DE102004003087A1

DE102004003087A1 - Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs längs einer vorbestimmten Bahn sowie Fahrzeug und System zum Durchführen von Crash-Versuchen

Info

Publication number: DE102004003087A1
Application number: DE200410003087
Authority: DE
Inventors: Richard Richter
Original assignee: TUEV AUTOMOTIVE GmbH
Current assignee: Tuv Sud Automotive GmbH
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: DE102004003087B4

Abstract

Ein Verfahren zum Führen eines fahrerlosen, mehrspurigen Fahrzeugs längs einer vorbestimmten Bahn 12, welches Fahrzeug auf in seiner Breitenrichtung voneinander entfernten Rädern 4, 6 rollt, wobei das Fahrzeug durch Veränderung des an wenigstens einem seiner Räder wirksamen Drehmoments derart gelenkt wird, dass es der vorgegebenen Bahn folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Führen eines Fahrzeugs längs einer vorbestimmten Bahn. Die Erfindung betrifft weiter ein längs einer vorbestimmten Bahn führbares, mehrspuriges Fahrzeug und ein System zum Durchführen von Crash-Versuchen unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Verwendung wenigstens eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.

Crash-Versuche sind ein notwendiges Instrument bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge, die zahlreiche gesetzliche Insassenschutzvorschriften erfüllen müssen und den Fahrzeuginsassen ein optimales Maß an passiver Sicherheit bieten sollen. Aus der EP 0 445 671 B2 ist ein Verfahren zum Durchführen von Crash-Versuchen bekannt, bei dem wenigstens ein fahrerloses Fahrzeug an einen vorher definierten Kollisionspunkt geführt wird, wobei das Fahrzeug unter eigenem Antrieb durch bordeigene Regelung von Geschwindigkeit und Fahrtrichtung längs eines vorbestimmten Fahrwegs bewegt wird, der von einer Leiteinrichtung vorgegeben wird. Die Lenkung des Fahrzeugs erfolgt dabei über einen Aktor, der die Lenkeinrichtung des Fahrzeugs, beispielsweise durch unmittelbaren Eingriff am Lenkrad, betätigt. Der Einbau des entsprechenden Aktors ist verhältnismäßig aufwendig; zudem ist ein Verlust des Aktors selbst infolge eines Crash-Versuchs mit nicht unerheblichen Kosten verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Crash-Versuche kostengünstiger als bisher durchzuführen.

Ein Verfahren, mit dem diese Aufgabe gelöst wird, ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein gesonderter Lenkungsaktor entfallen. Die Räder des Fahrzeugs werden zur Veränderung seiner Richtung nicht eingeschlagen, sondern mit unterschiedlichem Drehmoment beaufschlagt.

Die Unteransprüche 2 bis 5 sind auf vorteilhafte Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens gerichtet.

Gegenstand des Anspruchs 6 ist ein mehrspuriges Fahrzeug, das zur kostengünstigen Durchführung von Crash-Versuchen eingesetzt werden kann.

Das erfindungsgemäße Fahrzeug wird mit den Merkmalen des Anspruchs 7 in vorteilhafter Weise weitergebildet.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, Versuche durchzuführen, bei denen eine fahrbare Barriere in die Seite eines vorzugsweise stehenden Fahrzeugs bewegt wird, um dessen Seitencrashtauglichkeit zu erproben.

Der Anspruch 9 kennzeichnet den Gesamtaufbau eines erfindungsgemäßen Systems zur Durchführung von Crash-Versuchen.

Die Erfindung kann überall dort eingesetzt werden, wo Fahrzeuge fahrerlos längs einer vorbestimmten Bahn bewegt werden sollen. Vorteilhaft ist der Einsatz der Erfindung dort, wo die Krümmungsradien der Kurven, die das Fahrzeug zu fahren hat, verhältnismäßig groß sind. Besonders gut eignet sich die Erfindung zur kostengünstigen Durchführung von Crash-Versuchen, anhand derer sie im folgenden Beispiel mit schematischen Zeichnungen erläutert wird.

In den Zeichnungen stellen dar:
1 ein Schema einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
2 ein Schema einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Systems.
Gemäß 1 weißt ein insgesamt mit 2 bezeichnetes Fahrzeug Vorderräder 4 und Hinterräder 6 auf. Das Fahrzeug kann in seinem Aufbau insgesamt bekannt sein, das heißt beispielsweise ein üblicher Personenkraftwagen mit Verbrennungsmotor, Lenkung und so weiter sein. Diese üblichen Komponenten sind nicht dargestellt. Zur Abbremsung des Fahrzeugs sind die Räder mit an sich bekannten Radbremsen 8 versehen.
Zur Führung längs einer vorbestimmten Bahn weist das Fahrzeug eine Antenne 10 auf oder eine sonstwie arbeitende, an sich bekannte Fühleinrichtung auf, mit der die Position des Fahrzeugs 2 in Seitenrichtung relativ zu einem in der Fahrbahn verlegtem Kabel erfasst werden kann. Das Fahrzeug enthält weiter eine Steuereinrichtung 14, die vorzugsweise einen Mikroprozessor mit Programm- und Datenspeichern aufweist. Eingänge 16 der Steuereinrichtung 14 sind mit der Antenne 10 und einem Signalgeber verbunden, der der Steuereinrichtung 14 ein der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechendes Signal zuführt. Ausgänge der Steuereinrichtung 14 sind mit Aktoren 18 für die Radbremsen 8 (es ist nur ein Aktor dargestellt) und einem Aktor 20 für die Betätigung eines Laststellgliedes der nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden. Die Steuereinrichtung 14 kommuniziert über eine Antenne 22 vorteilhafterweise mit einer außerhalb des Fahrzeugs befindlichen, zentralen Leiteinrichtung 24.
Der Aufbau der beschriebenen Komponenten ist an sich bekannt, so dass deren Funktion im Einzelnen nicht beschrieben wird. Bezüglich der Einzelbetätigung der Radbremsen können die aus Fahrstabilitätskontrollsystemen mit Bremseneingriff bekannten Komponenten eingesetzt und angesteuert werden. Im Folgenden wird die Funktion des Gesamtsystems beispielhaft beschrieben.
Sei angenommen, mit dem Fahrzeug 2 soll ein Aufprall auf ein an einer bestimmten Stelle der durch das Kabel 12 gekennzeichneten Bahn angeordnetes Hindernis mit vorbestimmter Geschwindigkeit durchgeführt werden.
Einem Datenspeicher der Steuereinrichtung 14 werden dann über eine fahrzeugfeste Dateneingabeeinrichtung unmittelbar oder über die Leiteinrichtung 24 entsprechende Daten eingegeben, nämlich im beschriebenen Beispiel die Geschwindigkeit, mit der das Fahrzeug 2 auf das Hindernis auftreffen soll.
Das Fahrzeug wird dann vorzugsweise von der Leiteinrichtung 24 aus in Betrieb gesetzt, wobei der Aktor 20 des Laststellgliedes derart betätigt wird, dass das Fahrzeug bereits vor dem Hindernis auf die vorbestimmte Geschwindigkeit beschleunigt, die mit Hilfe der Steuereinrichtung 14 und der einem Eingang der Steuereinrichtung 14 zugeführten tatsächlichen Fahrzeuggeschwindigkeit auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird. Das Fahrzeug fährt beispielsweise mit in geradeaus Stellung der Vorderräder blockierter Lenkung. Bei einer Abweichung der zurück gelegten Ist-Bahn von der durch das Kabel gegebenen Soll-Bahn werden über die Aktoren 18 die Radbremsen 8 derart betätigt, dass die Abweichung zwischen Ist-Bahn und Soll-Bahn abnimmt und sich das Fahrzeug längs der Soll-Bahn, das heißt derart bewegt, dass sich die Antenne 10 innerhalb eines vorbestimmten Fensters über dem Kabel 12 befindet. Wenn die Ist-Position des Fahrzeugs von dessen Soll-Position beispielsweise gemäß 1 nach links abweicht, wird die Radbremse 8 des rechten Vorderrades betätigt, wodurch das Fahrzeug nach rechts kurvt. Es versteht sich, dass auch beide rechtsseitige Bremsen oder nur die Bremse des rechten Hinterrades betätigt werden kann. Vorteilhafterweise wird bei einer Betätigung einer oder mehrerer Radbremsen für eine Richtungskorrektur das Laststellglied der Brennkraftmaschine weiter geöffnet, so dass das zusätzliche Antriebsmoment der Brennkraftmaschine das Bremsmoment ausgleicht und die Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleibt. Der Zusammenhang zwischen Bremsbetätigung und notwendiger zusätzlicher Öffnung beispielsweise einer Drosselklappe kann in einem Kennfeld gespeichert sein, das in den Datenspeicher der Steuereinrichtung 14 abgelegt ist.
Die Lenkung muss nicht zwingend in geradeaus-Stellung blockiert sein. Bei ausreichendem eigenen Rückstellmoment kann eine Blockierung mit der dazu erforderlichen Einrichtung entfallen, wodurch Kosten gesenkt werden. Es sind auch Versuche mit auf einem vorbestimmten Einschlag blockierender Lenkung möglich, so dass das Fahrzeug sich ohne unterschiedliches Antriebsmoment auf seinen Seiten längs einer gekrümmten Bahn bewegt.
Wenn mit dem erfindungsgemäßen System eine Fahrzeugkollision Fahrzeug gegen Fahrzeug durchgeführt werden soll, können unter Steuerung der Leiteinrichtung 24 zwei Fahrzeuge sich auf dem Leitkabel 12 in vorbestimmter Weise aufeinander zu bewegen, wobei, falls der Kollisionsort vorbestimmt sein soll, auch die Zeitpunkte überwacht werden, zu denen die aufeinander zufahrenden Fahrzeuge sich jeweils an vorbestimmten Positionen der Strecke befinden. Dies kann dadurch geschehen, dass das Kabel selbst mit elektronischen Marken versehen ist, dass längs der Strecke Marken vorgesehen sind, oder dass die Position der Fahrzeuge von der Leiteinrichtung 24 in an sich bekannter Weise telemetrisch erfasst wird.
Durch entsprechende Ausbildung und Anbringung der Antenne 10 kann das Fahrzeug mit einem vorbestimmten seitlichen Versatz zu dem Kabel 12 geführt werden, so dass mit Hilfe nur eines Kabels Crash-Versuche mit unterschiedlicher Fahrzeugüberdeckung durchgeführt werden können. Es versteht sich weiter, dass Fahrzeuge auch längs unterschiedlicher Kabel aufeinander zu bewegt werden können.
Die im dargestellten Beispiel durch das Kabel 12 vorgegebene Bahn kann durch unterschiedlichste andere Einrichtungen ersetzt werden, beispielsweise eine optische Kennzeichnung auf der Bahn, wie einen weißen Strich, dessen Lage von optischen Sensoren des Fahrzeugs ausgewertet wird, einen Leitstrahl, der von auf den jeweiligen Frequenzbereich abgestimmten Sensoren abgetastet wird, beispielsweise auch einen Laserstrahl und so weiter. Die Verwendung eines Laserstrahls hat naturgemäß den Nachteil, dass die vorgegebene Bahn geradlinig ist.
Das Fahrzeug kann in unterschiedlichster Weise ausgebildet sein; Bedingung für seine Tauglichkeit für das erfindungsgemäße Verfahren ist, dass es derart gebremst werden kann, das es "schief zieht", das heißt seine Richtung ändert, ohne dass die Räder von einer gesonderten Lenkeinrichtung um eine etwa senkrechte Achse geschwenkt werden. Es versteht sich, dass die Bremsen derart ausgebildet sind, dass das Fahrzeug bei einem Eintreten unvorhergesehener Ereignisse von der Leiteinrichtung 24 her stillgesetzt werden kann. Die erfindungsgemäße Art der "Lenkung" kann auch dann eingesetzt werden, wenn das Fahrzeug nicht über einen eigenen Antrieb erfolgt, sondern beispielsweise an einem Seil gezogen wird, bergab rollt und so weiter.
2 stellt eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems dar, bei der die vorgegebene Bahn dadurch gegeben ist, dass in der Steuereinrichtung 14 eine Bahn in Form einer Folge geografischer Daten gespeichert ist, deren Einhaltung mit Hilfe eines an sich bekannten elektronischen Navigationssystems überwacht werden kann.
Außerordentlich hohe Genauigkeiten werden mit einem sogenannten DGPS System erzielt, bei dem eine GPS Antenne 26 des Fahrzeugs Satellitendaten und Daten von einem zusätzlichen ortsfesten Sender 28 in an sich bekannter Weise auswertet. Im dargestellten Beispiel ist das an sich bekannte Satellitennavigationssystem in die Steuereinrichtung 14 integriert. Das Satellitennavigationssystem kann alternativ als eigene Einheit an die Steuereinrichtung 14 angeschlossen sein. Es versteht sich, dass bei Führung des Fahrzeugs mit Hilfe eines Satellitennavigationssystems die Antenne 10 (1) fehlen kann. Das Navigationssystem muss nicht zwingend ein Satellitennavigationssystem sein; es kann ganz allgemein ein System sein, bei dem die jeweilige Position des Fahrzeugs relativ zu Bezugspunkten ermittelt wird, wobei das Fahrzeug einer vorgegebenen Bahn folgt, deren Koordinatenfolge, bezogen auf das Bezugssystem, festlegt.
Ein weiterer Unterschied des Systems der 2 im Vergleich dem zu 1 liegt darin, dass jedes Fahrzeugrad von einem eigenen Motor 30, beispielsweise elektrischem Nabenmotor angetrieben wird, wobei die Nabenmotoren von einer Batterie 32 gespeist werden. Die Steuereinrichtung 14 steuert den Betrieb der Nabenmotoren 30 derart, dass das Fahrzeug 2 sich längs der elektronisch vorgegebenen Bahn mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt, wobei Abweichungen von der Bahn durch entsprechende Änderung der Drehmomente durchgeführt werden, die auf die linksseitigen und rechtsseitigen Fahrzeugräder von den Nabenmotoren 30 aufgebracht werden. Bei einer Abweichung des Fahrzeugs von der vorgegebenen Bahn nach rechts treibt beispielsweise der rechtsseitige vordere Nabenmotor 30 stärker an und/oder bremst der linksseitige vordere Nabenmotor 30. Die Bremsung durch den oder die Nabenmotoren auf einer Seite kann gleich groß sein wie der zusätzliche Antrieb durch den oder die Nabenmotoren der anderen Seite, so dass sich der Vortrieb des Fahrzeugs insgesamt und damit dessen Geschwindigkeit nicht ändert.
Es versteht sich, dass an Stelle elektrischer Nabenmotoren auch hydraulische, pneumatische oder sonstige Motoren verwendet werden können, die von entsprechenden Energiequellen mit Energie versorgt werden.
Im dargestellten Beispiel ist das Fahrzeug 2 beispielsweise ein einfacher Träger mit nicht lenkbaren beziehungsweise schwenkbaren Rädern, der an seiner Vorderseite eine Barriere 34 zum Durchführen von Seiten Crash-Versuchen auf ein stehendes Fahrzeug trägt.
Bei entsprechender Bauweise der Nabenmotoren 30 können gesonderte Bremsen entfallen. Vorteilhaft weist das Fahrzeug gemäß 2 jedoch ebenfalls Radbremsen auf, die insbesondere im Stillstand angelegt sind.
Es versteht sich, dass Merkmale der Ausführungsform gemäß 1 mit denen der Ausführungsform gemäß 2 kombiniert werden können und das zahlreiche Abwandlungen der beispielhaft dargestellten Ausführungsformen möglich sind.
Die zur Ansteuerung der jeweiligen Aktoren erforderlichen Signale werden von Rechnern entsprechend Steuerverfahren (zum Beispiel Einstellen einer vorbestimmten Geschwindigkeit bei einem einfachen Aufprallcrash auf ein starres Hindernis) und/oder Regelverfahren (Abweichung von der vorbestimmten nach Seite und/oder vorgegebener zeitlicher Position) ermittelt. Die jeweiligen Berechnungen können in einem fahrzeugfesten Rechner und/oder in der zentralen Leiteinrichtung 24 erfolgen.

2: Fahrzeug
4: Vorderrad
6: Hinterrad
8: Radbremse
10: Antenne
12: Kabel
14: Steuereinrichtung
16: Eingänge
18: Aktor
20: Aktor
22: Antenne
24: Leiteinrichtung
26: GPS-Antenne
28: Sender
30: Motor
32: Batterie
34: Barriere

Claims

Verfahren zum Führen eines fahrerlosen, mehrspurigen Fahrzeugs längs einer vorbestimmten Bahn, welches Fahrzeug auf in seiner Breitenrichtung voneinander entfernten Rädern (4, 6) rollt, wobei das Fahrzeug derart gelenkt wird, dass es der vorgegebenen Bahn folgt, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug durch Veränderung des an wenigstens einem seiner Räder (4, 6) wirksamen Drehmoments gelenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Rad gebremst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsmoment des Fahrzeugs entsprechend dem Bremsmoment erhöht wird, so dass sich die Geschwindigkeit des Fahrzeugs durch einen lenkenden Bremseingriff nicht verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei auf verschiedenen Seiten des Fahrzeugs angeordnete Räder (4, 6) von eigenen Motoren (30) angetrieben werden, deren Antriebsmoment zum Lenken des Fahrzeugs verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmomente der Motoren (30) derart verändert werden, dass das Gesamtantriebsmoment des Fahrzeugs bei einem Lenkeingriff konstant bleibt.
Längs einer vorbestimmten Bahn führbares, mehrspuriges Fahrzeug, enthaltend wenigstens eine Antriebsvorrichtung (30) zum Antreiben wenigstens eines Fahrzeugrades, eine Bremsvorrichtung (8; 30) zum selektiven Bremsen wenigstens zweier auf verschiedenen Seiten des Fahrzeugs angeordneter Räder (4, 6), eine Lenkvorrichtung zur Veränderung der Fahrtrichtung des Fahrzeugs, eine Führungseinrichtung (10, 14) zum Ermitteln einer Abweichung zwischen einer vorgegebenen Bahn (12) und einer Ist-Bahn und eine Steuereinrichtung (14) zum Steuern des Betriebs des Fahrzeugs derart, dass sich das Fahrzeug mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit längs der vorbestimmten Bahn bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lenkvorrichtung durch die Bremsvorrichtung (8; 30) gebildet ist, die bei einer Abweichung zwischen der Ist-Bahn und der vorbestimmten Bahn die Räder (4, 6) derart bremst, dass die Abweichung zwischen der Ist-Bahn und der vorbestimmten Bahn minimiert wird.
Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung, die Bremsvorrichtung und die Lenkvorrichtung durch wenigstens zwei selektiv ansteuerbare Motoren (30) gebildet sind, die auf verschiedenen Stellen des Fahrzeugs angeordnete Räder (4, 6) antreiben und von der Steuereinrichtung (14) derart angesteuert werden, dass bei einer Abweichung zwischen vorbestimmter Bahn und Ist-Bahn durch selektive Veränderung der an den Rädern wirkenden Momente das Fahrzeug seine Richtung derart ändert, dass die Abweichung abnimmt.
Fahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (2) eine Barriere (34) für eine Kollision mit einem anderen Fahrzeug trägt.
System zum Durchführen von Crash-Versuchen unter Einsatz des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 unter Verwendung wenigstens eines Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 6 bis 8, enthaltend eine Leiteinrichtung (12) zum Vorgeben einer vorbestimmten Bahn und eine mit dem Fahrzeug zusammenwirkende Geschwindigkeitssteuereinrichtung zum Steuern der Fahrzeuggeschwindigkeit derart, dass es der vorbestimmten Bahn mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsverlauf folgt.
System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung ein durch Entfernungsmessung zu vorbestimmten Bezugsorten arbeitende Navigationseinrichtung enthält.