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Verfahren zum Anzeigen von Informationen in einem Head-Up-Display eines Fahrzeugs, Anzeigesystem für ein Fahrzeug und Fahrzeug mit einem Anzeigesystem
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen in einem Head-Up-Display (HUD) eines Fahrzeugs, insbesondere von in die Windschutzscheibe eines Kraftfahrzeugs projizierten Informationen. Die Erfindung betrifft ferner ein Anzeigesystem mit einem HUD und einem für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Steuergerät sowie ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Anzeigesystem.
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Bei Head-Up-Displays (HUD) handelt es sich um Anzeigesysteme, die bereits seit Jahrzehnten in der Luftfahrt Verwendung finden und vermehrt auch in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Dabei leitet sich der Begriff Head-Up-Display aus der Besonderheit dieser Anzeigesysteme ab, einen Anzeigeinhalt in das Sichtfeld eines Nutzers zu projizieren. Dieser muss somit weder seine Kopfhaltung noch seine Blickrichtung anpassen, beispielsweise senken („Head-down“), um die Anzeigeinhalte wahrzunehmen. So soll es dem Nutzer ermöglicht werden, sein Sichtfeld unterbrechungsfrei auf ein vor dem Flug- oder Fahrzeug liegendes Areal zu richten. In der Regel basieren HUDs auf der Projektion von Anzeigeinhalten auf einen vor dem Nutzer liegenden transparenten Schirm, wie beispielsweise die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs.
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Bei konventionellen Anzeigemitteln, wie beispielsweise im Armaturenbrett eines Fahrzeugs angeordneten Bildschirmen, kann der Nutzer beim Blick auf das Anzeigemittel die vor dem Fahrzeug auftretenden Ereignisse kurzzeitig nicht wahrnehmen. Somit besteht stets die Möglichkeit, dass sich die Reaktionszeit des Nutzers so stark verlängert, dass dieser nicht rechtzeitig auf potentiell gefährliche Ereignisse reagieren kann. Zwar kann der Nutzer von HUDs seinen Blick ununterbrochen auf einen Bereich vor das Fahrzeug richten, jedoch besteht die Gefahr, dass Anzeigeinhalte die vor dem Fahrzeug auftretenden Ereignisse verdecken oder zumindest deren Wahrnehmbarkeit verschlechtern. Bei HUDs stellt sich somit stets die Frage der geeignetsten Darstellung von Inhalten, wie beispielsweise hinsichtlich der Positionierung der Inhalte sowie der Transparenz oder der Dauer von deren Darstellung.
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Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Verfahren zum Darstellen von Anzeigeinhalten auf Head-Up-Displays von Fahrzeugen bekannt.
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Die
EP 2 990 266 A1 offenbart ein Verfahren zur Darstellung von Warnhinweisen mittels eines HUD. Die dargestellten Warnhinweise entsprechen dabei verschiedenen Kategorien von automatisch erkannten Gefahren. Ferner wird eine Darstellungsform der Warnhinweise entsprechend der Relevanz beziehungsweise Aktualität einer erkannten Gefahr angepasst. Die Darstellung wird dabei stets an eine zur erkannten Gefahr korrespondieren Position projiziert.
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Die
US 2014/0268353 A1 beschreibt ein Augmented-Reality-System zur Anzeige von dreidimensionalen Navigationshinweisen. Dabei wird mittels eines HUD eine Vielzahl graphischer Elemente so auf verschiedene Fokalebenen in die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs projiziert, dass sich in Überlagerung mit der Umgebung ein räumlicher Effekt ergibt. Mittels verschiedener graphischer Elemente werden verschiedene Informationen dargestellt. Eine Darstellung erfolgt dabei zum größten Teil innerhalb eines Fixationsbereichs des Fahrers.
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Gemäß der
DE 10 2014 000 803 A1 werden verkehrsrelevante Informationen prinzipiell in einem Randbereich eines Blickfelds eines Fahrers dargestellt. Da der Randbereich des Blickfelds dabei statisch ist, kann der Nutzer die dargestellten Informationen jedoch auch im Bereich seines scharfen Sehens, also in seinem fovealen Gesichtsfeld, betrachten. Betrachten der dargestellten Informationen erfordert somit stets eine Änderung der Blickrichtung.
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In der
US 2013/0076787 A1 wird ein Anzeigeverfahren beschrieben, wobei eine graphische Darstellung stets in Blickrichtung eines Fahrers auf ein HUD projiziert wird. Somit soll die Notwendigkeit für Kopf- oder Augenbewegungen des Fahrers, beispielsweise während Kurvenfahrten, weiter minimiert werden. Zusätzlich können weniger relevante Informationen stets an einem fixen Punkt außerhalb der Blickrichtung des Fahrers angezeigt werden. Bei diesem Verfahren besteht nachteilig die Gefahr, dass der Fahrer durch die ständige Lageänderung der dargestellten Informationen überfordert oder ermüdet wird.
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Die
DE 10 2004 060 380 A1 offenbart ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen mittels eines HUD Displays eines Fahrzeugs durch Projektion der Informationen auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs, wobei Informationen, beispielsweise Anzeigen zur Routenführung, getrennt in zwei Bereichen auf einer Windschutzscheibe oberhalb und unterhalb eines Gesichtsfeldbereiches eines Fahrers dargestellt werden.
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Die
US 2016/0 004 076 A1 offenbart ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen als Projektion auf einer Windschutzscheibe, wobei obere Bereiche mittels einer oberen und untere Bereiche mittels einer unteren Lichtquelle auf die Windschutzscheibe projiziert werden.
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Die
DE 10 2015 116 980 A1 offenbart das Darstellen von Informationen mittels mehrerer Anzeigevorrichtungen und in mehreren voneinander getrennten Anzeigebereichen.
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Die
DE 10 2007 058 437 A1 offenbart ein Verfahren zum Darstellen von Informationen mittels eines HUD Displays, das eine Mehrzahl benachbarter Anzeigefelder umfasst.
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Die
DE 10 2012 020 009 A1 offenbart ein Verfahren in dem Informationen jeweils nur in einem Teil einer maximalen Anzeigefläche mittels eines HUD Systems wiedergegeben werden.
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Den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist gemein, dass eine Darstellung von Informationen unmittelbar in Blickrichtung des Fahrers gemeinhin als positiv betrachtet wird. Die Gefahr, dass für den Fahrer relevantes Verkehrsgeschehen verdeckt wird, findet also zu wenig Beachtung. Eine Anordnung weit außerhalb der Blickrichtung des Fahrers macht die Anwendung eines HUD jedoch insgesamt obsolet und kommt somit ebenfalls nicht in Betracht.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen in einem Head-Up-Display eines Fahrzeugs bereitzustellen, dass die Nachteile des Standes der Technik überwindet und eine optimale Wahrnehmbarkeit sowohl der angezeigten Informationen als auch der Umgebung des Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Anzeigen von Informationen, ein Anzeigesystem sowie ein Fahrzeug gemäß den jeweils unabhängigen Patentansprüchen. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Anzeigen von Informationen in einem Head-Up-Display, HUD, eines Fahrzeugs weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf. In einem ersten Schritt wird ein Fixationsbereich eines Fahrers des Fahrzeugs ermittelt. Mit Fixationsbereich wird im Rahmen dieser Patentanmeldung ein Bereich bezeichnet, auf den oder durch den ein Fahrer während der Fahrt standardmäßig einen Fokus seiner/ihrer Aufmerksamkeit richtet. Mit anderen Worten liegen eine oder mehrere Hauptblickrichtungen des Fahrers während der Fahrt im Zeitmittel innerhalb des Fixationsbereichs beziehungsweise wird der Fixationsbereich durch diese Hauptblickrichtungen definiert. Der Fixationsbereich ist der Bereich der Umwelt, in den der Fahrer, während der Fahrt, hauptsächlich blickt oder der Teil einer Projektionsfläche eines HUD (Windschutzscheibe) durch den der Fahrer, während der Fahrt, hauptsächlich blickt.
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Die Existenz eines solchen Fixationsbereichs von Fahrzeugführern ist durch empirische Studien belegt, beispielhaft wird hierzu auf die Veröffentlichung von Lappi et al. (2017) Systematic Observation of an Expert Driver's Gaze Strategy-An On-Road Case Study. Front. Psychol. 8:620. doi: 10.3389/fpsyg.2017.00620 verwiesen, auf deren Inhalt hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird. Verschiedene Möglichkeiten zum Ermitteln des Fixationsbereichs sind mit Bezug zu bevorzugten Durchführungsformen des Verfahrens im Folgenden beschrieben. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist der Fixationsbereich bevorzugt konstant und variiert insbesondere nicht mit jeder Änderung einer Blickrichtung des Fahrers.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Projektionsfläche des HUD in Abhängigkeit vom Abstand zu dem Fixationsbereich in einzelne Anzeigebereiche segmentiert. Insbesondere wird die Projektionsfläche abzüglich des Fixationsbereichs segmentiert. Alternativ bevorzugt wird die Projektionsfläche des HUD in Abhängigkeit vom Abstand zu einer Abbildung des Fixationsbereichs auf die Projektionsfläche des HUD definiert. Die Projektionsfläche bezeichnet die gesamte Fläche eines transparenten Schirms oder der Windschutzscheibe in der prinzipiell eine Darstellung von Informationen mittels HUD möglich ist. Aufgrund des konstanten Fixationsbereichs sind im erfindungsgemäßen Verfahren auch die Abstände zu diesem und somit die Lage der verschiedenen Anzeigebereiche konstant.
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Insbesondere wird die Projektionsfläche des HUD zumindest in einen ersten Anzeigebereich und in einen zweiten Anzeigebereich segmentiert, wobei der zweite Anzeigebereich verschieden von dem ersten Anzeigebereich ist und wobei der erste Anzeigebereich einen größeren Abstand zu dem Fixationsbereich aufweist als der zweite Anzeigebereich. Bevorzugt sind die Anzeigebereiche exklusive, nicht überlappende Bereiche. Der Fixationsbereich ist bevorzugt Teil der Projektionsfläche, alternativ kann eine Abbildung des Fixationsbereichs auf die Projektionsfläche zur Abstandsbestimmung genutzt werden. Die Abstände beziehen sich dabei bevorzugt auf einen minimalen Abstand der Bereiche, das heißt auf den kleinsten Abstand zwischen einem Punkt des Fixationsbereichs und einem Punkt einer der Anzeigebereiche. Alternativ bevorzugt beziehen sich die Abstände auf Flächenschwerpunkte der Bereiche.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist jeder Anzeigebereich zum Darstellen von Informationen durch Projektionen des HUD geeignet. Insbesondere werden im erfindungsgemäßen Verfahren erste Informationen in dem ersten Anzeigebereich dargestellt und werden zweite Informationen in dem zweiten Anzeigebereich dargestellt, wobei die zweiten Informationen verschieden von den ersten Information sind. Folglich werden im erfindungsgemäßen Verfahren verschiedenen Informationen gezielt verschiedene Abstände zum Fixationsbereich zugeordnet. Bevorzugt erfolgt ferner eine Klassifikation der verschiedenen dargestellten Informationen und wird eine sich aus der Klassifikation ergebende Ordnung der Informationen auf eine Metrik bezüglich des Fixationsbereichs abgebildet.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung erfolgt nicht zwangsläufig eine Projektion von Informationen auf die Projektionsfläche, in dem Sinne dass die Informationen auf der Projektionsfläche dargestellt und beispielsweise unter verschiedenen Blickwinkeln beobachtbar sind. Vielmehr erfolgt eine Projektion von Informationen mittels des HUD über die Projektionsfläche in ein Sichtfeld des Fahrers. Hierbei dient die Projektionsfläche vor allem der Reflektion der projizierten Informationen in das Sichtfeld des Fahrers. Aufgrund der Transparenz des Schirms oder der Windschutzscheibe erfolgt diese Reflektion wie an einem halbdurchlässigen Spiegel. So kann der Fahrer die von dem HUD projizierten Informationen als der hinter der Windschutzscheibe befindlichen Umwelt überlagert wahrnehmen. Bevorzugt befindet sich ein virtueller Bildpunkt der projizierten Informationen in dieser Umwelt.
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Es ist bekannt, dass die Intensität der bewussten Wahrnehmung von Informationen mit zunehmendem Abstand von einem fovealen Gesichtsfeld, das heißt dem Bereich des scharfen Sehens, abnimmt. Außerhalb dieses fovealen Gesichtsfelds, also im Bereich des peripheren Sehens, wahrgenommene Informationsinhalte werden stärker unbewusst verarbeitet. Gleichzeitig ist die Abtastfrequenz, das heißt die zeitliche Auflösung, im Bereich des peripheren Sehens deutlich höher als im fovealen Gesichtsfeld. Somit kann trotz der weniger bewussten Wahrnehmung auf peripher wahrgenommene Sinneseindrücke adäquat reagiert werden, sofern die Geistestätigkeit für die jeweilige Reaktion ein gewisses Maß an kognitivem Aufwand nicht übersteigt. Diese psychologische Erkenntnis ist im vorliegenden Verfahren zum Anzeigen von Informationen derart umgesetzt, dass eine gezielte Auswahl erfolgt, welche Informationsinhalte in welchem Abstand zu einem Fixationsbereich eines Fahrzeugführers anzuzeigen sind. Somit wird eine kognitive Beanspruchung des Fahrers minimiert und dessen Fahrerlebnis verbessert.
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Erfindungsgemäß führt die Verknüpfung des Modells der Fahraufgabe nach Donges (s.u.) mit den Erkenntnissen zum Fixationsbereich eines Fahrers dazu, dass im erfindungsgemäßen Verfahren verschiedene Informationsinhalte bevorzugt so in einem zugehörigen Anzeigebereich dargestellt werden, dass der kognitive Aufwand für das Verarbeiten der in einem bestimmten Anzeigebereich angezeigten Informationen in umgekehrt proportionalem Verhältnis zum Abstand dieses Anzeigebereichs von dem Fixationsbereich steht. Mit anderen Worten, je mehr bewusste Wahrnehmung und Verarbeitung bestimmte Informationen erfordern, desto näher werden diese Informationen erfindungsgemäß am Fixationsbereich des Fahrers angezeigt.
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In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens überlagert der Fixationsbereich die Projektionsfläche des HUD. Mit anderen Worten, der Fixationsbereich ist innerhalb der Projektionsfläche, also der prinzipiell zur Darstellung von Anzeigeinhalten verfügbaren Fläche, angeordnet. Gemäß dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fixationsbereich bevorzugt von Projektionen des HUD freigehalten. Mit anderen Worten, eine Darstellung von Anzeigeinhalten findet im Fixationsbereich nicht statt. Dies kann bedeuten, dass ein virtueller Bildpunkt von in das Blickfeld des Fahrers projizierten Informationen nicht innerhalb des Fixationsbereichs angerordnet ist. Da im Fixationsbereich dargestellte Inhalte fast zwangsläufig bewusst vom Fahrer wahrgenommen werden, ermöglicht diese Durchführungsform es dem Fahrer vorteilhaft sich ablenkungsfrei auf die Umwelt, insbesondere auf den Fixationsbereich, zu konzentrieren. Somit wird die Fahrsicherheit und das persönliche Fahrerlebnis weiter verbessert.
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Ebenfalls bevorzugt ist die Projektionsfläche auf zumindest einem Teil einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet. Besonders bevorzugt erstreckt sich die Projektionsfläche nahezu vollständig von einem unteren Rand der Windschutzscheibe zu einem oberen Rand der Windschutzscheibe. Bereiche der Windschutzscheibe, hinter denen sich die Scheibenwischer oder auf denen sich Tönungsstreifen befinden, sind bevorzugt von der Projektionsfläche ausgenommen. Ebenfalls bevorzugt erstreckt sich der Projektionsbereich über die gesamte Breite der Windschutzscheibe oder zumindest auf einen vor dem Fahrer befindlichen Bereich der Windschutzscheibe.
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Ferner bevorzugt ist der Fixationsbereich, insbesondere eine Abbildung des Fixationsbereichs auf die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs, durch eine Menge von Schnittpunkten zwischen gehäuft auftretenden Blickrichtungen eines Fahrers und einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs gebildet. Ebenfalls bevorzugt wird die Blickrichtung des Fahrers zumindest zeitweilig erfasst oder anhand zumindest zeitweilig erfasster Messdaten ermittelt. Dem Fachmann sind hierzu aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Techniken zum sogenannten „Eye-Tracking“ (Okulographie) bekannt. Besonders bevorzugt werden hierfür kamerabasierte Techniken sowie beispielsweise im Rückspiegel montierte Kameras genutzt. Vorteilhaft können anhand der parametrisierten Blickrichtungen des Fahrers die Schnittpunkte mit der Ebene der Windschutzscheibe und somit der Fixationsbereich mathematisch bestimmt werden. Besonders bevorzugt wird der Fixationsbereich lediglich einmal, beispielsweise bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs oder bei Auswahl eines neuen Fahrers, angelernt und bleibt dann unveränderlich.
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Alternativ bevorzugt wird eine hauptsächliche Blickrichtung des Fahrers anhand anderer Messdaten, beispielsweise anhand einer Sitzeinstellung des Fahrers, geschätzt. Zusätzlich können weitere Daten, wie beispielsweise eine Eingabe der Körpergröße des Fahrers, zum Schätzen der Blickrichtung genutzt werden. Besonders bevorzugt werden weitere Informationen, beispielsweise zur üblichen Lage eines außerhalb des Fahrzeugs befindlichen und vom Fahrer hauptsächlich angeblickten Bereichs, beispielsweise als Lageinformation relativ zum Fahrzeug, zum Bestimmen eines Fixationsbereichs des Fahrers genutzt.
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Ferner bevorzugt hat der Fixationsbereich eine Breite, die einer Projektion einer Schnittlinie zwischen einer von dem Fahrzeug befahrenen Fahrspur und einer Horizontlinie, insbesondere einer vom Fahrer des Fahrzeugs wahrgenommenen Horizontlinie, entspricht. Die Projektion dieser Schnittlinie erfolgt bevorzugt in etwa entlang einer Blickrichtung des Fahrers sowie auf die Windschutzscheibe des Fahrzeugs. Gemäß dieser Durchführungsform kann der Fixationsbereich auch mittels einer im oder am Fahrzeug befindlichen Kamera und anhand einer Abbildung der das Fahrzeug umgebenden Umwelt bestimmt werden. Ferner ist die vertikale Höhe des Fixationsbereichs bevorzugt geringer als dessen horizontale Breite.
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Da es sich bei dem Fixationsbereich bevorzugt um eine Projektion eines entfernteren Straßenbereichs in Höhe des Horizonts entlang der Blickrichtung des Fahrers auf die Windschutzscheibe von dessen Fahrzeug handelt, ist der Fixationsbereich bevorzugt in einem oberen Drittel der Projektionsfläche und gegebenenfalls im oberen Drittel einer Windschutzscheibe des Fahrzeugs angeordnet. In einer besonders einfachen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fixationsbereich lediglich bei der Entwicklung des Fahrzeugs als eine für dieses Fahrzeug standardisierte Größe ermittelt. Solch ein standardisierter Fixationsbereich kann im Steuergerät des Fahrzeugs abgelegt sein.
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In einer besonders bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die auf den Fixationsbereich bezogene Abstandsmetrik der Anzeigebereiche in der Projektionsfläche mit einem psychologischen Fahrverhaltensmodell verknüpft. Bei dem Fahrverhaltensmodell handelt es sich bevorzugt um eine Adaption des „Drei-Ebenen-Modells“ auf das Führen eines Fahrzeugs. Das „Drei-Ebenen-Modell“ ist beschrieben in der Veröffentlichung von Jens Rasmussen: Skills, rules, and knowledge; signals, signs, and symbols, and otherdistinctions in human performance models. IEEE Trans. Systems, Man, Cybernetics, SMC-13 (1983), pp. 257-266 auf die hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird.
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Das „Drei-Ebenen-Modell“ unterscheidet insbesondere zwischen (a) auf sensomotorischen Fertigkeiten basiertem Verhalten (skill based), (b) regelbasiertem Verhalten (rule based), und (c) wissensbasiertem Verhalten (knowledge based). Dabei fußt das fertigkeitsbasierte Verhalten (a) vorrangig auf Reiz-Reaktions-Automatismen, das regelbasierte Verhalten (b) vorrangig auf einem Repertoire von assoziativen Verhaltensweisen und das wissensbasierte Verhalten (c) auf bewusster Entscheidung und Planung.
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Eine Adaption dieses „Drei-Ebenen-Modells“ auf die Fahraufgabe erfolgte bereits 1982 durch Donges (vgl. beispielsweise das Fachbuch von Hermann Winner, Stephan Hakuli und Gabriele Wolf: „Handbuch Fahrerassistenzsysteme: Grundlagen, Komponenten und Systeme für aktive Sicherheit und Komfort“; Springer-Verlag, 2011, Seiten 15 bis 18, auf das hiermit vollumfänglich Bezug genommen wird). Demnach wird bei der Fahraufgabe die Navigationsaufgabe, umfassend die Entscheidung über Route und zeitlichen Verlauf, dem wissensbasierten Verhalten (c), die Führung des Fahrzeugs, umfassend das Ableiten von Führungsgrößen wie Sollspur und Sollgeschwindigkeit anhand von Fahrziel und aktueller Umgebung, dem regelbasierten Verhalten (b), und das Stabilisieren des Fahrzeugs, umfassend kleinere Lenk- und Beschleunigungsvorgänge zum Anpassen von Ist-Spur und Ist-Geschwindigkeit an die Sollgrößen, dem fertigkeitsbasierten Verhalten (c) zugeordnet.
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Die Anwendung dieses auf dem „Drei-Ebenen-Modell“ basierenden Modells der Fahraufgabe gemäß Donges im erfindungsgemäßen Verfahren führt zu einer besonders bevorzugten Informationsverteilung in Abhängigkeit vom Abstand zum Fixationsbereich. In einer besonders bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der erste Anzeigebereich in einem Bereich des peripheren Sehens eines Fahrers des Fahrzeugs angeordnet. Ferner bevorzugt weisen die ersten Informationen der Stabilisierung des Fahrzeugs dienende Informationen auf. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den der Stabilisierung dienenden Informationen um Inhalte zur Spurbegrenzung, wenn zum Beispiel seitliche Fahrspurränder bei Dunkelheit oder Nässe nicht sichtbar sind oder fehlen. Hierzu werden die Fahrspurränder vorzugsweise mittels Fahrzeugsensoren erkannt oder aus Kartenmaterial eingelesen. Ebenfalls bevorzugt handelt es sich bei den der Stabilisierung dienenden Informationen um Hinweise zur Ist-Geschwindigkeit, falls diese beispielsweise eine zulässige Geschwindigkeit überschreitet. Hierzu werden Geschwindigkeitsbegrenzungen bevorzugt mittels Fahrzeugsensoren eingelesen und mit der Ist-Geschwindigkeit verglichen.
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Besonders bevorzugt sind die ersten Informationen als graphische Warnelemente dargestellt. Besonders bevorzugt werden die ersten Informationen in Form einer Augmentierung, das heißt in Überlagerung mit der tatsächlich vom Fahrer wahrgenommenen Umgebung dargestellt.
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Ebenfalls bevorzugt ist der zweite Anzeigebereich zwischen dem ersten Anzeigebereich und dem Fixationsbereich angeordnet. Besonders bevorzugt sind sowohl der erste als auch der zweite Anzeigebereich unterhalb des Fixationsbereichs angeordnet. Bei den zweiten Informationen handelt es sich vorzugsweise um der Bahnführung des Fahrzeugs dienende Informationen. Die zweiten Informationen betreffen somit bevorzugt das nächste Fahrmanöver, also beispielsweise einen Spurwechsel, ein Abbiegen oder eine Wende. Besonders bevorzugt werden die zweiten Informationen in Form einer Augmentierung, das heißt in Überlagerung mit der tatsächlich vom Fahrer wahrgenommenen Umgebung dargestellt. In einer beispielhaften Durchführungsform handelt es sich bei den zweiten Informationen um einen Richtungspfeil, der so in das HUD projiziert wird, dass er eine aktuell befahrene Fahrspur überlagert. Bevorzugt wird dieser Pfeil durch Vergleich einer GPS Position des Fahrzeugs mit Kartenmaterial erzeugt.
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Die Anwendung des Modells der Fahraufgabe gemäß Donges im erfindungsgemäßen Verfahren hat ferner die weitere Segmentierung der Projektionsfläche zumindest in einen dritten Anzeigebereich zur Folge. Dabei ist der dritte Anzeigebereich verschieden von dem ersten Anzeigebereich und dem zweiten Anzeigebereich und weist einen geringeren Abstand zu dem Fixationsbereich auf als der erste Anzeigebereich. Bevorzugt weist der dritte Anzeigebereich auch einen geringeren Abstand zum Fixationsbereich auf als der zweite Anzeigebereich. In dem dritten Anzeigebereich werden dritte Information angezeigt, die von den ersten Informationen und von den zweiten Informationen verschieden sind.
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In einer bevorzugten Durchführungsform ist der dritte Anzeigebereich oberhalb des Fixationsbereichs oder zwischen zweitem Anzeigebereich und Fixationsbereich angeordnet. Ferner handelt es sich bei den dritten Informationen bevorzugt um der Navigation des Fahrzeugs dienende Informationen. Somit erfolgt die Anzeige von Navigationsdaten vorteilhaft nahe am Horizont, wo sie vom Fahrer gelesen und bewusst verarbeitet werden können. Die dritten Informationen können beispielsweise eine Nennung des Zielorts, eine Entfernung zum Zielort sowie eine Richtung zum Zielort umfassen. Die Daten zum Zielort entsprechen bevorzugt einer Eingabe in ein Navigationssystem des Fahrzeugs oder werden aus diesem ausgelesen.
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In einer ferner bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein vierter Anzeigebereich zum Anzeigen von vierten Informationen ohne Bezug zur Fahraufgabe zumindest zeitweilig entlang eines unteren Randes der Projektionsfläche dargestellt. Ebenfalls bevorzugt wird der vierte Anzeigebereich mit größtmöglichem Abstand zum Fixationsbereich in der Projektionsfläche angezeigt. Besonders bevorzugt wird der vierte Anzeigebereich nur temporär dargestellt. Mit anderen Worten, die Anzeige des vierten Anzeigebereichs erfolgt nur für eine vorbestimmte Zeit, beispielsweise nach einer Eingabe des Fahrers oder nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne. Gemäß dieser Durchführungsform kann der vierte Anzeigebereich einen anderen Anzeigebereich, besonders bevorzugt den ersten Anzeigebereich, überlagern. Die vierten Informationen ohne Bezug zur Fahraufgabe sind erfindungsgemäß somit geringer gewichtet beziehungsweise klassifiziert als alle zur Fahraufgabe in Bezug stehenden Informationen. Die vierten Informationen sind unterschiedlich von den ersten, zweiten und dritten Informationen, besonderes bevorzugt handelt es sich um Infotainment-I nformationen.
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Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch elektrische oder elektronische Bauteile oder Komponenten (Hardware), durch Firmware (ASIC) implementiert sein oder durch beim Ausführen eines geeigneten Programms (Software) verwirklicht werden. Ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software verwirklicht beziehungsweise implementiert. Beispielsweise sind einzelne Komponenten zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte als separat integrierter Schaltkreis ausgebildet oder auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis angeordnet. Einzelne zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte eingerichtete Komponenten sind ferner bevorzugt auf einem flexiblen gedruckten Schaltungsträger, einem gedruckten Schaltungsträger (PCB), einem Tape Carrier Package (TCP), oder einem anderen geeigneten Substrat angeordnet.
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Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ferner bevorzugt als ein oder mehrere Prozesse ausgebildet, die auf einem oder mehreren Prozessoren in einem oder mehreren elektronischen Rechengeräten laufen und beim Ausführen von ein oder mehreren Computerprogrammen erzeugt werden. Die Rechengeräte sind dabei bevorzugt dazu ausgebildet mit anderen Komponenten, beispielsweise einem Projektor des HUD sowie ein oder mehreren Sensoren beziehungsweise Kameras zusammenzuarbeiten, um die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu verwirklichen. Die Anweisungen der Computerprogramme sind dabei bevorzugt in einem Speicher abgelegt, wie beispielsweise ein RAM-Element. Die Computerprogramme können jedoch auch in einem nicht-flüchtigen Speichermedium, wie beispielsweise einer CD-ROM, einem Flash-Speicher oder dergleichen abgelegt sein.
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Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die Funktionalitäten von mehreren Computern (Datenverarbeitungsgeräten) kombiniert oder in einem einzigen Gerät kombiniert sein können oder dass die Funktionalität von einem bestimmten Datenverarbeitungsgerät auf eine Vielzahl von Geräten verteilt vorliegen kann, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, ohne vom erfindungsgemäßen Verfahren abzuweichen.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Anzeigesystem für ein Fahrzeug, das ein Head-Up-Display, HUD, aufweist, welches zum Projizieren von Informationen auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs eingerichtet ist. Geeignete HUDs sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Eine Projektionsfläche des HUD erstreckt sich bevorzugt über die gesamte Windschutzscheibe, besonders bevorzugt über nahezu die gesamte Höhe der Windschutzscheibe und ebenfalls bevorzugt über einen vor dem Fahrer befindlichen Abschnitt der Windschutzscheibe. Das erfindungsgemäße Anzeigesystem weist ferner ein zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtetes Steuergerät auf. Dabei kann es sich um ein exklusiv dem Anzeigesystem zugeordnetes Steuergerät oder um ein Steuergerät eines Fahrzeugs, in dem das Anzeigesystem angeordnet ist, handeln.
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Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Anzeigesystem. Im dem Fahrzeug wird somit das erfindungsgemäße Verfahren, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt. Anzeigeinhalte werden dabei derart in den Anzeigebereichen einer segmentierten Projektionsfläche (Windschutzscheibe) dargestellt, dass der Abstand der Anzeigeinhalte zu einem Fixationsbereich des Fahrers umso geringer ist, desto mehr bewusste Wahrnehmung die Verarbeitung der dargestellten Anzeigeinhalte benötigt. Die Anzeigeinhalte werden somit in exklusive, nicht-identische Informationen, zumindest in erste Informationen und zweite Informationen (verschieden von den ersten Informationen) unterteilt, die in exklusiven, nicht-überlappenden Anzeigebereichen, zumindest in einem ersten Anzeigebereich und in einem zweiten Anzeigebereich (verschieden vom ersten Anzeigebereich) dargestellt werden.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. 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 des Blicks eines Fahrers durch die Windschutzscheibe seines Fahrzeugs;
- 2 eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche eines HUD gemäß einer ersten Durchführungsform;
- 3 eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche eines HUD gemäß einer zweiten Durchführungsform; und
- 4 eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche eines HUD gemäß einer dritten Durchführungsform.
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1 zeigt eine schematische Darstellung des Blicks eines Fahrers durch die Windschutzscheibe 50 seines Fahrzeugs beim Fahren des Fahrzeugs auf der Fahrspur 42 einer Straße. Wie unter anderem von Lappi et al. erforscht, richtet der Fahrer seine Aufmerksamkeit standardmäßig auf einen Bereich der Fahrspur 42 in Höhe der Horizontlinie 43. Somit entspricht eine Breite B dieses Fixationsbereichs 10 in etwa der Breite einer Projektion entlang der Blickrichtung des Fahrers von der Schnittlinie 41 zwischen der Horizontlinie 43 und der Fahrspur 42 auf die Windschutzscheibe 50 des Fahrzeugs. Die vertikale Höhe V des Fixationsbereichs 10 ist geringer als dessen Breite B, so dass sich insgesamt ein etwa ellipsoider Fixationsbereich 10 ergibt, dessen große Hauptachse besagte Schnittlinie 41 ist.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche 20 eines Head-Up-Displays, HUD, des Fahrzeugs gemäß einer ersten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dabei erstreckt sich die Projektionsfläche 20 nahezu über die gesamte Höhe der Windschutzscheibe 50. Lediglich ein oberster Abschnitt der Windschutzscheibe 50 ist ausgenommen, um ein Blenden des Fahrers beim Betrachten von projizierten Anzeigeinhalten zu vermeiden. Die Projektionsfläche 20 ist so angeordnet, dass sie nahezu den gesamten vor dem Fahrer liegenden sichtbaren Abschnitt einer vom Fahrzeug befahrenen Straße, insbesondere deren befahrene rechte Fahrspur 42, überlagert. Der Fixationsbereich 10 in Höhe der Horizontlinie 43 ist dabei vollständig innerhalb der Projektionsfläche 20 angeordnet.
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In dem Fixationsbereich 10 werden keinerlei Anzeigeinhalte dargestellt, so dass der Fahrer im Fixationsbereich 10 einen freien Blick auf seine Umwelt hat und keine Ablenkung erfährt. Die restliche Projektionsfläche 20 ist teilweise ein einen ersten Anzeigebereich 21 und einen zweiten Anzeigebereich 22 segmentiert, die getrennt voneinander und nicht überlappend unterhalb des Fixationsbereichs 10 in der Projektionsfläche 20 angeordnet sind. Dabei erstreckt sich der erste Anzeigebereich 21 von einer unteren Kante der Projektionsfläche 20 aufwärts und ist der zweite Anzeigebereich 22 zwischen dem ersten Anzeigebereich 21 und dem Fixationsbereich 10 angeordnet.
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Gemäß der in 1 dargestellten ersten Durchführungsform werden in dem ersten Anzeigebereich 21 erste Informationen 31 angezeigt, wobei es sich insbesondere um graphische Warnhinweise zum Spurhalten und zum Halten einer Richtgeschwindigkeit handelt. Im zweiten Anzeigebereich 22 werden zweite Informationen 32 angezeigt, wobei es sich insbesondere um einen Manöverpfeil handelt, der in augmentierter Weise der Fahrspur 42 überlagert wird und ein nächstes Manöver, wie beispielsweise einen Spurwechsel oder eine Kurvenfahrt signalisiert. Dabei kann der Fahrer die graphischen Warnhinweise der ersten Informationen 31 peripher erfassen und dennoch adäquat durch kleine Lenkeinschläge und Beschleunigungs- oder Bremsvorgänge reagieren. Zum Verarbeiten der Manöverpfeile der zweiten Informationen 32 ist ein höherer kognitiver Einsatz seitens des Fahrers nötig. Da der zweite Anzeigebereich 22 näher am Fixationsbereich 10 angezeigt wird, nimmt der Fahrer die zweiten Informationen 32 weniger peripher wahr, was deren bewusste Verarbeitung erleichtert.
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3 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche 20 eines Head-Up-Displays, HUD, des Fahrzeugs gemäß einer zweiten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese unterscheidet sich von der Projektionsfläche 20 in 2 dadurch, dass der zweite Anzeigebereich 22 die gesamte Projektionsfläche 20 zwischen dem ersten Anzeigebereich 21 und der Horizontlinie 43 ausfüllt. Somit kann eine Augmentierung mittels der zweiten Informationen 32, insbesondere den Manöverpfeilen, besser an die tatsächlichen Gegebenheiten der Umwelt, wie beispielsweise die Mehrspurigkeit von Fahrstreifen, angepasst werden. Darüber hinaus unterscheiden sich der erste Anzeigebereich 21 und die ersten Informationen 31 nicht von den mit Bezug zu 2 beschriebenen.
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Die in der 3 dargestellte Projektionsfläche 20 ist weiter in einen dritten Anzeigebereich 23 segmentiert, der oberhalb der Horizontlinie 43 und des Fixationsbereichs 10 in der Projektionsfläche 20 angeordnet ist. In dem dritten Anzeigebereich 23 werden Navigationsdaten als dritte Informationen 33 angezeigt. Die Navigationsdaten 33 umfassen dabei insbesondere ein Fahrziel sowie die aktuelle Entfernung zu dem Fahrziel sowie die Richtung des Fahrziels. Diese Informationen sind aus einem Navigationssystem des Fahrzeugs eingelesen.
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Die Navigationsdaten 33 muss der Fahrer bewusst wahrnehmen und eine wissensbasierte Entscheidung darüber treffen, ob die dargestellte Zielführung und Route zutreffend beziehungsweise ob er mit diesen einverstanden ist. Daher ist der dritte Anzeigebereich 23 besonderes nahe und oberhalb des Fixationsbereichs 10 angeordnet. Da der über dem Fixationsbereich 10 angeordnete Teil der Projektionsfläche 20 kleiner ist als der unterhalb des Fixationsbereich angeordnete Teil der Projektionsfläche 20, sind die dritten Informationen 33 im Mittel näher am Fixationsbereich 10 angeordnet als die ersten Informationen 31 und als die zweiten Informationen 32. Dies wirkt sich positiv auf die bewusste Wahrnehmbarkeit der Navigationsdaten 33 dar. Die Darstellung der Navigationsdaten oberhalb des Fixationsbereichs 10 bietet sich auch an, da eine Augmentierung der Navigationsdaten 33 unnötig ist.
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4 zeigt eine schematische Darstellung einer Projektionsfläche 20 eines Head-Up-Displays, HUD, des Fahrzeugs gemäß einer dritten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese unterscheidet sich von der in 3 gezeigten Projektionsfläche 20 dadurch, dass ein vierter Anzeigebereich 24 zeitweilig von dem ersten Anzeigebereich 21 überlagert dargestellt ist. Dabei grenzt der vierte Anzeigebereich 24 unmittelbar an eine untere Kante der Projektionsfläche 20 und weist somit einen größtmöglichen Abstand zu dem Fixationsbereich 10 auf. Innerhalb des vierten Anzeigebereichs 24 werden vierte Informationen 34 ohne Bezug zur Fahraufgabe angezeigt.
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Die vierten Informationen 34 sollen den Fahrer so wenig wie möglich von der Fahraufgabe ablenken und sind somit im weitest möglichen Abstand zum Fixationsbereich 10 angeordnet. Bei den vierten Informationen 34 handelt es sich insbesondere um Infotainment bezogene Informationen, wie die Namen angespielter Musiktitel, RDS- oder Senderinformationen, oder dergleichen. Der vierte Anzeigebereich 24 wird nur zeitweilig dargestellt, insbesondere nach einer Fahrereingabe und/oder nur nach sowie für eine bestimmte Zeitspanne. Die graphischen Warnhinweise 31, welche nur teilweise zeitgleich mit den vierten Informationen 34 angezeigt werden, sind somit nur zeitweilig verdeckt, und die Fahraufgabe kann sicher erfüllt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fixationsbereich
- 20
- Projektionsfläche
- 21
- erster Anzeigebereich
- 22
- zweiter Anzeigebereich
- 23
- dritter Anzeigebereich
- 24
- vierter Anzeigebereich
- 31
- erste Informationen
- 32
- zweite Informationen
- 33
- dritte Informationen
- 34
- vierte Informationen
- 41
- Schnittlinie
- 42
- Fahrspur
- 43
- Horizontlinie
- 50
- Windschutzscheibe
