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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display, das einen Projektor zur Darstellung eines Bildes und eine mechanisch verstellbare Optik zur Projektion des Bildes auf die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges umfasst, wobei das Kraftfahrzeug ein Blickrichtungserkennungsmodul zur Bestimmung der Blickrichtung und Augenposition eines Fahrers des Kraftfahrzeuges und/oder eines Insassen des Kraftfahrzeuges aufweisen kann. Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2013 208 971 A1 offenbart ein Head-up-Display zum Projizieren einer Bildinformation in einem Blickfeld eines Fahrzeuginsassen eines Fahrzeugs, wobei ein optisches System mit zumindest einem optischen Element zum Projizieren der Bildinformation auf eine Windschutzscheibe vorgesehen ist. Dabei ist ein System von Spiegeln vorgesehen, das es erlaubt, projizierende Bildinformationen an eine Augenposition des Fahrzeuginsassen anzupassen.
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Die
US 2009/0303158 A1 offenbart ebenfalls ein Head-up-Display, das durch Ansteuerung eines Spiegels in Abhängigkeit der Augenposition eines Betrachters ansteuerbar ist. Dabei ist jedoch vorgesehen, dass die Anpassung das Überschreiten von Grenzwerten voraussetzt.
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Die
DE 10 2014 206 684 A1 offenbart ein Verfahren zum Nachführen eines Sichtbereichs eines Sichtfeldanzeigegeräts. Dabei wird ein Einfallswinkel zwischen einem Lichtbündel und einer Winkelebene eines winkelselektiven Projektionselements des Sichtfeldanzeigegerätes verändert. Zudem wird das Lichtbündel durch das Projektionselement zu einem Streukegel in den Sichtbereich gestreut. Der entsprechende Einfallswinkel wird verändert, wenn eine Augenpartie eines Betrachters aus dem Sichtbereich auswandert.
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In der
DE 10 2015 109 027 A1 wird ein Head-Up-Displayeinheit für ein Fahrzeug zur Erzeugung eines virtuellen Bildes im Sichtfeld des Fahrers auf die Fahrzeugumgebung offenbart, wobei die Displayeinheit eine Emissionseinheit zur Erzeugung und Abstrahlung eines Bildsignals umfasst, das durch einem mehrfach gefalteten Projektionspfad in den Sichtbereich projiziert und vom Fahrer als das virtuelle Bild wahrgenommen wird, wobei die Displayeinheit mindestens einen beweglichen Reflektor umfasst, der einen Teil des Projektionspfads beeinflusst, wobei die Darstellung des virtuellen Bilds durch eine gesteuerte Änderung der Orientierung des beweglichen Reflektors beeinflusst wird, und wobei die Darstellung des virtuellen Bilds zusätzlich durch eine Vorverzerrung des abgestrahlten Bildsignals verändert wird.
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Die
DE 10 2009 019 945 A1 offenbart ein System zur Verarbeitung von Bildern eines Head-up-Display-Systems. Dabei werden die Bilder für verschiedene Form- und Kontureigenschaften angepasst. Während des Betriebs wählt das System eines einer Vielzahl von Bildkompensationsvorlagen aus. Dabei wird ein HUD-Bildpositionssteuerelement verwendet, um insbesondere die Position des Motors zur Steuerung des Spiegels anzusteuern. Dabei wird auch die Sicht/Augen-Position des Fahrers berücksichtigt.
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Die
DE 10 2010 040 694 A1 schlägt ein Head-up-Display für Fahrzeuge vor, das Informationen durch eine Bildgebungseinheit und einer Abbildungsoptik insbesondere auf der Windschutzscheibe zur Anzeige bringt. Diese Anordnung weist zudem ein Anpassungsmittel auf, mit dem die Anzeige an verschiedene Augenpositionen des Betrachters angepasst werden kann. Dazu wird eine Kamera verwendet, mit der die Position des Kopfes des Betrachters erfasst wird und bei der Einstellung durch die Anpassungsmittel berücksichtigt wird.
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Die US 2010 / 0 067 118 A1 offenbart für ein Head-up-Display ein Modul zur Bestimmung der Augenposition des Fahrers. Dabei werden Infrarot-Emittoren sowie eine Vielzahl von Bilderzeugungsmitteln verwendet, mit der die Augenposition des Nutzers ermittelt und die Optik entsprechend angepasst werden kann.
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Die
DE 10 2013 218 085 A1 offenbart ein stereoskopisches Display in einem Fahrzeug, wobei das Fahrzeug eine Einrichtung bzw. Anzeigesteuerung enthält, die das darzustellende Bild vorverzerrt, so dass die Verzerrung, die durch die Windschutzscheibe hervorgerufen wird, derart kompensiert wird, dass der Beobachter ein verzerrungsfreies Bild wahrnehmen kann.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mittels eines Head-up-Displays generierten bzw. dargestellten Bildbestandteil bzw. ein derartiges Bild präziser bzw. schneller zu platzieren bzw. auszurichten. So ist es insbesondere wünschenswert, dass ein virtueller Bildbestandteil bzw. Bild, das mittels eines Head-up-Displays dargestellt wird, schneller an eine Veränderung der Bewegung des Kopfes eines Fahrers oder eines Insassen eines Kraftfahrzeugs angepasst wird. Vorgenannte Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit einem Head-up-Display gelöst, das einen Projektor (bzw. Bilderzeugungsmodul) zur Erzeugung von (einzeln ansteuerbaren) Pixeln zur Darstellung eines Bildes und eine mechanisch verstellbare Optik zur Projektion des Bildes auf eine Scheibe des Kraftfahrzeuges, insbesondere auf die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges, umfasst, wobei das Kraftfahrzeug ein Blickrichtungserkennungsmodul zur Bestimmung der Blickrichtung eines Fahrers des Kraftfahrzeuges und/oder eines Insassen des Kraftfahrzeuges aufweist, und wobei das Kraftfahrzeug eine Steuerung zur Verschiebung der Pixel mittels des Projektors in Abhängigkeit einer erkannten Änderung der Blickrichtung und zur gleichzeitigen mechanischen Verstellung der Optik in Abhängigkeit der erkannten Änderung der Blickrichtung umfasst.
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Dabei ist die mechanisch verstellbare Optik (im Strahlengang) zwischen dem Projektor und der Projektionsoberfläche, d. h. der Scheibe bzw. der Windschutzscheibe, angeordnet. Ein Projektor im Sinne der Ansprüche ist insbesondere ein Display, insbesondere ein Matrixdisplay. Ein Bild im vorgenannten Sinne ist insbesondere ein Augmented-Reality-Bild bzw. eine Augmented-Reality-Grafik. Ein Bild im vorgenannten Sinne wird dabei auf die Windschutzscheibe bzw. eine Scheibe projiziert, erscheint jedoch vorzugsweise für den Betrachter als in einer bestimmten Entfernung vor dem Kraftfahrzeug dargestellt zu sein. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt, in der ein virtueller Bildbestandteil ein vorangehendes Fahrzeug ergänzt.
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Erfindungsgemäß umfasst das Kraftfahrzeug einen geregelten Antrieb zur mechanischen Verstellung der verstellbaren Optik in Abhängigkeit einer Regelabweichung. Dabei ist die Regelabweichung die Differenz zwischen dem Sollwert für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe (bzw. der Windschutzscheibe) und der durch die mechanische Verstellung der Optik erzielte Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe (bzw. der Windschutzscheibe) ist.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die mechanisch verstellbare Optik zumindest einen mechanisch verstellbaren Spiegel. Ausführungsbeispiele für mechanisch verstellbare Spiegel können der eingangs genannten
DE 10 2013 208 971 A1 entnommen werden.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kraftfahrzeug bzw. die Steuerung einen Sollwert-Rechner zur Bestimmung eines Sollwertes für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe (bzw. der Windschutzscheibe) in Abhängigkeit der erkannten Änderung der Blickrichtung und insbesondere der Augenposition. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Sollwert für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe abhängig vom Nick-, Roll- und Gierwinkel sowie Position des Kraftfahrzeugs. Dazu ist insbesondere vorgesehen, dass die Steuerung eine Schnittstelle zu einem Fahrstabilitätssystem aufweist, das der Steuerung die Werte für Winkel des Kraftfahrzeugs übermittelt. Ein derartiges Fahrstabilitätssystem kann zum Beispiel ein ESP-System sein.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kraftfahrzeug bzw. die Steuerung eine Anzeigesteuerung zur Verschiebung der Pixel in Abhängigkeit der Regelabweichung. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Regelabweichung derart aufgeteilt, dass ein Teil der Regelabweichung Eingangsgröße in einem Regler des geregelten Antriebs und ein weiterer Teil Eingangsgröße einer Anzeigesteuerung ist, die den Projektor derart ansteuert, dass die Anzeigesteuerung festlegt, wo Pixel eines Bildes auf den Projektor platziert werden.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kraftfahrzeug bzw. die Steuerung eine Anzeigesteuerung zur Verschiebung der Pixel in Abhängigkeit von β·e, wobei α·e Eingangsgröße eines Reglers des geregelten Antriebs ist, und wobei e die Regelabweichung und 0 < α und/oder 0 < β bzw. 0 < |α| und/oder 0 < |β| ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist 0,2 ≤ α und/oder 0,2 ≤ β bzw. 0,2 ≤ |α| und/oder 0,2 ≤ |β|. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist 0,3 ≤ α und/oder 0,3 ≤ β bzw. 0,3 ≤ |α| und/oder 0,3 ≤ |β|. Es kann vorgesehen sein, dass α bzw. dessen Betrag kleiner ist als 1. Es kann darüber hinaus oder alternativ vorgesehen sein, dass β bzw. dessen Betrag kleiner ist als 1.
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Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch Verfahren zum Betrieb eines - insbesondere eines oder mehrere der vorgenannten Merkmale umfassenden - Kraftfahrzeuges mit einem Head-up-Display gelöst, das einen Projektor (Bilderzeugungsmodul) zur Erzeugung von (einzeln ansteuerbaren) Pixeln zur Darstellung eines Bildes und eine mechanisch verstellbare Optik zur Projektion des Bildes auf eine Scheibe des Kraftfahrzeuges, insbesondere auf die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeuges, umfasst, wobei die Augenpositionen und eventuell die Blickrichtung eines Fahrers des Kraftfahrzeuges und/oder eines Insassen des Kraftfahrzeuges bestimmt wird und wobei mittels des Projektors Pixel in Abhängigkeit einer erkannten Änderung der Blickrichtung verschoben werden und gleichzeitig die verstellbare Optik in Abhängigkeit der erkannten Änderung der Blickrichtung verstellt wird, wobei das Kraftfahrzeug einen geregelten Antrieb zur mechanischen Verstellung der verstellbaren Optik in Abhängigkeit einer Regelabweichung umfasst, wobei die Regelabweichung die Differenz zwischen dem Sollwert für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe und der durch die mechanische Verstellung der Optik erzielte Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe ist.
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Also umfasst das Kraftfahrzeug einen geregelten Antrieb, wobei die verstellbare Optik mittels des geregelten Antriebs in Abhängigkeit einer Regelabweichung mechanisch verstellt wird und gleichzeitig die Pixel in Abhängigkeit der Regelabweichung verschoben werden.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird ein Sollwert für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Scheibe in Abhängigkeit der erkannten Änderung der Blickrichtung bestimmt. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird die Regelabweichung derart aufgeteilt, dass ein Teil der Regelabweichung Eingangsgröße in einem Regler des geregelten Antriebs und ein weiterer Teil Eingangsgröße in einer Anzeigesteuerung ist, die den Projektor derart ansteuert, dass die Anzeigesteuerung festlegt, wo Pixel eines Bildes auf den Projektor platziert werden.
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In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden die Pixel in Abhängigkeit von β·e verschoben, wobei die verstellbare Optik mittels des geregelten Antriebs in Abhängigkeit von α·e eingestellt wird, und wobei e die Regelabweichung und 0 < α und/oder 0 < β bzw. 0 < |α| und/oder 0 < |β| ist. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist 0,2 ≤ α und/oder 0,2 ≤ β bzw. 0,2 ≤ |α| und/oder 0,2 ≤ |β|. In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist 0,3 ≤ α und/oder 0,3 ≤ β bzw. 0,3 ≤ |α| und/oder 0,3 ≤ |β|. Es kann vorgesehen sein, dass α bzw. dessen Betrag kleiner ist als 1. Es kann darüber hinaus oder alternativ vorgesehen sein, dass β bzw. dessen Betrag kleiner ist als 1.
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Das mittels des Head-up-Displays projizierte Bild ist nur in einem begrenzten Bereich für den Fahrer sichtbar, der als Eye-Box bezeichnet wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Eye-Box für den Fahrer mittels der verstellbaren Optik einmalig vor der Nutzung des Kraftfahrzeugs eingestellt wird. Diese Einstellung ist insbesondere für die vorgenannten Verfahren der Nullpunkt. Abweichungen von dieser Position, die in 1 mit Bezugszeichen P bezeichnet ist, sind nachfolgend mit ΔP bzw. ΔP* bezeichnet.
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Kraftfahrzeug im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein individuell im Straßenverkehr benutzbares Landfahrzeug. Kraftfahrzeuge im Sinne der Erfindung sind insbesondere nicht auf Landfahrzeuge mit Verbrennungsmotor beschränkt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs in einer ausschnittsweisen Prinzipdarstellung, wobei das Kraftfahrzeug ein Head-up-Display aufweist,
- 2 ein beispielhafter Blick durch die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs gemäß 1 aus der Sicht des Fahrers des Kraftfahrzeugs, wobei die Sicht mittels des Head-up-Displays des Kraftfahrzeugs gemäß 1 durch einen virtuellen Bildbestandteil ergänzt ist, der sich zum Teil auf ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug bezieht bzw. an diesem ausgerichtet ist, und
- 3 eine Steuerung zur Ansteuerung bzw. Regelung eines geregelten Antriebs einer Optik des Head-up-Displays gemäß 1.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Head-up-Display in einer Prinzipdarstellung. Das Head-up-Display umfasst einen Projektor zur Erzeugung eines Bildes, das sich aus Pixeln zusammensetzt. Das mittels des Projektors 3 genierte Bild wird mittels eines verstellbaren Spiegels 4 auf die Windschutzscheibe 2 des Kraftfahrzeugs projiziert und zwar derart, dass aus der Sicht des Fahrers 10 des Kraftfahrzeugs 1 ein virtueller Bildbestandteil 11 als vor dem Kraftfahrzeug 1 angezeigt erscheint. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt, wobei der virtuelle Bildbestandteil 11 im Sinne einer Augmented-Reality ein vorausfahrendes Kraftfahrzeug 12 durch Informationen ergänzt. Zudem sind in dem in 2 dargestellten Beispiel weitere Informationen, wie etwa die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 sowie eine Angabe, dass in 500 Meter abzubiegen ist, dargestellt.
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Zur Ausrichtung des virtuellen Bildbestandteils 11 mittels des verstellbaren Spiegels 4 weist das Kraftfahrzeug 1 eine in
3 dargestellte Steuerung 20 sowie ein Blickrichtungserkennungsmodul 6 zur Bestimmung der Blickrichtung des Fahrers 10 des Kraftfahrzeugs 1 auf. Zudem weist das Kraftfahrzeug 1 ein Objekterkennungsmodul 7 auf, mittels dessen ein Objekt vor dem Kraftfahrzeug, wie etwa das vorausfahrende Kraftfahrzeug 12 erkannt werden sowie ein Abstand ℓ
O zwischen dem Kopf des Fahrers 10 des Kraftfahrzeugs 1 und dem Objekt bzw. Hindernis, wie etwa dem vorausfahrenden Kraftfahrzeug 12, ermittelt wird. Die Steuerung 20 des Kraftfahrzeugs 1 weist einen Sollwert-Rechner 21 zur Bestimmung eines Sollwerts ΔP* für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Windschutzscheibe 2 in Abhängigkeit der Änderung ΔB der mittels der Blickrichtungserkennungsmodul 6 erfassten Blickrichtung des Fahrers 10 auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Sollwert ΔP* für die Verschiebung der Projektion des Bildes auf der Windschutzscheibe 2 des Kraftfahrzeugs 1 wie folgt berechnet wird:
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Dabei ist ℓp der Abstand zwischen dem Kopf des Fahrers 10 bzw. die Position der Augen des Fahrers 10 und der Projektion P des Bildes bzw. virtuellen Bildbestandteils 11 auf die Windschutzscheibe 2 (vgl.
1). φ ist der Nickwinkel des Kraftfahrzeugs 1, dessen Wert dem Sollwert-Rechner 21 von einem Fahrstabilitätssystem 5 des Kraftfahrzeugs 1 bereitgestellt bzw. übermittelt wird. Analog können auch Roll und Gierbewegungen kompensiert werden.
Der verstellbare Spiegel 4 wird mittels eines regelbaren Antriebs in Abhängigkeit der veränderten Blickrichtung des Fahrers 10 des Kraftfahrzeugs 1 sowie des veränderten Nickwinkels φ eingestellt. Dazu umfasst der geregelte Antrieb einen Regler 22, mittels dessen die Position des Bildes auf der Windschutzscheibe 2 in Abhängigkeit des Sollwertes ΔP* verändert wird, wobei der Ist-Wert der Veränderung der Position des Bildes auf der Windschutzscheibe mit ΔP bezeichnet ist. Die Differenz dieser beiden Werte ist die Regelabweichung e:
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Die Regelabweichung e wird jedoch dem Regler 22 nicht direkt zugeführt, sondern nur anteilig als α · e als Ausgangsgröße eines Verteilers 23. Eine weitere Ausgangsgröße des Verteilers 23 ist der Wert β. e, der Eingangsgröße einer Anzeigesteuerung 24 zur Ansteuerung des Projektors 3 ist. Mittels der Anzeigesteuerung 24 werden die Pixel des Bildes auf dem Projektor 3 positioniert. Es ist vorgesehen, dass die Pixel dabei um einen Wert
verschoben werden, wobei V die Vergrößerung des virtuellen Bildbestandteils auf der Windschutzscheibe 2 gegenüber der Darstellung des entsprechenden Bildes auf dem Projektor 3 ist. Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass gilt:
