DE10164766A1

DE10164766A1 - Anzeigegerät für Kraftfahrzeuge

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Publication number: DE10164766A1
Application number: DE2001164766
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2003-05-28

Description

Hintergrund

Die Wahl einer angemessenen Geschwindigkeit beim Fahren mit dem Automobil ist ein zentraler Aspekt der Sicherheit. Für die Frage nach der Angemessenheit existieren zwei Kriterien:

1. Zunächst läßt sich eine "soziale Angemessenheit" beschreiben. Darunter sind alle Aspekte zu verstehen, die mit der Interaktion zu anderen Verkehrsteilnehmern zusammenhängen. Beispiele: eindeutige Kommunikation, Respektierung von Ordnungsprinzipien. Die Wahl einer "sozial angemessen" Geschwindigkeit ist Gegenstand einer jeweils individuellen, eigenverantwortlichen Beurteilung.
2. Ein zweiter Punkt ist die "technische Angemessenheit" der Geschwindigkeit und bedeutet, daß das Fahrzeug hinsichtlich seiner Fahrdynamik objektiven physikalischen Grenzen unterworfen ist.

Während über den ersten Punkt öffentlich diskutiert wird, da der menschliche Fahrer im Fokus der Betrachtung steht, so kommt dem zweiten Aspekt als "technische" Angelegenheit eine nur geringe Bedeutung zu. Die heute zahlreichen technischen Systeme im Auto suggerieren ein vom Fahrer unabhängiges Maß an Sicherheit.

Problemstellung

Ein wesentlicher Sicherheitsaspekt ist die Kraftschlußreserve bei der Kurvenfahrt. Sie ist ein relevanter Anhaltspunkt dafür, ob ein Fahrzeug mit seiner Momentangeschwindigkeit eine Kurve stabil durchfahren kann oder nicht (Grenzbereich wird überschritten, Fahrzeug bricht aus). Es sind verschiedene Systeme bekannt, die mittels Sensorik und Algorithmik den Grenzbereich feststellen und bei seinem Erreichen mittels einer Aktorik am Fahrwerk das Fahrzeug stabilisieren (Eingriff einzelner Bremsen, "elektronische Stabilitätsprogramme").

Wenngleich diese Technologie einen Sicherheitsgewinn darstellt, so hat sie jedoch den Nachteil, daß der Fahrer auch weiterhin über seinen fahrdynamischen Zustand in Unkenntnis bleibt, da diese Systeme im verborgenen arbeiten. Erst dann, wenn der. Grenzbereich erreicht ist und die Regelmechanismen bereits eingreifen, erhält der Fahrer ein Feedback. Damit ist es ihm weder möglich, langfristig die Charakteristik seines Fahrzeuges kennenzulernen, noch kurzfristig eigene Korrekturen vorzunehmen, bevor Gefahr droht.

Die Möglichkeit, in technischem Sinn die Kontrolle über das Auto zu verlieren, mutiert damit zu einem hingenommenen Abstraktum, das allgemein mit der Formulierung "überhöhte Geschwindigkeit" abgehandelt wird. Wann jedoch eine Geschwindigkeit als überhöht einzustufen ist, weiß man üblicherweise erst dann, wenn es zu spät ist.

Lösung des Problems

Diese oben beschriebenen Nachteile löst die hier beschriebene Anzeige erfindungsgemäß nach dem Hauptanspruch.

Die gemessene oder geschätzte Kraftschlußreserve dient als Berechnungsbasis für eine Geschwindigkeit B, bei der unter Annahme der momentan gefahrenen Bahnkurve (aus Lenkwinkel und Gierrate ermittelt) der Grenzbereich erreicht wird. Grenzbereich bedeutet im Extremfall das Überschreiten der Querkraft, die über die Räder noch übertragen werden kann. Sinnvoll ist aber ebenso die hier beschriebene Möglichkeit, einen willkürlichen Grenzwert an Querbeschleunigung voreinstellen zu können, etwa einen absoluten oder einen auf den momentanen Kraftschluß bezogenen Wert.

Die Geschwindigkeit B stellt demnach eine auf die Fahrdynamik bezogene höchstmögliche Geschwindigkeit für den augenblicklichen Fahrzustand dar. Die Anzeige gibt die Differenz E aus dieser Geschwindigkeit B und der momentanen Fahrgeschwindigkeit D aus. Sie entspricht einer Geschwindigkeitsreserve für den augenblicklichen Fahrzustand.

Damit hat der Fahrer die Möglichkeit, die Angemessenheit seiner Geschwindigkeit und seinen Sicherheitsspielraum korrekt beurteilen zu können. Das Herannahen des Grenzbereiches seines Wagens wird ihm direkt in Form eines verbleibenden Geschwindigkeitspotentials vermittelt.

Ausführungsbeispiele

Die weiteren Schutzansprüchen beschreiben vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Anzeige.
In Anspruch 2 wird eine einfache Form beschrieben, bei der das verbleibende Geschwindigkeitspotential E als Digitalanzeige ausgeführt ist.
Anspruch 3 beschreibt eine besonders vorteilhafte Ausführung, bei der die mögliche Höchstgeschwindigkeit direkt in einem analogen Geschwindigkeitsmesser des Fahrzeuges angezeigt wird mittels Zeiger oder, was sich besonders empfiehlt, beweglichen Skalenmarken.
Eine vorteilhafte Weiterentwicklung wird in Anspruch 5 vorgestellt. Hier spielt der zeitliche Verlauf der möglichen Höchstgeschwindigkeit eine Rolle: Bei einer angenommenen Kurvenfahrt wird die Geschwindigkeitsreserve beim Durchfahren der Kurve im allgemeinen schwanken, aber im wesentlichen sinken. Nahe des Scheitelpunktes der Kurve wird ein Minimum erreicht. Dieser Minimalwert bleibt, auch bei anschließendem Wiederanwachsen der Geschwindigkeitsreserve beim Herausfahren aus der Kurve, in der Anzeige erhalten. So wird es dem Fahrer wesentlich erleichtert, die minimale Reserve des Kurvenverlaufes auch noch nach der Kurve abzulesen und zu beurteilen. Diese Darstellungsform berücksichtigt, daß während der Kurve die Aufmerksamkeit stärker beansprucht ist und die Anzeige weniger gut beobachtet werden kann als etwa auf einem übersichtlichen, geraden Straßenteil nach der Kurve.
Eine Erweiterung, die sinnvoll mit der Anzeigeversion mit Minimalwertsuche kombiniert werden kann, ist die in Anspruch 6 beschriebene Rücksetzung des Minimums nach dem Ablauf einer bestimmten Zeit. Auf diese Weise hat der Fahrer auch hier die Möglichkeit, nach der Kurve seine Geschwindigkeitsreserve ablesen zu können; diese setzt sich jedoch automatisch zurück, so daß das System für eine neue Minimum-Suche bereit ist, was z. B. während einer kurvenreichen Fahrt von Vorteil ist.
Die Ansprüche 7 bis 9 beschreiben eine Anzeigeform, die statt der Geschwindigkeitsreserve, die ja die Dimension einer Geschwindigkeit hat, die Kraftschlußreserve direkt als Kraft- oder Beschleunigungswert anzeigt.
Anspruch 8 beschreibt die Minima-Suche, Anspruch 9 die zeitgesteuerte Rücksetzung des angezeigten Wertes.
Diese Anzeigeform bietet sich an als Ergänzung oder Ersatz für die Anzeige der Geschwindigkeitsreserve für solche Fahrer, deren Interessenschwerpunkt eher technikorientiert ist.

Erläuterung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Kraftschlußellipse, was eine vereinfachte Form der Darstellung von möglicher Quer- und Längsbeschleunigung eines Fahrzeuges ist. In Längsrichtung ist üblicherweise eine größere Kraft über die Räder übertragbar, weil hier die erreichbaren Kraftschlußwerte höher sind als in Querrichtung, daher die grundsätzliche Ellipsenform. (Da beim Bremsen und Beschleunigen ebenfalls unterschiedliche Kraftschlußwerte erreicht werden, ist die Form des Gebildes in der Realität keine Ellipse).
Das Beispiel einer Fahrsituation ist mit Pfeilen eingezeichnet. Der Pfeil A beschreibt den momentanen Kraftschlußvektor, Pfeil C den Querkraftanteil dieser Fahrsituation.
Die mögliche Längsgeschwindigkeit B des Fahrzeuges wird durch C begrenzt.
Fig. 2 beschreibt den prinzipiellen Zusammenhang von Längsgeschwindigkeit und Querkraft eines Fahrzeuges bei einer Kurvenfahrt. Die Längsgeschwindigkeit D entspricht der Bahngeschwindigkeit auf einem idealisiert angenommenen Kreisumfang. Der bekannte Zusammenhang

D = Bahngeschwindigkeit,
r = ermittelter Kurvenradius = f (Gierrate, Lenkwinkel, Fahrwerksgeometrie)
beschreibt, anders notiert, die Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit von Querbeschleunigung und Kurvenradius:

D = Momentangeschwindigkeit
B = Maximalgeschwindigkeit bei 100% Ausnutzung des Querkraftschlusses
Eine ebene Fahrbahn vorausgesetzt, entspricht die Querbeschleunigung der Zentrifugalkraft, die das Fahrzeug bei der Kurvenfahrt erfährt. Die Querbeschleunigung ist eine Funktion des Kraftschlusses multipliziert mit der Erdbeschleunigung. (Im Begriff Kraftschluß verbirgt sich auch der gebräuchliche Haftungskoeffizient µ).

Querbeschleunigung = f_{(Kraftschluss)}.Erdbeschleunigung (3)
Diese Gleichungen sind im Vergleich zu einer realen Fahrsituation sehr grobe Vereinfachungen. Sie sollen lediglich den Gesamtzusammenhang verdeutlichen. Welche technische Methoden verläßliche, präzise Werte liefern, ist in der Literatur dokumentiert.
Das Anzeigeinstrument, die Gegenstand dieses Papiers ist, ermittelt auf Basis der Prinzip-Gleichung (2) die mögliche Geschwindigkeit B und zeigt dem Fahrer ein ihm verbleibendes Geschwindigkeitspotential E:

E = B-D (4)
In Fig. 3 schließlich ist in grafischer Form dargestellt, auf welche Weise die Anzeige des Geschwindigkeitspotentials E erfolgt (Minimasuche und automatische Rücksetzung der Anzeige).

Claims

1. Meß- und Anzeigegerät für Kraftfahrzeuge, welches einen auf den momentanen Fahrzustand bezogenen Kraftschlußvektor A ermittelt, gekennzeichnet dadurch, daß eine errechnete Fahrzeuggeschwindigkeit B, bei welcher ein wählbarer, zur Fahrzeuglängsachse quer verlaufender Kraftschlußwert C erreicht würde, als auf die Fahrzeugmomentangeschwindigkeit D bezogene Differenzgeschwindigkeit E auf einem gesonderten Instrument F dargestellt wird.

2. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die errechnete Geschwindigkeit B in digitaler Form dargestellt wird.

3. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die errechnete Geschwindigkeit B analog mittels Zeiger oder verschiebbaren Skalenmarkierungen direkt im Tachometer des Fahrzeuges dem Fahrer angezeigt wird.

4. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Ermittlung des Kraftschlußvektors A auf Basis von informationsgebenden Elementen geschieht wie z. B. a) Sensoren zur Messung der Beschleunigung im Raum, der Drehgeschwindigkeit um die Fahrzeughochachse, des Lenkwinkels, der Drehzahlen der Laufräder, der Außenfeuchtigkeit und -temperatur oder b) elektronischen Datenbanken mit Kennwerten über den Straßenverlauf.

5. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß relative Minima im Zeitverlauf der Differenzgeschwindigkeit E so lange gespeichert und angezeigt bleiben, bis ein erneutes relatives Minimum im Zeitverlauf von E festgestellt wird.

6. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß relative Minima im Zeitverlauf der Differenzgeschwindigkeit E so lange gespeichert und angezeigt bleiben, bis eine vorgegebene Zeit verstrichen ist.

7. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Differenz G aus Kraftschlußvektor A und quer verlaufendem Kraftschlußwert C dem Fahrer kontinuierlich angezeigt wird.

8. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß relative Minima im Zeitverlauf der Differenz G so lange gespeichert und angezeigt bleiben, bis ein erneutes relatives Minimum im Zeitverlauf von G festgestellt wird.

9. Meß- und Anzeigegerät nach Anspruch 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß relative Minima im Zeitverlauf der Differenz G so lange gespeichert und angezeigt bleiben, bis eine vorgegebene Zeit verstrichen ist.