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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung in Form eines Head-Up-Displays in einem Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Anzeigebereich, wobei in dem Anzeigebereich mindestens ein virtuelles Element dargestellt wird, wobei auf Basis mindestens einer ersten Datenquelle Rückschlüsse auf den Verlauf einer befahrenen Fahrspur gezogen werden, wobei der Anzeigebereich zumindest teilweise auf Basis des Verlaufs der befahrenen Fahrspur verschoben wird.
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Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer Anzeigeeinrichtung.
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Mit der stetigen Weiterentwicklung von Virtual- und Augmented-Reality-Technologien und -Anwendungen finden diese auch Einzug in das Automobil. Bei Augmented-Reality (AR) handelt es sich um die Anreicherung der realen Welt durch virtuelle Elemente, die im dreidimensionalen Raum ortskorrekt registriert beziehungsweise verortet sind und eine Echtzeitinteraktion erlauben. Eine mögliche technische Realisierung, um den Fahrerarbeitsplatz entsprechend mit perspektivisch korrekten virtuellen Augmentierungen anzureichern, bietet das Head-Up-Display (HUD).
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Gerade bei Head-Up-Displays entsteht die virtuelle Anzeige durch eine im Armaturenbrett integrierte bildgebende Einheit, wie beispielsweise ein TFT-Display (Thin-film transistor-Display). Dieses Bild wird über mehrere Spiegel in Richtung der Windschutzscheibe gelenkt, wo das Licht in das Auge des Fahrers reflektiert wird. Der Fahrer nimmt dieses Bild als eine virtuelle Anzeige im Sichtfeld wahr. Bei der Auslegung solcher Systeme wird der Bereich, in den das Licht reflektiert wird, räumlich begrenzt, um eine höhere Helligkeit durch geringere Lichtstreuung zu erzielen. Dieser Bereich wird als „EyeBox“ bezeichnet, da sich das Blickfeld des Fahrers in diesem Bereich befinden muss, um eine Wahrnehmung des virtuellen Bildes zu ermöglichen.
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Aufgrund des relativ schmalen Blickfeldes kann es sein, dass bei zu starker Neigung des Kopfes des Fahrers des Fahrzeugs, beispielsweise aufgrund einer Fahrsituation, die EyeBox nicht mehr mit dem Blickfeld des Fahrers übereinstimmt.
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Die
DE 10 2016 225 639 A1 zeigt eine Head-Up-Display-Vorrichtung für ein Kraftfahrzeug, bei der die von der Head-Up-Display-Vorrichtung dargestellten Inhalte dem Straßenverlauf entsprechend verschoben werden.
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Die
US 2012/0259546 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Anzeige von Straßenführungsinformationen auf einer Windschutzscheibe mittels eines Head-Up-Displays, das es einem Fahrer ermöglicht, auf einer Straße überlagerte Straßenführungsinformationen eines Navigationssystems zu sehen. Diese werden auf der Grundlage der Augenposition des Fahrers dargestellt.
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Ein Nachteil des vorbenannten Standes der Technik besteht aber darin, dass eine Verschiebung anhand des Straßenverlaufes dazu führen kann, dass eine für den Fahrer gut erkennbare Darstellung der Inhalte der Head-Up-Display-Vorrichtung nicht realisierbar sein kann.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug anzugeben, bei denen der Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung effizient im Blickfeld des Fahrers des Fahrzeugs gehalten wird, so dass dem Fahrer ermöglicht wird, Situationen im Straßenverkehr besser einzuschätzen.
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Diese Aufgabe ist bei der vorliegenden Erfindung zunächst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Anzeigebereich auf Basis des Verlaufs der Fahrspur horizontal verschoben wird und dass der Anzeigebereich auf Basis der Augenposition des Fahrers des Fahrzeugs vertikal verschoben wird, wobei die Augenposition nur in die vertikale Verschiebung eingeht und der Verlauf der befahrenen Fahrspur nur in die horizontale Verschiebung eingeht.
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Der Verlauf der Fahrspur kann durch Sensoren am Fahrzeug ermittelt werden. Denkbar ist, dass durch Abstandssensoren, zum Beispiel auf Ultraschallbasis, und/oder Kameras eine Detektion der Fahrspur realisiert wird. Zusätzlich oder alternativ kann der Verlauf der Fahrspur aber auch anhand des Lenkwinkels des Fahrzeugs bestimmt werden.
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Die Augenposition des Fahrers kann mittels Eye-Tracking bestimmt werden. Dazu können Kamerasysteme verwendet werden, die eine Verfolgung der Augen des Fahrers ermöglichen, wodurch Rückschlüsse auf die Blickrichtung des Fahrers gezogen werden können.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei vertikaler Verschiebung und/oder horizontaler Verschiebung des Anzeigebereichs die Helligkeit des zumindest einen virtuellen Elements verändert wird. Auf diese Weise kann die Aufmerksamkeit des Fahrers erhöht werden, da sich eine Darstellung in seinem Blickfeld im Anzeigebereich verändert. Wenn die Helligkeit eines virtuellen Elements erhöht wird, kann der Fahrer des Fahrzeugs dies als Hinweis und/oder Warnung für eine erhöhte Aufmerksamkeit auffassen.
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Zusätzlich oder alternativ ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bei vertikaler Verschiebung und/oder horizontaler Verschiebung des Anzeigebereichs die Farbe des zumindest einen virtuellen Elements verändert wird. Analog zur Erhöhung oder Verringerung der Helligkeit des virtuellen Elements kann auch eine Veränderung der Farbe des virtuellen Elements dazu führen, dass der Fahrer des Fahrzeugs dies als Hinweis aufnimmt, dass eine erhöhte Aufmerksamkeit notwendig ist. Dabei kann die Veränderung der Farbe beispielsweise von Navigationshinweisen auf ein bevorstehendes Abbiegemanöver hinweisen. Andere virtuelle Elemente können beispielsweise auf eine erhöhte Geschwindigkeit oder andere Fahrdaten und/oder auf Fahrzeugdaten, deren Zustand sich verändert hat, aufmerksam machen.
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Um den Fahrer des Fahrzeugs vor möglichen gefährlichen Passagen auf der Fahrspur zu warnen, ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass bevorstehende Kurven auf der befahrenen Fahrspur auf Basis von Kartendaten und/oder Navigationstrajektorien ermittelt werden und dass das zumindest eine virtuelle Element verändert wird, wenn der Winkel der bevorstehenden Kurve einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet. Auf Basis der Kartendaten beziehungsweise Navigationsdaten kann vorausgesagt werden, welchen Streckenverlauf das Fahrzeug demnächst durchfahren wird.
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Wenn auf der durch das Navigationssystem geplanten Route oder durch die Erkennung, auf welcher Strecke sich das Fahrzeug gerade befindet, eine enge Kurve detektiert wird, die einen Winkel aufweist, der einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet, wird der Fahrer des Fahrzeugs durch eine Veränderung mindestens eines virtuellen Elements im Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung darauf hingewiesen. Eine Veränderung kann dabei eine Skalierung des Elements in Form einer Größenänderung sein. Denkbar ist aber auch, dass, wie oben beschrieben, die Helligkeit und/oder die Farbe des virtuellen Elements verändert wird.
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Auf diese Weise können enge Kurven, beziehungsweise gefährliche Streckenabschnitte, die sich auf der Fahrspur des Fahrzeugs befinden, bereits im Voraus erkannt werden, so dass dem Fahrer des Fahrzeugs signalisiert werden kann, dass kurzfristig eine erhöhte Aufmerksamkeit gefordert ist.
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Je nach Fahrsituation ist es möglich, dass eine Quelle, auf deren Basis eine Verschiebung des Anzeigebereichs durchgeführt wird, keine ausreichend genauen Werte liefert. Daher ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Priorisierung vorgenommen wird, wobei je nach Fahrsituation priorisiert wird, auf Basis welcher Daten eine Verschiebung des Anzeigebereichs vorgenommen wird. Wenn die Blickrichtung des Fahrers bewusst oder unbewusst beispielsweise schnell verändert wird, ist es möglich, dass eine Verschiebung des Anzeigebereichs auf Basis der Veränderung der Blickrichtung im jeweiligen Fall nicht zielführend ist. Dann kann eine Priorisierung vorgenommen werden, wonach die Gewichtung zur Berücksichtigung der Blickrichtung reduziert wird.
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Ein weiteres Anwendungsbeispiel kann die Verwendung lediglich des Lenkwinkels sein, wenn sich das Fahrzeug beispielsweise in einem Parkhaus befindet und der Fahrer des Fahrzeugs auf der Suche nach einem geeigneten Parkplatz ist. Dabei verändert sich die Blickrichtung des Fahrers zwangsläufig, ohne dass eine Verschiebung des Anzeigebereichs in diesem Moment notwendig wäre. Bei normalen Fahrten im Straßenverkehr kann eine Gewichtung der Quellen, auf deren Basis eine Verschiebung des Anzeigebereichs der Anzeigeeinrichtung durchgeführt wird, zu Navigationsdaten beziehungsweise Sensordaten des Fahrzeugs verschoben werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Aufmerksamkeitszustand des Fahrers überwacht wird und dass das virtuelle Element auf Basis der Überwachung des Aufmerksamkeitszustandes verändert wird. Bei Überwachung des Aufmerksamkeitszustandes können beispielsweise anhand von Eye-Tracking, also der Überwachung der Augenposition des Fahrers des Fahrzeugs, Übermüdung und/oder Stress oder ähnliche Zustände erkannt werden, bei denen eine Verschiebung und insbesondere eine Veränderung des virtuellen Elements, als Warnung und Signalisierung, erforderlich ist.
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Denkbar ist auch eine Verknüpfung zu mobilen Endgeräten, wie Wearables, die die Herzfrequenz des Fahrers des Fahrzeugs überwachen und Informationen über den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers geben können. Denkbar ist ebenfalls eine Innenraumüberwachung des Fahrzeugs, um Rückschlüsse auf den Aufmerksamkeitszustand des Fahrers zu ermöglichen. Anhand des Aufmerksamkeitszustandes des Fahrers wird die Art der Anzeige in Helligkeit, Schriftstärke, Verschiebungseffekte, wie die Position und Eigenschaft, wie die Intensität, gewählt. So kann eine vergrößerte Anzeige mit einer höheren Intensität hilfreich sein, um die Aufmerksamkeit in einem Fahrmanöver zu erhöhen.
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Um den Anzeigebereich nicht vollständig aus dem Blickfeld des Fahrers des Fahrzeugs zu verschieben, ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass ein Verschiebungsbereich vorgegeben wird und dass eine Verschiebung des Anzeigebereichs aus dem Verschiebungsbereich verhindert wird. Speziell bei schnellen Kopfbewegungen ist die Gefahr gegeben, dass, aufgrund von Eye-Tracking, eine Verschiebung des Anzeigebereichs aus dem tatsächlichen Sichtbereichs des Fahrers erfolgt.
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Der Verschiebebereich ist größer als der Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung. Innerhalb des Verschiebebereichs kann der Anzeigebereich ohne Eingreifen des Systems verschoben werden. Wenn erkannt wird, dass auf Basis der Daten, die zu einem Verschieben des Anzeigebereichs führen, eine Verschiebung erfolgt, die den Anzeigebereich außerhalb des Verschiebebereichs bewegen würde, kann das System die Quelle ignorieren, oder in der Priorisierung herabstufen, die zu einer außergewöhnlichen Verschiebung führen würde.
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Denkbar wäre, dass der Fahrer des Fahrzeugs beispielsweise einen Schulterblick durchführt und sich dadurch die Augenposition des Fahrers abrupt verändert. Sollte durch diese Veränderung der Augenposition des Fahrers des Fahrzeugs eine Verschiebung des Anzeigebereichs herbeigeführt werden, die den Anzeigebereich außerhalb des Verschiebebereichs bewegt, wird diese Veränderung der Augenposition in diesem Fall nicht beziehungsweise nur geringfügig berücksichtigt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass im Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung ein dreidimensionaler Raum dargestellt wird, dass auf Basis mindestens einer Datenquelle dreidimensionale Koordinaten im dargestellten dreidimensionalen Raum für die Verortung des mindestens einen virtuellen Elements bestimmt werden, dass das mindestens eine virtuelle Element als zweidimensionale Abbildung in den dreidimensionalen Raum, der im Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung dargestellt wird, transformiert wird und dass das mindestens eine virtuelle Element im Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung in Bezug auf den dreidimensionalen Raum perspektivisch korrekt im Blickfeld des Fahrers dargestellt wird.
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Der dargestellte dreidimensionale Raum kann vorzugsweise einen Bereich außerhalb des Fahrzeugs in Fahrtrichtung beschreiben. Bei einem Head-Up-Display ist der Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung beziehungsweise der dreidimensionale Raum gleichzusetzen mit dem Blick durch die Windschutzscheibe. Der dreidimensionale Raum ist dann folglich der Raum vor dem Fahrzeug im Blickfeld des Fahrers beziehungsweise des Beifahrers. Bei den entsprechend zum virtuellen Element berechneten dreidimensionalen Koordinaten kann es sich beispielsweise um kartesische Koordinaten handeln.
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Die zur Berechnung der Koordinaten benötigten Datenquellen können unterschiedlicher Art sein. Bevorzugt handelt es sich bei diesen Datenquellen um Fahrzeugdaten beziehungsweise Navigationsdaten, die durch die Positionierungssensorik des Fahrzeugs, wie zum Beispiel GPS, Drehratensensoren oder Kameras aufgenommen werden.
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Bei dem virtuellen Element kann es sich um verschiedene Bildelemente und/oder Schaltflächen handeln, die im Anzeigebereich der Anzeigeeinrichtung dargestellt werden. Die virtuellen Elemente können eine Verbindung zu Fahrzeugdaten aufweisen und/oder abhängig von den Fahreigenschaften des Fahrzeugs sein. Die Daten können zum Beispiel aus vorhandenen Fahrassistenzsystemen stammen. Es ist aber auch denkbar, dass die dargestellten virtuellen Elemente irrelevant für die Fahreigenschaften des Fahrzeugs sind. Besonders bevorzugt werden virtuelle Elemente zur Darstellung von Navigationsdaten verwendet.
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Um dem Fahrer des Fahrzeugs eine ausreichende und vorteilhafte Übersicht zu bieten, ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass Objekte im dargestellten dreidimensionalen Raum erfasst werden und dass die Darstellung des virtuellen Elements derart erfolgt, dass eine Verdeckung des virtuellen Elements und eines im dreidimensionalen Raum dargestellten Objekts vermieden wird.
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Bei den Objekten kann es sich um tatsächliche Hindernisse auf und/oder neben der Fahrspur handeln. Als Objekt kann aber auch die Fahrspur selbst angesehen werden, so dass immer eine überdeckungsfreie Sicht auf die Fahrspur beziehungsweise zumindest auf den Verlauf der Fahrspur möglich ist. Das virtuelle Element kann dann entsprechend so skaliert werden, dass die Größe und/oder Intensität des virtuellen Elements herabgesetzt wird, wenn eine erhöhte Aufmerksamkeit des Fahrers erforderlich ist. Die Veränderung des virtuellen Elements kann dabei an die jeweilige Fahrsituation angepasst werden. Denkbar wäre beispielsweise, dass die Größe und Intensität des virtuellen Elements verringert wird, wenn eine scharfe Kurve bevorsteht, so dass der Fahrer des Fahrzeugs nicht durch das virtuelle Element abgelenkt wird.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einem Fahrzeug mit mindestens einer Anzeigeeinrichtung in Form eines Head-Up-Displays mit mindestens einem Anzeigebereich. Es ist vorgesehen, dass die Anzeigeeinrichtung dazu ausgestaltet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug.
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Bei der Anzeigeeinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Navigationssystem und/oder ein Infotainmentsystem handeln, das eine grafische Ausgabe von beispielsweise virtuellen Elementen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermöglicht.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung der Durchführung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 2 das Ausführungsbeispiel gemäß 1, mit einer veränderten Fahrspur und
- 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Aufmerksamkeitsüberwachung des Fahrers des Fahrzeugs.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung 10 in Form eines Head-Up-Displays. Die Anzeigeeinrichtung 10 weist einen Anzeigebereich 12 auf. Gerade bei Head-Up-Displays entsteht der Anzeigebereich 12 durch eine im Armaturenbrett des Fahrzeugs integrierte bildgebende Einheit, wie beispielsweise einem hier nicht dargestellten TFT-Display. Dieses Bild wird über mehrere Spiegel in Richtung der Windschutzscheibe gelenkt, wo das Licht in das Auge des Fahrers reflektiert wird. Der Fahrer nimmt dieses Bild als eine virtuelle Anzeige im Sichtfeld wahr. Bei der Auslegung solcher Systeme wird der Bereich, in den das Licht reflektiert wird, räumlich begrenzt, um eine höhere Helligkeit durch geringere Lichtstreuung zu erzielen, der dem Anzeigebereich 12 entspricht.
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Im Anzeigebereich 12 werden virtuelle Elemente 14 dargestellt, die dem Fahrer des Fahrzeugs Informationen über die im Navigationssystem eingestellte Route geben. Außerdem werden generelle Fahrinformationen dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Abbiegehinweis sowie die aktuelle Geschwindigkeit des Fahrzeugs dargestellt.
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Wenn der Fahrer des Fahrzeugs der dargestellten Fahrspur 16 folgen will, er also links abbiegen will, wird er das Lenkrad 18 nach links einschlagen und sein Blick wird sehr wahrscheinlich zunehmend zum Kurvenausgang wandern. Durch die veränderte Blickrichtung kann der Fahrer des Fahrzeugs den Anzeigebereich 12 nicht mehr richtig wahrnehmen. Daher ist vorgesehen, dass der Anzeigebereich 12 der Anzeigeeinrichtung 10 zum einen auf Basis des Verlaufs der Fahrspur 16 horizontal verschoben wird. Zum anderen ist vorgesehen, dass der Anzeigebereich 12 auf Basis der Augenposition des Fahrers des Fahrzeugs vertikal verschoben wird.
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Im Anzeigebereich 12 der Anzeigeeinrichtung 10 wird ein dreidimensionaler Raum 20 dargestellt. Auf Basis mindestens einer Datenquelle werden dreidimensionale Koordinaten im dargestellten dreidimensionalen Raum 20 für die Verortung der virtuellen Elemente 14 bestimmt. Die virtuellen Elemente werden als zweidimensionale Abbildung in den dreidimensionalen Raum 20 transformiert und im Anzeigebereich 12 der Anzeigeeinrichtung 10 in Bezug auf den dreidimensionalen Raum 20 perspektivisch korrekt im Blickfeld des Fahrers dargestellt.
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Da es sich bei der Anzeigeeinrichtung 10 um ein Head-Up-Display handelt, ist der dreidimensionale Raum 20 gleichzusetzen mit dem Blick durch die Windschutzscheibe. Der dreidimensionale Raum 20 ist folglich der Raum vor dem Fahrzeug im Blickfeld des Fahrers beziehungsweise des Beifahrers. Die zur Berechnung der Koordinaten benötigten Datenquellen beruhen auf Fahrzeugdaten beziehungsweise Navigationsdaten, die durch die Positionierungssensorik des Fahrzeugs, wie zum Beispiel GPS, Drehratensensoren oder Kameras aufgenommen werden.
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In 1 sind die Augen 22 des Fahrers, die mittels einer Eye-Tracking-Vorrichtung 24 verfolgt werden, zentral auf die Fahrspur 16 gerichtet und die Fahrspur 16 weist zunächst noch einen geraden Verlauf auf. Entsprechend ist der Anzeigebereich 12 der Anzeigeeinrichtung 10 zentral in einem Verschiebungsbereich 26 angeordnet.
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In 2 wird das Abbiegemanöver durch den Fahrer bereits eingeleitet. Dabei ist das Lenkrad 18 bereits etwas nach links eingeschlagen. Die Augen 22 des Fahrers des Fahrzeugs blicken in Richtung des Kurvenausgangs. In Bezug auf den Anzeigebereich 12 der Anzeigeeinrichtung 10 schaut der Fahrer des Fahrzeugs folglich in den oberen, linken Bereich des Verschiebungsbereichs 26.
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Aufgrund des detektierten Lenkwinkels und der durch das Navigationssystem vorgegebenen Route wird der Anzeigebereich horizontal, aus Sicht des Fahrers, nach links verschoben. Dadurch, dass die Augen 22 des Fahrers zusätzlich etwas nach oben blicken, wird der Anzeigebereich 12 auf Basis der erfassten Daten der Eye-Tracking-Vorrichtung 24 aus der Sicht des Fahrers nach oben verschoben. Auf diese Weise bleibt der Anzeigebereich 12 für das gesamte Abbiegemanöver im Sichtfeld des Fahrers, obwohl sich dieser auf die Führung des Fahrzeugs konzentriert.
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In 3 ist dargestellt, dass die Eye-Tracking-Vorrichtung 24 erkennt, dass die Aufmerksamkeit des Fahrers des Fahrzeugs nachlässt. Die Eye-Tracking-Vorrichtung 24 erkennt die Müdigkeit des Fahrers. Entsprechend wird in diesem Ausführungsbeispiel das virtuelle Element 14 in Form eines Abbiegehinweises vergrößert. Zusätzlich wird die Farbe des virtuellen Elements 14 verändert. Durch die plötzliche Änderung des virtuellen Elements 14 sowohl in seiner Größe als auch in seiner Farbdarstellung wird die Aufmerksamkeit des Fahrers des Fahrzeugs erhöht und er verpasst die Abbiegung nicht, obwohl seine Aufmerksamkeit in diesem Moment eventuell nicht sehr groß war.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anzeigeeinrichtung
- 12
- Anzeigebereich
- 14
- virtuelles Element
- 16
- Fahrspur
- 18
- Lenkrad
- 20
- dreidimensionaler Raum
- 22
- Augen
- 24
- Eye-Tracking-Vorrichtung
- 26
- Verschiebungsbereich
