DE10033442C2 - Fahrsimulator und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents
Fahrsimulator und Verfahren zu dessen BetriebInfo
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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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