影到仪表板的一部分中，该部分是最少暴露于环境光的部分。

此外，投影图像的位置可以由用户在任何时候使用手指通过图像的简单拖动动作来手动地改变。例如，投影表面3可以是至少两个，即第一投影表面和第二投影表面，并且通过由用户拖动投影的图像，由至少一个投影装置5投影的图像可以从第一投影表面移动到第二投影表面。

在示例性实施例中，可以通过将与投影到投影表面上的图像接触的用户手指朝任何方向移动来产生由用户进行的拖动动作。在不丧失手指和投影图像之间的接触的情况下发生位移。

视频信号需要不可忽略的带宽，因此可能需要使用并行接口，例如RGB24。如果控制单元9放置在投影装置5附近(例如在同一电路板上)，则连接可以是短的，并且可以使用并行接口。在这种情况下，控制单元9和投影装置5可以属于同一电子控制单元。

另一方面，如果控制单元9不靠近投影装置5定位，则投影装置5和控制单元9都可以包括实现通信协议(例如以太网)的通信模块(未示出)，以交换数据和信息。在这种情况下，将存在不同的电子控制单元，并且可能需要用于它们互连的网关的存在。

这些最后的概念也可以在所述传感器装置7和控制单元9之间应用。

至少一个传感器装置7可以是第一振动传感器装置，其可以检测由与投影表面3接触的用户身体的一部分产生的振动。第一振动传感器装置可以检测由于所述投影表面3与用户U的接触而传递到投影表面3的振动，以便检测用户身体的一部分在所述表面投影上的位置并确定用户给出的相应命令。例如，所述第一振动传感器装置可以检测用户的U形手指在投影表面3上的简单触摸或拖动。例如，由所述第一振动传感器装置检测到的振动可以在“触摸识别”算法中使用以便检测手指在投影表面3上的触摸或拖动。

以这种方式，由用户给出的命令的检测精确度很高，并且决不受车辆内部的照明条件和直射阳光的影响。

显然，可以为每个投影表面提供传感器装置7。

在另一实施例中，除了其中至少一个传感器装置7是第一振动传感器装置的情况之外或代替上述情况，至少一个传感器装置7还可以是距离传感器装置7C，当用户身体的一部分布置在所述距离传感器装置7C和投影表面3之间时的，其可以通过确定用户身体的一部分到距离传感器装置7C的距离d来检测由用户给出的命令。

距离传感器装置7C可以产生电磁波8并且接收从包括在用户身体的一部分(放置在所述距离传感器装置和投影表面3之间)上(即在手背上)的反射区域反射的电磁波10，或当用户的身体的任何部分都没有放置在所述距离传感器装置7C和投影表面3之间时接收直接从投影表面3的反射区域反射的电磁波10。

距离传感器装置7C可以测量在电磁波8的产生和从距离传感器装置7C接收反射的电磁波10之间的时间ΔΤ，并基于所述时间ΔΤ和光速来计算在反射区域和距离传感器装置之间的距离d。

例如，距离d可以使用以下公式计算：

d＝(c*ΔΤ)/2

距离传感器装置7C也称为飞行时间传感器。而且，距离传感器装置可以将计算出的距离d转换成将被发送到控制单元9的电信号。

例如，为了与虚拟面板交互，例如为了选择目的地或改变要显示的信息，用户可以将他/她的手/手指放在投影表面3的期望部分上(见图4)。距离传感器装置7C和/或第一振动装置可以将相对于用户的手的反射信号10或虚拟面板的振动信号转换为电信号，该电信号将被发送至控制单元9。控制单元内的算法将了解是否已经由用户选择了投影图像的虚拟开关11以及已经由用户选择了投影图像的哪个虚拟开关11，并且因此可以执行相关的操作。例如，编辑要投影的图像以显示另一个菜单。

市场上可获得的一些设备允许将距离传感器装置7C集成在投影仪内部，从而在精度、成本和空间占用方面赋予很大的优势。

虚拟人机接口系统还可以包括第二振动传感器装置7A和第三振动传感器装置7B，其分别布置成检测传递到投影表面3的车辆振动以及检测传递到投影装置5的其他车辆振动，以根据检测到的这些振动补偿由所述投影装置5在投影表面3上投影的图像的位置。

振动例如可能是由于车辆发动机或由于崎岖的和不平的路面造成的。

作为示例，在图2的实施例中，第二振动传感器装置7A与投影表面3相关联，以及第三振动传感器装置7B与投影到所述投影表面3上的投影装置5相关联，该投影表面3与第二振动传感器装置7A相关联。

控制单元9可以从这种第二和第三振动传感器装置7A，7B接收振动信息，以便能够执行用于补偿图像在投影表面3上的位置的算法。

在另一实施例中，在其中至少一个传感器装置7是第一振动传感器装置的前述情况下，该第一振动传感器装置还可以执行所述第二振动传感器装置7A的功能。在这种情况下，第一振动传感器装置将被布置成：既检测由用户的身体的一部分与投影表面3接触产生的振动，又检测传递到投影表面3的车辆振动，并且虚拟人机接口系统可以包括单个附加的振动传感器装置7B，即在先前情况下的第三振动传感器装置7B，其布置成检测传递到投影装置5的车辆振动，以根据这些检测到的振动来校正由所述投影装置5投影到投影表面3上的图像的位置。

在又一实施例中，人机接口系统1可以通过接近或移开用户身体的两个部分来允许放大或缩小投影图像或投影图像的至少一部分的尺寸，用户身体的两个部分与在其上投影图像的投影表面接触并且在所述投影表面上滑动。例如，为了检测该命令，可以使用上述传感器装置。这些传感器装置还可以用于检测在前面的段落中已经描述的投影图像的拖动动作。

本发明还涉及一种适于车辆的虚拟人机接口方法，该方法包括布置在车辆内的至少一个投影表面3。

人机接口方法由控制单元9控制，并包括以下步骤：

-借助于微镜投影装置5在至少一个投影表面3上投影图像；

-通过借助于至少一个传感器装置7确定用户身体的一部分在车辆内的位置来检测用户给出的命令；以及

-借助于由用户给出的特定命令来改变由至少一个投影装置5投影的图像在车辆内部的位置。

该方法可以进一步包括以下步骤：通过接近或移开用户身体的两个部分来允许放大或缩小投影图像或投影图像的至少一部分的尺寸，用户身体的两个部分与在其上投影图像的投影表面接触并且在所述投影表面上滑动。

以这种方式，例如，还允许用户以定制的方式显示图像写入的尺寸。这对于视力受损的用户或具有其他视觉问题的用户特别有用。

因此，所获得的优点在于能够使用不复杂的算法和部件、甚至在非平坦表面上也能投影图像、避免安装触摸屏和开关、不受直接暴露于阳光和车辆的振动的影响，以及允许定制的高可能性。

已经描述了根据本发明的适于车辆的虚拟人机接口系统以及适于车辆的相应虚拟人机接口方法的各个方面和实施例。应该理解，每个实施例可以与任何其他实施例结合。此外，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在由所附权利要求限定的范围内变化。

Claims (13)

1.一种适于车辆的虚拟人机接口系统(1)，其包括设置在车辆内的至少两个投影表面(3)，所述至少两个投影表面(3)包括至少一个第一投影表面和第二投影表面；

所述虚拟人机接口系统(1)包括：

-至少一个微镜投影装置(5)，其布置成用于将图像投影在第一投影表面上；

-至少一个传感器装置(7)，其布置成用于通过确定用户身体的一部分在车辆内的位置来检测由用户给出的命令；以及

-控制单元(9)，其布置成用于控制所述人机接口系统(1)；

由至少一个投影装置(5)投影的图像在车辆内的位置可以通过由用户给出的特定命令来修改；和

由至少一个投影装置(5)投影的图像可以由用户通过所述特定命令从第一投影表面移动到第二投影表面。

2.根据权利要求1所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于由用户给出的用于修改投影图像在乘客舱室内位置的特定命令是通过用户身体的一部分进行的投影图像的拖动动作。

3.根据权利要求1或2所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于投影图像或投影图像的至少一部分通过涉及接近或移开用户身体的两个部分的特定命令来放大或缩小，用户身体的两个部分与在其上投影图像的投影表面接触并且在所述投影表面上滑动。

4.根据权利要求1或2所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于所述投影装置(5)在至少一个非平坦的投影表面(3)上投影图像。

5.根据权利要求1或2所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于至少一个传感器装置(7)是第一振动传感器装置，其被布置为检测由接触投影表面(3)的用户身体的一部分产生的振动，以便检测用户身体部分的位置并确定由所述用户给出的相应命令。

6.根据权利要求1或2所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于至少一个传感器装置(7)是距离传感器装置(7C)，所述距离传感器装置布置为，当用户身体的一部分放置在所述距离传感器装置和投影表面(3)之间时，通过由距离传感器装置(7C)确定距用户身体所述部分的距离d来检测用户身体的所述部分的位置以便确定由用户给出的命令。

7.根据权利要求6所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于所述距离传感器装置(7C)布置为用于：

-产生电磁波(8)；

-接收从包括在放置在所述距离传感器装置和投影表面(3)之间的用户身体的一部上的反射区域(A)反射的电磁波(10)，或当用户身体的任何部分都没有放置在所述距离传感器装置和投影表面(3)之间时接收直接从包括在投影表面(3)中的反射区域反射的电磁波(10)；

-通过距离传感器装置测量在电磁波(8)的产生和反射电磁波(10)的接收之间的时间ΔT；

-根据所述时间ΔΤ和光速来计算在反射区域和传感器距离装置之间的距离d；

-将计算出的距离d转换成要被发送到控制单元(9)的电信号。

8.根据权利要求7所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于所述距离d通过以下公式计算：

d＝(c*ΔΤ)/2；

其中，c是光速。

9.根据权利要求1或2中的任一项所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于所述投影装置(5)将图像投影在投影表面(3)上，所述投影表面(3)设置在车门上或车辆仪表板上，或设置在车辆方向盘前方或设置在车辆仪表板上或设置在车辆内部车顶上。

10.根据权利要求1或2中的任一项所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于所述投影装置(5)和所述控制单元(9)包括被布置为在它们之间进行通信的通信模块。

11.根据权利要求5所述的虚拟人机接口系统(1)，其特征在于还包括第二振动传感器装置(7A)和第三振动传感器装置(7B)，其分别布置成检测传递到投影表面(3)的车辆振动以及检测传递到投影装置(5)的其他车辆振动，以根据检测到的这些振动补偿由所述投影装置(5)在投影表面(3)上投影的图像的位置。

12.一种适于车辆的虚拟人机接口方法，包括设置在车辆内的至少两个投影表面(3)，所述至少两个投影表面(3)包括至少一个第一投影表面和第二投影表面；

所述人机接口方法由控制单元(9)控制，并且包括以下步骤：

借助于微镜投影装置(5)将图像投影在所述第一投影表面上；

通过借助于至少一个传感器装置(7)确定用户身体的一部分在车辆内的位置来检测用户给出的命令；以及

通过由用户给出的特定命令来从第一投影表面改变由至少一个投影装置(5)在车辆内部投影的图像的位置到第二投影表面。

13.根据权利要求12所述的虚拟人机接口方法，其特征在于还包括以下步骤：

-通过接近或移开用户身体的两个部分来放大或缩小投影图像或投影图像的至少一部分的尺寸，用户身体的两个部分与在其上投影图像的投影表面接触并且在所述投影表面上滑动。

Images