CN1036770C - 机动车仪表、指示器平面显示方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明将机动车仪表和指示信号设计成两部分，一部分为机械调节光学信号的风挡玻璃平面显示器，另一部分为集中组合平面光电数字显示盘。提出机械调节光学信号的平面显示方法和装置，可使成像在车前20-30m之间的固定位置上，以经济的办法从根本上解决了驾车视区和仪表区的明暗差、距离差给驾车人员带来的眼睛疲劳和判断错误，使驾驶员在高速行车中更舒适和安全。

Description

本发明涉及机动车辆驾驶仓中仪表、指示器平面显示的方法和装置。

机动车辆自发明以来，给人类带来极大的进步。随看机动车辆的发展，其驾驶仓中的仪表、指示器也在不断地进步，目前大都是分立的单元化的立体表，安装在驾驶员正对面的车辆风挡玻璃下方的车体上。随着现代工业的发展，机动车辆的速度也越来越高，人对车辆的驾驶已经是一个高速运动的复杂人机***。世界各国都在认真研究这一问题，到现在还没有一个可行的廉价的实际方案。

在高速运行中，驾驶员必须高度集中，既要全神贯注于车外行车前方和四周的道路、车辆、行人、气候、地貌和事物的变化，又要密切注视车内各种仪表和指示器所显示信息的变化，而且还必须在最短的时间内作出准确地判断和正确地处理(操作)。由于车内外光照亮度不同，车外景物和车内仪表、指示器相对于驾驶员的距离不同，势必要求驾驶员眼睛的焦距尽快调整，眼睛的瞳孔尽快地调整。然而任何人都要有一个调整和适应的过程。经测试，这个时间需0.5S左右。时间越短，人眼将会越疲劳，因而产生的错误判断的几率就越高。加重了驾驶员的思想负担，对安全行车极为不利。现代生产带来交通的高速度，但速度越高，这种不安全的因素就越大。

本发明的目的在于，提出一个新的经济的方法和装置，从根本上排除车内外亮度不同，焦距不同而造成的疲劳，大大减少因此而产生的判断误差，即使驾驶员驾车更加舒适，又能尽可能降低成本，以利实用。

同样的人机***问题，在飞机飞行仪表和指示器的显示中已解决，那就是飞机仪表的平面显示技术。但如果直接把飞机上的技术移植到机动车中，其成本太昂贵，无法进入地面机动车辆的实际应用，但其基本的思路是可供参考的。这个方法是，把各种仪表和指示器的相应版面搬到驾驶员的观测窗口风挡玻璃上来，使所观察的景物和仪表提供的信息叠加在一起。这种技术能从根本上解决眼睛调焦和瞳孔调整带来的疲劳和误差。

本发明在技术上解决了以上的问题，提出了实际可行的方案，它是将电子、机械和光学技术揉为一体，充分利用廉价的电子传感器件，把分立的仪表、指示器在更小的范围内以更直接、明确的效果实现平面化的显示。机动车需要的信号很多，如果不分缓急的都在风挡玻璃显示器上摆出来，一大片，再和视区的景物叠加在一起，一定程度上会分散驾驶员的精力，而且会增加技术的复杂程度和提高成本。本发明只将最急需的仪表，指示器信号投到风挡玻璃上，其他信号将仍在车体上，以平面显示技术显示。本发明所提供的内容有两部分，既风挡玻璃平面显示技术和仍装在驾驶员正对面车体上的集中组合的平面光电数字显示盘。风挡玻璃显示器的原理图如图1，车辆仪表、指示器的信号经图像源2图像化，(把原仪表和指示器所提供的信号经传感器和电子线路变换成光信号)由反射镜甲3、物镜4所组成的光学***将信号投到风挡玻璃5上，驾驶员可以通过风挡玻璃看到距驾车最佳视区内(20m-30m)一固定距离(如25m)的路面上清晰的光学图像28，因此最急需的仪表信息便和驾驶员视区内的景物叠加在一起了。就是说把一部分行车最急需的仪表信息，从车体上搬到风挡玻璃上。

图2为图像源示意图；

平显信号板10上的图案，被灯光11、聚光镜组8和滤光镜9投向反射镜甲3，被反射出的图案经物镜4、聚焦在车前最佳视区内。为了降低成本，图像源光学镜组的调节由机械结构来完成，把平面显示板10上的信号，通过物镜4投到风挡玻璃5上。实验表明，其物镜的焦距设计在车前20m-30m的固定位置上最好，比如选在25m处。重要的是光学***是如何组成的？平面显示板10是如何提供光学信号的？本发明提供了如下的设计方案：平面显示板是一块不透明的静止板，其上设计一个行车前方最佳视区画面上的行车标志线。在行车中不论路面如何变化，如高低、宽窄、障碍等，需预先知道车辆是否能完全通过？行车标志线将在车前进行“测试”，给驾驶员一明确的预先答案。本发明是为最高车速为120km/h设计的，即33.3m/s。人视觉的判断最短时间一般为0.5s，120km/h车速在0.5s内能安全控制的距离为16.6m，即车前16，6m以内为判断易出误差区。本设计把视区设计在20m-30m的固定位置上，是有安全保证的，(如果设在30m处，允许最大车速为216km/h)。平面显示板10由行车刻度盘12和分划版13组成。分划版示意图如图3，在分划版上设计有行车标志线21，之中平行于车轴轴线48和48′，左车宽在标志线的投影为49′，右车宽在标志线的投影为49，左轮宽在标志线的投影为50′，右轮宽在标志线的投影为50，左边线63′，右边线63。

行车标志线的长度是这样计算的，(见图6)a点为视场中心(眼)的位置，b为左车宽投影到车前马路上的位置，因此a与b间的距离即物镜4的焦距f′，如果Y为眼高(眼睛到地面的距离)，则有：

L＝(f′)²-Y²

且有

H＝L²-(C/2)²

之中C为车的宽度。

即

H＝(f′)²-y²(C/2)²

如果标志线中车宽为B则有

C/B＝H/D

之中D为眼睛到风当玻璃的距离，因此有：

B＝C.D/H

 ＝C.D/(f′)²-y²(C/2)²

 ＝C.D/(f′)²-y²(C/4)²

如果标志线中的轮宽为E，则有

E＝1.D/(f′)²-y²-(1/2)²之中1为车轮的宽度。

标志线中边线63、63′与标志线车宽49、49′的交角，由下方法求得：(见图7)选定f′，得出一B₁；选定f″得出一B₂。以f′-f″求出B₁和B₂相对应的距离d，做两平行线，以车辆方向盘中心点在车宽中对应点29为标准，各取长度B，和B₂，联左边两端点的线即为左边线63′，联右边两端点的线即为右边线63，至此边线和车宽轴线48的交角完成。为了醒目，给行车标志线附以红色。在平面显示板10上还开有7个透光的窗口，它们是(见图3)左转弯指示窗17、右转弯指示窗22、燃油油量报警窗16、冷却水水温报警窗18、刹车故障报警窗19、机油油压报警窗20和行车车速窗口15。当刹车片未及时解开，形成刹车包死时报警，当燃油只剩下油箱体积的1/8时，当冷却水水温超过95c时报警，当机油油压低于2、高于4时报警。在分划版每个报警窗口和转弯指示窗口的背面都有一个信号控制盒60，盒内装有一个片型遮挡门和继电器，当报警信号由传感器传给电子控制电路，达到相应的报警点时，控制电路发出启动继电器信号，遮挡门被打开，光学镜组的光则从各自对应的窗口透过。速度刻度盘12上的数字可以从行车车速窗口随时透过。在盘上刻有透光的附着有一定色彩的0-120km/h的速度数值，车速传递***61以机械方式(如齿轮齿杆)将速度传递到车速刻度盘12上，盘上的数值0-40km/h附着以黄色，40-60km/h附着以绿色，60-120km/h附着以红色。

本发明的光学***是这样设计的(见图2)，灯光11经聚光镜组8，经滤光镜9投到平面信号板10上，再经反射镜甲3将信号投向物镜4，物镜将图像投向风挡玻璃5并聚焦在车前最佳视区之内。

本发明的集中组合平面光电数字显示盘把所要显示的仪表和指示器信号分成组，，其组数可以是一组，也可以是几组，其中显示的信号必定包括平面显示屏24，该屏显示了从风挡玻璃平面显示器的反射镜乙及光学***7投过来的光学信号。该光学信号是由反射镜甲透过的部分光信号射向反射镜乙及光学***7而产生的，反射镜乙及光学***7是由反射镜和物镜组成，并聚焦在平面显示屏24上。在集中组合平面光电数字显示盘中显示的信号有：逐次数字里程、行车数字速度、左右转弯、远光、近光、雾光灯、驻车制动、平面显示屏、累计里程、电流量、水温温度、燃油量、机油油压、刹车信号、倒车信号、停车信号、门灯等。本发明所提出的风挡玻璃显示器和集中组合平面光电数字显示盘所显示的信号及集中组合平面光电数字显示盘所采用的组数，要根据需要来确定，根据需要从新排列组合。本发明所提的电流量显示器32、冷却水水温显示器33、燃油油量显示器43、机油油压显示器35是由发光二极管为基件多件(如8件)组成的跃变量化带状显示器，其原理是，各传感器将各自信号的变化送到电子仪器控制电路中，而电子仪器使各相应变化后的信号去触发各自相应的发光二极管。本发明把机动车辆仪表和指示信号分成两部分，一部分是风挡玻璃显示器，通过它的传感器和显示信号板，把一些信号变成光学信号，而风挡玻璃显示器中的光学***是由机械***调节的；另一部分是集中组合平面光电数字显示盘，通过此盘的传感器把另外的信号变成平面的光电信号和数字显示信号并显示出来。

由于本发明从根本上解决了视区亮，仪表区暗的亮度差，解决了视区和仪表区的距离差，因此大大减少判断的错误，加上显示盘集中平面数字化，使驾驶员更加舒适、安全。更重要的是，从经济角度来说，本发明是当今社会所可以接受的。本发明在一定时间内，将会给社会带来福利。

本发明的附图和图中各标号的含意如下：

图1为：机动车风挡玻璃平面显示原理示意图；

图中各标号为：机械调节光学***1、图像源2、反光镜甲3、物镜4、风挡玻璃5、物镜焦点28。

图2为：图像源示意图；

图中各标号为：反射镜乙及镜组7、聚光镜组8、滤光镜9、平显信号板10、灯光11、行车刻度盘12、分划板13、壳体14、反光镜甲3、图像源2、物镜4。

图3为：分划版示意图；

图中各标号为：行车车速窗15、燃油油量报警窗16、左转弯指示窗17、右转弯指示窗22、冷却水水温报警窗18、刹车故障报警窗19、机油油压报警窗20、行车标志线21、轴线48、车宽在左边的投影49′、车宽在右边的投影49、轮宽在左边的投影50′、轮宽在右边的投影50、左边线63′、右边线63。

图4为：集中组合平面光电数字显示盘示意图；

图中各标号为：左显示器组23、右显示器组25、平面显示屏24、逐次数字里程表26、行车数字速度表27、左转信号43、远光灯44、近光灯45、雾光灯46、驻车制动47、字符亮度调节钮甲30、字符亮度调节钮乙42、累计数字里程表41、画面位置调整钮31、电流量显示器32、冷却水水温显示器33、燃油油量显示器34、机油油压显示器35、右转信号36、刹车信号37、倒车信号38、停车信号39、门灯信号40。

图5为：风挡玻璃平面显示器示意图；

图中各标号为：仓盖51、仓座52、信号控制盒60、光信号盒53、反射镜纵向调节杆54、调节钮55、反射镜甲一号调节器56、合成物镜组57、备用灯58、反射镜甲二号调节器59、信号控制盒60、车速传递***61、电源***62、聚光镜组8、灯光11、平显信号板10、滤光镜9、反射镜乙及光学***7、反射镜甲3。

图6为：行车标志线计算法示意图；

图7为：行车标志线画法示意图。

本发明的实施例如图5、图4、图5所组成。

Claims (8)

1.机动车辆的仪表和指示器的显示方法，机动车辆的仪表和指示器，都安装在驾驶员正前方车辆风挡玻璃下方的车体上，由分立的仪表器件组成，本发明在方法上的特征是：把这些仪表和指示器分为两部分，一部分为风挡玻璃平面显示器，它是经过传感器的变换，把仪表和指示器信号变为光信号，由光学镜组和器件将信号投到风挡玻璃上，将仪表和指示器信号与驾驶员驾车时所观察到的视区内所存在的事物迭加在一起；另一部分仍装在驾驶员正前方的车体上，组成集中组合平面光电数字显示盘，这个平面显示器是：一个光学镜组，通过机械机构的调节，把平显信号板(10)的信号经物镜(4)投到风挡玻璃上，风挡玻璃将其反射到驾驶员的眼中，由于光学***的设计，使之成像在车前20m-30m之间的固定位置上；而平显信号板(10)上引入成像行车标志线(21)，其成像在车前20m-30m之间的固定位置上，比如25m，其标志线轴线(48)和(48′)是一根平行于车轴的轴线，车身右边投影(49)，车身左边投影(49′)，右车轮投影(50)，左车轮投影(50′)，(49)和(49′)之间的宽度是车身宽度在车前25m处之投影；(50)和(50′)之间的宽度是车轮宽度在车前25m处的投影。

2.根据权利要求1所述的方法，其行车标志线的特征在于，其长度的计算方法上是：

B＝C.D/(f′)²-y²-(C/2)²式中f′为物镜的成像焦距

C为本机动车车身的宽度

Y为驾驶员眼睛到地面的高度

D为驾驶员眼睛到风挡玻璃的距离

B为标志线上车身的宽度

同样，标志线车轮的宽度由下公式计算：

E＝1.D/(f′)²-y²-(1/2)²式中1为本机动车车轮的宽度

E为标志线上车轮的宽度

标志线边线角度的画法如下：取f′作-B，取f″作-B，以f′和f″之差，求出B和B相对应的距离d，做两平行线，以方向盘中心点在车宽中所对应的点29为标准，取线长各为B、B，联两线端点，此左右联线和B的交角，即为标志线边线的角度。

3.机动车的仪表和指示器平面显示装置，在结构上它是由两部分组成的，一部分是车辆的仪表和指示的警报信号和本车辆自身的宽度，通过光学装置投放到风挡玻璃上并聚焦在车前30m左右的风挡玻璃平面显示器，它是由壳体(14)、光源盒(2)、半透明的反射镜甲(3)、物镜(4)、显示屏、成象物平面***、聚光镜组(8)、滤光镜(9)、灯光(11)组成；另一部分是把车辆仪表和指示器所提供的信号，经过传感器和电子线路变换成光信号的集中组合平面光电数字显示盘，其特征在于：

a)风挡玻璃平面显示器的显示屏就是该车的风挡玻璃(5)，位于半透明的反射镜甲(3)后面设置有反射镜乙及镜组(7)，成象物平面***是平显信号板(10)；

b)集中组合平面光电数字显示盘，根据需要可以是一组，也可以是几组(如三组)显示组组成，其中必定包括用来接收风挡玻璃平面显示器中反射镜乙及镜组(7)射出信号的平面显示屏(24)。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征是：其光学装置的一种设计包括以下部件：由仓盖(51)和仓座(52)组成的壳体(14)、信号控制盒(60)、光信号盒(53)、反射镜纵向调节杆(54)、调节纽(55)、反射镜甲一号调节器(56)、合成物镜(57)、备用灯(58)、反射镜甲二号调节器(59)、信号控制盘(60)、车速传递***(61)、反射镜乙及镜组(7)、电源***(62)、风挡玻璃(5)。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：其平显信号板(10)是由车速刻度盘(12)和分划板(13)所组成，其分划板是一块不透光的静止板，在其上刻有透光的行车标志线(21)，并附着以红色，刻有透光的左转弯指示窗(17)、右转指示窗(22)、燃油油量报警窗(16)、冷却水水温报警窗(18)、刹车故障报警窗(19)、机油油压报警窗(20)、及行车车速窗(1 5)，并附着以相应的鲜明透光的颜色；车速刻度盘(12)刻有透光的鲜明色彩的0-120km/h速度数值，车速传递***(61)以机械方式(如齿轮齿杆)将速度传递到车速刻度盘，盘上的数值0-40km/h是黄色的，40-60km/h是绿色的，60-120km/h是红色的。

6.根据权利要求3所述的装置，其特征是：集中组合平面光电数字显示盘的一种设计是，一个盘由三组组成，分别为左显示器组(23)、右显示器组(25)和平面显示屏(24)，左显示器组显示的信号为：逐次数字里程表(26)、行车数字速度表(27)、左转信号(43)、远光灯(44)、近光灯(45)、雾光灯(46)、驻车制动(47)、字符亮度调节钮甲(30)；平面显示屏(24)显示信号为：字符亮度调节钮乙(42)、累计里程表(41)、画面位置调节钮(31)；右显示器组显示的信号为：电流量显示器(32)、冷却水水温显示器(33)、燃油油量显示器(34)、机油油量显示器(35)、右转信号(36)、刹车信号(37)、倒车信号(38)、停车信号(39)和门灯信号(40)。

7.根据权利要求4或6所述的装置，其特征在于：风挡玻璃平面显示器和集中组合平面光电数字显示盘中所显示的车轮仪表及指示器的各种参数信号，可以根据需要重新排列和组合。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：电流量显示器(32)、冷却水水温显示器(33)、燃油油量显示器(34)、机油油压显示器(35)是由发光二极管为基件，多件(如8件)组成的跃变量化带状显示器。

Images