CN103448785A - 自动调节方向盘倾斜位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动调节方向盘倾斜位置的系统和方法。用于检测汽车的驾驶员的头和/或眼位置并基于头和/或眼位置自动调节方向盘的位置以给驾驶员提供对仪表盘和路面的优化视野的系统和方法。系统和方法利用交通工具参数、驾驶员参数、和各种设置来确定方向盘的正确位置，包括方向盘的高度、距驾驶员的近距离、和倾斜角度。系统也可调节转向柱的高度和/或长度以调节并提供方向盘的正确位置。

Description

自动调节方向盘倾斜位置的系统和方法

I. 技术领域

本公开涉及用于基于驾驶员的头和/或眼的位置调节汽车方向盘的系统和方法。更具体地，本公开涉及自动调节汽车方向盘的位置以提供给驾驶员对仪表盘和路面的优化视野的系统和方法。

II. 背景技术

汽车通常装备有转向机构，其允许驾驶员控制汽车的行进路径。现代转向机构最通常地包括方向盘、转向柱、和转向布置，例如齿条和小齿轮布置，与至少前汽车车轮机械连通。方向盘通常连接到转向柱的端部使得其安置成紧靠汽车驾驶员，使得驾驶员在就座时可方便并且舒服地够到并转向方向盘。

在使用中，如图1中所示，方向盘10通常安置在汽车驾驶员（未示出）和位于汽车仪表板30上的仪表盘20之间。仪表盘20通常包括计量器、里程表、和/或系统控制器25，它们通知驾驶员与汽车相关的若干功能的状态。仪表盘20优选地被定位成使得其可由驾驶员在驾驶汽车时清楚地看见，而无需要求驾驶员改变他或她的位置或姿势。不过，因为方向盘10通常安置在驾驶员和仪表盘20之间，对仪表盘20的视野经常被方向盘10阻挡。而且，方向盘10的位置还应该优选地不阻挡对路面的视野，由此驾驶员拥有对路面的基本上清楚的、无阻挡的视野。

已知的是给汽车提供可调节的倾斜方向盘、可调节的转向柱、和伸缩转向柱以允许汽车驾驶员移动方向盘到舒服且方便的位置。可调节的倾斜方向盘允许方向盘的位置通过绕着在转向柱的端部处的水平轴线枢转而被移动到多个位置之一。可调节的转向柱允许转向柱的位置被升高和降低以改变方向盘的竖直位置。伸缩转向柱允许转向柱的长度被调节以改变方向盘与驾驶员的近距离。

而且，已知的是给汽车提供方便设置，其允许驾驶员存储方向盘的优选位置到交通工具存储器。这些设置允许驾驶员自动记起并调节方向盘的位置，例如在手动激活该设置时或在汽车起动时。

虽然已知的系统是有用的，但是仍需要一种系统和方法，其基于驾驶员的头和/或眼的位置自动调节方向盘的位置，例如倾斜位置。还需要一种系统和方法，其通过最大化驾驶员对仪表盘和路面的可见性来提供增强的安全。因此，期望提供一种系统和方法，其基于驾驶员的头和/或眼的位置自动调节方向盘的位置和/或倾斜。

III. 发明内容

在至少一个实施例中，本公开提供了自动调节方向盘系统，其包括方向盘组件；头位置传感器，其构造并布置成检测交通工具的驾驶员的头的位置；和主控制器，其与头位置传感器和可调节方向盘组件通信，其中主控制器被构造成从方向盘组件接收输入；从头位置传感器接收输入；并基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件。

在至少另一个实施例中，本公开提供了一种自动调节方向盘系统的位置的方法，包括接收来自方向盘组件的输入，其中输入包括指示方向盘组件的方向盘的位置的信息；接收来自头位置传感器的输入，其中该输入指示驾驶员的头的位置；和基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件，以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

在至少另一个实施例中，本公开提供了非瞬时计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，该指令在由处理器执行时使处理器执行一种方法，包括接收来自方向盘组件的输入；接收来自头位置传感器的输入；基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡视野。

本申请还提供了如下方案：

方案1. 一种自动调节方向盘系统，包括：

方向盘组件；

头位置传感器，其构造和布置成检测交通工具的驾驶员的头的位置；以及

主控制器，其与头位置传感器和可调节的方向盘组件通信，其中主控制器被构造成：

从方向盘组件接收输入；

从头位置传感器接收输入；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件。

方案2. 如方案1所述的系统，其中方向盘组件被基于驾驶员的头位置调节以给驾驶员提供视线。

方案3. 如方案2所述的系统，其中视线给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡视野。

方案4. 如方案1所述的系统，其中方向盘组件包括：

方向盘；

转向柱；以及

调节组件，其构造成调节方向盘的位置。

方案5. 如方案4所述的系统，其中方向盘的位置包括高度、倾斜角度、和/或距驾驶员的近距离。

方案6. 如方案1所述的系统，其中主控制器在被构造成调节方向盘组件时，被构造成发送信号给方向盘组件，其包括指示方向盘的倾斜角度、方向盘的高度和方向盘到驾驶员的近距离的信息。

方案7. 如方案1所述的系统，其中主控制器还被构造成基于侧部视镜的角度确定驾驶员的头的位置。

方案8. 如方案1所述的系统，其中头位置传感器还被构造成确定交通工具的驾驶员的至少一只眼的位置。

方案9. 一种用于自动调节方向盘系统的位置的方法，包括：

接收来自方向盘组件的输入，其中该输入包括指示方向盘组件的方向盘的位置的信息；

接收来自头位置传感器的输入，其中该输入指示驾驶员的头的位置；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

方案10. 如方案9所述的方法，其中方向盘的位置包括高度、倾斜角度、和/或距驾驶员的近距离。

方案11. 如方案9所述的方法，还包括发送信号给方向盘组件，其包括指示方向盘的倾斜角度、方向盘的高度、和方向盘到驾驶员的近距离的信息。

方案12. 如方案9所述的方法，还包括基于侧部视镜的角度确定驾驶员的头的位置。

方案13. 如方案9所述的方法，其中来自头位置传感器的输入还指示交通工具的驾驶员的至少一只眼的位置。

方案14. 一种非瞬态计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述指令在被处理器执行时使所述处理器执行一种方法，包括：

从方向盘组件接收输入；

从头位置传感器接收输入；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

方案15. 如方案14所述的非瞬态计算机可读介质，其中来自方向盘组件的输入包括指示方向盘组件的方向盘的位置的信息。

方案16. 如方案14所述的非瞬态计算机可读介质，其中来自头位置传感器的输入指示驾驶员的头的位置。

方案17. 如方案14所述的非瞬态计算机可读介质，其中来自头位置传感器的输入指示驾驶员的至少一只眼的位置。

方案18. 如方案14所述的非瞬态计算机可读介质，还包括调节方向盘的倾斜以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

IV. 附图说明

图1说明了典型的方向盘和仪表盘布置的布局。

图2示意性地说明了根据本公开的实施例的自动可调节方向盘系统的示例。

图3说明了根据本公开的实施例的实施在具有驾驶员的交通工具中的自动可调节方向盘系统的侧视示例。

图4说明了根据本公开的至少一个实施例的适合与自动可调节方向盘系统一起使用的驾驶员头位置设备的总览。

图5说明了用于确定适合与根据本公开的至少一个实施例的系统一起使用的驾驶员头位置的布置的总览。

图6说明了根据本公开的实施例的用于确定方向盘位置调节的方法。

图7A说明了根据本公开的实施例的在坐标系中的方向盘系统的可调节参数。

图7B说明了被调节的图7A的参数。

图7C和7D说明了图7A和7B的方向盘系统的参数的几何关系。

在给出了下面的对附图的可实现的描述后，本公开的各个发明方面对本领域技术人员是清楚明白的。

V. 附图说明

按照要求，这里公开了本发明的具体实施例。公开的实施例仅是示例，这些示例可以各种不同的和代替的形式，和它们的组合被具体化。在本文中被使用时，例如，“示例性”和类似术语广义地指的是用作说明、样品、模型或样式的实施例。

附图不一定是按比例绘制的并且一些特征可能被夸大或最小化，例如以示出特定部件的细节。在一些情况下，非常公知的部件、系统、或方法没有被具体描述以不阻碍对本发明的理解。因此，本文公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限定性的，而仅是作为权利要求的基础以及作为教导本领域技术人员采用本公开的代表性基础。

在至少一个实施例中，本公开提供了一种系统，其执行一种方法，基于汽车的驾驶员的头和/或眼的位置自动调节各种汽车部件的位置，例如汽车方向盘的位置和倾斜。驾驶员的头的位置可由于例如驾驶员的改变、驾驶员姿势的改变、驾驶员座椅位置的改变等而改变。

该系统通过自动调节方向盘的位置和/或倾斜而增强了可见性使得驾驶员对仪表盘和路面的可见性被改善而无需例如对交通工具的手动输入或驾驶员的身体调节的动作。该系统通过基于驾驶员的头和/或眼的位置自动调节方向盘的位置和/或倾斜来最小化不正确的用户调节的影响。

虽然本技术的实施例在本文中主要参照汽车交通工具来描述，但是这些概念同样适用于具有可调节方向盘的任何类型的交通工具。其它交通工具类型包括飞行器、航海器、和摩托车。

在至少一个实施例中，本公开提供了响应于驾驶员的位置或位置的改变，例如头位置和/或眼位置。对交通工具的方向盘的位置的自动摩托化调节，例如汽车。在至少一个实施例中，系统利用一个或多个驾驶员监测设备检测头和/或眼位置并且此后调节方向盘的倾斜以给驾驶员提供对仪表盘和/或路面的最优可见性。在至少一个实施例中，系统基于头和/或眼位置和用户喜好调节方向盘的位置。在一个或多个实施例中，本公开的系统基于一种或多种方法获得驾驶员头和/或眼位置，方法包括（i）接收来自驾驶员头和/或眼位置传感器的输入，（ii）基于后视镜的位置或调节确定对头和/或眼位置的估计，或（iii）基于驾驶员的站立高度、坐立高度、和/或座椅位置信息来确定对头和/或眼位置的估计。在一些实施例中，驾驶员的站立高度可被输入该系统使得驾驶员的坐立高度可由系统基于站立高度-坐立高度之间的被接受关系或相关性来估计。站立高度-坐立高度关系可例如由存储的查询表来提供。站立高度-坐立高度关系也可类似地提供对驾驶员的臂展的估计。在一些实施例中，方向盘的位置包括方向盘的竖直位置（高度）、方向盘的伸缩位置、和/或方向盘的倾斜位置。

图2和3示意性地说明了根据本公开的实施例的自动可调节方向盘系统200。自动可调节方向盘系统200被构造和设计用于和汽车205一起使用。方向盘系统200包括至少一个驾驶员头和/或眼位置传感器210、主控制器220、和调节组件230。虽然驾驶员头和/或眼位置传感器210被示出为安装在中间后视镜215上的单个传感器，但是这种布置仅作为示例被提供。各种其它的传感器布置和安装位置也是可行的，如下面将讨论的。虽然在图3中未明确地示出连接，但是每个传感器210和调节组件230都与主控制器220通信。

主控制器220，例如交通工具控制单元，包括处理器（未示出）和存储机构（未示出）。存储机构包括非瞬时计算机可读介质，其存储计算机可执行指令，该指令在被处理器执行时，使处理器开始根据本文中的公开对方向盘240的位置的调节。存储器也可存储其它的信息，包括例如预先选择的交通工具设置，例如方向盘位置设置（例如，预先设置的倾斜位置），方向盘位置包括倾斜，和其它预先选择的设置。

方向盘系统200基于驾驶员260的头和/或眼位置自动调节方向盘240的位置以给坐在汽车座椅270内的驾驶员260提供分别对（仪表板255的）仪表盘250和路面（未示出）的通过视线262、264的无阻挡视野。主控制器220从驾驶员头和/或眼位置传感器210接受输入。基于所接受的输入，主控制器220提供输出给调节组件230以调节方向盘240的位置。如所规定的，可调节参数包括方向盘240的倾斜，方向盘的高度，和方向盘与驾驶员的近距离。高度和近距离可通过调节转向柱245来改变。调节组件230被布置和构造成调节方向盘240相对于转向柱235的位置。调节组件230也可被布置和构造成调节转向柱235相对于汽车205的位置。调节组件230可包括各种调节机构，例如倾斜机构、高度机构和近距离机构。方向盘240的倾斜可通过调节将方向盘240连接到转向柱245的调节组件230的倾斜机构（未具体示出）来改变。在可行的实施例中，方向盘240的高度可通过连接方向盘240和转向柱245的调节组件230的高度机构（未具体示出）来改变和/或方向盘240与驾驶员260的近距离可通过连接方向盘240和转向柱245的调节组件230的近距离机构（未具体示出）来改变。

虽然调节组件230被示出为两个分开的单元，其直接地和/或通过调节转向柱245间接地调节方向盘240的位置，但是调节组件230可以其它方式被构造，例如通过包括单个调节组件，其直接地和/或通过转向柱245间接地调节方向盘240。在可行的实施例中，调节组件230包括一个模块，其调节方向盘240和/或转向柱235的倾斜、高度和/或近距离。在其它的可行的实施例中，调节组件230包括两个或更多模块，它们单独地调节方向盘240和/或转向柱235的倾斜、高度和/或近距离。

对于方向盘240的近距离位置被通过转向柱的调节来改变的实施例，调节组件230调节转向柱245的沿着其纵向轴线的长度以将方向盘240定位成更接近或更远离驾驶员260。调节组件230也可调节转向柱230的高度，例如通过绕着与转向柱245相对的端部枢转转向柱245以有效地升高或降低方向盘240的位置。调节组件230还调节方向盘240的倾斜角度，例如通过绕着转向柱245的端部枢转方向盘240。方向盘和/或转向柱的位置可被调节以将方向盘240定位到例如更加舒服和/或人体工程学的正确位置以避免驾驶员260疲劳，同时提供了分别对仪表盘250和路面的最优的或无阻挡的视线262和264。

在至少一些实施例中，方向盘系统200监测多个可影响驾驶员260的头的位置并由此影响驾驶员260的视线262、264的变量。影响视线262、264的变量可包括例如驾驶员260的改变（驾驶员A变到驾驶员B），驾驶员260姿势的改变，座椅270或其头枕275的位置的调节，其它驾驶员设置的改变等。在至少一些实施例中，方向盘系统200考虑了多个变量中的一个或多个以确定是否应该以及在何种程度上调节方向盘240和/或转向柱245的位置以维持最优的视线262、264，如在下文更彻底讨论的。在至少一些实施例中，方向盘系统200监测多个变量以确定是否应该以及在何种程度上调节方向盘240和转向柱245并且自动完成维持最优视线262、264所必需的调节。

主控制器220被布置成与驾驶员头和/或眼位置传感器210和调节组件230通信并从其接受输入。通信信道为被明确示出，但可以是有线的和/或无线的。调节组件230包括马达（被认为被示例性示出，尽管未被具体示出）和调节，或致动机构（也被认为是示意性示出，尽管未被具体示出），它们接收来自主控制器220的输入。致动结构和马达基于从主控制器220接收的输入调节方向盘240和/或转向柱245的位置。致动机构可包括微处理器、螺线管、和/或其它类似部件，其被布置和构造成调节方向盘240和转向柱245的位置，如本公开通篇讨论的。

驾驶员头位置传感器210可被选择性地编程从而以各种方式确定驾驶员的头和/或眼位置。驾驶员260的头和/或眼位置可被检测以基于事件的发生或驾驶员输入确定初始方向盘位置。事件的发生可包括例如驾驶员进入汽车205，起动汽车205，调节座椅270和/或头枕275，或调节中间后视镜215或侧方视镜等。驾驶员输入可包括例如驾驶员喜好的激活，激活遥控钥匙、重置系统等。在检测驾驶员260的头的位置时，头位置传感器210提供输入给主控制器220。

主控制器220单独基于驾驶员的头和/或眼位置，或与初始方向盘位置组合地确定对方向盘240的合适调节。初始方向盘位置可基于例如驾驶员喜好、工厂标准、驾驶信息例如站立高度、和座椅位置等，并且指示在驾驶员的头和/或眼位置改变之前的驾驶员的正确的或优选的方向盘位置。在检测到驾驶员的头和/或眼位置的改变时，主控制器220自动调节方向盘240的位置到确定的合适位置，使得维持了最优的或期望的视线262和264。方向盘位置可由方向盘系统200自动调节，例如在起动时（在接合汽车205的驱动系统之前）或在驾驶员请求时，以在合适时重新定位方向盘240。

在一个实施例中，方向盘系统200在某些情况下，例如在接合汽车205的驱动系统时，在将汽车205的变速器从“驻车”移除时等，去激活。方向盘系统200在去激活的原因被去除时被重新激活，例如在驱动系统被分离时，变速器被恢复到“驻车”位置等。

在至少一个实施例中，驾驶员头和/或眼位置传感器210被定位在中间后视镜215上。指出传感器210被定位在中间后视镜215上不是在限定性意义下做出的，因为传感器210可以多种方式中的任一种与中间后视镜215相关联，例如通过安装在中间后视镜215的外表面上和/或被定位成至少部分地位于中间后视镜215内。在其它实施例中，驾驶员头位置传感器210被定位在乘客舱内的其它合适位置，其允许传感器210感测驾驶员的头和/或一只或两只眼而没有阻挡，例如在挡风玻璃、仪表板、顶篷等上。

在一些实施例中，方向盘240和/或转向柱245的位置可由驾驶员260使用至少一个方向盘位置开关或杠杆（未示出）来手动调节。在至少一些实施例中，方向盘系统200被构造成由用户以各种方式控制、设置或调节，方式包括本文描述的那些。在一个实施例中，系统200可有用户打开和关闭。打开和关闭系统允许对方向盘240的自动调节由用户启用和禁用。

在至少一个实施例中，方向盘系统200提供了多个视线设置，包括例如驾驶员优选（由驾驶员260预先选择）和系统建议（由方向盘系统200确定）。视线选择可被存储在主控制器220内并可被检索。存储驾驶员优选的视线和优选的方向盘设置允许驾驶员预先选择对仪表盘和/或路面的优选视线，并允许对预先选择的信息快速检索以由此改善用户效率并提高系统可见性。

在至少一个实施例中，方向盘系统200被构造成通过用户-交通工具界面（未具体示出）例如触敏显示器或其它手动控制器来接收预先选择。方向盘系统200此后维持由驾驶员预先选择的优选视线，即使是在驾驶员的头的位置改变时。

系统建议的视线和方向盘设置允许系统确定和建议视线（例如系统确定的可能是形成对仪表盘和路面的最优（无阻挡）视野的理想视线）。在至少一些实施例中，理想视线可根据驾驶条件而变化，例如速度、城市道路/高速路、天气、一天中的时间、轿车负载、位置或方向等。方向盘系统200可使用这些参数确定理想视线并基于驾驶员的头的位置维持这些视线。在至少一些实施例中，方向盘系统200在接收来自驾驶员的指示接受建议的视线的指示时采用建议的视线。在一个或多个可行的实施例中，方向盘系统200在确定了视线之后采用这些视线，而没有将它们建议给驾驶员和/或接收并接受它们作为来自驾驶员的输入。一旦方向盘系统200采用了建议的视线，方向盘系统200此后维持系统建议的视线设置，即使在驾驶员的头的位置改变时。

图4说明了适合与根据本公开的至少一个实施例的系统一起使用的驾驶员头位置传感器的示例，例如在图2和3中示出并参照其描述的实施例。驾驶员头位置传感器300可采用并接收来自各种技术的输入，包括摄像机310、雷达和/或投射器320。驾驶员头位置传感器300使用来自摄像机310、雷达和、或投射器320的输入来确定驾驶员260的头的位置，使得可确定驾驶员的视线。在一些实施例中，确定驾驶员的头的位置包括具体地确定驾驶员260的头的中点265的位置或驾驶员260的眼中的一只或两只的位置。

驾驶员头位置传感器300可使用三维（3D）成像等。驾驶员头位置传感器300的示例性技术和眼位置传感器包括SmartEye®自动对准系统的各种模型，例如传感器模型SP1052/01，由密歇根的SmartEye Corporation of Rochester Hills制造的，以及由以色列PrimeSense Ltd. of Tel-Aviv制造的PrimeSense自然互动系统的各种模型。

子系统和由它们执行的确定头位置的相关方法可被称为输入子系统和方法，或简称为输入系统，因为它们提供主动输入给整个系统200（例如，给主控制器220）以供确定方向盘240的位置和/或方向盘240的位置中的所需改变是所用。确定驾驶员的头和/或眼位置的输入系统和方法，除了三维成像以外，还包括例如（I）两个内部摄像机，彼此交错地安装，以估计驾驶员的头的三维（3D）位置；（II）结构光传感器；（III）单个摄像机，其采用先进的面部姿态估计算法和驾驶员具体眼距离标定；（IV）镜子（中间的和/或侧方的），其包括内部安装的摄像机，其仅需检测驾驶员的视线；和（V）两个（或多个）分开的同样传感器的模块，其允许三角测量以确定驾驶员的头的位置。在至少一些实施例中，驾驶员的眼位置是基于驾驶员的头的尺寸和/或位置估计的。

在至少一些实施例中，其它的输入系统和方法可被使用，或替换地，与一个或多个其它输入系统或方法一起来确定驾驶员的头位置。这些其它输入系统和方法包括例如基于后视镜的调节和/或位置的估计；和基于已知的视线、已知的坐立高度、和驾驶员的座椅位置的估计。如上讨论的，站立高度-坐立高度关系可被存储在交通工具的存储器中，例如通过查询表。站立高度-坐立高度关系也可提供对驾驶员的臂展的估计。在一些实施例中，方向盘的位置包括方向盘的竖直位置（高度）、方向盘的伸缩位置、和/或方向盘的倾斜位置。

适合与本公开一起使用的后视镜系统400在图5中示出。用于和汽车405一起使用的后视镜系统（子系统）400包括主控制器470，其与镜子组件410、420、430通信。主控制器470可以和上面讨论的主控制器220一样。

镜子组件410、420、430中每一个都包括马达412、422、432和反光元件414、424、434，例如镜子。马达412、422、432可由主控制器470或其它控制器使用来分别调节反光元件414、424、434的角度以及由此调节由反光元件414、424、434提供到驾驶员460的视线416、426、436。反光元件414、424、434的角度以及由此视线416、426、436可存储在主控制器470中。对驾驶员460的头位置的估计此时可通过接收后视镜410、420、430的优选视线、仪表板455的仪表盘450、路面（未示出）、和方向盘440的位置来确定。这些设置此后可存储为初始设置。一旦建立了初始设置，对这些变量中的任一个的调节，例如后视镜410、420、430，可被主控制器470所用，有或没有明确指示驾驶员头位置的输入（例如，摄像机数据），来确定合适的调节以维持对仪表盘450和路面的视线。

类似地，基于已知的站立高度、坐立高度、和座椅位置的估计也可被使用。例如，初始设置可包括例如驾驶员高度、坐立高度、座椅位置、和基于汽车镜子角度和方向盘位置建立的视线。一旦被建立，对这些变量的任一个的调节可被主控制器检测以确定方向盘的合适调节从而通过使用初始设置变量来维持视线。

图6说明了根据本公开的实施例的用于确定方向盘位置调节的方法。应该理解，方法600的步骤不一定是按照特定顺序给出的并且以替换的顺序执行步骤中的一些或全部是可能的并且可行的。这些步骤以图示的顺序给出是为了易于描述和说明。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，步骤可被增加、省略和/或同时执行。

应该理解，图示的方法600可在任何时间结束。在某些实施例中，这个过程的步骤中的一些或全部，和/或基本上等同的步骤由系统执行，例如本我们描述的系统，或更具体地由处理器执行，例如本文描述的处理器（例如，本文描述的主控制器220、470的处理器），执行非瞬时计算机可读存储介质上存储或包括的计算机可读指令。

在框602，系统被激活。在框604，系统接收汽车部件的初始设置的输入，如上所述，包括例如转向柱和/或方向盘的位置。在框606，系统接收驾驶员输入以调节初始设置中的一个或多个。在608，系统检测驾驶员的头的位置并且计算转向柱和方向盘的位置的合适调节以维持驾驶员对仪表盘和路面的最优视线。在决定菱形610，系统确定汽车是否处于“驻车”。如果“否”，在框612系统不会调节方向盘或转向柱的位置。如果“是”，在框614系统基于计算的调节调节转向柱和方向盘的位置。在框616，系统存储驾驶员的调节后设置并基于调节后设置计算驾驶员的“偏爱”或“喜好”。偏爱可在相关联的驾驶员下次调节他/她的位置或系统设置时被考虑。在框612和框616后，系统结束该过程并等待系统的重新激活。

图7A和7B说明了根据本公开的汽车的方向盘系统的可调节参数。图7A和7B描绘了布局参数，在二维（2D）坐标系700中（具有以毫米为单位列出的x和y轴），包括根据本公开的至少一个实施例的各种系统部件的位置。本技术使用一种或多种算法来基于驾驶员的头的位置计算对仪表盘和路面的最优视线。本技术（例如，系统200）此时通过基于方向盘的已知参数调节方向盘的位置（同时考虑驾驶员喜好）来调节方向盘的位置以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡视野。本公开的系统识别驾驶员（坐在具有头枕775的座椅770中）的头或眼点710的相对于仪表盘720的位置。基于驾驶员的确定的眼点710确定驾驶员的（通过挡风玻璃725）对仪表盘720和路面的最优视线715。系统此时调节方向盘730的位置使得方向盘730的至少一部分，例如边沿，不阻挡最优视线715。为了调节方向盘730的位置，转向柱745可在枢转点740上沿竖直方向上下调节所确定的角度750，或者方向盘730可沿着中心735被倾斜使得方向盘的那部分，例如边沿，不干扰通过挡风玻璃725的仪表盘720和路面的最优视线。

本公开的系统的主控制器220和/或470利用上述的部件参数（例如，驾驶员眼点，仪表盘顶点，方向盘顶点等）自动调节汽车的方向盘的位置以给驾驶员提供对仪表盘和路面的最优视线。主控制器220和/或470使用方程基于汽车部件的布局和驾驶员的头的位置来计算最优视线。系统利用方向盘和仪表盘的已知参数、以及方向盘的所确定的参数、头或眼点、和/或优选设置来确定最优视线；并且基于所确定的合适位置调节转向柱和方向盘的位置和/或倾斜以维持最优视线。

下面的示例方程和计算可被用于基于所确定的驾驶员的头的位置来确定驾驶员的对仪表盘和路面的最优视线。示例性参数包括交通工具的参数和驾驶员的参数。交通工具参数通常基于交通工具部件是已知的。驾驶员参数通常是未知的并且必须根据本文中的公开确定。交通工具参数包括与方向盘和仪表盘相关的各种参数。方向盘参数包括下面：方向盘直径SWdiameter，方向盘枢轴到中心的距离SWPC，方向盘最小倾斜角度SWAmin，方向盘最大倾斜角度SWAmax，方向盘枢轴x坐标SWPivx，和方向盘枢轴y坐标SWPivy。仪表盘参数包括仪表盘x坐标IPx和仪表盘y坐标IPy。驾驶员参数包括在x和y坐标中的驾驶员的眼点。驾驶员的眼点包括眼点x坐标Eyex和眼点y坐标Eyey。

本文中使用的示例方程和计算将参照图7A和7B讨论。视线基于坐在具有头枕775的座椅770中的驾驶员（未示出）的眼点710。眼点710确定驾驶员通过挡风玻璃720对仪表盘720，方向盘730，和路面的视线。如上所述，驾驶员的视线可被方向盘730的顶点732和仪表盘720的顶点722（也称为仪表盘（IP）点）阻挡。因此，方向盘中心735和方向盘枢轴740允许方向盘730和转向柱745的位置被改变到更加合适的位置，如本文中讨论的。

为了进行本文讨论的计算，系统找到下面两条线之间的交点：（1）形成在眼点710和仪表盘720的顶点722之间的直线715，和（2）由方向盘730的各个可调节顶点732的轨迹形成的线。当确定交点时，注意到线715是直线而方向盘730的各个可调节顶点732构成圆。圆和直线之间的交点是基于几何计算的，如下所讨论的。

图7C和7D说明了图7A和7B的方向盘系统700的参数的几何关系。方向盘730和转向柱745的几何学，如在图7C和7D中所示，包括方向盘枢轴SWPiv740，方向盘中心735，方向盘730的顶点732，转向柱745或方向盘枢轴到中心的长度SWPC，方向盘半径734（由方向盘直径除以2或SWdiameter/2给出），以及delta，其由从方向盘枢轴SWPiv到方向盘730的顶点732的距离给出。方向盘730和转向柱745的几何学产生了如下方程：

。

方向盘枢轴到中心的距离SWPC或转向柱745的长度、方向盘半径734、和从方向盘枢轴SWPiv到方向盘730的顶点732的长度建立了三角形，其允许确定该三角形的边长。例如，方向盘枢轴到中心SWPC的倾斜、长度、和/或长度的改变（对于伸缩转向柱）可基于三角形的其它边的已知长度来确定。方向盘730的顶点732具有中心在方向盘枢轴740处的圆形轨迹。方向盘枢轴740坐标被指示为（SWPiv_x ， SWPiv_y）。落在具有枢轴中心(SWPiv_x ， SWPiv_y)且半径等于delta的圆上的（x，y）点由下式给出：

(1)。

已知眼点710坐标(Eye_x ， Eye_y)和仪表盘点722坐标(IP_x ， IP_y)，连接直线的斜率可如下计算：

。

在直线上的点（x，y）满足下面方程：

(2)。

交点(INTER)736必须满足方程1和2。下面是对坐标INTER_x和INTER_y的计算。方程2的两侧都乘以下式：

。

分配各项以产生下式：

。

在右侧的项被定义为：

。

这产生下面方程：

(3)。

方程3被重写为：

。

两边平方产生下面方程：

(4)。

坐标转换此时由下式定义：

。

方程1此时变为下面方程：

。

并且此后下面方程：

(5)。

将方程5代入方程4得到下式：

。

并且此后下面二次方程：

。

求解该二次方程，保留正根（在圆的正侧的方向盘的顶点），产生下面方程：

(6)。

交点INTER此时可由下式定义：

。

从方程6的坐标变化此时可被撤销以产生下式：

。

注意下面的关系：

。

该关系产生下式：

。

方程5产生下式：

。

坐标变换被撤销并且x和y交点被替代如下：

和

。

替代这些值允许交点被确定如下：

。

上面列出的方程允许确定方向盘的正确的交点使得方向盘的位置可被自动调节以提供驾驶员对仪表盘和路面的无阻挡视野，与本文中的公开一致。

方向盘倾斜角度是参照图7C和7D讨论的。角度theta

或A18被形成在由方向盘到枢轴中心SWPC或转向柱745建立的第一线和由方向盘枢轴SWPiv和方向盘730的顶点732建立的第二线之间。注意到角度theta

或A18由下面方程提供：

A18 =

- (180/π) arc tan ((SWdiameter/2)/SWPC) (7)。

落在极坐标中圆上的点（x，y）将由下式给出：

(8)

(9)。

应用先前确定的坐标变换。坐标变换由下式给出：

。

应用这些关系，方程9变为下式：

。

在变形域中方程9必须等于方程6。这个关系提供了下式：

。

求解theta

并代入方程7产生方向盘的倾斜角度（A18）如下：

。

上面列出的方程允许确定方向盘的正确的倾斜角度（A18）使得方向盘的位置可被自动调节以提供驾驶员对仪表盘和路面的无阻挡视野，与本文中的公开一致。

下面的参数和计算说明了如何确定本公开的方向盘位置调节的示例。相关的交通工具参数（全部以毫米（mm）为单位列出）如下：

仪表盘x-坐标 IPx = 382.938

仪表盘y-坐标 IPy = 736.85

方向盘直径SWdiameter = 372.3

方向盘角度(min) SWAmin = 13.518

方向盘角度(max) SWAmax = 37.989

方向盘枢轴到中心SWPC = 243.0315。

相关驾驶员参数（全部以毫米（mm）为单位列出）在下面表1中被提供。

本公开的系统和方法基于相关交通工具参数和驾驶员参数利用了确定的参数计算方向盘的正确位置，包括在固定长度和伸缩转向柱中的方向盘高度和倾斜，对于由驾驶员驾驶的交通工具，如本文中公开的。给出的计算确定用于具有固定长度和/或伸缩转向柱的交通工具的方向盘倾斜角度。

下面列出的MATLAB算法提供了基于上面表1中列出的相关交通工具参数和驾驶员参数的计算的示例。算法如下：

function [wan,A18]=SW_angle(SWPivxTP,SWPivyTP,Eyex,Eyey);

%UNITS: milimeters and degrees

%%% VEHICLE DIMENSIONS

delta=306.1309; %Distance from SW pivot to SW rim

IPx=382.938; %Instrumentation Panel x-coordinate

IPy=736.85; %Instrumentation Panel y-coordinate

SWPC=243.0315; %Steering Wheel Pivot to Center distance.

SWAmin=13.518; %Steering wheel Tilt min angle

SWAmax=37.989; %Steering wheel Tilt max angle

SWArange=SWAmax-SWAmin;

SWdiameter=372.3; %W9=Steering wheel maximum outside diameter

%%% COMPUTATION

m=(Eyey-IPy)/(Eyex-IPx);

kappa=SWPivyTP-IPy-m*SWPivxTP+m*IPx;

INTERd=(-kappa+m*sqrt(m^2*delta^2+delta^2-kappa^2))/(m^2+1);

INTERy=SWPivyTP + INTERd;

INTERx=SWPivxTP + sqrt(delta^2-INTERd^2);

A18=(180/pi)*asin(INTERd/delta)-(180/pi)*atan( (SWdiameter/2) / SWPC);

wan=(A18-SWAmin)/SWArange。

上面的公开描述了用于确定驾驶员对仪表盘和路面的最优视线的示例系统和方法。在不脱离本公开的情况下，可使用其它示例。例如，虽然上述的示例包括确定驾驶员的头的三维（3D）位置，但是其它实施例可考虑，附加地或替换地，例如驾驶员的头的角度方向。 角度方向是驾驶员的脸的方向并可由与用于确定驾驶员的头和/或眼位置的同样的和/或其它感测设备（例如，摄像机）确定。

虽然图示并讨论为单独的部件，但是主控制器220和/或470也可与交通工具的车载计算机系统集成或由其代替。虽然本公开已经在特定的优选和替换的实施例方面被描述，但其不限于那些实施例。仍有本公开包含的替换的实施例、示例和改变可由本领域技术人员做出，尤其是在借鉴了前面教导之后。而且，应该理解用来描述本公开的术语词语本质是描述性的而不是限定性的。

本领域技术人员还将意识到对上述优选的和替换的实施例的各种适应和改变可被构造，而不脱离本公开的范围和精神。因此应该理解，在所附权利要求的范围内，本公开可以用与具体描述的方式不同的方式被实践。

Claims (10)

1.一种自动调节方向盘系统，包括：

方向盘组件；

头位置传感器，其构造和布置成检测交通工具的驾驶员的头的位置；以及

主控制器，其与头位置传感器和可调节的方向盘组件通信，其中主控制器被构造成：

从方向盘组件接收输入；

从头位置传感器接收输入；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件。

2.如权利要求1所述的系统，其中方向盘组件被基于驾驶员的头位置调节以给驾驶员提供视线。

3.如权利要求2所述的系统，其中视线给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡视野。

4.如权利要求1所述的系统，其中方向盘组件包括：

方向盘；

转向柱；以及

调节组件，其构造成调节方向盘的位置。

5.如权利要求4所述的系统，其中方向盘的位置包括高度、倾斜角度、和/或距驾驶员的近距离。

6.如权利要求1所述的系统，其中主控制器在被构造成调节方向盘组件时，被构造成发送信号给方向盘组件，其包括指示方向盘的倾斜角度、方向盘的高度和方向盘到驾驶员的近距离的信息。

7.如权利要求1所述的系统，其中主控制器还被构造成基于侧部视镜的角度确定驾驶员的头的位置。

8.如权利要求1所述的系统，其中头位置传感器还被构造成确定交通工具的驾驶员的至少一只眼的位置。

9.一种用于自动调节方向盘系统的位置的方法，包括：

接收来自方向盘组件的输入，其中该输入包括指示方向盘组件的方向盘的位置的信息；

接收来自头位置传感器的输入，其中该输入指示驾驶员的头的位置；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

10.一种非瞬态计算机可读介质，其上存储有计算机可执行指令，所述指令在被处理器执行时使所述处理器执行一种方法，包括：

从方向盘组件接收输入；

从头位置传感器接收输入；以及

基于来自方向盘组件的输入和来自头位置传感器的输入调节方向盘组件以给驾驶员提供对仪表盘和路面的无阻挡的视野。

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