DE10033442C2 - Fahrsimulator und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Fahrsimulator und Verfahren zu dessen Betrieb

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrsimulators zum Trainieren eines Fahrschülers bzw. Fahranfängers und einen Fahrsimulator.
Gewöhnlich findet die gesamte Ausbildung bzw. das Training zum Führen eines Kraftfahrzeuges in einem Fahrzeug der ausbildenden Fahrschule im normalen Straßenverkehr statt. Fahranfänger müssen hier mit zwei für sie vollkommen neuen Situationen fertig werden, zum einen die Teilnahme am Straßenverkehr als Führer eines Kraftfahrzeuges, und zum anderen die Beherrschung der Fahrzeugtechnik. Unter der Beherrschung der Fahrzeugtechnik wird beispielsweise das korrekte Starten des Motors und das Anfahren ohne Abwürgen des Motors verstanden. Im normalen Straßenverkehr stellt ein Fahrschüler, der noch Schwierigkeiten mit dem Anfahren hat und deshalb noch öfters den Motor abwürgt, für den übrigen Verkehrsfluss ein Hindernis und eine Störung dar. Zahlreiche Auffahrunfälle durch Dritte auf Fahrschulfahrzeuge resultieren durch vermeintliches Anfahren und dem abrupten Wiederstehenbleiben nach dem Abwürgen des Motors oder erneutes Abbremsen wegen Unsicherheit, ob bei einer Rechtsabbiegesituation in die Lücke des Querverkehrs einzufädeln möglich ist. Der hinterherfahrende Fahrzeugführer blickt ebenfalls nach links, nimmt dadurch sehr leicht das erneute Stehenbleiben des Fahrschulfahrzeugs nicht wahr und fährt auf.
Auch die Umwelt wird durch ein nicht optimal bewegtes Fahrschulfahrzeug belastet, woraus wiederum die Behinderung des Restverkehrs und die damit verbundenen Schadstoffemissionen resultieren.
Zusätzlich kann ein unsicherer Fahrzeugführer den fließenden Verkehr nicht nur behindern, sondern er kann auch ein Sicherheitsrisiko darstellen.
Aus der EP 0 831 444 ist eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei der die Verkehrssituation auf einem handelsüblichen Monitor dargestellt wird. Eine wirklichkeitsechte Darstellung wird dadurch nicht erzielt. Schließlich fehlt bei dieser Anordnung auch eine Erfassung der Kopfstellung und der Blickrichtung des Fahrschülers.
Aus der Druckschrift "SCHWARZ, K.: Der richtige Augen-Blick, Elektronik: Tiefflug- Simulation mit Helmdisplay, In: FLUG REVUE 2/1991, S. 66-69 ist bereits eine Tiefflug- Simulation mit Helmdisplay bekannt, wobei ein Helmdisplay offenbart wird, das eine optische Übertragungseinheit sowie eine Berechnungseinheit für die Stellung des Kopfes aufweist. Es fehlen jedoch Transponder zur Erfassung der Handstellung der Fahrschülers und der Helm ist nicht für den Kraftfahrzeugverkehr bestimmt.
Aus der Veröffentlichung "MELFI, T.: Captaine Future. In: auto motor sport 7/1995, S. 232-236, 238 ist ein Datenhelm zur Verwendung in einem Test-Stand eines Automobilherstellers bekannt. Für den Datenhelm wird eine Innenraum-Illusion eines Kraftfahrzeugs vermittelt. Ferner sind Datenhandschuhe vorgesehen. Der gezeigte Helm kann jedoch nicht die Kopfstellung und Blickrichtung des Benutzers erkennen.
Es sind ferner Fahrzeugsimulatoren bekannt, die beispielsweise auf einem Personal- Computer laufen oder auch Fahrzeugsimulatoren als Freizeitgeräte in Spielhallen o. ä.. Die PC-Fahrzeugsimulatoren werden über die Tastatur oder auch gegebenenfalls über einen zusätzlichen Joystick bedient. Aufgabe dieser Simulationsprogramme ist meistens die Teilnahme an einem virtuellen Autorennen. Die Steuerung beschränkt sich dabei im wesentlichen auf das Lenken durch die Lücken zwischen den anderen Rennteilnehmern hindurch, um möglichst als erster in das Ziel zu gelangen. Eine Berücksichtigung einer realitätsnahen Fahrzeugtechnik findet dabei nicht statt. Auch hat der Anwender über den Monitor des PC lediglich eine fest vorgegebene Sicht nach vorne. Bei den Fahrzeugsimulatoren in Spielhallen oder ähnlichen Geschäftsräumen wird die Realität insofern mehr berücksichtigt, dass der Anwender hier sitzt und auch Fußpedale zur Bedienung verwenden kann bzw. muss. Jedoch steht auch hier der spielerische Aspekt eines virtuellen Autorennens im Vordergrund, und weniger eine korrekte Bedienung der Fahrzeugtechnik. Auch wird der Sicherheitsaspekt, durch einen Umblick zur Seite oder über die Schulter nach hinten, komplett vernachlässigt, da wie beim vorstehend beschriebenen PC- Spiel nur ein Monitor mit einer vorgegebenen Sicht nach vorne zur Verfügung steht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen gattungsgemäßen Fahrsimulator sowie ein Verfahren zu dessen Betrieb derart weiterzuentwickeln, dass die Verkehrssituation und die Fahrzeuginstrumente möglichst wirklichkeitsnah dem Fahrschüler dargestellt werden, wobei zusätzliche Merkmale des Fahrschülers, wie Handstellung, Kopfstellung und Blickrichtung zusätzlich erfasst werden.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines Fahrsimulators gemäß Anspruch 1 und durch einen Fahrsimulator für Straßenkraftfahrzeuge nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst das Training eines Fahrschülers, um ihm ein bestimmtes Fahrverhalten anzutrainieren. Dabei wird das Fahrverhalten des Fahrschülers erfasst und bei einer Abweichung zum bestimmungsgemäßen Fahrverhalten wird der Fahrschüler visuell und akustisch auf diese Abweichung aufmerksam gemacht.
Dabei wird das Fahrverhalten des Fahrschülers durch Erfassen eines Sicherheitsgurtsignals, eines Zündschlüsselsignals, eines Lenkradsignals, eines Gaspedalsignals, eines Bremspedalsignals, eines Kupplungspedalsignals, eines Schalthebelsignals, eines Feststellbremssignals, eines Signals der Handstellung beider Hände und eines Signals der Kopfstellung und Blickrichtung des Fahrschülers erfasst.
Vorzugsweise wird dem Fahrschüler bei einem fehlerhaften Fahrverhalten der Fehler erläutert und der richtige Ablauf erklärt. Das Fahrsituation des Trainings wird für die Dauer der Erklärung und Animation unterbrochen. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Lernerfolg umso größer ist, je mehr der Fahrschüler auch die Hintergründe für das richtige Fahrverhalten erlernt und über diese Bescheid weiß.
Zu Beginn einer jeden Trainingseinheit gibt der Fahrschüler seinen Namen und die gewünschte Übungssituation bekannt. Dadurch kann auch bei mehreren Fahrschülern ein individuelles Training stattfinden. Auch kann so der Trainingserfolg des Schülers besser nachvollzogen werden und es kann gegebenenfalls auf die individuellen Schwachpunkte eines einzelnen Fahrschülers besonders eingegangen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt bevorzugt mehrere, unterschiedliche Übungssituationen für das Fahrtraining bereit. Jede Übungssituation entspricht dabei einem bestimmten Teilaspekt der Fahrzeugführung und der Fahrschüler lernt dabei die Teilaspekte nacheinander kennen und diese beherrschen. Er kann sich dabei jeweils auf die Schwierigkeiten einer bestimmten Situation konzentrieren, bis sie zur Routine für den Fahrschüler geworden sind.
Vorzugsweise legt der Fahrschüler zu Beginn des Fahrtrainings einen Sicherheitsgurt an. Das Anlegen des Gurtes soll, gerade im Hinblick auf das später erfolgende reale Fahrzeugführen, für den Fahrschüler zur Selbstverständlichkeit werden und einem Automatismus gleich erfolgen.
Bevorzugt muss der Fahrschüler das virtuelle Fahrzeug bzw. den Motor des Fahrzeuges starten, um das Training beginnen zu können. Damit soll eine möglichst realitätsnahe Trainingssituation erreicht werden.
Eine bevorzugte Übungssituation umfasst das Anfahren im ersten Gang auf gerader Strecke. Anschließend bremst der Fahrschüler das Fahrzeug bis zum Stillstand wieder ab.
Eine weitere bevorzugte Übungssituation umfasst das Anfahren im ersten Gang auf gerader Strecke und ein weiteres Schalten in den zweiten Gang. Anschließend bremst der Fahrschüler das Fahrzeug bis zum Stillstand wieder ab.
In einer weiteren bevorzugten Übungssituation wird der Fahrschüler auf einen großen, asphaltierten Platz geleitet, um dort das Fahren von Kurven zu üben. Die einzelnen Übungen beinhalten dabei das Fahren einer Rechtskurve, das Fahren einer Linkskurve, das Fahren einer Acht und das Durchfahren eines Slalomparcours. Der Fahrschüler entwickelt auf diesem virtuellen Platz ein Gefühl für das Lenkverhalten und die Wendigkeit des Fahrzeugs. Weiterhin erlernt er die richtige Lenkradhaltung und die korrekte Technik eines Übergreifens beim Lenken.
In einer weiteren bevorzugten Übungssituation wird der Fahrschüler über eine Strecke mit verschiedenen Kurven geführt, welche zunächst größere Radien aufweisen, aber im Verlauf der Fahrt immer enger werden. Der Fahrschüler kann alle Gänge einlegen und lernt, die Geschwindigkeit der Fahrsituation entsprechend zu verändern. So soll er vor Kurven die Geschwindigkeit reduzieren und auf geraden Teilstrecken wieder beschleunigen.
In einer weiteren bevorzugten Übungssituation ändert sich die Strecke und es erscheinen auch Kreuzungsbereiche. Auch erhält die Fahrbahn in ihrer Mitte eine Leitlinie. Der Fahrschüler soll jetzt seine Geschwindigkeit an die Stadtgeschwindigkeit (etwa 50 km/h) anpassen. Bei der Durchführung der Abbiegemanöver lernt der Fahrschüler, auch auf andere Verkehrsteilnehmer, beispielsweise Radfahrer, Fußgänger und/oder Gegenverkehr, zu achten. Er wird auf die Notwendigkeit eines Seiten- und/oder Schulterblickes hingewiesen, falls er diese nicht vor den entsprechenden Manövern durchführt.
Eine weitere bevorzugte Übungssituation im erfindungsgemäßen Verfahren umfasst das Anfahren an einem Berg. Dabei lernt der Fahrschüler sowohl die Technik des Anfahrens am Berg mit Hilfe der Feststellbremse, als auch ohne Unterstützung der Feststellbremse kennen und beherrschen.
In einer weiteren bevorzugten Übungssituation lernt der Fahrschüler, sich im fließenden Verkehr einzufügen. Dabei erlernt er, seine Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechend der vor ihm ersichtlichen Verkehrssituation anzupassen. Dabei verändern die Fahrzeuge vor dem Fahrschüler ihre Geschwindigkeit. Weiterhin wird die Verkehrsdichte zunehmend dichter, d. h. es treten vermehrt seitlich parkende und/oder entgegenkommende Fahrzeuge auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Fahrtraining mehrstufig aufgebaut. Der Fahrschüler muss dabei, um die jeweils nächste Stufe und Übungssituation zu erreichen, die vorherige Übungssituation wiederholt fehlerfrei beherrscht haben. Dadurch soll gewährleistet werden, dass der Fahrschüler nicht nur zufällig fehlerfrei eine Übung durchfahren hat, sondern die Schwierigkeit der aktuellen Übungsstufe wirklich beherrscht.
Ein bevorzugtes Verfähren sieht vor, dass der Fahrschüler nach jedem Fehler das Training von vorne, d. h. mit der ersten Übungssituation beginnen muss. In einem alternativen Verfahren setzt der Fahrschüler sein Training nach einem Fehler mit der Stufe und Übungssituation fort, die der höchsten von ihm wiederholt beherrschten Stufe und Übungssituation nachfolgt. Ein weiteres alternatives Verfahren sieht nach einem Fehler die Fortsetzung des Trainings mit der Stufe und Übungssituation vor, mit der die aktuelle Trainingseinheit begonnen wurde. Mit den verschiedenen Fortsetzungsmöglichkeiten kann besser und individuell auf den Fahrschüler und seine Fähigkeiten eingegangen werden. So ist es weniger sinnvoll, dass ein Fahrschüler ständig mit der ersten Fahrübung beginnen muss, wenn seine Schwierigkeiten nur bei einer höheren Stufe auftreten. Der Fahrschüler beginnt sein Training mit der für seine Schwachstellen sinnvollen Stufe und Übungssituation und kann nach einem Fehler auch dort sein Fahrtraining fortsetzen.
Die Erfindung umfasst einen Fahrsimulator zum Trainieren eines Fahrschülers. Der Fahrsimulator umfasst dabei ein Cockpit zur Aufnahme des zu trainierenden Fahrschülers und einen Computer, auf dem eine Anwendung läuft, die einem Fahrschüler ein bestimmtes Fahrverhalten antrainiert. Das Cockpit umfasst einen Sicherheitsgurt, ein Zündschloss, ein Lenkrad, ein Gaspedal, ein Bremspedal, ein Kupplungspedal, einen Schalthebel, einen Feststellbremshebel, ein Paar Handschuhe, beispielsweise Transponder, die mit einem Klettband am Handgelenk befestigt werden und einen Helm, beispielsweise ein Daten- bzw. Cyberhelm, und bevorzugt einen Blinkerhebel, einen Scheibenwischerhebel und einen Lichtschalter. Der Sicherheitsgurt, das Zündschloss, das Lenkrad, die Fußpedale, der Schalthebel und der Feststellbremshebel dienen jeweils zur Erfassung eines Signals der jeweiligen Einrichtung, beispielsweise des Gaspedals zur Erfassung des Gaspedalsignals etc. Die Handschuhe erfassen die Handstellung des Fahrschülers, beispielsweise beim Umgreifen bei Lenkmanövern. Der Helm dient im Wesentlichen zwei Aufgaben. Zum einen erfasst er die Kopfstellung und Blickrichtung des Fahrschülers, zum anderen stellt er dem Fahrschüler die visuellen und akustischen Informationen und Eindrücke zur Verfügung.
Vorzugsweise weist der Computer des erfindungsgemäßen Fahrsimulators einen Drucker oder eine Schnittstelle mit einem Drucker auf. Mit Hilfe des Druckers kann das Training und der Erfolg des Trainings dokumentiert werden.
Bevorzugt ist der Fahrsimulator derart aufgebaut, dass dem Fahrschüler Fahrzeuginstrumente, beispielsweise ein Tachometer, ein Drehzahlmesser und diverse Kontrollleuchten rein virtuell über den Helm dargestellt werden. Der Fahrschüler erfährt mittels des Helms einen Rundblick von 360°, der lediglich durch die virtuelle Darstellung der Dachsäulen des simulierten Fahrzeuges eingeschränkt wird.
Fig. 1 zeigt ein Flussdiagramm für den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 zeigt einen schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrsimulators.
In Fig. 1 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das schematisch den Ablauf einer Trainingseinheit zeigt. Das Flussdiagramm gilt gleichermaßen für drei verschiedene, vorstehend erwähnte Ausführungsformen, die sich lediglich darin unterscheiden, mit welcher Übung ein Fahrschüler sein Training nach einem Fehler fortsetzt. Unter Bezugnahme auf Fig. 1 startet das Training in der Box 102. Als erstes gibt ein Fahrschüler 204 (Fig. 2) seinen Namen und die Übung bekannt, mit der sein Training starten soll. Es wird dadurch gewährleistet, dass mehrere unterschiedliche Fahrschüler 204 an einem Simulator ein Fahrtraining absolvieren können und dabei jeder Fahrschüler 204 eine individuelle Betreuung erfährt. In der Prozesssbox 104 erfolgt diese Angabe. Die Variable n steht für eine Kennziffer der gewünschten Übung. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Kennziffern der verschiedenen Übungen sich ganzzahlig mit dem Faktor 1 in ihrer Reihenfolge im Trainingsablauf erhöhen. Der Fahrschüler 204 beginnt nun in der Prozessbox 106 mit der ersten Übung dieser Trainingseinheit. Die Kennziffer der Übung beträgt 1, wenn er das Training von ganz vorne beginnt. In anderen Fällen ist die Kennziffer entsprechend höher. In der Entscheidungsbox 108 überprüft das System, ob die Übung erfolgreich absolviert wurde. War die Übung erfolgreich, wird in der Box 110 die Übung wiederholt. War die Übung, die in der Box 106 durchgeführt wurde, nicht fehlerfrei, so geht das Verfahren zur Prozessbox 112 über.
Hier sind, wie vorstehend erwähnt, drei verschiedene Ausführungsformen dargestellt. In der ersten Ausführungsform, in der Prozessbox 112 mit 1) n = 1 dargestellt, muss der Fahrschüler 204 bei jedem Fehler erneut mit der ersten Übung das Training fortsetzen. In diesem Fall ist es unerheblich, in welcher Übung der Fehler auftrat. In der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, in der Prozessbox 112 mit 2) n = nStart dargestellt, setzt der Fahrschüler 204 sein Fahrtraining mit der Übung fort, mit der er die aktuelle Trainingseinheit begonnen hat, d. h. mit der Übung, die er in der Prozessbox 104 angegeben hat. In der dritten Ausführungsform hingegen, in der Prozessbox 112 mit 3) n = n dargestellt, setzt der Fahrschüler 204 nach einem Fehler sein Training mit der aktuellen Übung fort. In diesem Fall wird er nicht "bestraft", indem er eine bereits bestandene Übung wiederholen muss, obwohl er bereits eine oder mehrere Stufen weiter im Verfahrensablauf war.
Unter Bezugnahme auf die Prozessbox 110 wiederholt hier der Fahrschüler 204 die aktuelle bzw. n-te Übung, falls er diese Übung in der Prozessbox 106 bereits fehlerfrei ausgeführt hatte. In der darauffolgenden Entscheidungsbox 114 überprüft das System, ob die Wiederholung fehlerfrei absolviert wurde. War dies nicht der Fall, so geht das Verfahren zur Prozessbox 112 mit der vorstehend erläuterten Vorgehensweise über. War der Fahrschüler 204 in der Prozessbox 110 wiederum erfolgreich, wird in der Entscheidungsbox 116 vom System überprüft, die wievielte Wiederholung erfolgreich war. Ist die zu absolvierende Anzahl der fehlerfreien Wiederholungen der n-ten Übung noch nicht erreicht, so muss der Fahrschüler 204 diese Übung erneut in der Prozessbox 110 wiederholen. Hat der Fahrschüler 204 bereits die erforderliche Anzahl fehlerfreier Durchgänge für diese Übung erreicht, so wird der Zähler n für die Übungskennziffer in der Prozessbox 118 um den Faktor 1 erhöht. Das System überprüft anschließend in der Entscheidungsbox 120, ob der Fahrschüler 204 gerade die letzte im erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehene Übung absolviert hat. Steht noch mindestens eine weitere Übung aus, so führt er diese Übung mit der neuen, in der Prozessbox 118 erhaltenen Kennziffer für n in der Prozessbox 106 aus. Der nun folgende Ablauf erfolgt wie vorstehend zur Prozessbox 106 bereits beschrieben. Hat der Fahrschüler 204 jedoch alle Übungen im erfindungsgemäßen Verfahren wiederholt fehlerfrei absolviert, so endet sein Fahrtraining in der Box 122.
Die Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Fahrsimulators für das erfindungsgemäße Verfahren zum Fahrtraining eines Fahrschülers 204. Der Simulator umfasst ein Cockpit 202 zur Aufnahme des zu trainierenden Fahrschülers 204, der während der Trainingseinheit auf einem Fahrzeugsitz 206 sitzt. Hinter dem Fahrzeugsitz 206 befindet sich ein senkrechtes Rohr 208 mit einem höhenverstellbaren, hohlen Trägerarm 210. Durch das Rohr 208 und den hohlen Trägerarm 210 wird ein Datenkabel 212 geführt, welches den Helm bzw. Cyberhelm 214 mit dem Rechner bzw. Computer 216 verbindet. Mittels des Helms 214 erhält der Fahrschüler 204 alle für das Fahrtraining erforderlichen visuellen und akustischen Informationen. Auch die Informationen von den Fahrzeuginstrumenten, beispielsweise Tachometer, Drehzahlmesser und Kontrollleuchten, erfährt der Schüler nur über den Helm 214, da diese nur virtuell erzeugt werden. Zusätzlich erfasst der Helm 214 die Kopfstellung und Blickrichtung des Fahrschülers 204 und gibt diese Informationen an den Computer 216 weiter. Der Fahrschüler 204 trägt ferner ein Paar Handschuhe bzw. Datenhandschuhe 218, mit denen seine Handstellung erfasst werden und die dem Computer 216 mitgeteilt werden. Im Fahrtraining hält der Fahrschüler 204 gewöhnlich mit beiden Händen das Lenkrad 220 fest. Für bestimmte Vorgänge, beispielsweise das Starten des virtuellen Motors mit dem Zündschloss 228 und das Wechseln eines Ganges mit einem Schalthebel (nicht gezeigt), nimmt der Fahrschüler 204 eine Hand von dem Lenkrad 220, um mit dieser den gewünschten Vorgang durchzuführen. Im Fußraum des Cockpits 202 befinden sich drei Fußpedale, von denen das rechte ein Gaspedal 222, das mittlere ein Bremspedal 224 und das linke ein Kupplungspedal 226 ist. Im Cockpit 202 ist ferner in der Nähe des Lenkrades 220 ein Zündschloss 228 untergebracht. Zusätzlich ist in dem Cockpit 202 des Fahrsimulators ein Drucker 230 eingebaut, der eine Dokumentation des Fahrtrainings ausdrucken kann.
Im folgenden wird an Hand einer Ausführungsform das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert. Der Fahrschüler 204 setzt sich auf den Fahrzeugsitz 206 des Simulators, zieht die Handschuhe 218 an und setzt sich den Helm 214 für die visuelle und akustische Wahrnehmung auf. Nachdem der Simulator sich im Bereitschaftszustand befindet, sieht der Fahrschüler 204 ein virtuelles Pkw-Cockpit, welches mit den Hardwarekomponenten, Lenkrad 220, Schalthebel etc., im Cockpit 202 identisch ist.
Im Basismodul liegt nun vor seinem Fahrzeug eine gerade Strecke bzw. Straße mit beidseitiger Begrenzung durch Bordsteinkanten, das Fahrzeug hat ausreichend Platz zu beiden Seiten der Bordsteinbegrenzung.
Der nächste Schritt des Fahrschülers 204 sollte das Anlegen des Sicherheitsgurtes sein. Falls er dies unterläßt, wird ihn darauf eine computergesteuerte Instruktorenstimme hinweisen, die zur weiteren Erläuterung dem Fahrschüler 204 die bei einem Aufprall auftretenden Kräfte erklärt.
Durch die Instruktorenstimme wird der Fahrschüler 204 nun mit den wesentlichen Bedienungseinrichtungen des Fahrzeugs vertraut gemacht, wobei die erläuterten Einrichtungen durch farbiges Highlighten bzw. Markieren entsprechend hervorgehoben werden. Anschließend wird dem Fahrschüler 204 die Bedienung der Schaltung, die Lage der einzelnen Gänge durch eine Grafikeinblendung des Schaltschemas vor dem Gesichtsfeld des Fahrschülers 204 und der Einsatz des Kupplungspedals erläutert.
Der Fahrschüler wird nun aufgefordert, den Motor zu starten und seine ersten Anfahrversuche durchzuführen. Zum Starten des Motors wird er nun das Zündschloss 228 betätigen. Das Programm wird nunmehr den ordnungsgemäßen Ablauf dadurch quittieren, dass der Fahrschüler 204 ein Motorengeräusch im Leerlauf hört. Hat der Fahrschüler 204 versucht, den Motor mit eingelegtem Gang oder unbetätigtem Kupplungspedal zu starten, wird die Instruktorenstimme dies ebenfalls erläutern und den richtigen Ablauf erklären. Dies kann beispielsweise folgendermaßen lauten: "Den Motor bei eingelegtem Gang zu starten, kann zur Folge haben, dass sich das Fahrzeug unvermittelt in Bewegung setzt. Die Kraftübertragung muss durch das Betätigen des Kupplungspedals zwischen Motor und Getriebe oder durch Schalten in den Leerlauf unterbrochen sein."
Diese Erläuterungen werden visuell durch das Einblenden von einfachen, animierten Grafiken unterstützt, welche die Wirkungsweise der Kupplung oder den Kraftverlauf über den Antriebsstrang des Fahrzeugs vereinfacht darstellen.
Der Fahrschüler 204 wird durch die Instruktorenstimme bei seinen Anfahrversuchen geführt. Zuerst soll er das Kupplungspedal 226 ganz durchtreten. Anschließend soll er den ersten Gang einlegen. Bei einer falschen Gangwahl wird erneut das Schaltschema eingeblendet. Danach soll der Fahrschüler 204 das Kupplungspedal 226 langsam lösen, bis das Erreichen des Schleifpunktes der Kupplung in Form einer Veränderung des Motorengeräusches oder einer langsamen Bewegung des Fahrzeugs bestätigt wird. Wird das Kupplungspedal 226 nicht korrekt am Schleifpunkt gehalten, sondern zu schnell gelöst, erstirbt das Motorengeräusch und das virtuelle Fahrzeug macht einen kleinen Ruck. Wenn das Kupplungspedal 226 richtig am Schleifpunkt gehalten wird, wird der Fahrschüler 204 nun aufgefordert, ein wenig Gas mit dem Gaspedal 222 zu geben. Das Fahrzeug setzt sich entsprechend der Stärke des Druckes auf das Gaspedal 222 in Bewegung. Der Fahrschüler wird nach einigen Metern aufgefordert, das Fahrzeug wieder zum Stillstand zu bringen, indem er das Kupplungspedal 226 durchtritt und sanft das Bremspedal 224 betätigt. Entsprechend dem Druck auf das Bremspedal 224 kommt das Fahrzeug zum Stehen. Der Fahrschüler wird nun aufgefordert, den Vorgang zu wiederholen.
Dieser Übungsablauf wird wiederholt, bis das Programm etwa zehnmal hintereinander die ordnungsgemäße Kupplungsbedienung registriert hat. Daraufhin wird der Fahrschüler 204 nicht mehr aufgefordert, das Fahrzeug abzubremsen, sondern nach dem Anrollen des Fahrzeuges in den zweiten Gang zu schalten. Der Fahrschüler 204 wird auf die Veränderung in der Kupplungslösegeschwindigkeit hingewiesen, die aus dem bereits rollenden Fahrzeug resultiert. Das Kupplungspedal 226 kann, je mehr sich das Fahrzeug bewegt, schneller über den Schleifpunkt geführt werden. Durch das fahrende Fahrzeug ist die zweite Kupplungsscheibe nicht mehr im Stillstand und die Motorkupplungsscheibe wird beim Einkuppeln nicht mehr unterhalb der Leerlaufdrehzahl des Motors abgebremst.
Der Fahrschüler 204 wird nun aufgefordert, das Fahrzeug wie bereits erlernt zum Stillstand zu bringen und den Vorgang bis zum Fahren im zweiten Gang zu wiederholen.
Nach mehrmaligen Wiederholen des Vorganges wird der Fahrschüler 204 aufgefordert, das Fahrzeug im zweiten Gang vorwärts zu bewegen. Nach wenigen Metern verändert sich die Straße in einen großen asphaltierten Platz. Nach dem Einfahren auf den Platz erläutert die Instruktorenstimme die richtige Lenkradhaltung und die Technik des Übergreifens beim Lenken. Danach wird der Fahrschüler 204 aufgefordert, mit den Lenkübungen zu beginnen. Zuerst soll er einen Rechtskreis fahren. Anschließend soll er einen Linkskreis fahren. Danach wird der Fahrschüler 204 aufgefordert, mehrfach eine Acht zu fahren. Anschließend wird die Fahrt nach einer Aufforderung geradlinig fortgesetzt. Vor dem Gesichtsfeld des Fahrschülers 204 erscheint eine Reihe von Pylonen, welche eine Slalomstrecke bilden. Der Fahrschüler 204 soll diese Strecke nun durchfahren. Bei Berührung oder Umfahren eines bzw. mehrerer Pylone wird ein akustischer Warnton als Rückmeldung für den Fahrschüler 204 erzeugt. Hat der Fahrschüler 204 insgesamt 10 Pylone ohne Fehler umfahren, dann endet die Slalomstrecke. Bei den Lenkübungen erkennt das Programm mittels der Handschuhe 218 die Stellung der Hände am Lenkrad 220 und somit eventuell auch eine falsche Lenkradhaltung. Im Bedarfsfall gibt das Programm über eine Animation die entsprechende Korrektur. Nach fehlerfreiem Durchfahren der Slalomstrecke öffnet sich der Platz zu einer Straße, über die der Fahrschüler 204 den Platz verläßt. Die nun erscheinende Strecke beginnt zunächst geradlinig und die Geschwindigkeit kann erhöht werden. Der Fahrschüler 204 wird durch die Instruktorenstimme aufgefordert, in die Gänge 3 und 4 zu schalten. Anschließend wird die Strecke kurviger. Der Fahrschüler 204 wird nun aufgefordert, vor den Kurven die Geschwindigkeit durch Bremsen zu reduzieren. Gegebenenfalls soll er auch einen oder zwei Gänge zurückzuschalten.
Das Programm führt den Fahrschüler 204 über eine Strecke mit verschiedenen Kurven, welche zunächst größere Radien aufweisen, im Verlauf der Fahrt aber immer enger werden.
Registriert das Programm ein ordnungsgemäßes Durchfahren der Kurven ohne zu große Abweichungen von der Ideallinie, ändert sich die Strecke und geht in Kreuzungsbereiche über. Die Fahrbahn wird nun mit einer Leitlinie in der Mitte dargestellt.
Der Fahrschüler 204 wird aufgefordert, Abbiegemanöver durchzuführen. Zuerst soll ein Rechtsabbiegen erfolgen. Dabei muss die Geschwindigkeit vor dem Abbiegen entsprechend reduziert werden, wobei eventuell auch der Gang zurückgeschaltet werden muss. Der Radius eines Rechtsabbiegemanövers sollte relativ eng sein. Anschließend soll ein Linksabbiegen erfolgen. Wiederum muss die Geschwindigkeit vor dem Abbiegen entsprechend reduziert werden, wobei eventuell auch der Gang zurückgeschaltet werden muss. Der Radius eines Linksabbiegemanövers sollte relativ weit sein. Der Fahrschüler wird angewiesen, die Fahrtstrecke mit Stadtgeschwindigkeit, beispielsweise 50 km/h, zu fahren. Vor den Abbiegemanövern soll er die Fahrgeschwindigkeit reduzieren. Er soll dabei das Bremspedal 224 betätigen und gleichzeitig einen Gang zurückschalten. Um ein kontinuierliches Verzögern und eine permanente Kontrolle über die Fahrtgeschwindigkeit zu gewährleisten, muss das Herunterschalten beendet sein, d. h. die Kupplung gelöst werden, noch während die Bremse betätigt wird. Ein Lösen der Bremse während des Schaltvorganges wird vom Programm als Fehler bewertet. Dies gilt jedoch mit der Ausnahme, dass die Fahrtgeschwindigkeit durch ausreichendes Bremsen entsprechend reduziert wurde.
Registriert das Programm mehrfaches fehlerfreies Abbiegen wird der Schwierigkeitsgrad durch Auftauchen von anderen Verkehrsteilnehmern erhöht. Andere Verkehrsteilnehmer können beispielsweise Radfahrer, Fußgänger und/oder Gegenverkehr sein. Der Fahrschüler 204 muss nun zusätzlich zur Fahrtechnik auch die Vorrangsituation beim Abbiegen beachten. Er hört beispielsweise die Instruktorenstimme: "Beim Abbiegen muss den in gleicher oder in Gegenrichtung fahrenden Fahrzeugen oder Fußgängern, die im Kreuzungsbereich die Fahrbahn überqueren, der Vorrang gewährt werden. Eine Gefährdung muss ausgeschlossen sein." Der Fahrschüler 204 wird durch die Instruktorenstimme auf die Notwendigkeit eines Seiten- oder Schulterblickes hingewiesen, um den toten Winkel abzusichern. Der tote Winkel ist grafisch (Draufsicht) dargestellt. Über den Helm 214 wird ein Unterlassen des Schulterblickes vor dem Abbiegemanöver registriert und der Fahrschüler 204 wird daran erinnert. Die Abbiegemanöver werden zuerst an gut einsehbaren Stellen durchgeführt. Im Verlauf der Übungen werden die Abbiegestellen durch parkende Fahrzeuge etc. immer unübersichtlicher gestaltet, um einen Schulterblick und die entsprechende Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit unentbehrlich zu machen. Das Programm wird über die Heimbewegung ein Unterlassen registrieren und aus dem toten Winkel einen Radfahrer in die Situation einfahren lassen.
Nach mehrfachen, erfolgreichen Abbiegemanövern führt die Fahrtstrecke an eine Steigung. Der Fahrschüler 204 wird aufgefordert, in der Steigung das Fahrzeug anzuhalten. Es erfolgt eine Erklärung über die Erfordernisse des Berganfahrens: "Das Fahrzeug soll nicht zurückrollen, der Motor nicht abgewürgt werden." Als erstes wird der Fahrschüler 204 aufgefordert, die Feststellbremse anzuziehen. Dadurch muss das Fahrzeug nicht per Fußbremse gegen das Zurückrollen gesichert werden und der rechte Fuß ist frei für die Bedienung des Gaspedals 222. Anschließend soll er den ersten Gang einlegen. Danach soll der Fahrschüler 204 durch leichten Druck auf das Gaspedal 222 die Motordrehzahl leicht erhöhen. Dann soll er die Kupplung an den Schleifpunkt bringen und bei Erreichen des Schleifpunktes die Feststellbremse lösen. Mögliche Fehler hierbei können sein, dass die Kupplung über den Schleifpunkt gelöst wird, ohne die Feststellbremse zu lösen. Oder auch, dass durch zu geringe Betätigung des Gaspedals 222 kein ausreichendes Drehmoment vorhanden ist, um die Masse des Fahrzeugs zu bewegen.
Nach einigen erfolgreichen Versuchen erfolgt die Anweisung, das Anfahren in der Steigung ohne die Handbremse zu versuchen. Hierfür soll der Fahrschüler 204 zuerst das Fahrzeug durch Betätigung des Bremspedals 224 gegen das Zurückrollen sichern. Anschließend soll er die Kupplung an den Schleifpunkt bringen. Nun soll er die Fußbremse lösen. Denn wenn die Kupplung exakt am Schleifpunkt ist, wird das Fahrzeug durch die teilweise Kraftübertragung nicht zurückrollen und der Motor nicht abgewürgt. Danach soll der Fahrschüler 204 durch Verstärken des Druckes auf das Gaspedal 222 die Motordrehzahl erhöhen. Bei korrektem Ablauf des Vorganges setzt sich das Fahrzeug in Bewegung. Bei einer Fehlbedienung stirbt der Motor ab und das Motorengeräusch endet.
Bei wiederholt fehlerfreien Anfahren am Berg ohne Feststellbremse wird die Fahrt weiter fortgesetzt. Die Fahrtstrecke wird nun mit Begrenzungspfosten dargestellt, deren Abstand zueinander etwa 50 m beträgt. Es treten auch andere, in gleiche Richtung fahrende Fahrzeuge auf, wobei die vorausfahrenden Fahrzeuge ihre Geschwindigkeit verändern. Der Fahrschüler 204 soll nun ein angepasstes Fahren im fließenden Verkehr und die Wahl des richtigen Abstandes üben.
Die Instruktorenstimme erklärt dem Fahrschüler 204 mit Begründung die Wahl des richtigen Abstandes: "Der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug muss stets so gewählt werden, dass ein Anhalten hinter diesem Fahrzeug auch bei abruptem Abbremsen des Vorausfahrenden gewährleistet ist. Hinweis: der Abstand deckt unseren zurückgelegten Weg, in der Zeit, die zur Reaktion auf das vorausfahrende Fahrzeug nötig ist, ab. Bei Reaktion auf die Bremsleuchten oder die Reduzierung der Fahrtgeschwindigkeit des Vorausfahrenden wird bei der Wahrnehmung dieses Effektes das vordere Fahrzeug bereits verzögert, während sich unser Fahrzeug noch unvermindert fortbewegt. Der Anhalteweg bzw. Reaktionsweg wird in die Simulation als Grafik eingeblendet. Die Zeit, die vom Erkennen der Verzögerung des Vorausfahrender, das erforderliche Heben des rechten Fußes vom Gaspedal, das Umsetzen auf das Bremspedal, das Ausüben des erforderlichen Bremsdruckes auf das Bremspedal, das Ansprechen der Bremse benötigt wird, ist die Reaktionszeit. In dieser Zeit bewegt sich unser Fahrzeug weiter auf das vorausfahrende Fahrzeug zu. Der Sicherheitsabstand deckt diese Strecke ab. Dieser sollte in etwa zwei Sekunden entsprechen. Die Formel zur Berechnung des Reaktionsweges lautet: v/10 × 3."
Die Verkehrsdichte wird nun kontinuierlich weiter erhöht und es treten vermehrt seitlich parkende und entgegenkommende Fahrzeuge auf. Der Fahrschüler 204 ist nun verstärkt gefordert, auf einen ausreichenden Seitenabstand zu achten. Der seitliche Abstand zu stehenden und entgegenkommenden Fahrzeugen sollte mindestens 1 m betragen, kann dies nicht gewährleistet werden, so ist die Fahrtgeschwindigkeit entsprechend zu reduzieren. Dies kann im Bedarfsfall ein Abbremsen des Fahrzeugs bis zum Stillstand erfordern. Der Fahrschüler 204 wird durch die Instruktorenstimme dazu aufgefordert, seine Geschwindigkeit derart einzuteilen, dass er eventuell vorhandene Lücken zwischen den geparkten Fahrzeugen zum Passieren der entgegenkommenden Fahrzeuge ausnützen kann. Ziel ist es, eine möglichst gleichmäßige Fahrweise zu erreichen. Nach Absolvieren einer Fahrtstrecke von mehreren Kilometern ohne Berührungen mit anderen Fahrzeugen erweitert sich der Restverkehr um Radfahrer und Fußgänger, die sich ebenfalls auf der Fahrbahn bewegen. Hierbei muss der seitliche Abstand zu Personen, die sich auf der Fahrbahn bewegen, mindesten 1,5 m betragen. Erlaubt der Gegenverkehr einen größeren Abstand, so ist dies natürlich anzustreben. Kann dies jedoch nicht gewährleistet werden, so muss die Geschwindigkeit entsprechend reduziert werden. Dies kann unter Umständen auch ein Abbremsen bis zum Stillstand erforderlich mach.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt explizit ein Vorfahrttraining. Der Fahrschüler 204 befindet sich auf einer Wegstrecke, die von Zeit zu Zeit Einmündungen und Kreuzungsbereiche aufweist. Vor Erreichen des ersten Kreuzungsbereiches wird das Programm das virtuelle Fahrzeug anhalten und die Instruktorenstimme erläutert die Grundlagen der Vorfahrtsregelung. Zum besseren Verständnis wird der Fahrschüler 204 optisch aus seinem Cockpit 202 gehoben. Er sieht nun den Kreuzungsbereich aus der Vogelperspektive bzw. in einer Draufsicht. Er sieht die Fahrzeuge mit Richtungspfeilen für die entsprechende Fahrtrichtung der Fahrzeuge. In dieser Darstellungsweise werden gewöhnlich die Vorfahrtsregeln und die Vorfahrtssituationen den Fahrschülern im theoretischen Unterricht erläutert. Weiterhin bewegen sich die dargestellten Fahrzeuge nach der entsprechenden Erklärung in dieser Perspektive als Animation über den Kreuzungsbereich. Der Fahrschüler 204 lernt in dieser Darstellung die verschiedenen Vorfahrtsregeln. Zuerst wird eine Situation an einer Kreuzung dargestellt, an der "Rechts vor Links" gilt. Anschließend erläutert ihm das Programm der jeweils aktuellen Verkehrsschilder zur Vorfahrtsregelung mit ihren Bedeutungen und den daraus zu folgernden Konsequenzen für die Verkehrsteilnehmer an Hand von diversen Beispielen zu den entsprechenden Situationen. Dann folgt ein Einpark- und Wendemanövertraining.
Es folgen ein Autobahntraining, Einfahrtübungen (Einfahrt durch Beschleunigen und Überholen eines langsameren Fahrzeugs (Lkw) auf dem Beschleunigungsstreifen), Überholmanöver, Spurwechsel mit diversen Situationen (schnelles Fahrzeug auf der Überholspur nähert sich), Stau, Unfallsituation (Einsatzfahrzeug nähert sich und eine Gasse muß gebildet werden), verschiedene Sichtsituationen (Regen, Nebel, Nacht), Ausfahren.

Claims (12)

1. Verfahren zum Betrieb eines Fahrsimulators für Straßenkraftfahrzeuge, mit einem Cockpit zur Aufnahme des Fahrschülers, wobei die umgebende Verkehrssituation si­ muliert, das Fahrverhalten eines Fahrschülers (204) erfasst und bei einer Abweichung zum bestimmungsgemäßen Fahrverhalten der Fahrschüler (204) visuell und akustisch auf die Abweichung aufmerksam gemacht wird, wobei das Fahrverhalten des Fahr­ schülers (204) durch ein Sicherheitsgurtsignal, ein Zündschlüsselsignal, ein Lenkrad­ signal, ein Gaspedalsignal, ein Bremspedalsignal, ein Kupplungspedalsignal, ein Schalthebelsignal und ein Feststellbremssignal erfasst und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeuginstrumente und die umgebende Verkehrssituation dem Fahrschüler in einem Helm (214) virtuell eingeblendet werden, dass ein Signal der Handstellung des Fahrschülers erfasst wird und dass im Helm Signale der Kopf­ stellung und der Blickrichtung des Fahrschülers erfasst werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass Bedienhebelsignale (Blin­ ker, Scheibenwischer, Licht) erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass dem Fahrschüler (204) bei einem fehlerhaften Fahrverhalten durch animierte Grafiken der Fehler erläutert und der richtige Ablauf erklärt wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass zu Beginn des Betriebs der Fahrschüler (204) seinen Namen und die Übungsstufe angibt, mit dem das Training beginnt.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrere, unterschiedliche Übungssituationen im Fahrtraining vorgesehen sind.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass das Fahrtraining mehrstufig aufgebaut ist und der Fahrschüler (204) jeweils die nächste Stufe und Übungssituation erreicht, wenn er die vorherige Stufe und deren Übungs­ situationen wiederholt fehlerfrei beherrscht hat.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass nach jedem Fehler das augenblickliche Training unterbrochen und sodann wiederholt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Fahrschüler (204) das Fahrtraining nach einem Fehler mit der Stufe und Übungs­ situation fortsetzt, die der höchsten von ihm wiederholt beherrschten Stufe und Übungssituation nachfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass der Fahrschüler (204) das Fahrtraining nach einem Fehler mit der Stufe und Übungs­ situation fortsetzt, die er zu Beginn des Trainings angegeben hat.
10. Fahrsimulator für Straßenkraftfahrzeuge, zum Trainieren eines Fahrschülers (204), aufweisend ein Cockpit (202) zur Aufnahme des zu trainierenden Fahrschülers (204) und einen Computer (216) zur Erfassung und Bewertung des Fahrverhaltens, wobei in dem Cockpit (202) ein Sicherheitsgurt, ein Zündschloss (228), ein Lenkrad (220), ein Gaspedal (222), ein Bremspedal (224), ein Kupplungspedal (226), ein Schalthebel und ein Feststellbremshebel angebracht sind, die jeweils mit dem Computer verbun­ den sind und ein Betätigungssignal an den Computer liefern, gekennzeichnet durch ei­ nen durch ein Datenkabel (212) mit dem Computer (216) verbundenen Helm (214), der dem Fahrschüler virtuell Fahrzeuginstrumente und die umgebende Verkehrssi­ tuation darstellt, sowie durch ein Paar von mit den Handgelenken des Fahrschülers verbindbaren Transpondern (218) zur Erfassung der Handstellung des Fahrschülers, wobei der Helm (214) Sensoren enthält zur Erfassung der Kopfstellung und Blick­ richtung des Fahrschülers.
11. Fahrsimulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass der Computer (216) einen Drucker (230) umfasst.
12. Fahrsimulator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass der Helm (214) dem Fahrschüler (204) einen virtuellen Rundblick bereitstellt, der nur durch die ebenfalls virtuellen Dachsäulen eines Fahrzeuges eingeschränkt ist.
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