CN106125306A - 一种抬头显示系统、车辆控制系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆的抬头显示系统，包括：用于获取并投射仪表信息图像的显示装置；用于反射显示装置投射出的投射图像的反射装置；用于缩放反射装置反射出的反射图像、并投影到驾驶位置前方的预定位置上的成像装置；用于控制反射装置的角度、控制成像装置成像比例的控制装置，控制装置分别与显示装置、反射装置和成像装置连接。本发明所提供的抬头显示装置可将仪表盘的信息以图像方式投影至驾驶员前方，驾驶员可以通过控制装置调整图像的缩放，使驾驶员行车过程中不必低头查看仪表盘，为驾驶员提供了方便，从而保障了行车安全。本发明还提供了一种包括上述抬头显示系统的车辆控制系统和一种包括上述抬头显示系统的车辆。

Description

一种抬头显示系统、车辆控制系统及车辆

技术领域

本发明涉及车辆设计技术领域，更具体地说，涉及一种抬头显示系统。此外，本发明还涉及一种包括上述抬头显示系统的车辆控制系统和车辆。

背景技术

随着电子技术和人工智能的发展，车辆智能化已经逐步影响着车辆的设计和制造。

目前汽车的仪表以机械式仪表和液晶显示类仪表居多，驾驶员查看仪表信息，只能低头透过方向盘上半侧的空隙来查看仪表信息。

然而，方向盘上半侧的空隙大小有限，驾驶员在操作方向盘的同时可能会对仪表盘造成遮挡，不能及时查看到仪表盘，更重要的，在行车过程中驾驶员低头离开前方视线，容易造成安全隐患。每年有大量交通事故的发生是由于驾驶员不能准确查看仪表，或者由于查看仪表造成的注意力转移而忽略路况造成的。另外，在车辆转弯时，驾驶员通常无法查看仪表信息。

综上所述，如何解决驾驶员在行车时查看仪表的安全性，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种抬头显示系统，该系统可以保证行车过程中驾驶员查看仪表信息的安全性。

本发明的另一目的是提供一种包括上述抬头显示系统的车辆控制系统和一种包括上述抬头显示系统的车辆。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于车辆的抬头显示系统，包括：

用于获取并投射仪表信息图像的显示装置；

用于反射所述显示装置投射出的投射图像的反射装置；

用于缩放所述反射装置反射出的反射图像、并投影到驾驶位置前方的预定位置上的成像装置；

用于控制所述反射装置的角度、控制所述成像装置成像比例的控制装置，所述控制装置分别与显示装置、反射装置和成像装置连接。

优选的，所述反射装置为用于将所述投射图像连续反射至少两次的、反射角度可调的反射装置。

优选的，所述反射装置包括：

用于反射所述投射图像的第一反射镜，设有用于调整所述第一反射镜角度的第一旋转机构；

用于反射所述第一反射镜的图像至所述成像装置的第二反射镜，设有用于调整所述第二反射镜高度的第一高度调整机构。

优选的，所述第二反射镜设有用于调整所述第二反射镜角度的第二旋转机构。

优选的，所述第一旋转机构的旋转轴和所述第二旋转机构的旋转轴平行，且均平行于车身宽度方向。

优选的，所述成像装置包括：

平行设置的第一成像透镜和第二成像透镜；

用于调节所述第一成像透镜和所述第二成像透镜间距的第二高度调整机构。

优选的，所述显示装置包括LCD显示器和设置于所述LCD显示器背侧的背光模块。

优选的，所述控制装置包括控制板和与所述控制板连接的命令接收器，所述命令接收器为设置于方向盘上的按钮控制器，或者为语音控制器。

一种车辆控制系统，包括抬头显示系统，所述抬头显示系统为上述任意一项所述的抬头显示系统。

一种车辆，包括抬头显示系统，所述抬头显示系统为上述任意一项所述的抬头显示系统。

本发明所提供的抬头显示系统通过将显示装置发出的仪表信息图像由反射装置、成像装置将图像投射到驾驶位置前方的预定位置上，过程中成像装置可将图像进行缩放，以改变投影至预定位置的图像大小。本发明所提供的抬头显示装置可将仪表盘的信息以图像方式投影至驾驶员前方，驾驶员可以通过控制装置调整图像的缩放，使驾驶员行车过程中不必低头查看仪表盘，为驾驶员提供了方便，从而保障了行车安全。

本发明还提供了一种包括上述抬头显示系统的车辆控制系统和一种包括上述抬头显示系统的车辆，应用该抬头显示系统可以有效的避免行车安全事故，提升驾驶舒适感。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种抬头显示系统具体实施例的设计方案示意图。

上图中：

1为抬头显示系统，101为控制板，102为背光模块，103为LCD显示器，104为第一反射镜，105为第一旋转机构，106为第一镜片转动方向，107为第二反射镜，108为第一齿轮齿条机构，109为第一高度调节方向，110为第二旋转机构，111为第二镜片转动方向，112为第一成像透镜，113为第二成像透镜，114为第二齿轮齿条机构，115为第二高度调节方向，116为内部光路示意图；

2为车体，3为前挡风玻璃，4为驾驶员眼睛，5为虚像画面近位，6为虚像画面远位。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种抬头显示系统，该系统可以保证行车过程中驾驶员查看仪表信息的安全性。

本发明的另一核心是提供一种包括上述抬头显示系统的车辆控制系统和一种包括上述抬头显示系统的车辆。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种抬头显示系统具体实施例的设计方案示意图。

其中，1为抬头显示系统，2为车体，3为前挡风玻璃，4为驾驶员眼睛，5为虚像画面近位，6为虚像画面远位。

本发明所提供的一种用于车辆的抬头显示系统，可以搭建在车辆的车辆控制系统上，在结构组成上主要包括显示装置、反射装置、成像装置和控制装置。

其中，显示装置用于获取并投射仪表信息图像，反射装置用于反射显示装置投射出的投射图像，成像装置用于缩放反射装置反射出的反射图像、并投影到预定位置上，控制装置用于控制反射装置的角度、控制成像装置成像比例的。控制装置分别与显示装置、反射装置和成像装置连接。

需要说明的是，仪表信息图像为具有仪表盘显示的车辆状态信息的图像，可以为仪表盘数据转化的文字图像，也可以为仪表盘的表盘图像等，所有能够反映仪表盘信息的图像均属于仪表信息图像。

显示装置可以由车辆控制装置处获取仪表信息图像，或者由控制装置等处获得仪表信息图像。显示装置将仪表信息图像以投射方式发送给反射装置。反射装置具有反射功能，能够对接收到的投射图像进行反射，反射图像由成像装置接收。反射装置发出的反射图像应为虚像。成像装置可以为透镜或透镜组，用于将反射图像进行放大或缩小，并最终投影在预定位置上。其中，预定位置可以为车辆的前挡风玻璃3，或者是设于驾驶位置前方的透明装置，以车辆的前挡风玻璃3为例，成像装置将放大或缩小后的图像投影到前挡风玻璃3上。

需要提到的是，投影到前挡风玻璃3上后，驾驶员看到的图像的虚像，因此会产生图像位于前挡风玻璃3前方一定距离的感觉。

本发明所提供的抬头显示系统通过将显示装置发出的仪表信息图像由反射装置、成像装置将图像投射到驾驶位置前方的预定位置上，过程中成像装置可将图像进行缩放，以改变投影至预定位置的图像大小。本发明所提供的抬头显示装置可将仪表盘的信息以图像方式投影至驾驶员前方，驾驶员可以通过控制装置调整图像的缩放，使驾驶员行车过程中不必低头查看仪表盘，为驾驶员提供了方便，从而保障了行车安全。

在上述实施例的基础之上，反射装置为用于将投射图像连续反射至少两次的、反射角度可调的反射装置。

其中，反射装置可以为反射镜或其他具有反射功能的装置，反射角度可调可以通过多种方式实现，例如，利用自身旋转调整反射光线的反射装置，或者反射装置具有若干个角度不同的反射面，通过自身移动实现利用不同的反射面进行反射。

本实施例中，反射装置可以调整图像的投射位置，以实现仪表信息图像在前挡风玻璃3上位置的改变，或在向前挡风玻璃3的前后移动，移动的位置可以包括图1中虚像画面近位5和虚像画面远位6，以及二者之间的多个位置。

在上述任意一个实施例的基础之上，反射装置包括：

用于反射投射图像的第一反射镜104，设有用于调整第一反射镜104角度的第一旋转机构105；

用于反射第一反射镜104的图像至成像装置的第二反射镜107，设有用于调整第二反射镜107高度的第一高度调整机构。

需要提到的是，上述第一反射镜104和第二反射镜105可以为完全相同的反射镜，也可以不同。其中，第一反射镜104为角度可调整的反射镜，通过设置的第一旋转机构105进行角度调整。第一旋转机构105可以为与第一反射镜104连接的第一电机和旋转轴，旋转轴设置于固定位置，并与第一反射镜104连接，第一电机驱动旋转轴绕第一镜片转动方向106方向旋转，以实现第一反射镜104的角度调节。第二反射镜107具有的第一高度调整机构，可以为第一齿轮齿条机构108。

本实施例提供的系统可以用于微调预设位置上的投影图像距离，具体方法如下：

若是要调节投影图像虚像画面的投射距离，则控制装置控制第一齿轮齿条机构108带动第二反射镜107沿着第一高度调节方向109的方向上下滑动，控制装置同时控制第一旋转机构105沿着第一镜片转动方向106的方向微调、转动，以保证反射后的投影画面能投透过透镜组放大、成像。若是要调近投影图像虚像画面的投射距离，则以相反的方向调整。

需要特别指出的是，微调投影画面距离时，图像的大小始终保持不变。

可选的，上述旋转轴沿车身宽度方向设置，该方向上的旋转可使投影画面高度调节效率最大。

可选的，可以通过控制装置获取微调预设位置上的投影图像距离的信号，然后通过控制装置对上述角度和高度调节装置进行控制调节。

在上述任意一个实施例的基础之上，第二反射镜107设有用于调整第二反射镜107角度的第二旋转机构110。可选的，第二旋转机构110包括第二电机和与第二反射镜107连接的旋转轴，旋转轴铰接于固定位置，并由第二电机驱动进行转动，并带动第二反射镜107转动。

本实施例所提供的抬头显示系统可以用于调整预设位置上的投影图像的高度，方法如下：

若是要调高投影虚像画面的高度，则控制装置控制第二旋转机构110沿着第二镜片转动方向111的转动方向顺时针旋转；

若是要降低投影虚像画面的高度，则控制装置控制第二旋转机构110沿着第二镜片转动方向111的转动方向逆时针旋转。

在上述任意一个实施例的基础之上，第一旋转机构105的旋转轴和第二旋转机构110的旋转轴平行，且均平行于车身宽度方向。旋转轴平行有利于提高图像调整角度的准确性。

在上述任意一个实施例的基础之上，为了实现对投影图像的缩放，成像装置可以具体包括：

平行设置的第一成像透镜112和第二成像透镜113；

用于调节第一成像透镜112和第二成像透镜113间距的第二高度调整机构。

需要说明的是，第一成像透镜112和第二成像透镜113均可以为普通透光透镜，并通过调整第二高度调整机构实现对二者间距的调节，以实现焦距和放大倍数的改变，最终对成像图像大小的进行调整。

具体地，装置大范围调整投影画面距离、缩放投影画面大小的方法描述如下：

若是放大并调远投影虚像画面，则控制装置控制第二齿轮齿条机构114带动第二成像透镜113沿着第二高度调节方向115的方向上往下滑动；

若是缩小并调近投影虚像画面，则控制装置控制第二齿轮齿条机构114带动第二成像透镜113沿着第二高度调节方向115的方向上往上滑动；

需要特别指出的是，按照上述大范围调节投影画面距离时，投影距离越远图像会越大，投影距离越近图像会越小。

在上述任意一个实施例的基础之上，显示装置包括LCD显示器103和设置于LCD显示器103背侧的背光模块102。可选的，背光模块102可以为高亮的LED型背光模块，LCD显示器103可以为高透光率的液晶显示器。

在上述各个实施例的基础之上，控制装置可以通过多种方式对成像装置和反射装置进行控制，具体地，控制装置包括控制板101和与控制板101连接的命令接收器，命令接收器为设置于方向盘上的按钮控制器，或者为语音控制器。语音控制器可以使驾驶员在控制方向盘的时候，通过语音对抬头显示系统进行控制，避免使用双手，保证行车驾驶安全。

本发明所提供的一个具体实施例的实现流程如下：

步骤一：控制板101从车辆获取仪表里程、速度、油耗和导航等信息；

步骤二：控制板101控制驱动LCD显示器103，显示出获取的里程、速度、油耗和导航等信息；

需要提到的是，为了保证驾驶员看到正确的画面，LCD显示器103应显示镜像画面。

步骤三：控制板101控制点亮液晶背光模块102；

步骤四：LCD显示器103画面通过第一反射镜104反射后，再经过第二反射镜107反射，最后经过成像装置将虚像图案放大并投射至远处；

步骤五：经过成像透镜组形成放大的虚像图案，再经过汽车前挡风玻璃3将该虚像图案投影到汽车前方2至3米远处，形成投影画面图案，可被驾驶员观看。

本申请所提供的抬头显示系统通过内部光学镜片布置和设计，投影出的虚像画面的高度可调、放大倍数可调，且投影距离既可以微调也可以大范围调节，有效的适应不同的驾驶人员的使用习惯。

图1中部分标注的解释如下：

用L1表示虚像画面距离前挡风玻璃投影点位置的最近的投影距离，用L2表示虚像画面距离前挡风玻璃投影点位置的最远的投影距离，用h表示投影虚像画面的调节范围：h＝L2-L1；

图中XYZ坐标系，其中是以驾驶员的眼睛到投影画面的中心点作为X轴，以最近位置的投影虚像画面5和最远位置的投影虚像画面6的水平中心线作为Z轴，平行于地面4相交X轴于O点，距离前挡风玻璃投影点的投影距离为L1+h/2)，Y轴是过O点与OXZ坐标系平面垂直的直线。

本发明所提供的一个具体实施例中，投影到汽车前方的虚像画面5是距离前挡风玻璃投影点位置最近的投影画面位置，距离为L1固定为2米；投影到车辆前方的虚像画面6是距离前挡风玻璃投影点位置最远的投影画面位置距离为L2固定为3米；投影虚像画面的远近调节范围h＝L2-L1＝1米。

可选的，本申请中的第一电机、第二电机均可以为微型直流电机。

除了上述实施例所公开的抬头显示系统，本发明还提供一种包括上述实施例公开的抬头显示系统的车辆控制系统，该车辆控制系统的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

另外，本发明还提供了一种包括上述实施例公开的抬头显示系统的车辆，该车辆的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的抬头显示系统、车辆控制系统和车辆进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于车辆的抬头显示系统，其特征在于，包括：

用于获取并投射仪表信息图像的显示装置；

用于反射所述显示装置投射出的投射图像的反射装置；

用于缩放所述反射装置反射出的反射图像、并投影到驾驶位置前方的预定位置上的成像装置；

用于控制所述反射装置的角度、控制所述成像装置成像比例的控制装置，所述控制装置分别与所述显示装置、反射装置和成像装置连接。

2.根据权利要求1所述的抬头显示系统，其特征在于，所述反射装置为用于将所述投射图像连续反射至少两次的、反射角度可调的反射装置。

3.根据权利要求2所述的抬头显示系统，其特征在于，所述反射装置包括：

用于反射所述投射图像的第一反射镜(104)，设有用于调整所述第一反射镜(104)角度的第一旋转机构(105)；

用于反射所述第一反射镜(104)的图像至所述成像装置的第二反射镜(107)，设有用于调整所述第二反射镜(107)高度的第一高度调整机构。

4.根据权利要求3所述的抬头显示系统，其特征在于，所述第二反射镜(107)设有用于调整所述第二反射镜(107)角度的第二旋转机构(110)。

5.根据权利要求4所述的抬头显示系统，其特征在于，所述第一旋转机构(105)的旋转轴和所述第二旋转机构(110)的旋转轴平行，且均平行于车身宽度方向。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的抬头显示系统，其特征在于，所述成像装置包括：

平行设置的第一成像透镜(112)和第二成像透镜(113)；

用于调节所述第一成像透镜(112)和所述第二成像透镜(113)间距的第二高度调整机构。

7.根据权利要求6所述的抬头显示系统，其特征在于，所述显示装置包括LCD显示器(103)和设置于所述LCD显示器(103)背侧的背光模块(102)。

8.根据权利要求6所述的抬头显示系统，其特征在于，所述控制装置包括控制板(101)和与所述控制板(101)连接的命令接收器，所述命令接收器为设置于方向盘上的按钮控制器，或者为语音控制器。

9.一种车辆控制系统，包括抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统为权利要求1至8任意一项所述的抬头显示系统。

10.一种车辆，包括抬头显示系统，其特征在于，所述抬头显示系统为权利要求1至8任意一项所述的抬头显示系统。