DE102013209574A1

DE102013209574A1 - System und verfahren zum automatischen verstellen einer lenkradneigungsposition

Info

Publication number: DE102013209574A1
Application number: DE201310209574
Authority: DE
Inventors: Javier A. Alcazar; Dorel M. Sala; Jenne-Tai Wang
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: US20130325264A1; CN103448785B; CN103448785A; DE102013209574B4; US9150238B2

Abstract

Ein System und Verfahren zum Detektieren der Position des Kopfes und/oder eines Auges eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs und zum automatischen Verstellen der Position des Lenkrads auf der Grundlage der Kopf- und/oder Augenposition, um für den Fahrer eine optimierte Ansicht des Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen. Das System und Verfahren verwenden die Fahrzeugparameter, Fahrerparameter und verschiedene Einstellungen, um die korrekte Position des Lenkrads zu bestimmen, welche die Höhe, den Abstand zum Fahrer und einen Neigungswinkel des Lenkrads umfassen. Das System kann auch die Höhe und/oder die Länge der Lenksäule verstellen, um das Lenkrad zu verstellen und die korrekte Position des Lenkrads bereitzustellen.

Description

I. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System und ein Verfahren zum Verstellen eines Kraftfahrzeuglenkrads auf der Grundlage der Position des Kopfes und/oder der Augen des Fahrers. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein System und ein Verfahren, welche die Position eines Kraftfahrzeuglenkrads automatisch verstellen, um für den Fahrer eine optimierte Ansicht des Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen.
II. Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge sind typischerweise mit einem Lenkungsmechanismus ausgestattet, der es dem Fahrer ermöglicht, den Fahrweg des Kraftfahrzeugs zu steuern. Moderne Lenkungsmechanismen umfassen am häufigsten ein Lenkrad, eine Lenksäule und eine Lenkungsanordnung, z. B. eine Anordnung mit einer Zahnstange und einem Ritzel, in mechanischer Verbindung mit zumindest den Kraftfahrzeugvorderrädern. Das Lenkrad ist typischerweise mit einem Ende der Lenksäule derart verbunden, dass es sich nahe beim Fahrer des Kraftfahrzeugs befindet, so dass der Fahrer im Sitzen das Lenkrad bequem und komfortabel erreichen und drehen kann.
Bei der Verwendung, wie in 1 dargestellt ist, befindet sich das Lenkrad 10 üblicherweise zwischen dem Fahrer des Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) und einem Instrumentenfeld 20, das auf dem Kraftfahrzeugarmaturenbrett 30 angeordnet ist. Das Instrumentenfeld 20 umfasst typischerweise Anzeigeinstrumente, Messgeräte und/oder Systembedienelemente 25, die den Fahrer über den Status mehrerer Funktionen, die das Kraftfahrzeug betreffen, informieren. Das Instrumentenfeld 20 ist vorzugsweise so angeordnet, dass der Fahrer es deutlich sehen kann, während er das Kraftfahrzeug fährt, ohne dass es erforderlich ist, dass der Fahrer bzw. die Fahrerin seine/ihre Position oder Haltung verändert. Da sich das Lenkrad 10 jedoch typischerweise zwischen dem Fahrer und dem Instrumentenfeld 20 befindet, wird die Ansicht des Instrumentenfelds 20 oft durch das Lenkrad 10 versperrt. Außerdem sollte die Position des Lenkrads 10 vorzugsweise auch den Anblick der Straße nicht verdecken, so dass der Fahrer über eine im Wesentlichen klare nicht versperrte Ansicht der Straße verfügt.
Es ist gut bekannt, Kraftfahrzeuge mit Lenkrädern mit verstellbarer Neigung, mit verstellbaren Lenksäulen und mit Teleskoplenksäulen auszustatten, um es Fahrern von Kraftfahrzeugen zu ermöglichen, das Lenkrad in eine komfortable und bequeme Position zu bewegen. Lenkräder mit verstellbarer Neigung ermöglichen, dass die Position des Lenkrads in eine von mehreren Positionen bewegt wird, indem es um eine horizontale Achse am Ende der Lenksäule verschwenkt wird. Verstellbare Lenksäulen ermöglichen, dass die Position der Lenksäule angehoben und abgesenkt wird, um die vertikale Position des Lenkrads zu verändern. Teleskoplenksäulen ermöglichen, dass die Länge der Lenksäule verstellt wird, um den Abstand des Lenkrads zum Fahrer zu verändern.
Außerdem ist es gut bekannt, Kraftfahrzeuge mit Komforteinstellungen auszustatten, die es dem Fahrer ermöglichen, eine bevorzugte Position für das Lenkrad in einem Speicher des Fahrzeugs zu speichern. Diese Einstellungen ermöglichen, dass der Fahrer die Position des Lenkrads automatisch abruft und verstellt, zum Beispiel bei einer manuellen Aktivierung der Einstellung oder beim Starten des Kraftfahrzeugs.
Obwohl die bekannten Systeme nützlich sind, besteht weiterhin ein Bedarf für ein System und Verfahren, welche die Position des Lenkrads, etwa die Neigungsposition, auf der Grundlage der Position des Kopfes und/oder der Augen des Fahrers automatisch verstellen. Es besteht auch weiterhin ein Bedarf für ein System und Verfahren, die für eine verbesserte Sicherheit sorgen, indem sie die Sichtbarkeit des Instrumentenfelds und der Straße für den Fahrer maximieren. Es ist daher wünschenswert, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, um die Position und/oder die Neigung des Lenkrads auf der Grundlage der Position des Kopfes und/oder der Augen des Fahrers automatisch zu verstellen.
III. Zusammenfassung der Erfindung
Bei mindestens einer Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein sich automatisch verstellendes Lenkradsystem bereit, das eine Lenkradanordnung; einen Kopfpositionssensor, der ausgestaltet und angeordnet ist, um die Position des Kopfes eines Fahrers eines Fahrzeugs zu detektieren; und einen Hauptcontroller in Verbindung mit dem Kopfpositionssensor und der verstellbaren Lenkradanordnung umfasst, wobei der Hauptcontroller ausgestaltet ist, um eine Eingabe von der Lenkradanordnung zu empfangen; eine Eingabe vom Kopfpositionssensor zu empfangen; und um die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor zu verstellen.
Bei mindestens einer anderen Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum automatischen Verstellen der Position eines Lenkradsystems bereit, das umfasst, dass eine Eingabe von einer Lenkradanordnung empfangen wird, wobei die Eingabe Informationen enthält, die eine Position eines Lenkrads der Lenkradanordnung angeben; dass eine Eingabe von einem Kopfpositionssensor empfangen wird, wobei die Eingabe eine Position des Kopfes eines Fahrers angibt; und die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor verstellt wird, um für den Fahrer eine nicht versperrte Ansicht eines Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen.
Bei mindestens einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium bereit, in dem von einem Computer ausführbare Anweisungen gespeichert sind, die veranlassen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, dass der Prozessor ein Verfahren ausführt, das umfasst, dass eine Eingabe von einer Lenkradanordnung empfangen wird; eine Eingabe von einem Kopfpositionssensor empfangen wird; und die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor verstellt wird, um für den Fahrer eine nicht versperrte Sicht auf ein Instrumentenfeld und die Straße bereitzustellen.
IV. Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht das Layout einer typischen Anordnung mit einem Lenkrad und einem Instrumentenfeld.
2 veranschaulicht auf schematische Weise ein Beispiel eines automatisch verstellbaren Lenkradsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht ein Beispiel in Seitenansicht eines automatisch verstellbaren Lenkradsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, das in einem Fahrzeug implementiert ist, zusammen mit einem Fahrer.
4 veranschaulicht einen Überblick über eine Fahrerkopfpositionsvorrichtung, die zur Verwendung mit einem automatisch verstellbaren Lenkradsystem gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geeignet ist.
5 veranschaulicht einen Überblick über eine Anordnung zum Bestimmen einer Fahrerkopfposition, die zur Verwendung mit einem System gemäß mindestens einer Ausführungsform der Offenbarung geeignet ist.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen der Lenkradpositionsverstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7A veranschaulicht verstellbare Parameter des Lenkradsystems in einem Koordinatensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7B veranschaulicht die Parameter von 7A nach dem Verstellen.
7C und 7D veranschaulichen die geometrische Beziehung der Parameter des Lenkradsystems von 7A und 7B.
Mit der folgenden erläuternden Beschreibung der Zeichnungen sollten sich die erfinderischen Aspekte der Offenbarung einem Fachmann offenbaren.
V. Genaue Beschreibung der Zeichnungen
Wie gefordert werden hier genaue Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind nur Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen daraus ausgeführt sein können. Bei der Verwendung hierin beziehen sich ”zum Beispiel”, ”beispielsweise” und ähnliche Begriffe umfassend auf Ausführungsformen, die als Veranschaulichung, Muster, Modell oder Vorlage dienen.
Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu und einige Merkmale können vergrößert oder minimiert sein, um Details spezieller Komponenten zu zeigen. In einigen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme oder Verfahren nicht im Detail beschrieben, um ein Verschleiern der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden. Daher dürfen spezielle strukturelle und funktionelle Details, die hier offenbart sind, nicht als Einschränkung interpretiert werden, sondern nur als eine Grundlage für die Ansprüche und eine repräsentative Grundlage zur Unterrichtung des Fachmanns über die Verwendung der vorliegenden Offenbarung.
Bei mindestens einer Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung ein System bereit, das beim Durchführen eines Verfahrens automatisch die Position von verschiedenen Kraftfahrzeugkomponenten verstellt, etwa die Position und die Neigung eines Kraftfahrzeuglenkrads, auf der Grundlage der Position des Kopfes und/oder der Augen des Fahrers des Kraftfahrzeugs. Die Position des Kopfes des Fahrers kann sich beispielsweise aufgrund von Änderungen beim Fahrer, Änderungen bei der Fahrerhaltung, Änderungen bei der Fahrersitzposition und dergleichen verändern.
Das System verbessert die Sichtbarkeit, indem es automatisch die Position und/oder die Neigung des Lenkrads derart verstellt, dass die Sichtbarkeit des Instrumentenfelds und der Straße für den Fahrer verbessert werden, ohne dass eine Aktion benötigt wird, wie etwa eine manuelle Eingabe an das Fahrzeug oder ein Verlagern des Körpers durch den Fahrer. Das System minimiert die Auswirkungen einer ungeeigneten Anwendereinstellung, indem es die Position und/oder die Neigung des Lenkrads auf der Grundlage der Position des Kopfes und/oder der Augen des Fahrers automatisch verstellt.
Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Technologie hier primär in Verbindung mit Kraftfahrzeugen beschrieben sind, sind die Konzepte gleichermaßen auf eine beliebige Art von Fahrzeug mit verstellbaren Lenkrädern anwendbar. Andere Fahrzeugarten umfassen Flugzeuge, Schiffe und Motorräder.
Bei mindestens einer Ausführungsform stellt die vorliegende Offenbarung eine automatische motorgetriebene Verstellung der Position des Lenkrads eines Fahrzeugs, etwa eines Kraftfahrzeugs, in Ansprechen auf die Position oder Positionsänderungen eines Fahrers, z. B. einer Kopfposition und/oder einer Augenposition, bereit. Bei mindestens einer Ausführungsform verwendet das System eine oder mehrere Fahrerüberwachungsvorrichtungen, um die Kopf- und/oder Augenposition zu detektieren, und verstellt dann die Neigung des Lenkrads, um für den Fahrer eine optimale Sichtbarkeit des Instrumentenfelds und/oder der Straße bereitzustellen. Bei mindestens einer Ausführungsform verstellt das System die Position des Lenkrads auf der Grundlage einer Kopf- und/oder Augenposition und von Anwenderpräferenzen. Bei einer oder mehreren Ausführungsformen beschafft das System der vorliegenden Offenbarung die Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers auf der Grundlage eines oder mehrerer Verfahren, die umfassen (i) dass eine Eingabe von einem Fahrerkopf- und/oder Augenpositionssensor empfangen wird, (ii) dass eine Schätzung der Kopf- und/oder Augenposition auf der Grundlage einer Position oder Verstellung des Rückspiegels bestimmt wird oder (iii) dass eine Schätzung der Kopf- und/oder Augenposition auf der Grundlage von Informationen für eine Größe im Stehen, Größe im Sitzen und/oder Sitzposition für den Fahrer bestimmt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann die Größe im Stehen eines Fahrers in das System eingegeben werden, so dass die Größe des Fahrers im Sitzen von dem System auf der Grundlage einer akzeptierten Beziehung oder Korrelation zwischen der Größe im Stehen und der Größe im Sitzen geschätzt werden kann. Die Beziehung zwischen der Größe im Stehen und der Größe im Sitzen kann beispielsweise durch eine gespeicherte Nachschlagetabelle bereitgestellt werden. Die Beziehung zwischen der Größe im Stehen und der Größe im Sitzen kann auf ähnliche Weise auch einen Schätzwert der Armspanne des Fahrers bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Position des Lenkrads eine vertikale Position (Höhe) des Lenkrads, eine Teleskopposition des Lenkrads und/oder eine Neigungsposition des Lenkrads.
2 und 3 veranschaulichen auf schematische Weise ein sich automatisch verstellendes Lenkradsystem 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das sich automatisch verstellende Lenkradsystem 200 ist zur Verwendung mit einem Kraftfahrzeug 205 ausgestaltet und entworfen. Das Lenkradsystem 200 umfasst mindestens einen Fahrerkopf- und/oder Augenpositionssensor 210, einen Hauptcontroller 220 und eine Verstellungsanordnung 230. Obwohl der Sensor 210 als ein einziger Sensor gezeigt ist, der am Mittelrückspiegel 215 montiert ist, ist diese Anordnung nur als Beispiel bereitgestellt. Verschiedene andere Sensoranordnungen und Montageorte werden in Betracht gezogen, wie nachstehend erörtert wird. Obwohl in 3 eine Verbindung nicht explizit gezeigt ist, stehen alle Sensoren 210 und die Verstellungsanordnung 230 in Verbindung mit dem Hauptcontroller 220.
Der Hauptcontroller 220, etwa eine Fahrzeugsteuerungseinheit, umfasst einen Prozessor (nicht gezeigt) und einen Speichermechanismus (nicht gezeigt). Der Speichermechanismus umfasst ein nicht vorübergehendes computerlesbares Medium, das von einem Computer ausführbare Anweisungen speichert, die veranlassen, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, dass der Prozessor eine Verstellung der Position des Lenkrads 240 gemäß der Offenbarung hierin einleitet. Der Speicher kann auch andere Informationen speichern, die beispielsweise vorgewählte Fahrzeugeinstellungen, etwa eine Lenkradpositionseinstellung (z. B. eine voreingestellte Neigungsposition), die Lenkradposition einschließlich der Neigung und andere vorgewählte Einstellungen umfassen.
Das Lenkradsystem 200 verstellt automatisch die Position des Lenkrads 240, um für den Fahrer 260, der in einem Kraftfahrzeugsitz 270 sitzt, eine nicht versperrte Ansicht des Instrumentenfelds 250 (des Armaturenbretts 255) und der Straße (nicht gezeigt) mit Hilfe von Sichtlinien 262 bzw. 264 auf der Grundlage der Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers 260 bereitzustellen. Der Hauptcontroller 220 empfängt eine Eingabe von dem Fahrerkopf- und/oder Augenpositionssensor 210. Auf der Grundlage der empfangenen Eingabe liefert der Hauptcontroller 220 eine Ausgabe an die Verstellungsanordnung 230, um die Position des Lenkrads 240 zu verstellen. Wie vorgesehen umfassen verstellbare Parameter eine Neigung des Lenkrads 240, eine Höhe des Lenkrads und einen Abstand des Lenkrads zum Fahrer. Die Höhe und der Abstand können verändert werden, indem die Lenksäule 245 verstellt wird. Die Verstellungsanordnung 230 ist angeordnet und ausgestaltet, um die Position des Lenkrads 240 mit Bezug auf die Lenksäule 235 zu verstellen. Die Verstellungsanordnung 230 kann außerdem angeordnet und ausgestaltet sein, um die Position der Lenksäule 235 mit Bezug auf das Kraftfahrzeug 205 zu verstellen. Die Verstellungsanordnung 230 kann verschiedene Verstellungsmechanismen umfassen, etwa einen Neigungsmechanismus, einen Höhenmechanismus und einen Abstandsmechanismus. Die Neigung des Lenkrads 240 kann verändert werden, indem der Neigungsmechanismus (nicht im Detail gezeigt) der Verstellungsanordnung 230, die das Lenkrad 240 mit der Lenksäule 245 verbindet, verstellt wird. Bei betrachteten Ausführungsformen kann die Höhe des Lenkrads 240 mit Hilfe des Höhenmechanismus (nicht im Detail gezeigt) der Verstellungsanordnung 230, die das Lenkrad 240 mit der Lenksäule 245 verbindet, verändert werden und/oder der Abstand des Lenkrads 240 zum Fahrer 260 kann mit Hilfe des Abstandsmechanismus (nicht im Detail gezeigt) der Verstellungsanordnung 230, die das Lenkrad 240 mit der Lenksäule 245 verbindet, verändert werden.
Obwohl die Verstellungsanordnung 230 als zwei separate Einheiten gezeigt ist, welche die Position des Lenkrads 240 über ein Verstellen der Lenksäule 245 direkt und/oder indirekt verstellen, kann die Verstellungsanordnung 230 auf andere Weise konfiguriert sein, etwa indem sie eine einzige Verstellungsanordnung umfasst, die das Lenkrad 240 mit Hilfe der Lenksäule 245 direkt und/oder indirekt verstellt. Bei betrachteten Ausführungsformen umfasst der Verstellungsmechanismus 230 ein Modul, das die Neigung, die Höhe und/oder den Abstand des Lenkrads 240 und/oder der Lenksäule 235 verstellt. Bei anderen betrachteten Ausführungsformen umfasst der Verstellungsmechanismus 230 zwei oder mehr Module, welche die Neigung, die Höhe und/oder den Abstand des Lenkrads 240 und/oder der Lenksäule 235 separat verstellen.
Bei Ausführungsformen, bei denen die Abstandsposition des Lenkrads 240 mit Hilfe einer Verstellung der Lenksäule verändert wird, verstellt die Verstellungsanordnung 230 die Länge der Lenksäule 245 entlang einer Längsachse derselben, um das Lenkrad 240 näher beim Fahrer 260 oder weiter von diesem entfernt zu positionieren. Die Verstellungsanordnung 230 kann außerdem die Höhe der Lenksäule 230 verstellen, indem sie beispielsweise die Lenksäule 245 um ein Ende herum verschwenkt, das dem Lenkrad [engl.: steering column] 245 entgegengesetzt ist, um die Position des Lenkrads 240 effektiv anzuheben oder abzusenken. Die Verstellungsanordnung 230 verstellt auch den Neigungswinkel des Lenkrads 240, indem sie beispielsweise das Lenkrad 240 um ein Ende der Lenksäule 245 verschwenkt. Die Position des Lenkrads und/oder der Lenksäule können verstellt werden, um das Lenkrad 240 beispielsweise in einer komfortableren und/oder ergonomisch korrekten Position zu positionieren, um eine Ermüdung für den Fahrer 260 zu vermeiden, wobei optimale oder nicht versperrte Sichtlinien 262 und 264 zu dem Instrumentenfeld 250 bzw. der Straße bereitgestellt werden.
Bei zumindest einigen Ausführungsformen überwacht das Lenkradsystem 200 mehrere Variable, welche die Position des Kopfes des Fahrers 260 und damit die Sichtlinien 262, 264 des Fahrers 260 beeinflussen können. Die Variablen, welche die Sichtlinien 262, 264 beeinflussen, können beispielsweise Änderungen beim Fahrer 260 (ein Wechsel von Fahrer A zu Fahrer B), Änderungen bei der Haltung des Fahrers 260, eine Verstellung der Position des Sitzes 270 oder einer Kopfstütze 275 desselben, Änderungen bei anderen Fahrereinstellungen usw. umfassen. Bei zumindest einigen Ausführungsformen berücksichtigt das Lenkradsystem 200 eine oder mehrere der mehreren Variablen, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß die Position des Lenkrads 240 und/oder der Lenksäule 245 verstellt werden sollen, um die optimalen Sichtlinien 262, 264 beizubehalten, wie nachstehend genauer erörtert wird. Bei zumindest einigen Ausführungsformen überwacht das Lenkradsystem 200 die mehreren Variablen, um festzustellen, ob und in welchem Ausmaß das Lenkrad 240 und die Lenksäule 245 verstellt werden sollen, und führt die Verstellungen, die zum Beibehalten der optimalen Sichtlinien 262, 264 notwendig sind, automatisch aus.
Der Hauptcontroller 220 ist so angeordnet, dass er in Verbindung mit dem bzw. den Kopf- und/oder Augenpositionssensoren 210 und Verstellungsanordnungen 230 steht und von diesen eine Eingabe empfängt. Kommunikationskanäle sind nicht explizit gezeigt, können aber drahtgebunden und/oder drahtlos sein. Die Verstellungsanordnungen 230 umfassen einen Motor (schematisch, aber nicht im Detail gezeigt) und einen Verstellungs- oder Aktivierungsmechanismus (auch schematisch, aber nicht im Detail gezeigt), die eine Eingabe vom Hauptcontroller 220 empfangen. Der Aktivierungsmechanismus und der Motor verstellen die Position des Lenkrads 240 und/oder der Lenksäule 245 auf der Grundlage der Eingabe, die vom Hauptcontroller 220 empfangen wird. Der Aktivierungsmechanismus kann einen Mikroprozessor, ein Solenoid und/oder andere ähnliche Komponenten umfassen, die angeordnet und ausgestaltet sind, um die Position des Lenkrads 245 und der Lenksäule 240 zu verstellen, wie in der gesamten Offenbarung erörtert wird.
Der Fahrerkopfpositionssensor 210 kann selektiv programmiert sein, um die Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers auf vielfältige Weisen zu bestimmen. Die Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers 260 können detektiert werden, um eine Anfangslenkradposition auf der Grundlage des Auftretens eines Ereignisses oder einer Fahrereingabe zu bestimmen. Das Auftreten eines Ereignisses kann beispielsweise umfassen, dass der Fahrer in das Kraftfahrzeug 205 einsteigt, dass das Kraftfahrzeug 205 gestartet wird, dass der Sitz 270 und/oder die Kopfstütze 275 verstellt werden oder dass der Mittelrückspiegel 215 oder die Seitenspiegel und dergleichen verstellt werden. Die Fahrereingabe kann beispielsweise das Aktivieren von Fahrerpräferenzen, das Aktivieren eines Schlüsselanhängers, das Zurücksetzen des Systems usw. umfassen. Beim Detektieren der Position des Kopfes des Fahrers 260 liefert Kopfpositionssensor 210 eine Eingabe an den Hauptcontroller 220.
Der Hauptcontroller 220 bestimmt eine geeignete Verstellung für das Lenkrad 240 auf der Grundlage der Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers alleine oder in Kombination mit einer anfänglichen Lenkradposition. Die anfängliche Lenkradposition kann beispielsweise auf Fahrerpräferenzen, Fabrikstandards, Fahrerinformationen wie etwa einer Größe im Stehen und einer Sitzposition usw. beruhen und eine korrekte oder bevorzugte Lenkradposition für den Fahrer vor einer Veränderung bei der Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers angeben. Bei einer Veränderung der Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers, die detektiert wird, verstellt der Hauptcontroller 220 automatisch die Position des Lenkrads 240 zu der bestimmten geeigneten Position, so dass optimale oder gewünschte Sichtlinien 262 und 264 beibehalten werden. Die Lenkradposition kann von dem System 200 automatisch verstellt werden, zum Beispiel beim Starten (vor einem Aktivieren des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs 205) oder auf eine Fahreranforderung hin, um das Lenkrad 240 geeignet neu zu positionieren.
Bei einer Ausführungsform deaktiviert sich das Lenkradsystem 200 unter bestimmten Umständen, z. B. beim Aktivieren des Antriebssystems des Kraftfahrzeugs 205, beim Entfernen des Getriebes des Kraftfahrzeugs 205 aus einer Parkstellung usw.
Das Lenkradsystem 200 wird dann wieder aktiviert, wenn der Grund für die Deaktivierung entfernt ist, z. B. wenn das Antriebssystem außer Eingriff gestellt ist, das Getriebe zurück in die ”Park”-Position gebracht ist usw.
Bei mindestens einer Ausführungsform ist der Fahrerkopf- und/oder Augenpositionssensor 210 am Mittelrückspiegel 215 angeordnet. Die Bezeichnung, dass der Sensor 210 am Rückspiegel 215 angeordnet ist, erfolgt nicht in einem einschränkenden Sinn, da der Sensor 210 mit dem Rückspiegel 215 auf eine beliebige einer Vielfalt von Weisen verbunden sein kann, etwa an einer Außenfläche des Spiegels 215 montiert und/oder zumindest teilweise im Spiegel 215 positioniert. Bei anderen Ausführungsformen ist der Fahrerkopfpositionssensor 210 an einer oder mehreren anderen geeigneten Stellen in der Fahrgastzelle angeordnet, die ermöglichen, dass der Sensor 210 den Kopf und/oder eines oder beide Augen des Fahrers ohne Hindernis erfasst, z. B. an der Windschutzscheibe, am Armaturenbrett, an der Dachverkleidung oder dergleichen.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Position des Lenkrads 240 und/oder der Lenksäule 245 vom Fahrer 260 unter Verwendung mindestens eines Lenkradpositionsschalters oder -hebels (nicht gezeigt) manuell verstellt werden. Bei zumindest einigen Ausführungsformen ist das Lenkradsystem 200 ausgestaltet, um durch den Anwender auf verschiedene Weisen, welche diejenigen umfassen, die hier beschrieben sind, gesteuert, eingestellt oder verstellt zu werden. Bei einer Ausführungsform kann das System 200 durch den Anwender eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Das Einschalten und Ausschalten des Systems ermöglicht, dass die automatische Verstellung des Lenkrads 240 vom Anwender aktiviert und deaktiviert wird.
Bei mindestens einer Ausführungsform stellt das System 200 mehrere Sichtlinieneinstellungen bereit, die beispielsweise vom Fahrer bevorzugte (vom Fahrer 260 vorgewählte) und vom System vorgeschlagene (vom System 200 bestimmte) umfasst. Die Sichtlinienauswahlen können im Hauptcontroller 240 gespeichert und von diesem geholt werden. Das Speichern der vom Fahrer bevorzugten Sichtlinie und der bevorzugten Lenkradeinstellungen ermöglicht, dass der Fahrer bevorzugte Sichtlinien für das Instrumentenfeld und/oder die Straße vorwählt, und es ermöglicht ein schnelles Holen der vorgewählten Informationen, wodurch die Anwendereffizienz verbessert wird und die Sichtverhältnisse des Systems erweitert werden.
Bei mindestens einer Ausführungsform ist das System 200 ausgestaltet, um die Vorwahl mit Hilfe einer Anwender-Fahrzeug-Schnittstelle (nicht im Detail gezeigt) wie etwa einer berührungsempfindlichen Anzeige oder einem anderen manuellen Bedienelement zu empfangen. Das System 200 behält dann die vom Fahrer vorgewählte bevorzugte Sichtlinie, selbst wenn sich die Position des Kopfs des Fahrers ändert.
Die vom System vorgeschlagenen Einstellungen für die Sichtlinie und das Lenkrad ermöglichen dem System, eine Sichtlinie zu bestimmen und vorzuschlagen (zum Beispiel kann das, was das System bestimmt, eine ideale Sichtlinie sein, die optimale (ungehinderte) Ansichten des Instrumentenfelds und der Straße unterstützt). Bei zumindest einigen Ausführungsformen kann die ideale Sichtlinie in Übereinstimmung mit Fahrbedingungen, z. B. der Geschwindigkeit, Stadt/Autobahn, dem Wetter, der Tageszeit, der Fahrzeugladung, Position oder Richtung usw. variieren. Das System 200 kann die idealen Sichtlinien unter Verwendung dieser Parameter bestimmen und diese Sichtlinien auf der Grundlage der Kopfposition des Fahrers beibehalten. Bei zumindest einigen Ausführungsformen übernimmt das System 200 die vorgeschlagenen Sichtlinien auf den Empfang einer Eingabe vom Fahrer hin, die das Akzeptieren der vorgeschlagenen Sichtlinie angibt. Bei einer oder mehreren betrachteten Ausführungsformen übernimmt das System 200 die Sichtlinien im Anschluss an deren Bestimmung, ohne diese dem Fahrer vorzuschlagen und/oder diese als Eingabe vom Fahrer zu empfangen und zu akzeptieren. Sobald das System 200 die vorgeschlagenen Sichtlinien übernommen hat, behält das System 200 dann die vom System vorgeschlagene Sichtlinieneinstellung bei, selbst wenn sich die Position des Kopfes des Fahrers ändert.
4 veranschaulicht Beispiele von Fahrerkopfpositionssensoren, die zur Verwendung mit einem System in Übereinstimmung mit mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, etwa der Ausführungsform, die in Verbindung mit 2 und 3 veranschaulicht und beschrieben ist. Der Fahrerkopfpositionssensor 300 kann eine Eingabe von verschiedenen Technologien verwenden und empfangen, welche eine Kamera 310, Radar und/oder einen Projektor 320 umfassen. Der Kopfpositionssensor 300 verwendet eine Eingabe von der Kamera 310, dem Radar und/oder dem Projektor 320, um die Position des Kopfes eines Fahrers 260 zu bestimmen, so dass die Sichtlinie des Fahrers bestimmt werden kann. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Bestimmen der Position des Kopfes des Fahrers speziell das Bestimmen einer Position eines Mittelpunkts 265 des Kopfes des Fahrers 260 oder der Position eines oder beider Augen des Fahrers 260.
Der Fahrerkopfpositionssensor 300 kann eine dreidimensionale Bildgebung (3D-Bildgebung) und dergleichen verwenden. Beispielhafte Technologien für den Fahrerkopfpositionssensor 300 und den Augenpositionssensor umfassen verschiedene Modelle der SmartEye^®-Automatikerkennungssysteme, z. B. das Sensormodell SP1052/01, das von SmartEye Corporation aus Rochester Hills, Michigan hergestellt wird, und verschiedene Modelle der PrimeSense natural interaction systems, die von PrimeSense Ltd. aus Tel Aviv, Israel hergestellt werden.
Teilsysteme und zugehörige Verfahren, die von diesen durchgeführt werden, um eine Kopfposition zu bestimmen, können als Eingabeteilsysteme und Verfahren oder einfach Eingabesysteme bezeichnet sein, da sie eine aktive Eingabe in das Gesamtsystem 200 (z. B. für den Hauptcontroller 220) zur Verwendung bei der Bestimmung einer Position für und/oder beliebiger notwendiger Veränderungen bei der Position für das Lenkrad 240 liefern. Eingabesysteme und -verfahren zur Bestimmung der Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers umfassen abgesehen von der dreidimensionalen Bildgebung beispielsweise (I) zwei interne Kameras, die mit Bezug zueinander versetzt montiert sind, um die dreidimensionale Position (3D-Position) des Kopfes des Fahrers zu schätzen; (II) Sensoren für strukturiertes Licht; (III) eine einzige Kamera, die fortgeschrittene Gesichtspositionsschätzalgorithmen und eine fahrerspezifische Augendistanzkalibrierung verwendet; (IV) einen Spiegel (Mitte und/oder Seite), der eine intern montierte Kamera enthält, die nur die Sichtlinie des Fahrers detektieren muss; und (V) zwei (oder mehr) separate Module mit dem gleichen Sensor, die eine Triangulation ermöglichen, um die Position des Kopfes des Fahrers zu bestimmen. Bei zumindest einigen Ausführungsformen wird die Augenposition des Fahrers auf der Grundlage der Größe und/oder der Position des Kopfes des Fahrers geschätzt.
Bei zumindest einigen Ausführungsformen können andere Eingabesysteme und -verfahren verwendet werden, oder alternativ zusammen mit einem oder mehreren anderen Eingabesystemen oder -verfahren, um die Kopfposition des Fahrers zu bestimmen. Diese anderen Eingabesysteme und -verfahren umfassen beispielsweise eine Schätzung auf der Grundlage der Verstellung und/oder Position der Rückspiegel; und eine Schätzung auf der Grundlage der bekannten Größe im Stehen, der bekannten Größe im Sitzen und der Sitzposition des Fahrers. Wie vorstehend erörtert wurde, kann die Beziehung zwischen der Größe im Stehen und der Größe im Sitzen in einem Speicher des Fahrzeugs gespeichert sein, z. B. durch eine Nachschlagetabelle. Die Beziehung zwischen der Größe im Stehen und der Größe im Sitzen kann außerdem einen Schätzwert der Armspanne des Fahrers bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Position des Lenkrads eine vertikale Position (Höhe) des Lenkrads, eine Teleskopposition des Lenkrads und/oder eine Neigungsposition des Lenkrads.
Ein Rückspiegelsystem 400, das zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung geeignet ist, ist in 5 dargestellt. Das Rückspiegelsystem (oder Teilsystem) 400 zur Verwendung mit dem Kraftfahrzeug 405 umfasst einen Hauptcontroller 470 in Verbindung mit Spiegelanordnungen 410, 420, 430. Der Hauptcontroller 470 kann der gleiche wie der vorstehend beschriebene Hauptcontroller 220 sein.
Jede der Spiegelanordnungen 410, 420, 430 enthält einen Motor 412, 422, 432 und ein reflektierendes Element 414, 424, 434, etwa einen Spiegel. Die Motoren 412, 422, 432 werden vom Hauptcontroller 470 oder von einem anderem Controller verwendet, um den Winkel der reflektierenden Elemente 414, 424 bzw. 434 und dadurch die Sichtlinien 416, 426, 436, die von diesen an den Fahrer 460 geliefert werden, zu verstellen. Der Winkel der reflektierenden Elemente 414, 424, 434 und damit die Sichtlinien 416, 426, 436 werden im Hauptcontroller 470 gespeichert. Ein Schätzwert der Kopfposition des Fahrers 460 kann dann dadurch bestimmt werden, dass die bevorzugten Sichtlinien für die Rückspiegel 410, 420, 430, das Instrumentenfeld 450 des Armaturenbretts 455, die Straße (nicht gezeigt), und die Position des Lenkrads 440 empfangen werden. Diese Einstellungen können dann als die Anfangseinstellungen gespeichert werden. Nachdem die Anfangseinstellungen festgelegt sind, kann die Verstellung beliebiger dieser Variablen, z. B. eines Rückspiegels 410, 420, 430, vom Hauptcontroller 470 mit oder ohne eine Eingabe, die eine Fahrerkopfposition explizit angibt (z. B. Kameradaten) verwendet werden, um eine geeignete Verstellung zum Beibehalten der Sichtlinien des Instrumentenfelds 450 und der Straße zu bestimmen.
Auf ähnliche Weise können Schätzwerte beruhend auf bekannten Größen im Stehen, Größen im Sitzen und einer Sitzposition verwendet werden. Zum Beispiel können Anfangseinstellungen beispielsweise die Fahrergröße, Größe im Sitzen, Sitzposition und die festgestellten Sichtlinien auf der Grundlage der Kraftfahrzeugspiegelwinkel und der Lenkradposition umfassen. Nach der Festlegung kann eine Verstellung beliebiger dieser Variablen vom Hauptcontroller detektiert werden, um eine geeignete Verstellung des Lenkrads zu bestimmen, um die Sichtlinien beizubehalten, indem die Anfangseinstellungen der Variablen verwendet werden.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Bestimmen der Lenkradpositionsverstellung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass die Schritte des Verfahrens 600 nicht unbedingt in einer beliebigen speziellen Reihenfolge dargestellt werden und dass das Ausführen einiger oder aller der Schritte in einer oder mehreren alternativen Reihenfolgen möglich ist und in Betracht gezogen wird. Die Schritte wurden der Einfachheit der Beschreibung und Veranschaulichung wegen in der gezeigten Reihenfolge dargestellt. Schritte können hinzugefügt, weggelassen und/oder gleichzeitig ausgeführt werden, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
Es versteht sich auch, dass das dargestellte Verfahren 600 jederzeit beendet werden kann. Bei bestimmten Ausführungsformen werden einige oder alle Schritte dieses Prozesses und/oder im Wesentlichen äquivalente Schritte von einem System ausgeführt, etwa den hier beschriebenen Systemen, oder spezieller durch einen Prozessor, etwa einen Prozessor, der hier beschrieben ist (z. B. einen Prozessor des Hauptcontrollers 220, 470, der hier beschrieben ist), indem computerlesbare Anweisungen ausgeführt werden, die in einem nicht vorübergehenden computerlesbaren Speichermedium gespeichert oder enthalten sind.
Bei Block 602 wird das System aktiviert. Bei Block 604 empfängt das System eine Eingabe für die Anfangseinstellungen für die Kraftfahrzeugkomponenten, wie vorstehend beschrieben ist, welche beispielsweise die Position der Lenksäule und/oder des Lenkrads umfassen. Bei Block 606 empfängt das System eine Fahrereingabe, um eine oder mehrere der Anfangseinstellungen zu verstellen. Bei 608 detektiert das System die Position des Kopfes des Fahrers und berechnet eine geeignete Verstellung der Position der Lenksäule und des Lenkrads, um die optimale Sichtlinie des Instrumentenfelds und der Straße für den Fahrer beizubehalten. Bei der Entscheidungsraute 610 stellt das System fest, ob sich das Kraftfahrzeug in einer ”Park”-Position befindet. Wenn nicht, verstellt das System die Position des Lenkrads oder der Lenksäule bei Block 612 nicht. Wenn Ja, verstellt das System bei Block 614 die Position der Lenksäule und des Lenkrads auf der Grundlage der berechneten Verstellung. Bei Block 616 speichert das System die verstellten Einstellungen für den Fahrer und berechnet einen ”Versatz” oder eine ”Präferenz” für den Fahrer auf der Grundlage der verstellten Einstellungen. Der Versatz kann beim nächsten Mal in Betracht gezogen werden, wenn der zugehörige Fahrer seine/ihre Position oder die Systemeinstellungen verstellt. Im Anschluss an Block 612 und 616 beendet das System den Prozess und wartet auf eine erneute Aktivierung des Systems.
7A und 7B veranschaulichen verstellbare Parameter des Lenkradsystems eines Kraftfahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung. 7A und 7B stellen die Layoutparameter in einem zweidimensionalen Koordinatensystem (2D-Koordinatensystem) 700 dar (das X- und Y-Achsen aufweist, die in Millimeter beschriftet sind), welche die Position verschiedener Systemkomponenten gemäß mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfassen. Die vorliegende Technologie verwendet einen oder mehrere Algorithmen, um optimale Sichtlinien des Instrumentenfelds und der Straße auf der Grundlage der Position des Kopfes des Fahrers zu berechnen. Die vorliegende Technologie (z. B. das System 200) verstellt dann die Position des Lenkrads, um für den Fahrer nicht versperrte Ansichten des Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen, indem die Position des Lenkrads auf der Grundlage bekannter Parameter des Lenkrads verstellt wird (wobei Fahrerpräferenzen berücksichtigt werden). Das System der vorliegenden Offenbarung identifiziert die Position des Kopfes oder Augenpunkts 710 eines Fahrers (der in einem Sitz 770 mit einer Kopfstütze 775 sitzt) mit Bezug auf das Instrumentenfeld 720. Eine für den Fahrer optimale Sichtlinie 715 des Instrumentenfelds 720 und der Straße (durch die Windschutzscheibe 725) wird auf der Grundlage des bestimmten Augenpunkts 710 des Fahrers bestimmt. Dann verstellt das System die Position des Lenkrads 730 derart, dass zumindest ein Teil, z. B. ein Rahmen des Lenkrads 730 die optimale Sichtlinie 715 nicht versperrt. Um die Position des Lenkrads 730 zu verstellen, kann die Lenksäule 745 an einem Drehpunkt 740 um einen bestimmten Winkel 750 in eine vertikale Richtung nach oben oder nach unten verstellt werden, oder das Lenkrad 730 kann um einen Mittelpunkt 735 derart geneigt werden, dass die Teile, etwa der Rahmen, des Lenkrads die optimalen Sichtlinien auf das Instrumentenfeld 720 und die Straße durch die Windschutzscheibe 725 nicht stören.
Der Hauptcontroller 220 und/oder 470 des Systems der vorliegenden Offenbarung verwendet die vorstehend beschriebenen Komponentenparameter (z. B. den Augenpunkt des Fahrers, den höchsten Punkt des Instrumentenfelds, den höchsten Punkt des Lenkrads usw.), um die Position des Lenkrads eines Kraftfahrzeugs automatisch zu verstellen, um für einen Fahrer optimale Sichtlinien des Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen. Der Hauptcontroller 220 und/oder 470 verwendet Gleichungen, um die optimalen Sichtlinien auf der Grundlage des Layouts der Kraftfahrzeugkomponenten und der Position des Kopfes des Fahrers zu berechnen. Das System verwendet bekannte Parameter für das Lenkrad und das Instrumentenfeld und bestimmte Parameter für das Lenkrad, den Kopf- oder Augenpunkt und/oder bevorzugte Einstellungen, um die optimalen Sichtlinien zu bestimmen, und verstellt die Position und/oder die Neigung der Lenksäule und des Lenkrads auf der Grundlage der bestimmten geeigneten Position, um die optimalen Sichtlinien aufrecht zu erhalten.
Die folgenden beispielhaften Gleichungen und Berechnungen können verwendet werden, um die für den Fahrer optimalen Sichtlinien des Instrumentenfelds und der Straße auf der Grundlage einer festgestellten Position des Kopfes des Fahrers zu bestimmen. Die beispielhaften Parameter umfassen Parameter für das Fahrzeug und Parameter für den Fahrer. Die Fahrzeugparameter sind beruhend auf den Fahrzeugkomponenten typischerweise bekannt. Die Fahrerparameter sind typischerweise nicht bekannt und müssen gemäß der Offenbarung hierin ermittelt werden. Die Fahrzeugparameter umfassen verschiedene Parameter mit Bezug auf das Lenkrad und das Instrumentenfeld. Die Lenkradparameter umfassen die folgenden: den Lenkraddurchmesser SWdiameter, die Neigung des Lenkrads zu einer zentralen Länge SWPC, einen minimalen Neigungswinkel des Lenkrads SWAmin, einen maximalen Neigungswinkel des Lenkrads SWAmax, eine x-Koordinate der Lenkradachse SWPivx und eine y-Koordinate der Lenkradachse SWPivy. Die Instrumentenfeldparameter umfassen eine x-Koordinate des Instrumentenfelds IPx und eine y-Koordinate des Instrumentenfelds IPy. Die Fahrerparameter umfassen den Augenpunkt des Fahrers in x- und y-Koordinaten. Der Augenpunkt des Fahrers umfasst eine x-Koordinate des Augenpunkts Eyex und eine y-Koordinate des Augenpunkts Eyey.
Die hier verwendeten beispielhaften Gleichungen und Berechnungen werden mit Bezug auf 7A und 7B erörtert. Die Sichtlinien beruhen auf dem Augenpunkt 710 eines (nicht gezeigten) Fahrers, der im Sitz 770, der die Kopfstütze 775 aufweist, sitzt. Der Augenpunkt 710 bestimmt die Sichtlinien des Fahrers für das Instrumentenfeld 720, das Lenkrad 730 und für die Straße über die Windschutzscheibe 720. Wie vorstehend erörtert wurde, können die Sichtlinien des Fahrers durch den bzw. die höchsten Punkte 732 des Lenkrads 730 und den höchsten Punkt 722 des Instrumentenfelds 720 (auch Instrumentenfeldpunkt oder IP-Punkt genannt) versperrt sein. Daher ermöglichen der Lenkradmittelpunkt 735 und die Lenkradachse 740, dass die Position des Lenkrads 730 und der Lenksäule 745 in eine besser geeignete Position verändert werden, wie hier erörtert ist.
Um die hier erörterten Berechnungen durchzuführen, sucht das System den Schnittpunkt zwischen den folgenden zwei Linien: (1) Der geraden Linie 715, die zwischen dem Augenpunkt 710 und dem obersten Punkt 722 des Instrumentenfelds 720 ausgebildet ist, und (2) der Linie, die durch die Trajektorie der verschiedenen verstellbaren obersten Punkte 732 des Lenkrads 730 gebildet wird. Beim Bestimmen des Schnittpunkts wird angemerkt, dass die Linie 715 eine gerade Linie ist und die verschiedenen verstellbaren höchsten Punkte 732 des Lenkrads 730 Kreise bilden. Der Schnittpunkt zwischen einem Kreis und einer geraden Linie wird auf der Grundlage der Geometrie berechnet, wie nachstehend erörtert wird.
7C und 7D veranschaulichen die geometrische Beziehung der Parameter des Lenkradsystems 700 von 7A und 7B. Die Geometrie des Lenkrads 730 und der Lenksäule 745 umfasst, wie in 7C und 7D gezeigt ist, die Lenkradachse SWPiv 740, den Lenkradmittelpunkt 735, den bzw. die höchsten Punkte 732 des Lenkrads 730, die Länge der Lenksäule 745 oder die Länge von der Lenkradachse bis zum Mittelpunkt SPWC, den Lenkradradius 734 (gegeben durch den Lenkraddurchmesser dividiert durch 2 oder SWdiameter/2) und ein Delta, das durch den Abstand von der Lenkradachse SWPiv zu dem höchsten Punkt 732 des Lenkrads 730 gegeben ist. Die Geometrie des Lenkrads 730 und der Lenksäule 745 liefert die folgende Gleichung:
Die Länge von der Lenkradachse zum Lenkradmittelpunkt SWPC oder die Länge der Lenksäule 745, der Lenkradradius 734 und die Länge von der Lenkradachse SWPiv zum höchsten Punkt 732 des Lenkrads 730 bilden ein Dreieck, das ermöglicht, dass die Länge der Seiten des Dreiecks bestimmt werden. Zum Beispiel können die Neigung, die Länge und/oder eine Längenänderung (bei Teleskop-Lenksäulen) der Länge von der Lenkradachse zum Lenkradmittelpunkt SWPC auf der Grundlage der bekannten Längen der anderen Seiten des Dreiecks bestimmt werden. Der oberste Punkt 732 des Lenkrads 730 weist eine kreisförmige Trajektorie auf, die um die Lenkradachse 740 zentriert ist. Die Koordinaten der Lenkradachse 740 sind als (SWPiv_x, SWPiv_y) bezeichnet. Die (x, y)-Punkte, die auf einem Kreis mit dem Achsmittelpunkt (SWPiv_x, SWPiv_y) mit einem Radius gleich Delta liegen, sind gegeben durch: (x – SWPiv_x)² + (y – SWPiv_y)² = delta² (1)
Wenn die Koordinaten des Augenpunkts 710 (Eye_x, Eye_y) und die Koordinaten des Instrumentenfeldpunkts 722 (IP_x, IP_y) gegeben sind, kann die Steigung der geraden Verbindungslinie berechnet werden als:
Die Punkte (x, y) auf der geraden Linie erfüllen die folgende Gleichung:
Der Schnittpunkt (INTER) 736 muss die Gleichungen 1 und 2 erfüllen. Es folgt die Berechnung der Koordinaten INTER_x und INTER_y. Beide Seiten der Gleichung 2 werden mit dem Folgenden multipliziert: x + SWPiv_X – IP_X
Die Terme werden aufgeteilt, um das Folgende zu liefern: mx – y = SWPiv_Y – IP_Y – mSWPiv_X + mIP_X
Der Term auf der rechten Seite wird dann definiert als: kappa = SWPiv_Y – IP_Y – mSWPiv_X + mIP_X
Dies liefert die folgende Gleichung: mx – y = kappa (3)
Gleichung 3 wird umgeschrieben wie folgt: mx = y + kappa
Ein Quadrieren beider Seiten liefert die folgende Gleichung: m²x² = y² + 2ykappa + kappa² (4)
Dann wird eine Koordinatentranslation wie folgt definiert: x → x + SWPiv_x y → y + SWPiv_y
Gleichung 1 wird dann zur folgenden Gleichung: x² + y² = delta²
Und dann zur folgenden Gleichung: x² = delta² – y² (5)
Das Substituieren von Gleichung 5 in Gleichung 4 liefert das Folgende: m²(delta² – y²) = y² + 2ykappa + kappa²
Und dann die folgende quadratische Gleichung: (m² + 1)y² + 2ykappa + kappa² – m²kappa² = 0
Das Lösen der quadratischen Gleichung und das Behalten der positiven Wurzel (höchster Punkt des Lenkrads auf der positiven Seite des Kreises) liefert die folgende Gleichung:
Der Schnittpunkt INTER kann dann durch das Folgende definiert werden:
Die Koordinatentransformation von Gleichung 6 kann dann rückgängig gemacht werden, um das Folgende zu liefern: y – SWPiv_y = INTER_d
Die folgende Beziehung wird erwähnt: y = INTER_y
Diese Beziehung liefert das Folgende: INTER_Y = SWPiv_Y + INTER_d
Gleichung 5 liefert das Folgende:
Die Koordinatentransformationen werden rückgängig gemacht und die x- und y-Schnittpunkte werden wie folgt substituiert: y = INTER_y und x = INTER_x
Das Substituieren dieser Werte ermöglicht, dass der Schnittpunkt wie folgt bestimmt wird:
Die vorstehend aufgeführte Gleichung ermöglicht, dass der korrekte Schnittpunkt des Lenkrads so bestimmt wird, dass die Position des Lenkrads automatisch verstellt werden kann, um für den Fahrer nicht versperrte Ansichten des Instrumentenfelds und der Straße konsistent zu der Offenbarung hierin bereitzustellen.
Der Lenkradneigungswinkel wird mit Bezug auf 7C und 7D erörtert. Ein Winkel Theta θ oder A18 ist zwischen einer ersten Linie, die durch die Länge von der Lenkradachse zum Lenkradmittelpunkt SWPC oder die Lenksäule 745 gebildet ist, und eine zweite Linie, die durch die Lenkradachse SWPiv und den höchsten Punkt 732 des Lenkrads 730 gebildet ist, ausgebildet. Es wird angemerkt, dass der Winkel Theta θ oder A18 durch die folgende Gleichung bereitgestellt wird: A18 = θ – (180/π)arctan((SWdiameter/2)/SWPC) (7)
Die Punkte (x, y), die auf einem Kreis mit Polarkoordinaten liegen, sind durch die folgenden Gleichungen gegeben: x = SWPiv_x + deltacosθ (8) y = SWPiv_y + deltasinθ (9)
Die zuvor definierte Koordinatentranslation wird angewendet. Die Koordinatentranslation ist durch das Folgende gegeben: x → x + SWPiv_x y → y + SWPiv_y
Durch Anwenden dieser Beziehungen wird aus Gleichung 9 das Folgende: y = deltasinθ
Im Transformationsbereich muss die Gleichung 9 gleich der Gleichung 6 sein. Diese Beziehung liefert das Folgende: deltasinθ = INTER_d
Ein Auflösen nach Theta θ und Substituieren in Gleichung 7 liefert den Neigungswinkel (A18) des Lenkrads wie folgt:
Die vorstehend aufgeführte Gleichung ermöglicht, dass der korrekte Neigungswinkel (A18) des Lenkrads derart bestimmt wird, dass die Position des Lenkrads automatisch verstellt werden kann, um für den Fahrer unversperrte Ansichten des Instrumentenfelds und der Straße konsistent mit der Offenbarung hierin bereitzustellen.
Die folgenden Parameter und Berechnungen veranschaulichen ein Beispiel dafür, wie die Lenkradpositionsverstellung der vorliegenden Offenbarung bestimmt wird.
Die relevanten Fahrzeugparameter (alle in Millimeter (mm) aufgelistet) sind wie folgt:
X-Koordinate des Instrumentenfelds IPx = 382,938
Y-Koordinate des Instrumentenfelds IPy = 736,85
Lenkraddurchmesser SWdiameter = 372,3
Lenkradwinkel (min) SWAmin = 13,518
Lenkradwinkel (max) SWAmax = 37,989
Länge von Lenkradachse zu Mittelpunkt SWPC = 243,0315
Die relevanten Fahrerparameter (alle im Millimeter (mm) aufgelistet, sind nachstehend in Tabelle 1 bereitgestellt:

Person EINGABE SW-Achse EINGABE AUSGABE

Augenpunkt x (mm) Augenpunkt y (mm) SW-Achsenpunkt x (mm) SW-Achsenpunkt y (mm) Theta θ (A18) (Grad)

952 900 353 509 22,01

951 854 347 507 19,34
Das System und Verfahren der vorliegenden Offenbarung verwenden die ermittelten Parameter, um die korrekte Position des Lenkrads zu berechnen, welche eine Lenkradhöhe und Neigung sowohl für Lenksäulen mit fester Länge als auch für Teleskoplenksäulen umfasst, für ein Fahrzeug, das von einem Fahrer gefahren wird, auf der Grundlage der relevanten Fahrzeugparameter und Fahrerparameter, wie hier erörtert ist. Die dargestellte Berechnung bestimmt den Lenkradneigungswinkels für Fahrzeuge mit Lenksäulen mit fester Länge und/oder Teleskoplenksäulen.
Der nachstehend aufgelistete MATLAB-Algorithmus stellt ein Beispiel für die Berechnungen auf der Grundlage der relevanten Fahrzeugparameter und Fahrerparameter, die vorstehend in Tabelle 1 aufgeführt sind, bereit. Der Algorithmus ist wie folgt:
Die vorstehende Offenbarung beschreibt beispielhafte Systeme und Verfahren zum Bestimmen von für einen Fahrer optimalen Sichtlinien des Instrumentenfelds und der Straße. Andere Beispiele können verwendet werden, ohne von der Offenbarung abzuweichen. Während die vorstehend beschriebenen Beispiele Bestimmungen einer dreidimensionalen Position (3D-Position) des Kopfes des Fahrers umfassen, können andere Ausführungsformen beispielsweise zusätzlich oder alternativ zum Beispiel eine Winkelrichtung des Kopfes des Fahrers berücksichtigen. Die Winkelrichtung ist die Richtung des Gesichts des Fahrers und kann durch die gleichen und/oder andere Erfassungsvorrichtungen (z. B. Kameras) bestimmt werden, die verwendet werden, um die Kopf- und/oder Augenposition des Fahrers zu bestimmen.
Obwohl der Hauptcontroller 220 und/oder 470 als separate Komponente veranschaulicht und erörtert ist, kann er auch in das fahrzeugeigene Computersystem des Fahrzeugs integriert oder dadurch ersetzt sein. Obwohl die vorliegende Offenbarung im Hinblick auf spezielle bevorzugte und alternative Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Alternative Ausführungsformen, Beispiele und Modifikationen, die durch die Offenbarung auch umfasst sind, können vom Fachmann durchgeführt werden, speziell im Licht der vorstehenden Lehren. Es versteht sich außerdem, dass die zum Beschreiben der Offenbarung verwendete Terminologie auf beschreibende Wörter, nicht aber einschränkende Wörter abzielt.
Der Fachmann wird auch feststellen, dass verschiedene Anpassungen und Modifikationen der bevorzugten und alternativen Ausführungsformen, die vorstehend beschrieben sind, konfiguriert werden können, ohne den Umfang und den Geist der Offenbarung zu verlassen. Daher versteht es sich, dass die Offenbarung im Umfang der beigefügten Ansprüche auf andere Weise in die Praxis umgesetzt werden kann, als es hier speziell beschrieben ist.

Claims

Ein sich automatisch verstellendes Lenkradsystem, umfassend: eine Lenkradanordnung; einen Kopfpositionssensor, der zum Detektieren der Position eines Kopfes eines Fahrers eines Fahrzeugs ausgestaltet und angeordnet ist; und einen Hauptcontroller in Verbindung mit dem Kopfpositionssensor und der verstellbaren Lenkradanordnung, wobei der Hauptcontroller ausgestaltet ist, um: eine Eingabe von der Lenkradanordnung zu empfangen; eine Eingabe vom Kopfpositionssensor zu empfangen; und die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor zu verstellen.
System nach Anspruch 1, wobei die Lenkradanordnung verstellt wird, um für den Fahrer Sichtlinien auf der Grundlage der Kopfposition des Fahrers bereitzustellen.
System nach Anspruch 2, wobei die Sichtlinien für den Fahrer unversperrte Ansichten eines Instrumentenfelds und einer Straße bereitstellen.
System nach Anspruch 1, wobei der Hauptcontroller dadurch, dass er zum Verstellen der Lenkradanordnung ausgestaltet ist, so ausgestaltet ist, dass er ein Signal an die Lenkradanordnung sendet, das Informationen enthält, die einen Neigungswinkel des Lenkrads, eine Höhe des Lenkrads und einen Abstand des Lenkrads zum Fahrer angeben.
System nach Anspruch 1, wobei der Hauptcontroller ferner ausgestaltet ist, um eine Position eines Kopfes eines Fahrers auf der Grundlage eines Winkels eines Seitenspiegels zu bestimmen.
System nach Anspruch 1, wobei der Kopfpositionssensor ferner ausgestaltet ist, um eine Position mindestens eines Auges des Fahrers des Fahrzeugs zu bestimmen.
Verfahren zum automatischen Verstellen der Position eines Lenkradsystems, das umfasst, dass: eine Eingabe von einer Lenkradanordnung empfangen wird, wobei die Eingabe Informationen umfasst, die eine Position eines Lenkrads der Lenkradanordnung angeben; eine Eingabe von einem Kopfpositionssensor empfangen wird, wobei die Eingabe eine Position eines Kopfes eines Fahrers angibt; und die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor verstellt wird, um für den Fahrer nicht versperrte Ansichten eines Instrumentenfelds und der Straße bereitzustellen.
Nicht vorübergehendes von einem Computer lesbares Medium mit darin gespeicherten durch einen Computer ausführbaren Anweisungen, die veranlassen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, dass der Prozessor ein Verfahren ausführt, das umfasst, dass: eine Eingabe von einer Lenkradanordnung empfangen wird; eine Eingabe von einem Kopfpositionssensor empfangen wird; und die Lenkradanordnung auf der Grundlage der Eingabe von der Lenkradanordnung und der Eingabe vom Kopfpositionssensor verstellt wird, um für den Fahrer nicht versperrte Ansichten eines Instrumentenfeldes und der Straße bereitzustellen.
Nicht vorübergehendes computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Eingabe von der Lenkradanordnung Informationen enthält, die eine Position eines Lenkrads der Lenkradanordnung angeben.
Nicht vorübergehendes computerlesbares Medium nach Anspruch 8, wobei die Eingabe vom Kopfpositionssensor eine Position von mindestens einem Auge eines Fahrers angibt.