DE102004003099A1

DE102004003099A1 - System zur fahrerlosen Durchführung von Dauerfahrversuchen von Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE102004003099A1
Application number: DE102004003099A
Authority: DE
Inventors: Richard Richter; Eckart von Dr. Westerholt
Original assignee: TUEV AUTOMOTIVE GmbH
Current assignee: Tuv Sud Automotive GmbH
Priority date: 2004-01-21
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: DE102004003099B4

Abstract

Ein System zur fahrerlosen Durchführung von Dauerfahrversuchen von Kraftfahrzeugen enthält eine Spurführungseinrichtung (24, 36) zum Führen eines Fahrezeugs längs einer Versuchsstrecke, eine Ortungseinrichtung (28, 34, 30) zum Bestimmen des augenblicklichen Ortes des Fahrzeugs, eine an Bord eines Fahrzeugs installierbare Betätigungseinrichtung (32) zum Betätigen zumindest einer Lenkvorrichtung und einer Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung des Fahrzeugs und eine Versuchsleiteinrichtung (38) mit einer Sendeeinheit zum Senden der Steuerinformation an das Fahrzeug, wodurch das Fahrzeug derart betätigbar ist, dass es einem vorgebbaren Fahrprogramm folgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur fahrerlosen Durchführung von Dauerfahrversuchen von Kraftfahrzeugen.

Bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugen sind trotz aller Simulations- und Berechnungstechniken Dauerfahrversuche unumgänglich. Bei solchen Dauerfahrversuchen, bei denen beispielsweise schlechte Wegstrecken mit Geschwindigkeiten bis in den Grenzbereich hinein befahren werden, um Fahrzeugeigenschaften zu prüfen, sind Versuchsfahrer hohen Belastungen unterschiedlicher Art ausgesetzt, so dass nach jeweils kurzen Fahrzeiten lange Pausen oder Fahrerwechsel erforderlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, Dauerfahrversuche rationell und zügig durchzuführen, ohne dass Versuchsfahrer starken Belastungen ausgesetzt werden.

Diese Aufgabe wird mit einem System gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems gerichtet.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
1 ein Schema einer Anlage zum Durchführen von Dauerfahrversuchen,
2 einen Ausschnitt aus einer Versuchsstrecke der 1,
3 ein Prinzipschaltbild von miteinander in bidirektionalem Datenaustausch befindlichen Einheiten eines erfindungsgemäßen Systems, und
4 ein Flussdiagramm zur Erläuterung von Aspekten der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Systems.
Gemäß 1 enthält eine Versuchsanlage zum Durchführen von Dauerfahrversuchen eine Schnellbahn 2, eine Schlechtwegstrecke 4 und eine Normalstrecke 6 und eine Berg- und Talstrecke 8. Die verschiedenen Versuchsstrecken sind über Zufahrten 10 und Abfahrten 11 mit einem Werkstattbereich 12 verbunden, der sich vor einem Zentralgebäude 14 befindet, das über eine Strasse 16 erreichbar ist. Mit 18 ist ein außerhalb des Versuchsgeländes befindliches Gebäude, beispielsweise ein Entwicklungszentrum, bezeichnet, das über Einrichtungen zur Datenkommunikation verfügt. Bezugszeichen 20 bezeichnet einen Parkplatz, Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Sendestation. Die Richtungen, in denen die einzelnen Versuchsstrecken, Zu- und Abfahrten befahren werden, sind mit Pfeilen gekennzeichnet.
2 zeigt einen Ausschnitt einer der Strecken. In die Strecken ist jeweils ein Leitkabel 24 integriert, wobei ein längs der Strecke fahrendes Fahrzeug 26 mit einer in 2 nicht dargestellten Einrichtung versehen ist, mit der die Position des Leitkabels 24 relativ zur Seitenrichtung des Fahrzeugs erfasst werden kann. Mit 28 sind längs der Strecke angebrachte Baken bezeichnet, die vom Fahrzeug individuell erkannt werden können.
3 zeigt elektronische Steuereinrichtungen, wie sie verwendbar sind, damit die Strecken mit fahrerlosen Fahrzeugen befahren werden können.
Die in Dauerfahrversuchen zu erprobenden Fahrzeuge 26 sind jeweils mit einer Steuereinheit 30 und einer Betätigungseinrichtung 32 ausgerüstet. Die Steuereinheit 30 enthält einen Mikroprozessor mit zugehörigem Programm und Datenspeicher, vorzugsweise einen Bildschirm zum Darstellen von Informationen, eine Bedieneinheit zum Aktivieren von Programmen und Eingeben von Daten sowie eine Sende-Empfangseinrichtung mit einer Antenne 34 für einen bidirektionalen Datenverkehr mit weiteren Einrichtungen.
Ein Eingang der Steuereinheit 30 ist mit einer oder mehreren Sensorantennen 36 verbunden, mittels der bzw. derer die Position des Leitkabels 24 relativ zur Breitenrichtung des Fahrzeugs erfasst werden kann. Weitere Eingänge der Steuereinheit sind mit Sensoren zum Erfassen von Betriebszuständen des Fahrzeugs, beispielsweise dessen Geschwindigkeit, Motortemperatur, Kraftstoffvorrat usw., verbunden.
Die von der Steuereinheit angesteuerte Betätigungseinrichtung 32 enthält Aktoren (nicht dargestellt), die das Lenkrad, das Fahrpedal, das Bremspedal sowie ggf. weitere Betätigungselemente des Fahrzeugs, wie Schalthebel, Kupplungspedal, Lichtschalter, Blinker usw. betätigen. Die Betätigungseinrichtung 32 ist vorteilhafterweise in der Art eines Roboters am Fahrersitz oder Verankerungspunkten am Boden des Fahrzeugs angebracht und unmittelbar mit den Betätigungselementen des Fahrzeugs mechanisch verbunden. Vorteilhafterweise enthält die Betätigungseinrichtung ein einfach am Fahrzeug befestigbares Gestell bzw. eine Tragstruktur, an dem bzw. der die Aktoren befestigt sind. Die Steuereinheit 30 kann beispielsweise auf dem Rücksitz oder im Kofferraum des zu prüfenden Fahrzeugs untergebracht sein und ist mit der Betätigungseinrichtung 32 über Steuerkabel verbunden. Die Steuereinheit mit den Aktoren und die Betätigungseinrichtung können auch zu einem insgesamt mit der Tragstruktur einfach montierbaren Modul zusammengefasst sein.
In dem Zentralgebäude 14 der Versuchsanlage ist vorteilhafterweise eine Versuchsleiteinrichtung 38 untergebracht, die mindestens eine Rechnereinheit mit zugehörigen Speichern, Bildschirm, eine Eingabe- und Ausgabeeinrichtung und eine Sende-Empfangseinrichtung mit Antenne für einen bidirektionalen Datenverkehr mit der Antenne 34 der Fahrzeugsteuereinheit 30 aufweist.
In dem Entwicklungszentrum 18 (1) ist eine weitere Kommunikationseinrichtung 42 mit Bildschirm, Bedienfeld und Antenne 44 für einen bidirektionalen Datenverkehr mit den anderen Antennen vorgesehen.
Aufbau und Funktion der einzelnen geschilderten Baugruppen und Einrichtungen sind an sich bekannt, so dass im folgenden deren Zusammenwirken zunächst anhand des Betriebs eines einzigen Versuchsfahrzeugs geschildert wird.
In einem elektronisch speicherbaren Fahrprogramm ist ein Erprobungsprogramm für ein Fahrzeug festgelegt, das die zu durchfahrende Strecke, die Weglänge der Erprobung und deren Geschwindigkeitsverlauf festlegt. Dies geschieht beispielsweise, indem jeder längs einer oder der Strecken 2, 4, 6, 8 und den jeweiligen Zu- und Abfahrten angeordneten Baken 28, die individuelle Kodierungen aufweisen, eine Sollgeschwindigkeit oder eine vom Start des Versuchsprogramms an gezählte Zeit zugeordnet wird. Dieses Fahrprogramm wird vorteilhafterweise in die Versuchsleiteinrichtung 38 eingegeben und von dort in die Fahrzeugsteuereinheit 30 überspielt. Das Erprobungsprogramm kann beispielsweise im Entwicklungszentrum 18 festgelegt werden und in die Versuchsleiteinrichtung 38 und von dort in die Fahrzeugsteuereinheit 30 überspielt werden. Alternativ kann das Programm auch unmittelbar im Fahrzeug gespeichert werden und wird von dort vorteilhafterweise zur Versuchsleiteinrichtung übertragen.
Wenn das Fahrzeug 26, von seiner Betätigungseinrichtung 32 gesteuert, mit der Versuchsfahrt beginnt, fährt es die Versuchsstrecke unter an sich bekannter Spurführung mittels des Leitkabels 24 ab und referenziert sich jeweils beim Passieren einer der individuell kodierten Baken 28, die vom Fahrzeug durch Abfrage der jeweiligen Bake erkannt werden, auf seine Sollposition und -geschwindigkeit beziehungsweise seine Sollzeit. Bei Abweichungen zwischen dem vorgegebenen Sollwert (zum Beispiel Zeitpunkt an der jeweiligen Bake) und Istwert steuert ein beispielsweise an der Betätigungseinrichtung 32 vorgesehener Aktor derart nach, dass sich an der nachfolgenden Bake der Istwert an den Sollwert annähert. Verzweigungen der Fahrtstrecke, beispielsweise Ausfahrt aus einer geschlossenen Schleife in eine Ausfahrt zum Parkplatz 10, können dadurch bewältigt werden, dass an der jeweiligen Verzweigung eine Bake 28 steht, bei deren Passieren ein gesonderter Steuerbefehl für den Lenkaktor erzeugt wird, so dass das Fahrzeug dem vorgesehenen Leitkabel folgt.
Die auf dem Prüfgelände zur Fahrzeugführung verwendeten Leiteinrichtungen können in vielfältiger Weise geändert werden. Beispielsweise können an Stelle des oder der Leitkabel 24 und der Baken 28 telemetrische Einrichtungen verwendet werden, bei denen das Fahrzeug selbst ständig seine Position relativ zu in ihrer Position bekannten Stelle auf oder außerhalb des Prüffeldes ermittelt oder die Position des Fahrzeugs von bekannten Positionen aus ermittelt wird. In diesem Fall ist die Fahrstrecke, die das Fahrzeug für seine Erprobung zurückzulegen hat, beispielsweise vektoriell festgelegt, den aufeinanderfolgenden Ortskoordinaten weitere Werte zugefügt sind, wie beispielsweise die Fahrzeugrichtung, die Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Zeitpunkt und so weiter. In diesem Fall sind Markierungen der Strecke, wie Leitkabel, Baken, optische Erkennungsmerkmale, wie ein Strich, der von einer fahrzeugfesten Kamera erkannt wird, und so weiter nicht notwendig. Es versteht sich jedoch, dass Baken oder sonstige Fahrbahnmarkierungen als Referenzpunkte auch in Kombination mit ohne jede Streckenmarkierung arbeitenden Navigationssystemen verwendet werden können.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines satellitengestützten Navigationssystems zur Fahrzeugführung, wobei mit dem D GPS-System besonders hohe Genauigkeiten erzielt werden, da die Satellitennavigation in Kombination mit einer zusätzlichen, beispielsweise auf dem Prüfgelände angeordneten Sendestation 22 (1) erfolgt. Dabei werden Genauigkeiten im Bereich einiger Zentimeter erzielt, so dass das Fahrzeug auch mit hoher Geschwindigkeit und im Grenzbereich fahrend sicher längs der vorgegebenen Strecken 2, 4, 6 und/oder 8 geführt werden kann.
Besonders vorteilhaft lässt sich das Prüfgelände zur gleichzeitigen Erprobung mehrerer Fahrzeuge auf den gleichen oder unterschiedlichen Strecken einsetzen. Die Ablaufsteuerung einer derartigen Erprobung wird im Folgenden anhand 4 erläutert:
Die zu erprobenden Fahrzeuge werden über die Strasse 16 zum Versuchsgelände gebracht, am Parkplatz 20 zwischengeparkt und, soweit noch nicht geschehen, im Werkstattbereich 12 mit jeweiligen Steuereinheiten 30 und Betätigungseinrichtungen 32 ausgerüstet. In dem Werkstattbereich werden die erprobungsfertigen Fahrzeuge beispielsweise auf jeweils freien Fahrbahnen aufgestellt, von denen die jeweiligen Erprobungsstrecken 2, 4, 6 und 8 über die Zufahrten 10 erreicht werden. Nach Beendigung der jeweiligen Versuchsfahrten werden die jeweiligen Versuchsstrecken über die Abfahrten 11 verlassen, so dass die Fahrzeuge auf eine der Fahrbahnen zurückkehren. Jedem Versuchsfahrzeug ist ein Versuchs- beziehungsweise Erprobungsprogramm zugeordnet, das in Form eines Fahrprogramms Xn, wobei n ein einem jeweiligen Fahrzeug zugehörender Index ist, gespeichert ist und im Schritt 50 in einen Datenspeicher der Versuchsleiteinrichtung 38 (3) eingegeben wird, die sich vorteilhafterweise im Zentralgebäude 14 befindet.
Im Schritt 52 erarbeitet ein Rechner der Versuchsleiteinrichtung einen Versuchsplan, der die Fahrfolge der Einfahrt der einzelnen Fahrzeuge in die Prüfstrecken festlegt und aus Sicher heitsgründen vorteilhafterweise jedem Fahrzeug einen fahrzeugindividuellen, beispielsweise von der augenblicklichen Sollgeschwindigkeit des Fahrzeugs abhängigen Streckenblock zuordnet. Dieser Streckenblock ist eine jeweils vor und hinter dem Fahrzeug von anderen Fahrzeugen freibleibende Streckenlänge. Erst wenn der Versuchsplan eine programmgemäße Erprobung eines Fahrzeugs unter Wahrung der frei bleibenden Streckenblöcke zulässt, wird im Schritt 54 der Start des jeweiligen Fahrzeugs freigegeben. Ist dies nicht der Fall, bleibt das Fahrprogramm des jeweiligen Fahrzeugs in den noch abzuwickelnden Fahrprogrammen (Schritt 50), die im Schritt 52 in den Versuchsplan eingebaut werden. Es versteht sich, dass bei Bearbeitung des Versuchsplans unterschiedliche Prioritäten berücksichtigt werden und ebenso berücksichtigt wird, auf welchen Streckenabschnitten Langsam- oder Schnellfahrten möglich sind, ohne dass das Erprobungsprogramm dadurch nicht erfüllt wird. Beispielsweise sind bei der Erprobung auf der Schlechtwegstrecke 4, die beispielsweise mehrfach durchfahren wird, bei der Rückfahrt vom gemäß 1 rechten Ende der Erprobungsstrecke zu deren linken Ende, die außerhalb der Schlechtwegstrecke 4 erfolgt, unterschiedliche Geschwindigkeiten möglich, ohne dass die Schlechtwegerprobung beeinflusst wird.
Während der laufenden Fahrzeugerprobungen werden die einzelnen Fahrzeuge jeweils überwacht, wobei beispielsweise bei Nichteinhaltung eines Streckenblocks, die sich dadurch zeigt, dass ein Fahrzeug in den Streckenblock eines anderen Fahrzeugs gelangt, von der Versuchsleiteinrichtung 38 Maßnahmen eingeleitet werden, die die Streckenblöcke entzerren beziehungsweise deren Überlappung beseitigen, indem beispielsweise im Schritt 58 an einem betroffenen Fahrzeug eine Geschwindigkeitsänderung vorgenommen wird. Nach einer von der Versuchsleiteinrichtung 38 zur Vermeidung von Kollisionen durchgeführten Geschwindigkeitsänderung an einem Fahrzeug werden die Fahrprogramme der anderen Fahrzeuge im Schritt 60 aktualisiert wobei dabei auch entschieden wird, ob ein Fahrprogramm beziehungsweise Erprobungsprogramm wegen der durchgeführten Geschwindigkeitsänderung insgesamt überarbeitet werden muss, indem beispielsweise eine Erprobungsschleife nochmals oder mit anderer Geschwindigkeit durchfahren werden muss. Die aktualisierten Fahrprogramme werden als Programme mit hoher Priorität in die Ablaufsteuerung eingespielt, so dass der Versuchsplan (Schritt 52) ebenfalls jeweils aktualisiert wird. Wenn im Laufe der Erprobung eines Fahrzeugs die dynamische Blocküberwachung (Schritt 56) zu keinen Änderungen des Fahrprogramms des jeweiligen Fahrzeugs führt, wird die Erprobung im Schritt 62 beendet, indem das Fahrzeug die Versuchsstrecken verlässt und über eine Abfahrt 11 in den Werkstattbereich 12 zurückkehrt.
Die beschriebene Ablaufsteuerung ist beispielhaft und kann in vielfältiger Weise abgeändert werden. Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen System ein Versuchsgelände optimal nutzen, da, ohne dass Fahrer hohen Belastungen ausgesetzt werden, die Strecken praktisch rund um die Uhr für die gleichzeitige Erprobung mehrerer Fahrzeuge benutzt werden können.
Von fahrzeugfesten Sensoren können Betriebsparameter des Fahrzeugs, beispielsweise Belastungen von Bauteilen permanent erfasst und beispielsweise unmittelbar zum Entwicklungszentrum 18 überspielt werden, wo ein Fahrprogramm erforderlichenfalls verändert wird und das veränderte Fahrprogramm der Versuchsleiteinrichtung 38 mitgeteilt wird, die es in den Versuchsplan einarbeitet. Dadurch können unnötige Erprobungen vermieden werden und die teuren Fahrzeugerprobungen auf ein erforderliches Mindestmass beschränkt und in effizienter Weise durchgeführt werden.

2: Schnellbahn
4: Schlechtwegstrecke
6: Normalstrecke
8: Berg- und Talstrecke
10: Zufahrt
11: Abfahrt
12: Werkstattbereich
14: Zentralgebäude
16: Strasse
18: Entwicklungszentrum
20: Parkplatz
22: Sendestation
24: Leitkabel
26: Fahrzeug
28: Bake
30: Steuereinheit
32: Betätigungseinrichtung
34: Antenne
36: Sensorantenne
38: Versuchsleiteinrichtung
40: Antenne
42: Kommunikationseinrichtung
44: Antenne
52: Planungseinrichtung
54: Ablaufsteuerungseinrichtung
56: Überwachungseinrichtung

Claims

System zur fahrerlosen Durchführung von Dauerfahrversuchen von Kraftfahrzeugen, enthaltend eine Spurführungseinrichtung (24, 36) zum Führen eines Fahrzeugs längs einer Versuchsstrecke, eine Ortungseinrichtung (28, 34, 30) zum Bestimmen des augenblicklichen Ortes des Fahrzeugs, eine an Bord eines Fahrzeugs installierbare Betätigungseinrichtung (32) zum Betätigen zumindest einer Lenkvorrichtung und einer Geschwindigkeitsänderungsvorrichtung des Fahrzeugs, und eine Versuchsleiteinrichtung (38) mit einer Sendeeinheit zum Senden der Steuerinformation an das Fahrzeug, wodurch das Fahrzeug derart betätigbar ist, dass es einem vorgebbaren Fahrprogramm folgt.
System nach Anspruch 1, wobei die Spurführungseinrichtung wenigstens ein in der Versuchsstrecke angeordnetes Leitkabel (24) und eine fahrzeugfeste, mit der fahrzeugfesten Steuereinheit (30) verbundene Sensoreinrichtung (36) enthält, wobei die Lenkvorrichtung das Fahrzeug derart steuert, dass eine vorbestimmte Soll-Position des Leitkabels relativ zur Seitenrichtung des Fahrzeugs möglichst eingehalten wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Versuchsleiteinrichtung (38) oder der Betätigungseinrichtung (32) ein Fahrprofil gespeichert ist, das die zu befahrende Versuchsstrecke festlegt und Positionen längs der Versuchsstrecke Fahrzeuggeschwindigkeiten und/oder Zeitpunkte zuordnet.
System nach Anspruch 3, wobei das Fahrzeug ein Ortungssystem zum Ermitteln seiner geographischen Position aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Fahrprogramm von einer Stelle (42) außerhalb der Versuchsleiteinrichtung (38) veränderbar ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei Fahrzeugdaten aus dem fahrenden Fahrzeug auslesbar sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Betätigungseinrichtung (32) eine Tragstruktur aufweist, an dem mit einem Aktor für zumindest das Lenkrad, das Fahrpedal und das Bremspedal des Fahrzeugs befestigt sind.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit dem mehrere Fahrzeuge gleichzeitig betreibbar sind, wobei die Versuchsleiteinrichtung (38) eine Planungseinrichtung (52) zur Planung des Ablaufes der den einzelnen Fahrzeugen zugeordneten Fahrprogramme, eine Ablaufsteuerungseinrichtung (54) zur Steuerung des Ablaufes der einzelnen Fahrprogramme, und eine Überwachungseinrichtung (56) zur Überwachung des Ablaufes der einzelnen Fahrprogramme aufweist, wobei bei einer Abweichung des Ablaufes eines Fahrprogramms von seinem Sollwert die Planungseinrichtung den Ablauf der Fahrprogramme aktualisiert.
System nach Anspruch 8, wobei den Fahrzeugen von der Planungseinrichtung (52) Streckenblöcke mit vorbestimmten Längen vor und/oder hinter den Fahrzeugen zugeordnet werden und die Überwachungseinrichtung (56) eine Überlappung der Streckenblöcke verschiedener Fahrzeuge anzeigt.