驾驶员用户界面传感器

摘要

一种包括光电组件的方向盘，每个特定光电组件包括：投光器，以分别用a1和a2表示的两个不同的角度将光投射出方向盘；光传感器，对相邻光电组件投射的光经方向盘上方的物体反射的反射光进行检测；透镜，其相对于光传感器取向，使得当光以两个特定角度中任一个进入透镜时，具体而言，当光以特定角度bl和不同于b1的特定角度b2进入透镜时，光传感器接收到的强度最大，其中，角度bl观察到在所述特定光电组件一侧与其相邻的光电组件以角度a1投射的光的反射，而角度b2观察到在所述特定光电组件的与所述一侧相反的那侧与其相邻的光电组件以角度a2投射的光的反射。

权利要求

1.一种方向盘，包括安装在方向盘握把中的一系列光电组件，每个特定光电组件包括：PCB；

投光器，其包括安装在所述PCB上的至少一个光脉冲发射器，所述投光器以分别用a1和a2表示的两个相对于方向盘握把所在平面不同的角度将光投射出所述方向盘握把；

光传感器，其包括安装在所述PCB上的至少一个光检测器，所述光传感器检测由以下光电组件的投光器所投射的光的反射，所述光电组件在所述特定光电组件的相对两侧与所述特定光电组件相邻，所述光被方向盘握把上方的物体反射；

透镜，其相对于所述光传感器取向，使得当光以两个特定角度中任一个角度进入透镜时，所述光传感器接收到最大强度，具体而言，当被所述物体反射的光相对于所述方向盘握把所在平面以特定角度bl进入透镜时，所述光传感器接收到最大强度，并且当被所述物体反射的光相对于所述方向盘握把所在平面以不同于角度bl的特定角度b2进入透镜时，所述光传感器也接收到最大强度，

其中，在所述特定光电组件一侧与其相邻的光电组件的投光器以角度a1投射的光的反射，以角度b1进入透镜，而在所述特定光电组件的与所述一侧相反的那侧与其相邻的光电组件的投光器以角度a2投射的光的反射，以角度b2进入透镜。

2.根据权利要求1所述的方向盘，其中，由位于所述特定光电组件的一侧上的两个光电组件以角度a1投射的光的反射，以角度b1进入透镜。

3.根据权利要求1所述的方向盘，其中，所述投光器包括分束器，所述分束器将来自所述至少一个光脉冲发射器的光分离为以角度a1和a2投射出方向盘握把的光。

4.根据权利要求1所述的方向盘，其中，所述投光器包括：第一光脉冲发射器，其以角度a1将光投射出方向盘握把；第二光脉冲发射器，其以角度a2将光投射出方向盘握把。

5.根据权利要求1所述的方向盘，其中，当被所述物体反射的光以角度b1进入所述透镜时，所述至少一个光脉冲检测器中的每一个都接收到最大强度，并且当被所述物体反射的光以角度b2进入所述透镜时，所述至少一个光脉冲检测器中的每一个也都接收到最大强度。

6.根据权利要求1所述的方向盘，其中，所述光传感器包括：第一光检测器，当由所述物体反射的光以角度b1进入所述透镜时，所述第一光检测器接收到最大强度；第二光检测器，当由所述物体反射的光以角度b2进入所述透镜时，所述第二光检测器接收到最大强度。

7.根据权利要求1所述的方向盘，还包括连接至所述光电组件的处理器，所述处理器被配置成：响应于特定光电组件在角度b1和b2的其中一个检测到物体反射的最大强度，接着，该特定光电组件在角度b1和b2的另一个检测到物体反射的最大强度，来识别所述物体在跨过方向盘握把的第一方向上的扫掠手势。

8.根据权利要求1所述的方向盘，还包括连接至所述光电组件的处理器，所述处理器被配置成：响应于第一特定光电组件在角度b1和b2的其中一个检测到物体反射的最大强度，接着，与第一光电组件相邻的第二光电组件在角度b1和b2的另一个检测到物体反射的最大强度，来识别所述物体在跨过方向盘握把的第一方向上的扫掠手势。

9.根据权利要求1所述的方向盘，还包括连接至所述光电组件的处理器，所述处理器被配置成：响应于第一光电组件在角度b1和b2的其中一个检测到物体反射的最大强度，接着，与第一光电组件相邻的第二光电组件在角度b1和b2的其中一个相同角度检测到物体反射的最大强度，来识别所述物体在跨过方向盘握把的第二方向上的扫掠手势。

10.根据权利要求1所述的方向盘，还包括连接至所述光电组件的处理器，所述处理器被配置成：响应于特定光电组件在角度b1和b2的其中一个检测到由第一相邻光电组件的投光器所投射的光的反射的最大强度，接着，在角度b1和b2的其中一个相同角度检测到由第二相邻光电组件的投光器所投射的光的反射的最大强度，识别出所述物体朝向方向盘握把的接近手势，其中，第二相邻光电组件比第一相邻光电组件更靠近所述特定光电组件。

11.如权利要求1所述的方向盘，其中，所述PCB的取向大致垂直于方向盘握把的面向驾驶员的表面。

12.根据权利要求1所述的方向盘，其中，以角度b1和b2射入所述透镜的反射光分别垂直于以角度a1和a2射出所述透镜的光。

13.一种用于检测驾驶员输入的方法，包括：在方向盘握把中提供一系列光电组件，每个特定光电组件包括光发射器和光检测器，其中，所述光发射器相对于方向盘握把所在的平面以角度a1和a2沿着两个发射方向将光束投射出方向盘握把；

设定透镜在每个特定光电组件内的方位，使得当反射光以角度b1和b2进入透镜时，所述特定光电组件的光检测器检测到由与所述特定光电组件相邻的光电组件所投射的光的反射的最大强度，所述光被方向盘握把上方的物体反射；以及将驾驶员输入映射到方向盘握把上与反射的检测相对应的位置。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：响应于检测到由远处相邻光电组件投射的光的反射，随后检测到由近处相邻光电组件投射的光的反射，来识别所述物体的接近手势。

15.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：响应于检测到物体的反射以角度b1进入透镜，随后检测到物体的反射以角度b2进入透镜，来识别所述物体沿着跨过方向盘握把的第一方向的径向扫掠手势。

16.根据权利要求15所述的方法，进一步包括：响应于第一光电组件检测到物体的反射以角度b1和b2之一进入透镜，随后，与第一光电组件相邻的第二光电组件检测到物体的反射以角度b1和b2中的同一角度进入透镜，来识别所述物体沿着跨过方向盘握把的第二方向的扫掠手势。

说明书

驾驶员用户界面传感器

技术领域

[0001] 本发明的领域是通过车辆中的方向盘和顶置控制台为驾驶员和乘客提供的用户界面。

背景技术

[0002] 现有技术中方向盘上的用户界面将某一功能与方向盘上的绝对位置相关联。从概念上讲，这类似于显示图标的触敏屏幕，其中，用户触摸屏幕上图标所在位置以激活图标。

[0003] 参见图1，该图是现有技术方向盘的简化图示。图1示出了方向盘400，其包括：圆形握把401，也称为环形构件；一个或多个将握把401连接到转向柱407的连接构件402‑404；以
及连接构件402和403上的按钮405和406；也就是说，按钮405用于应答车辆扬声器电话上的
传入电话呼叫，而按钮406挂断该呼叫。

[0004] 与基于绝对定位的用户界面相反，计算机鼠标引入了一种用于基于相对定位来控制光标的用户界面。也就是说，鼠标光标在屏幕上移动，其方向是鼠标从A点移动到B点，但
是这种移动完全不取决于A点和B点的实际坐标—绝对位置。这种从绝对定位到相对定位的
转换，使得用户不必查看或知晓鼠标在桌子上的位置。用户只需要控制鼠标在桌子上移动
的方向即可，这是用户不用看向鼠标就可以做到的。本发明的目的之一是提供一种用户界
面，不需要驾驶员将视线从道路上移开。

[0005] 顶置控制台具有多种功能，这些功能被设置在有限的空间中。这些功能需要能够由用户轻松识别，而且要操作直观，使驾驶员将注意力保持在道路上，同时必须遵守针对机
动车及管制部件、系统和设计特征规定了设计、构造、性能和耐用性要求的联邦法规。这些
法规在美国包含在Federal Motor Vehicle Safety Standards(FMVSS)(“联邦机动车安全
标准”)中，在加拿大则包含在Canada Motor Vehicle Safety Standards(CMVSS)(“加拿大
机动车安全标准”)中，其他国家采用了由World Forum for Harmonization of Vehicle 
Regulations(“世界车辆法规协调论坛”)制定的联合国法规。FMVSS No.118对车窗、隔断和
车顶板系统进行了规定，目的是防止意外操作，例如儿童、腿部或膝盖引起的意外操作。因
此，例如，必须通过半径20mm的球体(代表膝盖或腿部)保护车顶板开关以防其操作，该车顶
板开关可通过瞬时开关致动而闭合车顶板。

[0006] 参见图2，该图是现有技术的车辆顶置控制台图像。图2示出了一种顶置控制台600，其具有地图灯601、车顶板控制器602和用于控制车辆内部车厢灯的滑动开关603。

发明内容

[0007] 本公开内容涉及用于车载车辆系统的用户界面，并且教导了一种用户界面，这种用户界面不需要用户为了启动某一功能而看向方向盘。本公开内容教导了可以与各种应用
相映射的用户手势。

[0008] 因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种方向盘，其包括安装在方向盘握把中的一系列光电组件，每个特定光电组件包括：PCB；投光器，所述投光器具有至少一个光脉冲
发射器，安装在PCB上，投光器以分别用a1和a2表示的两个不同的角度将光投射出方向盘握
把；光传感器，其具有安装在PCB上的至少一个光检测器，所述光传感器检测由以下光电组
件的光脉冲发射器所投射的光的反射，所述光电组件在所述特定光电组件的相对两侧与所
述特定光电组件相邻，所述光被方向盘握把上方的物体反射；透镜，其相对于光传感器取
向，使得在光以两个特定角度中任一个进入透镜时，光传感器接收到的强度最大，具体而
言，(i)当被所述物体反射的光以特定角度bl进入透镜时，光传感器接收到最大强度，以及
(ii)当被所述物体反射的光以不同于bl的特定角度b2进入透镜时，光传感器也接收到最大
强度，其中，角度bl观察到在所述特定光电组件一侧与其相邻的光电组件的投光器以角度
a1投射的光的反射，而角度b2观察到在所述特定光电组件的与所述一侧相反的那侧与其相
邻的光电组件的投光器以角度a2投射的光的反射。

[0009] 根据本发明的一个实施例，还提供了一种方向盘，其包括安装在方向盘握把中的一系列光电组件，每个特定光电组件包括：PCB；安装在PCB上的至少两个光脉冲发射器，用
于将光投射出方向盘握把；安装在PCB上的至少两个光检测器，对位于所述特定光电组件相
对两侧上的光电组件的光脉冲发射器所投射的光的反射进行检测，该光被方向盘握把上方
的物体反射；透镜，其相对于光检测器如此地取向，使得在光以特定角度进入透镜时，每个
光检测器接收到最大强度，具体而言，(i)所述光脉冲发射器中的一个或多个光脉冲发射器
以角度a1将光投射出方向盘握把，(ii)所述光脉冲发射器中的一个或多个其他光脉冲发射
器以角度a2将光投射出方向盘握把，角度a2不同于角度a1，(iii)当由所述物体反射的光以
特定角度bl进入透镜时，所述光检测器中的一个或多个光检测器接收到最大强度，以及
(iv)当由所述物体反射的光以不同于bl的特定角度b2进入透镜时，所述光检测器中的一个
或多个其他光检测器接收到最大强度。

[0010] 根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于通过下述方式检测驾驶员输入的方法：在方向盘握把中设置一系列光电组件，每个特定光电组件沿着用角度a1和a2表示的两
个发射方向将光束投射出方向盘握把；设定透镜在每个特定光电组件内的方位，从而提供
由b1和b2表示的两个视角，这两个视角能检测到与特定光电组件相邻的光电组件所投射的
光的反射的最大强度，该光被方向盘握把上方的反射物体反射，其中，当第一相邻光电组件
以角度a1投射的光被所述物体反射时，视角b1接收到最大强度；当第二相邻光电组件以角
度a2投射的光被所述物体反射时，视角b2接收到最大强度。

[0011] 本公开内容还涉及安装在车辆的顶置控制台中的控制件。除顶置控制台外，下文所述的用户界面还可应用于车辆内部和周围的其他区域。

[0012] 因此，根据本发明的一个实施例，提供了一种车辆顶置控制台，其包括：触敏表面；手势传感器，其可操作以识别出在与所述表面相对的空域中执行的空中摆动手势；处理器，
其连接至所述表面和传感器，响应于多个相应的多手势操作来控制多个车辆系统，每个多
手势操作包括在所述表面上的指示车辆系统中相应一个的触摸手势，以及在与所述表面相
对的空域中指示待由所指示车辆系统执行的功能的空中摆动手势。

[0013] 根据本发明的一个实施例，还提供了一种用于控制车辆系统的方法，该方法包括：在车辆的内部车顶中设置触摸屏显示器，呈现对多个由用户控制的车辆系统的表示；设置
手势传感器，所述手势传感器可操作以检测在与触摸屏显示器相对的空域中的空中摆动手
势；响应于多手势操作而执行车辆系统功能，所述多手势操作包括在所呈现的表示之一上
的触摸手势，随后是在与触摸屏显示器相对的空域中的空中摆动手势。

附图说明

[0014] 结合附图，根据下面的详细描述，本发明将得到更充分的理解和领会，其中：

[0015] 图1是现有技术方向盘的简化图示；

[0016] 图2是现有技术的车辆顶置控制台的图像；

[0017] 图3是根据本发明的一个实施例，一种方向盘的简化图示；

[0018] 图4和图5是根据本发明的一个实施例，由方向盘检测到的拇指扫掠手势的简化图示；

[0019] 图6是根据本发明的一个实施例，针对手势检测方向盘提供的光束和最大光检测通道的简化图示；

[0020] 图7是根据本发明的一个实施例，安装在方向盘中的PCB上的光电组件的简化图示；

[0021] 图8是根据本发明的一个实施例，图7加上针对手势检测方向盘提供的光束和最大光检测通道的简化图示；

[0022] 图9‑11是根据本发明的一个实施例，安装在方向盘一个区段中的光电组件的简化图示；

[0023] 图12是根据本发明的一个实施例，方向盘中两个光电组件的简化图示；

[0024] 图13是根据本发明的一个实施例，一光电组件的简化图示；

[0025] 图14是根据本发明的一个实施例，图13的光电组件的分解视图；

[0026] 图15是根据本发明的一个实施例，图13的光电组件从不同视角看到的简化图示；

[0027] 图16是根据本发明的一个实施例，在车辆顶置控制台触摸屏上的触摸手势的简化图示；

[0028] 图17是根据本发明的一个实施例，在与图16的车辆顶置控制台触摸屏相对的空域中，手执行摆动手势的简化图示；

[0029] 图18和图19是根据本发明的一个实施例，在与图16的车辆顶置控制台触摸屏相对的空域中，手摆动手势不同阶段的简化图示；

[0030] 图20和图21是根据本发明的一个实施例，用于车辆顶置控制台的触摸屏用户界面的简化图示。

[0031] 在本公开内容和附图中，使用了下面的编号方案。类似的编号元件相似但不一定相同。

[0032]

[0033]

具体实施方式

[0034] 本公开内容的诸方面涉及基于光的触摸和手势控制，其允许驾驶员在操作车辆中的电子设备和自动化特征结构时，将其手保持在方向盘上并且将眼睛保持在道路上。通过
这里所描述的传感器能够实现对人机工程学手势的检测，本发明包括使用方向盘上的人机
工程学手势与车辆中的系统进行交互的方法。

[0035] 参见图3，图3是根据本发明实施例的方向盘的简化图示。图3示出了方向盘100。方向盘环形构件的右上区段具有两个同心的接近传感器带180和181。在图3中，每个接近传感
器都具有从方向盘向外发射定向光束160的光发射器(未示出)和具有特定视角170的光检
测器(未示出)。在图中，发射器光束和视角是用短划线绘制的。发射器光束使用比视角更长
的短划线绘制。当光束160以检测器的特定视角170反射回来时，接近传感器光检测器检测
到物体。图3示出了每个发射器光束160和相应的检测器视角170之间的相交。交点是物体被
接近传感器最大程度地检测到的位置。方向盘的同心接近传感器带可识别出方向盘握把整
个宽度上的扫掠手势。视角170也称为最大检测通道。

[0036] 参见图4和图5，这两个图是根据本发明实施例的由方向盘检测到的拇指扫掠手势的简化图示。图4和图5示出的是驾驶员握住方向盘100的手190的拇指所执行的扫掠手势。
在图4中，驾驶员径向伸出的拇指被接近传感器的内带181检测到，在图5中，驾驶员的拇指
被接近传感器的外带180检测到。当驾驶员将拇指从手掌径向伸出(图4)，然后内收拇指使
将其向上扫掠经过方向盘的整个宽度(图5)时，该手势对于驾驶员抓握方向盘是有效且舒
适的。反向手势—从图5中的位置外展拇指到图4中的位置—对于驾驶员来说也是有效且舒
适的。本发明的诸实施例还支持其他手势，例如使手指或手沿着带180和181的其中一个移
动。

[0037] 参见图6，该图是根据本发明的一个实施例，针对手势检测方向盘提供的光束和最大光检测通道的简化图示。图6示出了接近传感器沿着方向盘100的握把的两个完整的同心
圆180、181。

[0038] 参见图7，该图是根据本发明的一个实施例，安装在方向盘中的PCB上的光电组件的简化图示。图7示出了图6的方向盘，其中，方向盘握把的上部被去除，暴露出PCB 105和直
立安装在PCB 105上的多个光电组件150；即，光电组件150的方位设定为大致垂直于PCB 
105以及方向盘握把的面向驾驶员的表面。一些方向盘环形构件包括由刚性材料制成的内
环，内环形状被制成弯曲或曲形的横截面，这种形状增强了方向盘的环，如美国专利第3,
714,844号所讨论并在其中的图13A‑13N中所显示的那样，该专利通过引用整体并入本文。
在本发明的某些实施例中，光电组件150安装在由弯曲或曲形内环横截面形成的壁之间，以
保护光电组件150。每个光电组件150都包括PCB、一个或多个发射器、一个或多个检测器，以
及引导光束160并为检测器产生视角170的透镜。方向盘握把的上部(图7中未示出)是透光
的，使得光束160能够从方向盘100传播出来，同时使得光束160的反射能够重新进入方向盘
100并到达检测器。当将光电组件150安装在由弯曲或曲形内环横截面形成的壁之间时，光
束160穿过弯曲或曲形横截面中的开口。

[0039] 参见图8，该图是根据本发明的一个实施例，图7加上针对手势检测方向盘提供的光束和最大光检测通道的图示。图8示出了图7的方向盘、光电组件150以及使接近传感器能
够检测物体的光束和视角。图8通过画出所有光电组件的发射器光束与视角之间的交点，示
出了接近传感器的两个同心带180和181。

[0040] 参见图9至图11，这几个图是根据本发明的一个实施例，安装在方向盘一个区段中的光电组件的简化图示。图9至图11示出了方向盘100的一部分，没有上表面，暴露出PCB 
105和六个或七个光电组件150。图中示出了用于每个光电组件150的发射器光束160和检测
器视角170。每个发射器光束160和相应检测器的视角170之间的交点，是检测对光束160进
行反射的物体所在的位置。图9‑图11中的每个光电组件150都具有两个发射器光束和两个
检测器视角。发射器光束以用a1和a2表示的发散角度从组件投射出来，视角用b1和b2表示。
投射角a1和a2以及视角b1和b2在图13中示出。图9‑图11还示出了光电组件n的两个发射器
光束分别被光电组件n‑1和光电组件n+1的视角相交。相邻光电组件之间的这种关系在图12
中进一步图示。

[0041] 参见图12，该图是根据本发明的一个实施例，方向盘中两个光电组件的简化图示。图12示出了安装在PCB 105上的两个相邻的光电组件151和152。光电组件151投射发射器光
束161和162，并检测以视角171和172到达的光。光电组件152投射发射器光束163和164，并
检测以视角173和174到达的光。沿着检测器的视角定位的、沿发射器光束的位置，被称为
“热点”(hotspot)。光束被在此位置处的物体所进行的反射，能最大程度地被检测器检测
到。在本发明的某些实施例中，热点位于方向盘握把的面向驾驶员的外表面处或附近。在本
发明的其他实施例中，热点位于方向盘握把的面向驾驶员的外表面上方的空域中。在本发
明的另外其他实施例中，一些热点比其他热点更靠近方向盘握把。在图12中指示出了两个
热点182和183。热点183位于发射器光束163与视角171的交点处。热点182位于发射器光束
162与视角173的交点处。热点183在图3‑6中沿着接近传感器的外带180定位，热点182在图
3‑6中沿着接近传感器的内带181定位。因此，图3‑6中接近传感器的同心带或弧实际上是由
光电组件150的发射器和检测器创建的热点。每个光电组件发射的两个发射器光束限定第
一平面，同一光电组件的两个视角限定第二平面，第二平面与第一平面相交。这种情形在图
13中示出。

[0042] 参见图13，该图是根据本发明实施例的光电组件的简化图示。图13示出了单个光电组件。以分别用a1和a2表示的角度投射的两个发射器光束161和162限定了第一平面，分
别用b1和b2表示的两个视角171和172限定了第二平面。在本发明的一些实施例中，这些平
面是正交的；在其他实施例中，这些平面相交但不成直角。

[0043] 图13示出了被空气隔开的两个光学零件120和121。将单个发射器(例如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)或发光二极管(LED))安装在光学零件120下方，并将其光分成光束
161和162。单个光电二极管检测器安装在光学零件121下方。透镜与光学零件120和121中的
空气‑塑料表面的组合为该单个光电二极管检测器提供了两个视角171和172。在本发明的
某些实施例中，每个光束是由单独的光发射器产生的。在本发明的某些其他实施例中，为每
个视角提供单独的检测器。在本发明的另外其他实施例中，每个光束由单独的光发射器产
生，并且为每个视角提供单独的检测器。

[0044] 参见图14，该图是根据本发明的一个实施例，图13的光电组件的分解图。图14示出了安装在PCB 106上的发射器110和光电二极管检测器115，二者被光学零件120和121覆盖。
在一些实施例中，光学零件120和121被模制成安装在PCB 106上的单个零件。

[0045] 再次参见图9至图11，可以看出：每个视角可以配置成与由两个相应光电组件发射的两个发射器光束相交。这两个热点位于方向盘握把上方的不同高度处，能够检测到驾驶
员的手何时接近方向盘握把，即，远处热点首先检测到手，然后近处热点再次检测到手。近
处热点由光电组件n上对由光电组件n+1发射的光束进行检测的检测器形成，远处热点由光
电组件n上对由光电组件n+2发射的光束进行检测的检测器形成。

[0046] 某些接近传感器提供了安装在单个PCB上很大的光发射器和光检测器阵列。这种配置要求将每个发射器和每个检测器精确地放置在PCB上，使它们相对于各自的透镜被正
确定位。但是，长的PCB暴露于热时可能会遭受明显的弯曲或翘曲，从而导致透镜和诸组件
之间的失准。而且，当一个透镜零件用于多于一个的组件时，可能难以正确地定位透镜零
件。为了克服这些问题，本发明的若干实施例使用多个PCB，在每个PCB上安装少量的发射器
和检测器，例如，只有一个或两个发射器以及只有一个或两个检测器。

[0047] 参见图15，该图是根据本发明的一个实施例，图12的光电组件从不同角度看的简化图示。图15是从图13的光电组件上方看的透视图。光学零件120的中央部分的外表面(靠
近观察者)具有两个倾斜表面，这两个倾斜表面沿两个方向161和162引导光。

[0048] 有几种选项可用于将光电组件彼此连接起来。一种选项是沿整个方向盘握把设置一个或多个刚性主PCB 105，并将每个光电组件的PCB 106焊接或以其他方式连接到下面的
刚性PCB 105。第二种选项是使用刚性‑柔性PCB，其中各个光电组件PCB 106通过柔性电路
基板连接起来，不需要PCB 105。来自光电组件150的输出信号通常是微弱的信号，因此可能
需要屏蔽光电组件之间的连接器。

[0049] 本公开内容的若干方面涉及触摸和悬空手势，被用来代替车辆顶置控制台中的机械开关，改善外观，降低成本，使外形更薄，减轻重量，并且对于不同车辆容易重新配置。本
发明用触摸和手势控制件代替了现有技术顶置控制台中的机械按钮，降低了复杂性和零件
成本。在本说明书中，术语“悬空”和“空中”互换使用。

[0050] 根据本发明，提供了一种用于车辆顶置控制台功能的改进的用户界面，其在减少驾驶员分心的同时，增加了驾驶员互动。与现有技术的顶置控制台相比，本发明的用户界面
需要更少的时间和注意力进行操作，从而允许驾驶员将更多的注意力集中在道路上。同时，
本发明的用户界面使得驾驶员能够实现对由控制台操作的功能进行更精细的控制。因此，
与现有技术的车厢照明系统只能提供基本的灯光控制相比，本发明能够实现更全面的车厢
氛围照明特征，同时降低了使用这些特征的复杂性。

[0051] 本发明将可重新配置的图形显示与表面上手势及悬空手势结合起来，以运作顶置控制台功能。本发明需要多手势操作，即，触摸手势之后跟着悬空手势，以激活顶置控制台
功能，从而减少了功能被意外激活的可能性。减少功能的意外激活的可能性是FMVSS 
No.118要求的动机。

[0052] 参见图16，该图是根据本发明的一个实施例，车辆顶置控制台触摸屏上的触摸手势的简化图示。图16示出了安装在车辆的内部车顶615上的触摸屏604，起到顶置控制台的
作用。图16示出了前风挡617和后视镜616，以示出显示器604被设置在车辆中通常安装车辆
顶置控制台的位置。手指611被示为正在触摸显示器604。显示器604呈现图形用户界面
(GUI)，例如用于由顶置控制台激活的不同功能的图标。如图16所示，当用户触摸或点击一
个图标时，该功能在显示器上被选择但未被激活。为了激活该功能，用户在与显示器604相
对的空域中执行悬空手势，例如，摆动手势。摆动手势的方向和范围决定了如何激活该功
能。例如，当选择了照明功能时，前/后摆动方向指示是增加照明还是减少照明，摆动手势的
长度指示照明增加或减少多少。另外，左/右摆动方向可以用来选择另一照明变量，诸如照
明气氛或颜色。在另一示例中，当选择了车顶板功能时，前/后摆动方向指示是打开还是关
闭该车顶板，摆动手势的长度指示车顶板打开或关闭多少。另外，左/右摆动方向可以用来
选择另一车顶板功能，诸如弹起车顶板作为通风口。

[0053] 在本发明的某些实施例中，显示器604的触摸功能由光学接近传感器实现，这种光学接近传感器描述于题为“光学接近传感器”的美国专利第9,164,625号和题为“光学接近
传感器以及相关用户界面”的美国专利第9,921,661号，二者都通过引用整体并入本文。这
种光学接近传感器创建了大致平行于显示器604的表面的检测平面。

[0054] 在本发明的某些实施例中，显示器604是电子纸显示器。在本发明的其他实施例中，显示器604安装在纤维光学面板(FOFP)的后面，该面板是相干的纤维光学板，能将图像
从其输入表面精确地传输到其输出表面。因此，显示器上的图像通过FOFP传输到板的暴露
表面，而对于用户来说看起来就好像图像在面板的暴露表面上一样。这样可以保护显示器，
并且提供丰富的用户体验。在本发明的其他实施例中，图标或其他功能表示被印刷、雕刻或
压印在安装于车厢内顶板上的诸如皮革、木材、玻璃或塑料等材料上，并且传感器检测这些
图标上的触摸。在本发明的其他实施例中，图标或其他功能表示被印刷、雕刻或压印在车厢
的内部车顶上。在本发明的一些实施例中，图标被蚀刻到安装于车厢车顶中的半透明塑料
板上，并且在该板周围布置光发射器，由此，当光发射器被激活时，相应的蚀刻图标反射发
射器的光，并且清晰可见。最初，所有图标因此被照亮，而当用户选择了某一图标时，只有所
选图标被相应的光发射器照亮，其余的发射器被关闭，从而使其余图标的可见性不那么突
出。

[0055] 参见图17，该图是根据本发明的一个实施例，在与图16的车辆顶置控制台触摸屏相对的空域中手执行扫掠手势的简化图示。图17示出了激活顶置控制台功能所需的第二手
势。图17示出了多个手指612在与显示器604相对的空域中执行空中摆动手势。在本发明的
某些实施例中，用于检测空中手势的传感器也是美国专利第9,164,625号和第9,921,661号
中描述的光学接近传感器，其指向背离显示器604的表面。该传感器的检测平面在图17中被
显示为检测平面613。使用这种类型的接近传感器来检测空中手势，尤其被图示在美国专利
第9,921,661号的图37中。此外，这些接近传感器基于检测到的反射光束的数量和图案等，
检测出单个手指611和多个手指612之间的差异。因此，通过要求单个手指执行触摸手势以
及多个手指执行摆动手势以便激活功能，本发明的用户界面进一步防止了意外激活。

[0056] 参见图18和图19，它们是根据本发明的实施例，在与图16的车辆顶置控制台触摸屏相对的空域中，手摆动手势的不同阶段的简化图示。图18和图19示出了空中的前后摆动
手势。在图18中，多个手指612与显示器604的顶部相对，靠近后视镜616；在图19中，手指612
已经移动至显示器604的底部。

[0057] 参见图20和图21，它们是根据本发明的实施例，用于车辆顶置控制台的触摸屏用户界面的简化图示。图20示出了用于显示器604的用户界面，包括：分别指示驾驶员和乘客
地图灯的图标605和606；指示打开和关闭天窗功能的图标608；用于将顶板向上或向下弹起
作为通风口的图标609；指示打开和关闭遮光罩功能的图标610；标有“关闭”、“门”和“打开”
的其他图标，分别控制室内圆顶灯的行为：永远不亮，当门打开时亮、以及保持亮。

[0058] 图21示出了在用户已经选择了图20中的地图灯图标605之后的用于显示器604的用户界面。在图21中，所选择的图标被放大，未选择的图标被去除。在这种状态下，手摆动手
势将激活所选的地图灯，例如，驾驶员侧地图灯。

[0059] 下面的表I‑XII提供了根据本发明用于顶置控制台特征的用户界面的详细清单。

[0060] 与现有技术的机械控制台相比，根据本发明的顶置控制台具有更少的部件。与现有技术的机械控制台相比，根据本发明的顶置控制台也更薄、更轻，并且具有更少的连接，
因此潜在故障点更少。当使用光学触摸和手势传感器时，可见光光学器件可以与近红外传
感器光学器件共享组件，例如，光学触摸和手势传感器包括用于激活传感器中使用的近红
外LED的控制器，并且这些控制器还可以另外地控制用于照亮车厢的可见光LED。因此，总成
本降低了，并且传统的灯泡被LED代替。

[0061] 本发明使得用于顶置控制台的包装更薄、更轻，能够使用较宽范围的材料制作控制台。本发明还能够将顶置控制台的设计与车辆内部和车辆主题融合在一起。诸组件—显
示器、触摸传感器和悬空手势传感器—可以在不同的车辆主题中重复使用。传感器以提供
LED和RGB照明的封装形式供给，这些照明可以替代现有技术的地图灯和内部灯中使用的灯
泡，并且能够使用直接和间接照明汇聚所投射的车厢照明，并且在车厢中产生精细的氛围
照明。

[0062] 若干功能的表示呈现在一表面上，触摸传感器检测该表面上的触摸，手势传感器检测在与该表面相对的空域中的手势，用户界面将这两个手势组合起来以激活一功能，由
所述触摸传感器、手势传感器和用户界面形成的系统不限于顶置控制台。本发明还可以尤
其在后视镜和侧门板中实现。

[0063] 在前述说明书中，参考本发明的具体示例性实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不脱离本发明更广泛的精神和范围的情况下，可以对所述具体示例性实施例进行
各种修改和改变。特别是，除了光学传感器之外的传感器也可以用于实现用户界面，尤其是
沿着方向盘的圆周并在顶置控制台上面设置的电容传感器，或者捕获方向盘和顶置控制台
附近空域的图像的摄像机。因此，说明书和附图应被认为是示意性的，而不是限制性的。

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