DE102015205868A1

DE102015205868A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015205868A1
Application number: DE102015205868.9A
Authority: DE
Inventors: Mark Riebe
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2016-10-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten (O1, O2, O3) mithilfe einer Anzeigeeinrichtung (4) auf einer Abbildungsfläche (P), insbesondere mithilfe einer Blickfeldanzeigeeinrichtung auf einer Projektionsfläche einer Windschutzscheibe (5) eines Kraftfahrzeugs (1), mit folgenden Schritten: – Darstellen (S1) der darzustellenden Objekte (O1, O2, O3) auf der Abbildungsfläche (P) in einer von einer Betrachterposition abhängigen Anordnung, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt; – Ermitteln (S2) einer auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs (1); – Aktualisieren (S3, S4, S1) der Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Anzeigevorrichtungen, wie beispielsweise Blickfeldanzeigevorrichtungen, insbesondere ein HUD (Head-up-Display) in einem Kraftfahrzeug, und insbesondere Verfahren zur Verbesserung einer räumlichen Wahrnehmung von durch die Anzeigeeinrichtung angezeigten Objekten.
Technischer Hintergrund
Mit Hilfe von Anzeigevorrichtungen werden in einem Kraftfahrzeug in der Regel Betriebszustände, Navigationsdaten bzw. Fahrempfehlungen und/oder sonstige Informationen des Fahrerassistenzsystems, wie beispielsweise ein Auswahlmenü und dergleichen, angezeigt. Mit Blickfeldanzeigevorrichtungen können diese Informationen in das Sichtfeld des Fahrers eines Kraftfahrzeugs eingeblendet werden.
Blickfeldanzeigevorrichtungen, die die Windschutzscheibe als Abbildungsfläche verwenden, werden üblicherweise Head-up-Displays genannt. Head-up-Displays haben den Vorteil, dass der Fahrer den Blick nicht von der vorausliegenden Fahrbahn abwenden muss, um eine visuelle Information zu erfassen. Herkömmliche Blickfeldanzeigevorrichtungen projizieren zudem auf der Windschutzscheibe ein Bild, bei dem für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildebene sich über der Motorhaube des Kraftfahrzeugs befindet. Auf diese Weise muss der Fahrer zum Wahrnehmen des vorausliegenden Verkehrsgeschehens und des angezeigten Bildes nicht refokussieren.
Es ist weiterhin bekannt, neben den für die Anzeige von statischer Information verwendeten Bildebenen, wie beispielsweise zur Darstellung der Betriebszustände des Kraftfahrzeugs, auch weitere Bildebenen bereitzustellen, in denen eine so genannte kontaktanaloge Information dargestellt werden kann. Eine kontaktanaloge Information ist an ein reales Objekt im Sichtfeld des Fahrers gebunden und wird abhängig von der Bewegung des Kraftfahrzeugs immer so dargestellt, dass es mit dem realen Objekt gemeinsam wahrgenommen wird. Dies kann beispielsweise ein auf die vorausliegende Fahrbahn projizierter Pfeil, eine visuelle Hervorhebung von vorausfahrenden Fahrzeugen, das Einblenden von Straßennamen auf querende oder einmündende Fahrbahnen und dergleichen sein. Die kontaktanalogen Bildobjekte werden dabei als zur Fahrszene zugehörig wahrgenommen, da diese in ihrer Form, Lage und Bewegung an die reale Bewegung der Objekte aus Sicht des Fahrers angepasst werden. Die zur Darstellung der kontaktanalogen Objekte verwendete Bildebene weicht üblicherweise von der Bildebene für die Anzeige der statischen Information ab. So kann ein räumlicher Eindruck der durch die Anzeigeeinrichtung dargestellten Objekte entstehen.
Aus der Druckschrift DE 10 2009 045 169 A1 ist eine Anzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug in Form einer HUD-Anzeige beschrieben. Die Anzeigevorrichtung umfasst eine Auswerteeinheit, die bei Erfassen einer Kopf- und/oder Augen- und/oder Pupillenbewegung und/oder einer Veränderung der Blickrichtung Positionen von Bildobjekten einer ersten Objektkategorie derart verändert, dass die Bildobjekte kontaktanalog zu realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers erscheinen. Positionen von Bildobjekten einer zweiten Objektkategorie werden unabhängig von realen Objekten im Sichtfeld des Fahrers durch die Auswerteeinheit derart verändert, dass für den Fahrer der Eindruck entsteht, dass die Bildobjekte in einem Abstand vor der Projektionsfläche liegen, welcher geringer oder größer ist als der Abstand einer Bildebene des virtuellen Bildes von der Projektionsfläche. Insbesondere ist beschrieben, dass die Anzeigevorrichtung eine Kompensationseinrichtung umfassen kann, durch welche bei Erfassen einer Eigenbewegung des Fahrzeugs Positionen von Bildobjekten der ersten Objektkategorie innerhalb des virtuellen Bildes derart verändert werden, dass die Eigenbewegungen des Fahrzeugs kompensiert werden, wohingegen die Positionen der Bildobjekte der zweiten Objektkategorie nicht beeinflusst werden.
Auch aus der Druckschrift WO 2013/113348 ist eine Projektionsanzeigevorrichtung für ein Kraftfahrzeug offenbart, bei dem ein auf eine Projektionsfläche projiziertes Bild abhängig von einer Eigenbewegung der Projektionsfläche aufgrund einer Bewegung des Kraftfahrzeugs für die Darstellung von Objekten kompensiert wird.
Eine Möglichkeit, ein Objekt quasi räumlich darzustellen, besteht darin, die in der Regel zweidimensionale Darstellung abhängig von einer Bewegungsparallaxe zu verändern. Dabei wird abhängig von einer Veränderung eines Blickpunkts des Betrachters eine unterschiedlich relative Verschiebung von in Blickrichtung übereinanderliegenden Objekten vorgenommen. Je weiter beispielsweise das Objekt darstellende Bild von dem Auge des Betrachters entfernt ist, desto größer ist die Bewegung des darzustellenden Objekts. Durch eine geringe Bewegung des Auges des Betrachters quer zur Blickrichtung kann bei einer entsprechenden relativen Verschiebung der darzustellenden Objekte ein räumlicher Eindruck für den Betrachter erreicht werden. Dazu ist jedoch die Erfassung der Kopf- bzw. Augenposition notwendig, da nur so die Blickrichtung des Betrachters bestimmt werden kann. Kameras oder sonstige Detektoren, die die Kopfposition bzw. Augenposition eines Fahrers in einem Kraftfahrzeug für eine räumliche Darstellung von Objekten mit Hilfe eines HUD-Displays ermöglichen, sind jedoch aufwendig und erfordern aufgrund der benötigen Mustererkennung eine hohe Rechenkapazität.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeigevorrichtung in einem Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 1 sowie eine Anzeigesteuereinheit und eine Anzeigeeinrichtung gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten mithilfe einer Anzeigeeinrichtung auf einer Abbildungsfläche, insbesondere mithilfe einer Blickfeldanzeigevorrichtung, auf einer Projektionsfläche in einem Kraftfahrzeug, vorgesehen, mit folgenden Schritten:

– Darstellen der darzustellenden virtuellen Objekte auf der Abbildungsfläche in einer von einer Betrachterposition abhängigen Anordnung, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt;
– Ermitteln einer auf einen Kopf des Betrachters wirkenden Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs;
– Aktualisieren der Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft.

Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, eine quasi räumliche Darstellung von virtuellen Objekten auf einer Abbildungsfläche zu erreichen, indem die relative Lage der Objekte basierend auf einer Bewegungsparallaxe einer Blickrichtung des Fahrers angepasst wird. Da dazu die Kenntnis der Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition notwendig ist, werden in herkömmlichen Systemen Kameras bzw. Detektoren zum Erfassen der Kopf- oder Augenposition des Fahrers vorgesehen. Dies ist technisch aufwendig und es wird mit dem obigen Verfahren vorgeschlagen, die Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition des Fahrers indirekt von Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs abzuleiten bzw. abzuschätzen. Insbesondere Sensor- oder Steuergrößen, die physikalische Größen betreffen, die zu einer Krafteinwirkung auf den Fahrer führen, wie z.B. Größen, die eine Längsbeschleunigung und/ oder Querbeschleunigung des Fahrzeugs angeben, können hierfür benutzt werden.
Längs- oder Querbeschleunigungen des Kraftfahrzeugs bewirken Längs- oder Querkräfte, die sich über den Fahrersitz auf den Fahrer übertragen und zumindest kurzzeitig zu einer Bewegung dessen Kopfes führen. Dadurch ändern sich der Blickpunkt des Fahrers und folglich die Wahrnehmung einer Überlappung von gleichzeitig in verschiedenen virtuellen Bildebenen angezeigten Objekten. Basierend auf den die Längs- und/oder Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmenden Sensor- oder Steuergrößen kann mit Hilfe eines geeigneten Algorithmus die Änderung der Kopf-, Augen- bzw. Blickpunktposition abgeschätzt werden. Diese dient dann als Grundlage für die Ermittlung der relativen Verschiebungen der durch die Anzeigeeinrichtung darzustellenden virtuellen Objekte je nachdem, in welchem Abstand vom Auge des Fahrers diese dargestellt werden sollen. Auf Grundlage der Kraft, die aufgrund einer Änderung von kraftwirkenden Zustandsgrößen auf den Kopf des Fahrers im Kraftfahrzeug wirkt, kann also die Darstellung des projizierten Bildes durch die Anzeigeeinrichtung angepasst werden, so dass verschiedene, in mehreren visuellen Bildebenen darzustellende Objekte relativ zueinander verschoben werden.
Weiterhin kann die mindestens eine Zustandsgröße eine Sensorgröße zur Erfassung eines Fahrzeugzustands und/oder eine Steuergröße zum Steuern einer Fahrzeugfunktion umfassen.
Insbesondere kann die Zustandsgröße eine Größe angeben, die mit einer auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft korreliert.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zustandsgröße eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, und/oder eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, und/oder einen Lenkwinkel eines Lenksystems des Kraftfahrzeugs umfasst.
Weiterhin kann die Richtung der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft ermittelt werden, wobei ein näheres der darzustellenden Objekte in einer zu der Richtung des auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft entgegengesetzten Richtung bezüglich eines weiter entfernt darzustellenden Objektes entsprechend der relativen Verschiebung versetzt wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Anordnung des oder der am weitest entfernt darzustellenden Objekte von der Zustandsgröße unabhängig sein.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Anordnung des oder der am nächsten darzustellenden Objekte von der Zustandsgröße unabhängig sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinheit zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten, insbesondere mithilfe einer Projektionseinheit, auf einer Abbildungsfläche in einem Kraftfahrzeugs vorgesehen. Die Steuereinheit ist ausgebildet,

– um zu veranlassen, die darzustellenden virtuellen Objekte in einer von der Betrachterposition abhängigen Anordnung abzubilden, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt;
– eine auf einen Kopf des Betrachters wirkende Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs zu ermitteln; und
– die Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft zu aktualisieren;

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Anzeigeeinrichtung zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten insbesondere auf einer Abbildungsfläche in einem Kraftfahrzeugs vorgesehen, umfassend:

– eine Anzeigeeinheit, die ausgebildet ist, um die darzustellenden virtuellen Objekte abzubilden;
– eine Steuereinheit, die ausgebildet ist,
– die Anzeigeeinheit zu veranlassen, die darzustellenden virtuellen Objekte in einer von der Betrachterposition abhängigen Anordnung abzubilden, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt;
– eine auf den Kopf des Betrachters wirkende Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs zu ermitteln; und
– die Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft zu aktualisieren.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Blickfeldanzeigeeinrichtung;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Betreiben der Blickfeldanzeigeeinrichtung; und
3 eine schematische Darstellung von angezeigten Objekten auf verschiedenen virtuellen Bildebenen bei einer Bewegung des Blickpunkts des Fahrers.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Antriebssystem 2, das über ein entsprechendes Steuergerät 3 betrieben wird. Das Steuergerät 3 steuert das Antriebssystem 2 so an, dass dieses ein Antriebsmoment entsprechend eines vom Fahrer vorgegebenen Fahrerwunschmoments bereitstellt. Dazu erfasst oder erhält das Steuergerät 3 Sensorinformationen über Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs 1. lt.
Zur Darstellung von Informationen über Betriebszustände des Kraftfahrzeugs bzw. einer umgebungsabhängigen Information ist eine Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 mit einer Steuereinheit 41 und einer als Projektionseinheit 42 ausgebildeten Anzeigeeinheit vorgesehen. Die Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 ist als HUD-Anzeige ausgebildet, bei der ein Abschnitt 51 einer Windschutzscheibe 5 als eine Projektionsfläche P, die eine Abbildungsfläche darstellt, benutzt wird. Grundsätzlich kann als Anzeigeeinheit jegliche Art einer grafischen Anzeigeeinrichtung mit einer Abbildungsfläche vorgesehen werden, auf der einem Fahrer eine Information, wie z.B. Betriebszustände, Navigationsdaten bzw. Fahrempfehlungen und/oder sonstige Informationen des Fahrerassistenzsystems, wie beispielsweise ein Auswahlmenü und dergleichen, angezeigt werden können.
Die Projektionseinheit 42 der Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 projiziert ein Bild auf die Projektionsfläche P, das zumindest teilweise in Richtung des Fahrers reflektiert wird. Die Projektionsfläche P dient somit als Abbildungsfläche für eine einem Fahrer 6 darzustellende Abbildung. Auf diese Weise wird das projizierte Bild mit dem realen Bild in Blickrichtung des Fahrers 6 kombiniert und überlagert dieses. Die Darstellung des projizierten Bildes auf der Projektionsfläche P erfolgt üblicherweise so, dass der Fahrer 6 das Bild in einer Bildebene B sieht, die sich über einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs in einem Abstand von etwa 2 bis 3 m von dem Blickpunkt des Fahrers, d.h. der Augenposition des Fahrers, befindet. Bei einer einfachen Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 kann das Bild nur in einer einzigen virtuellen Bildebene B abgebildet werden.
Die Bildebene B dient dazu, statische Informationen über den Betriebszustand des Kraftfahrzeugs darzustellen, so dass Objekte auf den Bildebenen B dargestellt werden, dass sie ein reales Objekt in Blickrichtung des Fahrers überlagern, wie z.B. einen Fahrtrichtungspfeil auf einer vorausliegenden Fahrbahn oder eine Umrahmung oder sonstige Markierung eines sich in Blickrichtung des Fahrers befindlichen weiteren Verkehrsteilnehmers. Da die Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 nur die Möglichkeit zur Darstellung auf einer einzigen oder nur wenigen Bildebenen B aufweist, kann eine räumliche Darstellung von mehreren Objekten nur indirekt erreicht werden.
In Verbindung mit der schematischen Darstellung der 2 wird das Verfahren zum quasi räumlichen Darstellung von Objekten durch die Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 erläutert. Das Verfahren zum Erreichen eines räumlichen Eindrucks von mehreren in verschiedenen virtuellen Bildebenen angeordneten dazustellenden Objekten O1, O2, O3 besteht darin, die einzelnen Objekte O1, O2, O3 bezüglich einer Bewegungsparallaxe des Blickpunkts des Auges 7 des Betrachters relativ zueinander zu verschieben. Dabei erfolgt eine Verschiebung der einzelnen Objekte O1, O2, O3 abhängig von der virtuellen Bildebene, in der das jeweilige Objekt O1, O2, O3 dargestellt werden soll. Beispielsweise kann je näher sich die virtuelle Bildebene für das darzustellende Objekt O1, O2, O3 am Auge des Betrachters (d.h. mit je weniger Abstand vom Auge des Fahrers) befindet, eine entsprechende laterale und horizontale Relativbewegung zu den Objekten, die in weiter entfernten virtuellen Bildebenen angezeigt werden sollen, umso größer erfolgen.
Alternativ kann eine entsprechende laterale und horizontale Relativbewegung zu den Objekten, die in weiter entfernten virtuellen Bildebenen angezeigt werden sollen, umso geringer sein, je näher sich die virtuelle Bildebene für das darzustellende Objekt O1, O2, O3 am Auge des Betrachters (d.h. mit je weniger Abstand vom Auge des Fahrers) befindet,.
In der Mitte sind drei Objekte O1, O2, O3 in entsprechenden ersten bis dritten virtuellen Bildebenen B1, B2, B3 angeordnet, wobei die erste virtuelle Bildebene B1 sich am nächsten zu dem Auge 7 des Betrachter und die dritte virtuelle Bildebene B3 sich am weitesten entfernt zu dem Auge des Betrachters befindet. Die Objekte O1, O2, O3 sind lediglich veranschaulichend als Kreis, Rechteck und Dreieck dargestellt und allgemein können Objekte durch die Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 in jeglicher Form und Ausfüllung dargestellt werden.
Ein Betrachter an einer ursprünglichen Betrachtungsposition P1 nimmt wahr, dass sich die hintereinander angeordneten Objekte O1, O2, O3 teilweise in Blickrichtung überlappen. Dies ist als entsprechendes ursprüngliches 2D-Bild A1 dargestellt. Bei einer Bewegung des Blickpunkts, d.h. des Auges des Betrachters, zu einer nach rechts verschobenen Betrachtungsposition P2 ändert sich das dargestellte Bild zu einem Rechtsverschiebungs-Bild A2. Dazu wird das erste Objekt O1 in der ersten virtuellen Bildebene B1 am weitesten relativ zu den übrigen Objekten O2, O3 nach links verschoben und das zweite Objekt O2, das in der zweiten virtuellen Bildebene B2 dahinter angeordnet ist, mit einer entsprechend geringeren Verschiebung nach links verschoben. Die relative Verschiebung der näher liegend darzustellenden Objekte O1, O2 erfolgt allgemein in die der Bewegung des Blickpunkts entgegengesetzte Richtung.
Bei der relativen Verschiebung kann eines der Objekte als Bezugsobjekt angenommen werden. Die Position des Bezugsobjektes wird dabei nicht von der Betrachtungsposition abhängig dargestellt. Es werden lediglich die übrigen sich auf anderen virtuellen Bildebenen befindlichen virtuellen Objekte relativ zu dem Bezugsobjekt verschoben. So kann die Position bzw. die Anordnung des oder der am weitest entfernt darzustellenden Objekte von der Zustandsgröße unabhängig sein und die übrigen näheren Objekte entsprechend den zugeordneten relativen Verschiebungen dargestellt werden. Alternativ kann die Position bzw. die Anordnung des oder der am nächsten darzustellenden Objekte von der Zustandsgröße unabhängig sein und die übrigen weiter entfernt darzustellenden Objekte entsprechend den zugeordneten relativen Verschiebungen dargestellt werden. Im Unterschied zur vorhergehenden Alternative werden die weiter entfernt darzustellenden Objekte dann in Richtung der Bewegung des Kopfes verschoben.
Gemäß einer weiteren Alternative kann die Position bzw. die Anordnung des oder der in einer ausgewählten virtuellen Bildebene darzustellenden Objekte von der Zustandsgröße unabhängig sein und die übrigen darzustellenden Objekte entsprechend den zugeordneten relativen Verschiebungen dargestellt werden.
Entsprechend wird bei einer Bewegung des Auges des Betrachters nach links in eine nach links verschobene Betrachtungsposition P3 das erste Objekt O1 mit der größten relativen Verschiebung nach rechts und das zweite Objekt O2 mit einer dazu geringeren relativen Verschiebung nach rechts jeweils gegenüber dem am weitesten entfernt liegenden dritten Objekt O3 verschoben.
Bei einer Bewegung der Betrachtungsposition in vertikaler Richtung erfolgt eine entsprechende relative Bewegung der Objekte O1, O2, O3 zueinander in vertikaler Richtung.
Da das Maß der relativen Verschiebung der einzelnen Objekte O1, O2, O3 in dem durch die Blickfeldanzeigeeinrichtung 4 dargestellten 2D-Bildes die Bewegung des Auges 7 des Betrachters erkannt und quantifiziert werden muss, kann vorgesehen sein, eine relative laterale und/oder vertikale Bewegung des Kopfs bzw. des Auges 7 des Fahrers 6 zu erkennen, um die entsprechenden Positionen bzw. die relativen Verschiebungen der einzelnen Objekte O1, O2, O3 in der dargestellten Abbildung anzupassen. Es wurde erkannt, dass eine relative Erkennung einer Bewegung des Kopfes zur Bestimmung des Maßes der relativen Verschiebung der Objekte ausreicht. So kann bei einer kontinuierlichen Anpassung der Positionen der Objekte O1, O2, O3 in der dargestellten Abbildung durch die während einer Fahrt in der Regel kontinuierlich auftretende Bewegung des Kopfes des Fahrers eine kontinuierliche relative Bewegung der einzelnen Objekte O1, O2, O3 zueinander in der dargestellten Abbildung erreicht werden, wodurch ein räumlicher Eindruck erreicht werden kann.
Bisherige technische Ansätze zur Erfassung einer Kopfposition bzw. Augenposition beruhen häufig auf einem auf den Kopf des Fahrers gerichteten Kamerasystem und sind daher aufwendig. Es ist daher vorgesehen, die Kopfposition mit Hilfe von im Kraftfahrzeug vorhandenen Zustandsgrößen, wie beispielsweise Sensorgrößen oder Stellgrößen, zu erfassen, die zu Kräften auf den Kopf des Fahrers in lateraler und/oder in vertikaler Richtung führen.
Das Steuergerät 3 zur Steuerung des Antriebssystems ist häufig mit Beschleunigungssensoren 31 verbunden, die eine Längsbeschleunigung und eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs 1 detektieren und entsprechend das Antriebssystem 2 betreiben. Die Beschleunigungssensoren 51 können sich im Steuergerät 3 oder extern dazu befinden, wie beispielsweise in einem (nicht dargestellten) Fahrerassistenzsystem. Diese eine Längs- und/oder Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs angebenden Zustandsgrößen führen zu einer entsprechenden Kraft, die auf den Fahrer und insbesondere auf den Kopf des Fahrers wirkt, so dass diese Sensorgrößen als kräfteangebende Zustandsgrößen verwendet werden können.
Üblicherweise führt das Wirken solcher Kräfte, jedoch insbesondere der Querkräfte (Kräfte in Querrichtung), zu einer Seitenbewegung des Kopfes und damit des Blickpunkts des Auges 7 des Fahrers 6, so dass eine Korrelation zwischen einer Beschleunigung des Kraftfahrzeugs und der Position des Kopfes des Fahrers besteht. Diese Korrelation kann durch ein geeignetes Modell ermittelt bzw. vorgegeben werden, so dass durch direkte Auswertung von eine Längs- und/oder Querbeschleunigung angebenden Zustandsgrößen im Kraftfahrzeug die Kopfposition des Fahrers abgeschätzt werden kann.
Weiterhin kann eine Lenkstellung eines Lenksystems 8 des Kraftfahrzeugs 1 zu einer Querbeschleunigung korreliert werden. Insbesondere in Verbindung mit der Fahrzeuggeschwindigkeit kann ein Lenkeinschlag (Lenkwinkel) zu einer Zentrifugalkraft, die lateral auf den Kopf des Fahrers wirkt, führen. Auch kann bei einem Lenkwinkel, der von einem einer Geradeausfahrt des Kraftfahrzeugs entsprechenden Lenkwinkel abweicht, eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit (Fahrzeugbeschleunigung) zu einer entsprechenden Änderung der Zentrifugalkraft führen. Auf diese Weise kann aus dem Lenkwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit eine Position des Kopfes bzw. eine Bewegung des Kopfes abgeleitet werden kann. Anstelle des Lenkwinkels kann auch das auf ein Lenkrad aufgebrachte Fahrerhandmoment als Zustandsgröße für die Bestimmung einer Querbeschleunigung und damit einer Querkraft, die auf den Kopf des Fahrers wirkt, angenommen werden.
In dem Flussdiagramm der 3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Anzeigeeinrichtung in einem Kraftfahrzeug schematisch dargestellt.
In Schritt S1 werden mehrere Objekte O1–O3 auf der virtuellen Bildebene B bezüglich einer angenommenen Betrachterposition, d.h. einer angenommenen Augen-, Blickpunkts- bzw. Kopfposition des Fahrers, als eine projizierte Abbildung angezeigt. Die Objekte O1, O2, O3 sind beispielhaft den virtuellen Bildebenen B1, B2, B3 zugeordnet und können sich überlappen bzw. überlappend angezeigt werden.
In Schritt S2 werden auf den Kopf des Fahrers wirkende Kräfte durch geeignete Zustandsgrößen im Kraftfahrzeug ermittelt, wie z.B. durch Angaben zu Längs- oder Querbeschleunigung von Beschleunigungssensoren oder einem Lenkwinkel oder dergleichen. Beispielsweise können Beschleunigungssensoren im Steuergerät 3 vorgesehen oder mit diesem verbunden vorgesehen sein.
In Schritt S3 wird basierend auf der auf den Kopf des Fahrers wirkenden Kraft eine entsprechende Bewegung des Kopfes geschätzt, d.h. ein Bewegungsvektor K ermittelt. Dies kann basierend auf einem vorgegebenen z.B. empirisch ermittelten Kopfbewegungsmodell erfolgen, das auch eine Gegenbewegung als Reaktion des Fahrers auf die Auslenkung des Kopfes berücksichtigt.
Aus der geschätzten Bewegung des Kopfes (Kopfgeschwindigkeit/Kopfbeschleunigung) entsprechend dem Bewegungsvektor K kann eine aktualisierte geschätzte Kopfposition in Schritt S4 ermittelt werden. Die aktualisierte Kopfposition kann in an sich bekannter Weise in eine entsprechende Darstellung der einzelnen darzustellenden Objekte O1–O3 an entsprechenden Positionen umgesetzt werden. Durch die Änderung der Kopfposition ergibt sich entsprechend eine Änderung der relativen Positionen der Objekte O1–O3 zueinander, d.h. eine entsprechende relative Verschiebung V1, V2. Auf die auf der Bildebene B darzustellenden Objekte O1–O3, die verschiedenen virtuellen Bildebenen B1, B2, B3 zugeordnet werden sollen, wird nun jeweils ein Verschiebungsvektor V1, V2 angewendet, der eine zum Kopfbewegungsvektor der Bewegung des Kopfes entgegengesetzte Richtung aufweist und einen Betrag aufweist, der von dem Abstand der virtuellen Bildebene des betreffenden Objekts O1, O2, O3 und dem Betrag des relativen Bewegungsvektors V1, V2 abhängt. Auf diese Weise erfolgt eine von der Lage der virtuellen Bildebene B1, B2, B3 abhängige relative Verschiebung V1, V2 jedes der Objekte O1, O2, O3, wobei das Objekt auf der nächstliegenden virtuellen Bildebene entsprechend einem größten Verschiebungsweg verschoben wird.
Das obige Verfahren wird zyklisch durchgeführt, so dass die schwankenden Längs- und Querbeschleunigungen, denen das Kraftfahrzeug während einer Fahrt ausgesetzt ist, zu leichten relativen Verschiebungen der anzuzeigenden Objekte O1, O2, O3 führt, so dass ein räumlicher Eindruck der Objekte entsteht, wenn diese auf verschieden virtuellen Bildebenen angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die Zustandsgrößen des Kraftfahrzeugs auch von einer nicht fest in dem Fahrzeug montierten Einrichtung erfasst werden, wie z.B. von einem Mobilgerät, das mit der Anzeigeeinrichtung 4 verbunden ist. Da moderne Mobilgeräte häufig 3D-Beschleunigungssensoren aufweisen, kann Fahrzeugbeschleunigung in Längs- als auch in Querrichtung in einfacher Weise durch ein solches Mobilgerät erfasst werden und entsprechende Angaben an die Anzeigeeinrichtung 4 übermittelt werden. Die so erfassten Beschleunigungsangaben können dann entsprechend in Längs- und Querkräfte, die auf den Kopf des Fahrers wirken, umgerechnet werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Antriebssystem
3: Steuergerät
4: Blickfeldanzeigeeinrichtung
41: Steuereinheit
42: Projektionseinheit
5: Windschutzscheibe
6: Fahrer
7: Auge
8: Lenksystem
P: Projektionsfläche
B: Bildebene
B1, B2, B3: virtuelle Bildebenen
O1, O2, O3: virtuelle Objekte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009045169 A1 [0005]
WO 2013/113348 [0006]

Claims

Verfahren zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten (O1, O2, O3) mithilfe einer Anzeigeeinrichtung (4) auf einer Abbildungsfläche (P), insbesondere mithilfe einer Blickfeldanzeigeeinrichtung auf einer Projektionsfläche einer Windschutzscheibe (5) eines Kraftfahrzeugs (1), mit folgenden Schritten: – Darstellen (S1) der darzustellenden Objekte (O1, O2, O3) auf der Abbildungsfläche (P) in einer von einer Betrachterposition abhängigen Anordnung, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt; – Ermitteln (S2) einer auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs (1); – Aktualisieren (S3, S4, S1) der Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Zustandsgröße eine Sensorgröße zur Erfassung eines Fahrzeugzustands und/oder eine Steuergröße zum Steuern einer Fahrzeugfunktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zustandsgröße eine Größe angibt, die mit einer auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft korreliert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zustandsgröße eine Längsbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1), und/oder eine Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs (1), und/oder einen Lenkwinkel eines Lenksystems (8) des Kraftfahrzeugs (1) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Richtung der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft ermittelt wird, wobei ein näheres der darzustellenden Objekte (O1, O2, O3) in einer zu der Richtung des auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft entgegengesetzten Richtung bezüglich eines weiter entfernt darzustellenden Objektes (O1, O2, O3) entsprechend der relativen Verschiebung versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Anordnung des oder der am weitest entfernt darzustellenden Objekte (O1, O2, O3) von der Zustandsgröße unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Anordnung des oder der am nächsten darzustellenden Objekte (O1, O2, O3) von der Zustandsgröße unabhängig ist.
Steuereinheit (41) zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten (O1, O2, O3) auf einer Abbildungsfläche (P), insbesondere mithilfe einer Projektionseinheit (42) auf einer Projektionsfläche (P) einer Windschutzscheibe (5) eines Kraftfahrzeugs (1), wobei die Steuereinheit (41) ausgebildet ist, – um zu veranlassen, die darzustellenden virtuellen Objekte (O1, O2, O3) in einer von der Betrachterposition abhängigen Anordnung abzubilden, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt; – eine auf einen Kopf des Betrachters wirkenden Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln; und – die Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft zu aktualisieren;
Anzeigeeinrichtung (4) zum Darstellen einer quasi räumlichen Abbildung von virtuellen Objekten, insbesondere auf einer Projektionsfläche (P) einer Windschutzscheibe (5) eines Kraftfahrzeugs (1), umfassend: – eine Anzeigeeinheit (42), die ausgebildet ist, um die darzustellenden virtuellen Objekte abzubilden; – eine Steuereinheit (41), die ausgebildet ist, – die Anzeigeeinheit (42) zu veranlassen, die darzustellenden virtuellen Objekte (O1, O2, O3) in einer von einer Betrachterposition abhängigen Anordnung abzubilden, wobei die Betrachterposition eine Kopf-, Augen- oder Blickpunktsposition eines Betrachters der Abbildung angibt; – eine auf den Kopf des Betrachters wirkende Kraft abhängig von mindestens einer Zustandsgröße des Kraftfahrzeugs (1) zu ermitteln; und – die Betrachterposition abhängig von der auf den Kopf des Betrachters wirkenden Kraft zu aktualisieren.