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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer
mit einem Fahrkomfort eines Fahrzeugs, insbesondere eines Nutzfahrzeugs, korrelierten
Komfortgröße.
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Bei
der Herstellung von Kraftfahrzeugen wird dem von den Fahrzeuginsassen
subjektiv empfundenen Fahrkomfort – je nach Fahrzeug – ein
relativ hoher Stellenwert zugemessen. Um bei der Entwicklung von
Kraftfahrzeugen den Fahrkomfort objektiv beurteilen zu können,
sind Komfortgrößen erforderlich, die mit dem Fahrkomfort
korrelieren.
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Aus
der
DE 100 50 169
A1 ist ein Messsystem für ein mit einem automatischen
Stufengetriebe ausgestattetes Kraftfahrzeug bekannt. Das Messsystem
dient zur Ermittlung des Schaltdrucks, wobei mindestens ein Beschleunigungsaufnehmer
zur Ermittlung des Schaltdrucks sowie ein Aufnehmer zur Ermittlung
der Schaltzeit vorgesehen sind. Hierdurch kann neben der dynamischen
Bewertung des Schaltvorgangs auch eine zeitliche Bewertung durchgeführt werden.
In der Folge lässt sich der Schaltkomfort als Korrelation
von Schaltdruckqualität und Schaltzeit bewerten. Auf diese
Weise kann der Schaltkomfort aus den genannten Messgrößen
berechnet und somit objektiv ermittelt werden.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für ein Verfahren zur Bestimmung einer Komfortgröße
eine vorteilhafte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere dadurch
auszeichnet, dass die Komfortgröße objektiv ermittelt werden
kann und dabei eine relativ hohe Übereinstimmung mit subjektiven
Komfortbeurteilungen realer Fahrzeuginsassen aufweist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die gesuchte objektive
Komfortgröße, die mit dem Fahrkomfort des Fahrzeugs
korreliert, in wenigstens vier Stufen aus dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs
zu ermitteln. In einer ersten Stufe werden während eines
realen oder während eines virtuellen Fahrbetriebs des Fahrzeugs
am Fahrzeug wirksame Beschleunigungen bestimmt. In einer zweiten
Stufe werden aus den so bestimmten Beschleunigungen diejenigen herausgefiltert,
die von einem Fahrzeuginsassen wahrnehmbar sind bzw. die von einem
Fahrzeuginsassen für die Beurteilung des Fahrkomforts relevant
sind. In einer dritten Stufe werden Kenngrößen
berechnet, und zwar aus Parametern der zuvor herausgefilterten,
wahrnehmbaren bzw. relevanten Beschleunigungen. Schließlich
wird in einer vierten Stufe aus den Kenngrößen
eine Komfortgröße ermittelt, die dann mit dem
Fahrkomfort korreliert. Durch die Messung von Beschleunigungen wird
der zu beurteilende Fahrkomfort auf den Bewegungskomfort des Fahrzeugs
spezifiziert, der aus Beschleunigungen resultiert. Durch die Filterung
können irrelevanten Beschleunigungswerte eliminiert werden,
was die nachfolgende Ermittlungsprozedur vereinfacht. Beispielsweise
können Beschleunigungsänderungen ausgeblendet
werden, die oberhalb einer oberen Grenzfrequenz und/oder unterhalb
einer unteren Grenzfrequenz liegen.
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Die
so bestimmten und gefilterten Beschleunigungswerte besitzen Parameter,
aus denen nun die Kenngrößen ermittelt werden.
Bei Beschleunigungsänderungen sind diese Parameter beispielsweise Frequenz,
Amplitude und Energieinhalt. Bei der Berechnung der Kenngrößen
anhand dieser Parameter können beispielsweise auch Gewichtungen
berücksichtigt werden, die den Einfluss des einzelnen Parameters
auf das Komfortempfinden beschreiben. Bei der Berechnung der Kenngrößen
kann insbesondere der Einfluss der herausgefilterten Beschleunigungen auf
das Komfortempfinden berücksichtigt werden, indem bei der
Berechnung der Kenngrößen die Parameter geeignet
berücksichtigt bzw. miteinander verknüpft werden.
Schließlich kann aus den so ermittelten Kenngrößen
die gewünschte Komfortgröße ermittelt
werden, wobei auch dies auf unterschiedliche Weise realisierbar
ist.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Komfortgröße
aus den Kenngrößen mittels eines neuronalen Netzes
ermittelt werden. Mit Hilfe eines derartigen neuronalen Netzes können
die komplexen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Kenngrößen
sowie ihre gegenseitigen Wechselwirkungen besonders einfach berücksichtigt werden,
um trotz der Komplexität dieser Zusammenhänge
eindeutige Komfortgrößen zu ermitteln.
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Besonders
vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher
das neuronale Netz mit Referenzkomfortgrößen trainiert
wird, die von realen Fahrzeuginsassen während eines Trainingsfahrbetriebs,
insbesondere für unterschiedliche Fahrbetriebszustände,
subjektiv bestimmt werden. Während des Trainingsbetriebs
werden die dem neuronalen Netz eingangsseitig zur Verfügung
gestellten Kenngrößen ausgangsseitig den Referenzkomfortgrößen zugeordnet.
Durch mehrere unterschiedliche Komfortzustände kann so
das neuronale Netz trainiert werden, solange, bis die selbsttätig
berechneten objektiven Komfortgrößen des neuronalen
Netzes weitgehend mit den subjektiv bestimmten Referenzkomfortgrößen übereinstimmen.
Das trainierte neuronale Netz kann dann auch bei anderen Betriebszuständen und
insbesondere auch bei anderen Fahrzeugen zu brauchbaren objektiven
Komfortgrößen führen.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Es
zeigen, jeweils schematisch:
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1 ein
Blockdiagramm des Verfahrens,
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2 eine
vereinfachte perspektivische Ansicht eines Fahrzeuginsassens mit
mehreren Koordinatensystemen,
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3a ein
Diagramm zur Visualisierung gemessener Beschleunigungswerte,
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3b ein
Diagramm zur Visualisierung gefilterter Beschleunigungswerte.
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Entsprechend 1 liefert
ein Fahrzeug 1, bei dem es sich bevorzugt um ein Nutzfahrzeug
handelt, im Fahrbetrieb eine Vielzahl von Messdaten, die entsprechend
einem Pfeil 2 einer Filtereinrichtung 3 zugeführt
werden. Bei den Messdaten handelt es sich um unterschiedliche Beschleunigungen,
die am Fahrzeug 1 wirksam sind. Vorzugsweise handelt es sich
um Beschleunigungen, die an einem Fahrerhaus des Fahrzeugs 1 wirksam
sind, sofern es sich hierbei um ein Nutzfahrzeug handelt. Das Verfahren
kann auch rein rechnerisch ablaufen, so dass eine Fahrt simuliert
wird und die wirksamen Beschleunigungen eines virtuellen Fahrbetriebs
ermittelt bzw. bestimmt werden.
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In
der Filtereinrichtung 3 werden die gemessenen Beschleunigungen
gefiltert. Anschließend werden die gefilterten Beschleunigungen
entsprechend einem Pfeil 4 an eine Berechnungseinrichtung 5 weitergeleitet.
Beim Filtern werden aus den gemessenen Beschleunigungen diejenigen
herausgefiltert, die von einem Fahrzeuginsassen, der in 2 symbolisch
dargestellt und mit 6 bezeichnet ist, tatsächlich
wahrnehmbar sind. Diese wahrnehmbaren Beschleunigungen sind insbesondere
diejenigen, die für das Komfortempfinden des Fahrzeuginsassens 6 relevant
sind. Beispielsweise können Gleichanteile einer Beschleunigung
in einer X-Richtung des Fahrzeugs vom Fahrzeuginsassen 6 nicht
wahrgenommen werden. In der Filtereinrichtung 3 erfolgt
quasi die Korrelation zwischen den objektiv am Fahrzeug 1 auftretenden,
also messbaren Beschleunigungen und den vom durchschnittlichen Insassen 6 subjektiv wahrnehmbaren
Beschleunigungen. Hierzu lassen sich beispielsweise Maschinen-Mensch-Übertragungsfunktionen
verwenden.
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2 zeigt
exemplarisch drei verschiedene Koordinatensysteme 7, 8, 9,
die dem Insassen 6 zugeordnet sind. Das erste Koordinatensystem 7 befindet
sich im Bereich der Füße, während sich
das zweite Koordinatensystem 8 im Bereich der Körpermitte bzw.
des Fahrzeugsitzes befindet. Das dritte Koordinatensystem 9 ist
im Bereich des Rückens bzw. der Brust der Person 6 angeordnet.
Ein weiteres Koordinatensystem könnte beispielsweise dem
Kopf der Person 6 zugeordnet sein. Die X-Richtung erstreckt sich
in üblicher Weise in Längsrichtung des Fahrzeugs.
Die Y-Richtung erstreckt sich horizontal und quer zur Fahrzeuglängsrichtung.
Die Z-Richtung erstreckt sich vertikal. Durch einen Pfeil 10 ist
eine Gierbewegung angedeutet, nämlich ein Drehen des Fahrzeugs
um die Z-Achse. Ein Pfeil 11 symbolisiert eine Nickbewegung,
also eine Drehbewegung um die Y-Achse. Schließlich symbolisiert
ein Pfeil 12 eine Wankbewegung, also eine Drehbewegung
um die X-Achse.
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Die 3a und 3b zeigen
jeweils exemplarisch die Beschleunigungen des Fahrerhauses bzw.
des Fahrzeugs 1 in der X-Richtung in Abhängigkeit
der Zeit. Dabei zeigt das Diagramm der 3a die
gemessenen Beschleunigungswerte während das Diagramm der 3b die
gefilterten, also die wahrnehmbaren Beschleunigungen wiedergibt.
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Zurückkommend
auf 1 ermittelt nun die Berechnungseinrichtung 5 aus
den eingehenden gefilterten Beschleunigungswerten Kenngrößen,
die ausgangsseitig entsprechend einem Pfeil 13 an eine Ermittlungseinrichtung 14 übertragen
werden. In dieser Ermittlungseinrichtung 14 kann nun aus
den Kenngrößen eine Komfortgröße
ermittelt werden, die mit dem Fahrkomfort des Fahrzeugs 1 korreliert
und die entsprechend einem Pfeil 15 bereitgestellt wird. Die
Bereitstellung dieser Komfortgröße kann zweckmäßig
nach Art von Schulnoten erfolgen. Beispielsweise kann eine Komfortgröße,
die in einem Bereich von 0 bis 1,5 liegt, als sehr guter Fahrkomfort
interpretiert werden. Eine Komfortgröße von 1,5
bis 2,5 kann einen guten Fahrkomfort repräsentieren. Eine Komfortgröße
von 2,5 bis 3,5 kann ein befriedigender Fahrkomfort sein. Eine Komfortgröße,
die in einem Bereich 3,5 bis 4,5 liegt, kann als ausreichender Fahrkomfort
interpretiert werden. Von 4,5 bis 5,5 kann es sich um einen schlechten
Fahrkomfort handeln. Bei einer Komfortgröße größer
als 5,5 kann ein unzureichender bzw. sehr schlechter Fahrkomfort vorliegen.
Ebenso sind andere Abstufungen bzw. Bewertungen möglich.
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Die
Kenngrößen, die in der Berechnungseinrichtung 5 ermittelt
werden, werden anhand von Parametern der gefilterten Beschleunigungen
berechnet. Derartige Parameter sind beispielsweise die Energie,
die in einer Schwingung enthalten ist, die Amplitude einer Schwingung,
die Frequenz einer Schwingung etc. Bei der Berechnung der Kenngrößen
können die einzelnen Parameter, die miteinander verknüpft
werden, insbesondere auch unterschiedlichen Gewichtungen unterworfen
werden. Hierbei lassen sich insbesondere physiologische Randbedingungen
berücksichtigen, um anhand der Parameter der gefilterten
Beschleunigungen geeignete Kenngrößen ermitteln
zu können.
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Die
Ermittlungseinrichtung 14, die aus den zuvor berechneten
Kenngrößen nun die gesuchte Komfortgröße
bestimmt, kann insbesondere mit einem Komfortmodell arbeiten. Hierfür
gibt es grundsätzlich beliebige Möglichkeiten,
insbesondere lineare und nicht lineare Ansätze. Bevorzugt
arbeitet die Ermittlungseinrichtung 14 erfindungsgemäß jedoch mit
einem neuronalen Netz, das die zuvor berechneten Kenngrößen
auf geeignete Weise miteinander kombiniert, um daraus die gewünschte
Komfortgröße zu ermitteln. Zweckmäßig
ist die Komfortgröße so dimensioniert, dass sie
intuitiv einfach zugänglich und verständlich ist.
Wie bereits erläutert, eignet sich hierzu ein Aufbau entsprechend
dem Schulnotensystem.
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Im
neuronalen Netz können die komplexen Zusammenhänge
und gegenseitigen Beeinflussungen der Kenngrößen
vergleichsweise einfach berücksichtigt werden. Hierzu muss
jedoch das neuronale Netz trainiert werden. Zweckmäßig
wird dabei das neuronale Netz mit Hilfe von Referenzkomfortgrößen
trainiert. Derartige Referenzkomfortgrößen können
von realen Fahrzeuginsassen während eines Trainingsfahrbetriebs
subjektiv bestimmt werden, und zwar zweckmäßig
analog zu Schulnoten. Während dieses Trainingsfahrbetriebs
werden insbesondere unterschiedliche Fahrbetriebszustände
durchlaufen. Beispielsweise umfasst der Trainingsfahrbetrieb einen
Vielzahl von Schaltvorgängen, Beschleunigungsvorgängen,
Lenkmanöver, Bremsvorgänge. Ebenso können
unterschiedliche Fahrbahnen Bestandteil des Trainingsfahrbetriebs
sein, die sich durch unterschiedliche Fahrbahnbeläge und
verschiedene Steigungen auszeichnen können.
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Da
die Beschleunigungen des Fahrzeugs 1 bzw. des Fahrerhauses,
die zur Bestimmung der Kenngrößen sowie der Komfortgröße
vom vorliegenden Verfahren herangezogen werden, ohne weiteres mit
bordeigenen Mitteln erfasst werden können, eignet sich
das hier vorgeschlagene Verfahren besonders einfach zur Online-Ermittlung
des Fahrkomforts.
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Für
den Trainingsbetrieb lassen sich somit eingangsseitig permanent
die aus den Messwerten ermittelten Kenngrößen
dem zu trainierenden neuronalen Netz zuführen, während
gleichzeitig die Referenz-Komfortgrößen durch
die realen Fahrzeuginsassen ermittelt und als Zielwerte dem neuronalen Netz
zur Verfügung gestellt werden. Zweckmäßig
ist es dabei, bei mehreren Fahrzeuginsassen jeweils die subjektiven
Komfortbewertungen zu mitteln, um daraus die Referenz-Komfortgrößen
als Zielwert für das neuronale Netz zu verwenden.
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Mit
Hilfe der so objektiv bestimmbaren Komfortgrößen
kann beispielsweise bei der Fahrzeugauslegung, insbesondere bei
der Auslegung eines Antriebsstrangs, der zu erwartende Fahrkomfort
berücksichtigt bzw. optimiert werden. Des weiteren kann
durch die Integration dieses Verfahrens in ein entsprechendes Fahrzeug-Steuergerät
auch während des Fahrbetriebs der Fahrkomfort überwacht werden,
um gegebenenfalls eine Adaption oder Feinabstimmung im Antriebsstrang
automatisch durchführen zu können, beispielsweise
um das Schaltverhalten eines Automatikgetriebes entsprechend zu adaptieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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