用于为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的方法与流程

本发明涉及用于为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的方法和系统。本发明还涉及一种在两轮车骑车者使用两轮车时由两轮车骑车者佩戴的头盔。

背景技术：

通过在使用两轮车、例如摩托车或小型摩托车时使用头盔，两轮车骑车者在声学上与其周围环境脱耦。此外，因为通过使用头盔而对噪声的空间感知变差，因此两轮车骑车者不能在头盔中将信号或噪声在空间上相关联。此外，在使用头盔时视野受到限制，使得两轮车的操作和显示元件可能易被忽视。

为了能够与两轮车上的同乘者通信，已知下述摩托车头盔，所述摩托车头盔具有扬声器系统和麦克风，使得在两轮车的两个两轮车骑车者之间存在相互对话的可能性。为了允许两轮车骑车者能够经由他的移动电话与另一参与者通话，头盔也部分地配备有蓝牙通信单元，经由所述蓝牙通信单元能够在头盔的蓝牙通信单元和移动无线电终端设备之间进行消息交换。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出能实现为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的方法和系统。另一目的是，提出一种能实现对空间信号的感知的用于两轮车骑车者的头盔。

所述目的通过根据权利要求1所述的特征的方法、根据权利要求13所述的特征的系统和根据权利要求18所述的特征的头盔来实现。有利的设计方案在从属权利要求中给出。

提出一种用于为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的方法。所述方法包括下述步骤：通过两轮车提供声学信号；确定由两轮车骑车者佩戴的头盔相对于两轮车的姿态；根据所确定的姿态将声学信号处理成三维输出信号，所述三维输出信号构成声学信号的双耳映射；经由头盔的立体声耳机输出所述输出信号，其中，所述输出信号根据所确定的姿态将包含在声学信号中的声源在空间中置位，由此所述声源对于两轮车骑车者而言是在空间上可定位的。

该方法基于下述考虑：借助于存在于头盔中的立体声耳机能够在三维空间中产生噪声源，其方式为：在产生和输出所述输出信号时考虑由两轮车骑车者佩戴的头盔相对于两轮车的姿态。将该姿态理解为头盔的位置和取向的组合，进而理解为两轮车骑车者的头部的耳朵相对于两轮车的位置和取向的组合。因此能够考虑：两轮车骑车者是沿着行驶方向还是横向/侧向于行驶方向观察。因为声源的位置与头盔的运动进而与姿态无关地保持恒定，因此能够通过相应地改变输出信号和经由立体声耳机的输出为两轮车骑车者提供声源的位置相对于他所处的地点的印象。因此，使得为两轮车骑车者定位声学信号的位置变得容易，这例如允许他快速反应。

声学信号能够是两轮车的操作元件的由两轮车产生的操纵信号，操作元件尤其是转向信号灯杆或多功能控制器。机动车的驾驶员能够感知通过继电器操纵例如转向信号灯杆或对这种噪声的复制，但这对于两轮车骑车者而言由于被其佩戴的头盔而是不可行的。在这种情况下，由转向信号灯杆产生的操纵信号作为声学信号与姿态一起被处理为三维输出信号并且经由头盔的立体声耳机输出。根据开关位置(转向信号灯置于右侧或左侧)，于是能够在两轮车的左侧或右侧产生声源的位置。因此，两轮车骑车者不仅获得操纵转向信号灯杆的反馈，而且也获得以何种方向操纵转向信号灯杆的反馈。操纵信号基本上能够由两轮车的所有操作元件产生。操纵信号能够根据进行操纵的操作元件在其位置和/或其声音类型和/或声音方位方面来进行区分。在此，与头盔相对于两轮车的姿态无关地给出位置感知。

声学信号能够是语音信号。所述语音信号例如能够是由两轮车的信息娱乐系统输出的语音信息，例如导航广播、天气广播、交通播报等。语音信号还能够包括关于对操作元件的操纵等的反馈。所述语音信号也能够是由另外的交通参与者、尤其是两轮车骑车者接收到的语音信号。在该情况下，例如，在较大的一组两轮车骑车者中，第一两轮车骑车者的语音信号在左前方产生，第二两轮车骑车者的语音信号在右前方产生，第三两轮车骑车者的语音信号在左后方产生并以此类推。不同的其他两轮车骑车者的语音信号的地点置位也能够根据使用该方法的两轮车的两轮车骑车者的实际相对位置来定位。

声学信号能够是驾驶员辅助系统的警告信号。这种驾驶员辅助系统尤其能够是调车或停车辅助装置，类似于机动车的所谓的停车距离控制装置(parkdistancecontrol)。为此，与在从机动车中已知的系统中一样，能够借助于超声传感器或其它传感器测量距障碍物和其它交通参与者(一般而言：物体)的距离。根据减小的距离，然后能够根据位置，例如在左后方或右后方，经由立体声耳机产生输出信号，以便用信号通知两轮车骑车者：从左后方或右后方接近两轮车。在此根据头盔相对于两轮车的姿态产生输出信号，例如头部围绕身体的身体轴线向左或向右转动，使得由于经由立体声耳机输出的输出信号，接近的位置显现为是位置固定的。因此使两轮车骑车者显著容易定向。

驾驶员辅助系统此外能够是如同样被机动车良好已知的盲点系统或十字路口交通警告系统。在两轮车具有相应的传感器的前提下，与两轮车骑车者是感知到从后方侧向接近的车辆本身还是经由反光镜感知无关，都能够通过经由立体声耳机的声学信号显示。根据其它交通参与者是从左后方还是右后方接近无关，这样产生输出信号，使得在两轮车的骑车者处产生下述印象：交通参与者从相应侧从后方接近。在十字路口交通警告系统中能够实现相应的声学可感知性，这应便于驶入道路。

声学信号能够是由两轮车从由两轮车接收到的信息中产生的警告信号，其中，所述信息是另一交通参与者的警告声，该警告声由两轮车的麦克风检测，或者所述信息是由发送器发送和接收到的表示警告的消息。声学信号例如能够表示救护车或警车的警报器。根据接通警报器的交通参与者接近两轮车的骑车者的方向，其被合成为经由立体声耳机的输出信号。因为从声学信号中产生输出信号和连续地确定头盔的姿态，所以能够以简单的方式模仿声学信号的运动并且经由立体声耳机输出。在另一设计方案中，声学信号能够是例如由其它车辆经由车对车通信发出的信息。因此，例如能够用信号通知留下的交通参与者。因为借助于输出信号始终产生声源或发送器的位置相对于两轮车的空间关系，因此对于两轮车骑车者而言容易清楚：在哪个位置例如存在危险源。

输出信号的输出在此不仅能够提供关于声源位置的信息。而且也能够经由输出信号的音量提供下述印象：声源的位置相对于两轮车或两轮车骑车者有多近。例如，头盔越接近产生声学信号的位置(即声源的位置)，那么输出信号就越响。

根据一个有利的设计方案，通过在头盔和/或两轮车中的惯性测量单元确定由两轮车骑车者佩戴的头盔相对于两轮车的姿态。替选地或附加地，通过在头盔和/或两轮车中的一个或多个相机确定两轮车骑车者佩戴的头盔相对于两轮车的姿态。

用于确定头盔相对于两轮车的旋转和/或位置的方法在现有技术中良好已知。为此，例如能够使用唯一的惯性测量单元(英语是：inertialmeasurementunit，imu)，如例如在[1]中所描述的惯性测量单元。在[2]中描述了借助于唯一的惯性测量单元确定姿态的一种替选方法。替选地，能够使用所谓的惯性测量单元的差分方法，如例如在[3]中所描述的差分方法。在[4]中描述了用于从惯性测量单元和磁性跟踪中确定姿态的组件。用于确定位置的基于相机的方式例如从[5]中已知。在技术上，所有提到的方法都提供相同的结果，所述结果仅在特定姿态的质量上有所不同。

根据另一有利的设计方案，确定由两轮车骑车者所佩戴的头盔相对于两轮车的姿态包括头盔相对于两轮车的行驶方向的至少一个旋转运动。因此考虑到下述事实：由于佩戴头盔导致视野受限，两轮车骑车者在其使用两轮车期间相对频繁地转动头部。因此，通过在头盔中适宜地产生输出信号，能够以相对好的精度为两轮车骑车者提供声源的位置。

通过如下方式能够进一步改进对声源位置的定位：根据另一有利的设计方案，确定由两轮车骑车者佩戴的头盔相对于两轮车的姿态包括头盔距两轮车的车把和/或距两轮车的另一部件的距离。因此，例如能够通过改变输出信号的音量，使得在头盔相对于两轮车的车把或另一部件接近时能够识别声源的位置。

根据一个有利的设计方案，姿态的确定能够通过头盔中的计算单元进行。替选地，姿态的确定能够通过两轮车中的计算单元执行。同样可设想一种变型方案，其中姿态的确定通过头盔中的计算单元和两轮车中的计算单元执行。然后，必要时将所需的传感器数据从头盔传输给两轮车，或者反之亦然，以便能够在相关的计算单元中处理对于计算姿态所需的所有数据。

根据另一有利的设计方案，声学信号由两轮车传输给两轮车骑车者的头盔，并且所述输出信号的确定通过头盔中的计算单元执行。替选地，输出信号的确定通过两轮车中的计算单元执行，并且所述输出信号由两轮车传输给两轮车骑车者的头盔。

根据另一有利的设计方案，输出信号的确定通过3d声音处理器执行，其方式是：将声学信号和表示姿态的信息相互组合成输出信号。这种3d声音处理器在现有技术中是众所周知的。例如，能够在公开文献[6]和[7]中得到关于这方面的基础。通常，这种算法基于信号至到达左右耳廓的时间差异以及不同的相位和幅度。

本发明还提出一种用于根据上述方法为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的系统。所述系统包括两轮车、由两轮车骑车者佩戴的头盔、用于确定头盔的姿态的单元以及用于确定输出信号的单元。所述两轮车包括第一通信单元，其中通过两轮车可提供声学信号，在所述声学信号中包含至少一个声源。要由两轮车骑车者佩戴的头盔包括第二通信单元和用于播放音频信号的立体声耳机。用于确定姿态的单元用于确定头盔相对于两轮车的姿态。用于确定输出信号的单元构成为用于根据所确定的姿态将声学信号处理成三维输出信号，所述三维输出信号构成声学信号的双耳映射。

所提出的系统具有与在上面结合根据本发明的方法描述的优点相同的优点。

根据一个有利的设计方案，头盔和/或两轮车包括惯性测量单元和/或一个或多个相机。

根据另一有利的设计方案，头盔或两轮车包括用于确定头盔的姿态的单元。

根据另一有利的设计方案，头盔或两轮车包括用于确定输出信号的单元。

此外，所述系统能够包括其它用于执行在此描述的方法的机构。

本发明还提供一种用于为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的头盔，所述头盔用于在此描述的方法。所述头盔包括通信单元、用于播放音频信号的立体声耳机和用于确定输出信号的单元，其方式为根据所确定的姿态将声学信号处理成三维输出信号，所述三维输出信号构成声学信号的双耳映射。

根据一个有利的设计方案，头盔能够包括惯性测量单元。根据另一有利的设计方案，头盔能够包括用于确定头盔的姿态的单元。

附图说明

下面根据在附图中的实施例详细阐述本发明。在附图中，相同的特征设有相同的附图标记。在附图中：

图1示出两轮车和头盔的示意图，其中，头盔处于相对于两轮车的第一姿态中；

图2示出两轮车和头盔的示意图，其中，头盔处于相对于两轮车的第二姿态中；和

图3示出根据本发明的方法的流程的示意图。

具体实施方式

图1和2分别示出根据本发明的用于为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号的系统1的基本部件的示意图。

所述系统包括仅局部示出的两轮车10以及头盔20，所述头盔可在使用两轮车10期间由同样未示出的两轮车骑车者佩戴。

两轮车10以通常的方式包括车把11、操作元件12、显示元件13等。操作元件12以通常的方式安置在车把11上。操作元件12包括开关，例如灯开关、喇叭、转向信号灯等。显示元件13同样设置在车把11的区域上或中并且包括速度显示器、(数字和/或模拟)转速计以及用于可视化两轮车10的状态信息、地图、导航显示等的显示器。所述显示元件13能够构成为信息娱乐系统。对相应操作元件12的操纵通常伴随操纵的可视化，例如(闪烁的)灯。

两轮车10还能够具有一个或多个驾驶员辅助系统18。作为驾驶员辅助系统18，近期由机动车已知的驾驶员辅助系统承担并且适配于两轮车10。为此例如包括调车或停车辅助装置，所述调车或停车辅助装置借助于一个或多个超声传感器、尤其是在两轮车的车尾区域中检测对于两轮车骑车者不可见或较难看到的区域，以便在调车或倒车时提供关于例如距附近物体的距离的信息。由于由两轮车骑车者佩戴的头盔20，所述头盔与周围环境在声学上脱耦，因此由驾驶员辅助系统18准备的数据例如在显示元件13上可视化。驾驶员辅助系统18还能够例如利用已经提及的超声传感器提供盲点系统，所述盲点系统能够实现从后方侧向接近正在移动的物体。这种信号通知能够类似于在机动车中那样例如借助于集成在左侧或右侧的后视镜中的警告灯进行。作为另外的驾驶员辅助系统可设想十字路口交通警告系统，所述十字路口交通警告系统在驶入较难看到的十字路口时向两轮车骑车者警告穿行的物体。借助于超声传感器和/或相机能够实现对十字路口交通的检测。然后能够经由显示元件13可视化关于十字路口交通的信息。

两轮车10还包括通信单元14、可选的用于确定输出信号的单元15、可选的相机16以及中央控制单元17。

通信单元14构成为用于与头盔20的对应的通信单元22交换数据。此外，通信单元14能够设立为用于例如与显示元件13(以信息娱乐系统的形式)或与两轮车骑车者的未示出的移动无线电终端设备或与其它移动无线电终端设备和/或通信节点交换数据。换言之，能够包括基于不同通信标准的多个不同通信组件的通信单元14提供通用的通信功能。

可选的用于确定输出信号的单元15和可选的相机16通过中央控制单元17控制。在下文中稍后将详细描述它们的功能。

由两轮车骑车者在使用两轮车10期间佩戴的头盔20以已知的方式包括：具有左扬声器21l和右扬声器21r的立体声耳机21；用于与两轮车10的已经描述的通信单元14通信的通信单元22；可选的惯性测量单元(英语是：interialmeasurementunit，imu)23以及可选的用于确定输出信号的单元24。

经由立体声耳机21的左扬声器21l和右扬声器21r能够输出由通信单元22接收到的输出信号。所述输出信号例如能够包括语音信号，但是也包括其它噪声源，如下面将更详细地阐述的那样。

通信单元22能够经由任意通信标准与两轮车10的通信单元14通信。符合目的的有短程通信标准，例如蓝牙、zigbee或wlan。

在前面的说明书中，用于确定输出信号的单元15和两轮车10的相机16以及惯性测量单元23和用于确定头盔20的输出信号的单元24分别被称为可选的。这应理解为：在系统的一个最低配置中设有两轮车10的相机16或头盔20的惯性测量单元23。这表示：所述组件中的各一个组件是强制性的，另一个是可选的。在另一设计方案中，能够不仅设有相机16而且设有惯性测量单元23。

以相应的方式，在系统的一个最低配置中选择性地设有用于确定在两轮车10或头盔20中的输出信号的单元15或单元24。在另一设计方案变型形式中，能够设有用于确定在两轮车10或头盔20中的输出信号的单元15和单元24。

因为两轮车骑车者在使用两轮车10时由于佩戴其头盔20而在声学上与其周围环境脱耦，因此至今为止难以或不能感知和尤其是定位声源。所提出的系统能够实现为两轮车骑车者提供空间可感知的声学信号。所述方法根据在图3中示出的流程进行。

在步骤300中，通过两轮车提供声学信号。所述声学信号能够是操作元件12之一的由两轮车10产生的操纵信号。例如，两轮车骑车者操纵转向信号灯杆，因此如在机动车中那样产生和提供声学信号。所述声学信号以电子的方式产生并且仅在使用头盔20时才可感知。

声学信号也能够是语音信号，尤其是两轮车10的信息娱乐系统13的语音信号。所述语音信号也能够是由另一交通参与者、尤其是骑两轮车骑车者接收到的语音信号，所述语音信号由两轮车10经由其通信单元14接收。所述声学信号还能够是已经提及的驾驶员辅助系统18的警告信号。为此，以传感的方式确定的信号通过驾驶员辅助系统18评估并且产生对应于行驶情况的声学信号，所述声学信号例如在调车时用信号通知接近障碍物。替选地，声学信号能够是由两轮车10从由两轮车10接收到的信息中产生的警告信号。这样的信息能够经由通信单元14接收。所述信息例如能够由另一交通参与者借助于车对车通信由两轮车10接收。所述警告信号也能够是在两轮车的周围环境中真实存在的警告信号，所述警告信号由两轮车的麦克风(未示出)检测并且通过计算单元17转换为声学信号。

在步骤310中确定由两轮车骑车者佩戴的头盔20相对于两轮车10的姿态。所述姿态是头盔20在三维空间中相对于两轮车10的位置和取向的组合。在此尤其是检测头盔20相对于其在图1中示出的初始位置相对于骑车者的竖直轴线或身体轴线的转动，其中在所述初始位置中所述两轮车骑车者向前看。替选地或附加地，也能够检测头盔相对于操作元件、尤其是两轮车10的车把11的距离。

借助于惯性测量单元23和/或两轮车10的相机16确定头盔20相对于两轮车10的姿态。对此所需的用于确定在三维空间中的位置和取向的方法在现有技术中已知，从而省去对准确确定的详细描述。

在步骤320中，根据所确定的姿态对所提供的声学信号进行处理。所述处理的结果是三维输出信号和声学信号，所述三维输出信号构成声学信号的双耳映射，所述声学信号根据相对于两轮车产生的相对位置在三维空间中置位。借助于用于确定输出信号的单元15和/或24来确定三维输出信号。为此，相应的单元15或24能够构成为3d声音处理器。相应的用于提供三维输出信号的算法在现有技术中已知，从而在此也省去详细描述。

如果借助于两轮车10的单元15产生三维输出信号，那么将声学信号和表示姿态的信息提供给单元15。如果所述姿态通过两轮车10的相机16确定，那么所有需要用于确定三维输出信号的信息都存在于两轮车10中。而如果借助于头盔20的惯性测量单元23确定所述姿态，那么相应的数据由通信单元22传输给两轮车10的通信单元14，并且然后输送给用于处理的单元15。

如果通过头盔20的单元24确定三维输出信号，那么声学信号由两轮车10的通信单元14传输给头盔20的通信单元22。如果通过相机16确定表示姿态的信息，那么所述信息同样借助于两轮车10的通信单元14、22传输给头盔20。而如果借助于头盔20中的惯性测量单元23确定姿态，那么不需要传输这些数据。

在步骤330中，经由头盔20的立体声耳机21输出三维输出信号。在此，所述输出信号根据所确定的姿态在空间中置位，使得包含在声学信号中的声源对于两轮车骑车者而言是在空间上可定位的。

如果两轮车骑车者例如操纵转向信号灯杆，那么产生转向信号灯继电器的上述产生的咔哒声作为声学信号。如果转向信号灯杆例如是具有附图标记12的位于车把的左侧区域中的操作元件，那么这样产生输出信号，使得继电器的咔哒声从两轮车骑车者的角度来自车把11的区域的左前方。这能够通过调整信号传播时间和在左扬声器21l和右扬声器21r之间的信号幅度来实现。如果两轮车骑车者如在图2中示出的那样将他的头部围绕两轮车的竖直轴线或他的身体轴线轻微向左转动，那么调整时间差异和信号幅度，使得声源的位置仍然被两轮车骑车者感知为源自车把11的左侧区域。

如果两轮车骑车者在调车时使用停车辅助系统，那么当两轮车10例如在右后方接近物体时，声学信号被这样转换成输出信号，使得骑车者将警告声感知为来自右后方。在转动头部时，如这在通常通过两轮车骑车者进行调车时那样，在此又再调整传播时间差异和信号幅度，使得声源的位置、即接近声静态地留在两轮车10的右后方。

在具有多个骑车者的组团行驶中，其他参与者能够借助于所提出的方法相对于自身的两轮车10在声学上分派固定的位置。因此，例如位于两轮车10右侧的第一个骑车者的语言通知显现为来自右侧。在另一个第二两轮车骑车者位于自身的两轮车10左后方的情况下，在接收到相应的语音信号时这样产生输出信号，使得该第二个两轮车骑车者显现为处于摩托车的左后方。

所述方法还能够实现提供扩展的语音辅助。例如，在尝试找到两轮车的特定组件时，能够根据对所讨论的组件的正确或错误的接近，使输出信号更响或更轻。因此，两轮车骑车者获得声音指示：他是接近所寻找的组件还是远离该组件。语音辅助系统能够将指示直接置于操作元件上。例如如果用户询问关于灯开关的功能，那么语音辅助能够形成声音信号，使得用户能够更简单地找到该开关。

声学信号的定位能够实现使两轮车骑车者更安全和更快速地作出反应。驾驶员辅助系统的实现方案、例如停车距离控制装置此外也是可行的，而不必为两轮车配备屏幕或其它扬声器。

在成组行驶时，在定位个别同行者时减少两轮车骑车者的认知负担。

还允许实现通常需要固定在摩托车上的输出单元的功能。

引用列表：

[1]a.kim等著:“aquaternion-basedorientationestimationalgorithmusinganinertialmeasurementunit”,2004年，ieee，第268-272页

[2]s.lavalle等著:“headtrackingfortheoculusrift”，能够以下述网址调用：

http://msl.cs.illinois.edu/～lavalle/papers/lavyerkatant14.pdf

[3]e.foxlin著：“head-trackingrelativetoamovingvehicleorsimulatorplatformusingdifferentialinertialsensors”，proceedingsofhelmetandhead-mounteddisplaysv，spie第4021卷,aerosense研讨会，奥兰多，佛罗里达洲，2000年4月24-25日

[4]m.meina等著:“positiontrackingusinginertialandmagneticsensingaidedbypermanentmagnet”，proceedingsofthefederatedconferenceoncomputerscienceandinformationsystems，acsis，第8卷，2006年，ieee，第105-111页

[5]a.chen等著:“single-camerakinematictrackingusingarucomarkers”，2016年12月6日，能够以下述网址调用：

http://eecs.mines.edu/courses/csci507/projects/2016/actis_chen.pdf

[6]m.lalwani著：“surroundedbysound:how3daudiohacksyourbrain”，theverge，2015年2月12日，能够以下述网址调用：http://www.theverge.com/2015/2/12/8021733/3d-audio-3dio-binaural-immersive-vr-sound-times-square-new-york

[7]d.hong等著:“real-timesoundpropagationhardwareacceleratorforimmersivevirtualreality3daudio”，proceeding,i3d'17proceedingsofthe21stacmsig-graphsymposiumoninteractive3dgraphicsandgames，文章编号20，旧金山，加利福尼亚洲，2017年2月25-27日

附图标记列表：

1用于提供空间可感知的声学信号的系统

10两轮车

11车把

12操作元件

13显示元件/信息娱乐系统

14通信单元

15用于确定输出信号的单元(3d声音处理器)

16相机

17中央控制单元

18驾驶员辅助系统

20头盔

21立体声耳机

21l左侧的扬声器

21r右侧的扬声器

22通信单元

23惯性测量单元(imu)

24用于确定输出信号的单元(3d声音处理器)