DE102013224510B4 - Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung - Google Patents

Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung Download PDF

Info

Publication number
DE102013224510B4
DE102013224510B4 DE102013224510.6A DE102013224510A DE102013224510B4 DE 102013224510 B4 DE102013224510 B4 DE 102013224510B4 DE 102013224510 A DE102013224510 A DE 102013224510A DE 102013224510 B4 DE102013224510 B4 DE 102013224510B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
predefined
movement
driving
control unit
input signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102013224510.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102013224510A1 (de
Inventor
Sebastian Granzow
Christoph Kilian
Sebastian Guth
Sebastian Liebert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102013224510.6A priority Critical patent/DE102013224510B4/de
Publication of DE102013224510A1 publication Critical patent/DE102013224510A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102013224510B4 publication Critical patent/DE102013224510B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G09EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09BEDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00Simulators for teaching or training purposes
    • G09B9/02Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft
    • G09B9/04Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles
    • G09B9/05Simulators for teaching or training purposes for teaching control of vehicles or other craft for teaching control of land vehicles the view from a vehicle being simulated

Abstract

Steuereinheit (110) für einen Fahrsimulator (100), wobei der Fahrsimulator (100) eine Bewegungseinrichtung (101) umfasst, die eingerichtet ist, eine Plattform (102) zu bewegen, und eine Eingabeeinrichtung (103) umfasst, die eingerichtet ist, eine Eingabe von einem auf der Plattform (102) befindlichen Probanden zu erfassen; wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist,
- den Probanden anzuweisen, ein vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen und dabei anhand einer Eingabe über die Eingabeeinrichtung (103) ein vordefiniertes Eingabesignal zu erzeugen;
- eine vordefinierte Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) der Bewegungseinrichtung (101) zur Umsetzung des vordefinierten Fahrmanövers durch den Fahrsimulator (100) zu ermitteln;
- ein tatsächliches Eingabesignal (123) von der Eingabeeinrichtung (103) zu empfangen; und
- in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Eingabesignal (123), dem vordefinierten Eingabesignal und der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431), eine Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) der Bewegungseinrichtung (101) zu ermitteln.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Simulation der Fahrdynamik eines Fahrzeugs.
  • Die Auslegung und Bewertung von fahrdynamischen Aspekten eines Fahrzeugs kann unter Verwendung von Fahrsimulatoren erfolgen. Dabei können dynamische Simulatoren verwendet werden, die eine Rückmeldung der auf den Fahrer wirkenden Kräfte erlauben. Die Darstellung der Dynamik erfolgt dabei z.B. durch Anwendung eines Hexapod, das über Aktuatoren eine Fahrzeugplattform in alle Freiheitsgrade des drei-dimensionalen Raums bewegen kann. Der Algorithmus zur Berechnung der Bewegung des Simulators aus den Bewegungsgrößen des Fahrzeugs wird dabei als Motion Cueing bezeichnet. Dieser Begriff basiert darauf, dass Beschleunigungen, die durch Bewegungen des Simulators Kräfte auf den Körper ausüben und so dem Fahrer den Eindruck einer realen Fahrt vermitteln, als Motion Cues (d.h. „Bewegungshinweise“ oder „Bewegungsreize“) bezeichnet werden. Analog zu diesem Begriff werden die bewegungserzeugenden Algorithmen, die die Steuersignale für die Plattform des Simulators generieren als Motion Cueing Algorithmen bezeichnet.
  • Die technischen Einschränkungen des Hexapods, welche sich aus einem begrenzten Arbeitsraum und einer limitierten Aktordynamik ergeben, sollten bei der Entwicklung der Motion Cueing Algorithmen berücksichtigt werden. Die technischen Einschränkungen des Hexapods führen insbesondere dazu, dass langanhaltende Beschleunigungen durch direkte translatorische Bewegungen mit dem Hexapod typischerweise nicht simuliert werden können.
  • Aus diesem Grund erfolgt beim Motion Cueing typischerweise eine Aufteilung der Beschleunigungen in hochfrequente und niederfrequente Anteile. Die hochfrequenten Anteile werden dann translatorisch und die niederfrequenten Anteile rotatorisch (Tilt-Coordination) über die Simulator-Plattform wiedergegeben. Die Tilt-Coordination nutzt durch Drehung oder Neigung der Plattform die Erdbeschleunigung als konstante Beschleunigung, und vermittelt so bei den Insassen des Fahrzeugs ein Gefühl der Beschleunigung.
  • Eine zuverlässige fahrdynamische Bewertung durch einen Nutzer des Simulators erfordert typischerweise eine unskalierte und phasenrichtige Darstellung der Bewegung des Fahrzeugs. Die eingesetzten Motion Cueing Algorithmen weisen meist implementierte Sicherheiten oder die Verwendung einer Mittenrückführung (Washout) auf, durch die der effektiv nutzbare Bewegungsraum eines dynamischen Simulators weiter begrenzt wird. Die Verwendung von Tilt-Coordination und der damit verbundene Einsatz von Filtern erzeugen darüber hinaus einen Phasenverzug im dargestellten Beschleunigungsverlauf. Die vorgehaltenen Sicherheiten, die Verwendung eines Washout und der durch die Filter verursachte Phasenverzug reduzieren die Qualität der dargestellten Bewegung eines Simulators, was eine zuverlässige fahrdynamische Bewertbarkeit der Bewegung des Simulators erschwert.
  • DE 102 16 690 A1 beschreibt ein Verfahren zur Darstellung einer auf einen Fahrer wirkenden Längsbeschleunigung in einer Fahrsimulation. US 2010 / 0 070 248 A1 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung einer Simulator-Plattform. US 2012 / 0 029 703 A1 beschreibt einen Bewegungssimulator.
  • Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe der Realisierung einer Fahrsimulation, die es dem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglicht, aktiv auf die Bewegung des Fahrzeugs einzuwirken, und die dennoch eingerichtet ist, die durch den Fahrer bewirkte Bewegung des Fahrzeugs realistisch (d.h. insbesondere mit minimiertem Phasenverzug und/oder ohne Skalierung) wiederzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß einem Aspekt wird eine Steuereinheit für einen Fahrsimulator beschrieben. Der Fahrsimulator umfasst eine Bewegungseinrichtung (z.B. einen Hexapod), die eingerichtet ist, eine Plattform zu bewegen. Auf der Plattform kann z.B. ein Modell eines Fahrzeugs (z.B. eines Automobils oder eines Motorrads) angeordnet sein. Durch die Bewegung der Plattform kann somit das Modell des Fahrzeugs bewegt werden. Desweiteren umfasst der Fahrsimulator eine Eingabeeinrichtung, die eingerichtet ist, eine Eingabe von einem auf der Plattform befindlichen Probanden zu erfassen. Bei dem Probanden handelt es sich typischerweise um den Fahrer des auf der Plattform befindlichen Fahrzeugs.
  • Durch eine Eingabe an der Eingabeeinrichtung (wird auch als Fahrerarbeitsplatz bezeichnet) kann der Proband ein Eingabesignal generieren, das an die Steuereinheit weitergeleitet wird. Die Eingabeeinrichtung kann z.B. ein Lenkrad des auf der Plattform befindlichen Fahrzeugs umfassen und das Eingabesignal kann einen Lenkwinkel des Lenkrads anzeigen oder wiedergeben. Alternativ oder ergänzend kann die Eingabeeinrichtung ein Gaspedal eines Fahrzeugs umfassen und das Eingabesignal kann eine Auslenkung des Gaspedals anzeigen oder wiedergeben. Alternativ oder ergänzend kann die Eingabeeinrichtung ein Bremspedal eines Fahrzeugs umfassen und das Eingabesignal kann eine Auslenkung des Bremspedals anzeigen oder wiedergeben. Alternativ oder ergänzend kann die Eingabeeinrichtung einen Gangwahlhebel eines Fahrzeugs umfassen und das Eingabesignal kann eine Betätigung des Gangwahlhebels anzeigen oder wiedergeben. Somit kann es die Eingabeeinrichtung einem Fahrer ermöglichen, Eingaben wie in einem realen Fahrzeug zu tätigen um ein Fahrmanöver durchzuführen, und dabei die Bewegung der Plattform zu beeinflussen.
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Probanden anzuweisen, ein vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen und dabei anhand einer Eingabe über die Eingabeeinrichtung ein vordefiniertes Eingabesignal zu erzeugen bzw. zu generieren. Mit anderen Worten, wenn der Proband das vordefinierte Fahrmanöver korrekt durchführen würde, so würde der Proband über die Eingabeeinrichtung das vordefinierte Eingabesignal generieren. Typischerweise wird im Rahmen eines Fahrmanövers eine zeitliche Abfolge von Eingabesignalen generiert (z.B. eine Abfolge von Lenkwinkeln und/oder eine Abfolge von Auslenkungen des Gaspedals, etc.). Das vordefinierte Fahrmanöver entspricht dann einer Abfolge von vordefinierten Eingabesignalen.
  • Der Fahrsimulator kann eine Ausgabeeinrichtung (z.B. einen Bildschirm oder einen Projektor) umfassen. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, den Probanden über die Ausgabeeinrichtung anzuweisen, das vordefinierte Fahrmanöver durchzuführen (z.B. durch Anzeigen einer vordefinierten Trajektorie oder durch Anzeigen eines Zeitpunktes für ein Fahrmanöver). Somit kann gewährleistet werden, dass der Proband (in einem bestimmten Rahmen) das vordefinierte Fahrmanöver umsetzt, und dabei den Eindruck hat, dass er selbst das Fahrzeug steuert.
  • Die Steuereinheit ist eingerichtet, auf eine vordefinierte Soll-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung zur Umsetzung des vordefinierten Fahrmanövers durch den Fahrsimulator zuzugreifen und/oder eine vordefinierte Soll-Bewegungsgröße zu ermitteln. Die vordefinierte Soll-Bewegungsgröße für das vordefinierte Fahrmanöver kann z.B. anhand eines Offline Motion Cueing Verfahrens ermittelt worden sein (z.B. durch die Steuereinheit). Mit anderen Worten, die vordefinierte Soll-Bewegungsgröße kann im Vorfeld vor Durchführung der Simulation ermittelt worden sein (durch einen Open Loop Motion Cueing Algorithmus). Durch die Bereitstellung einer vordefinierten Soll-Bewegungsgröße kann sichergestellt werden, dass das vordefinierte Fahrmanöver von der Bewegungseinrichtung ohne Phasenverzug dargestellt werden kann. Somit kann der Proband das vordefinierte Fahrmanöver realistisch (d.h. insbesondere ohne Phasenverzug) wahrnehmen.
  • Die Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung kann ein oder mehrere umfassen von: eine Position der Plattform, eine translatorische Geschwindigkeit der Plattform, eine translatorische Beschleunigung der Plattform, einen Neigungswinkel der Plattform, eine Winkelgeschwindigkeit der Plattform und/oder eine Winkelbeschleunigung der Plattform. Diese Bewegungsgrößen können in Längsrichtung und/oder in Querrichtung zum Probanden (d.h. zum Fahrzeug auf der Plattform) umgesetzt werden. Bei den ersten drei Bewegungsgrößen handelt es sich um translatorische Bewegungsgrößen oder Bewegungskomponenten und bei den letzten drei Bewegungsgrößen handelt es sich um rotatorische Bewegungsgrößen oder Bewegungskomponenten. Durch die Kombination von translatorischen und rotatorischen Bewegungsgrößen können die Möglichkeiten des Fahrsimulators zur Darstellung von Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvorgängen erweitert werden (im Vergleich zu der ausschließlichen Verwendung von translatorischen Bewegungsgrößen).
  • Die vordefinierte Soll-Bewegungsgröße kann derart ermittelt worden sein, dass sie (auch) rotatorische Komponenten umfasst, um eine Beschleunigung der Plattform darzustellen. Aufgrund der Vorberechnung der Soll-Bewegungsgröße ist dies ohne einen Phasenverzug zwischen Eingabe des Probanden und Reaktion der Bewegungseinrichtung möglich. Die Verwendung von rotatorischen Komponenten ermöglicht dabei die Darstellung von erweiterten Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvorgängen (z.B. Kurvenfahren bei hoher Geschwindigkeit und/oder Kickdown-Beschleunigungsvorgänge).
  • Typischerweise wird das vordefinierte Fahrmanöver durch eine zeitliche Abfolge von vordefinierten Soll-Bewegungsgrößen der Bewegungseinrichtung umgesetzt. Insbesondere ergibt sich ein Sollverlauf der ein oder mehreren Bewegungsgrößen der Bewegungseinrichtung.
  • Die Steuereinheit ist eingerichtet, ein tatsächliches Eingabesignal von der Eingabeeinrichtung zu empfangen. Typischerweise weicht die tatsächliche Eingabe des Probanden zumindest in einem gewissen Rahmen von der vordefinierten Eingabe ab. Die Steuereinheit ist eingerichtet, in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Eingabesignal, dem vordefinierten Eingabesignal und der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße, eine Ist-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung zu ermitteln. Typischerweise weicht das tatsächliche Eingabesignal nur in einem beschränken Rahmen von dem vordefinierten Eingabesignal ab. Dies führt dazu, dass auch die Ist-Bewegungsgröße nur in einem beschränken Rahmen von der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße abweicht. Die (geringen) Abweichungen der Ist-Bewegungsgröße von der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße können typischerweise durch translatorische Bewegungskomponenten, und damit mit minimalem Phasenverzug, umgesetzt werden. Mit anderen Worten, die Ist-Bewegungsgröße umfasst typischerweise die gleiche rotatorische Bewegungskomponente wie die Soll-Bewegungsgröße.
  • Somit ermöglicht die Steuereinheit eine realistische Umsetzung eines tatsächlichen Fahrmanövers, das durch einen Probanden (z.B. einen Fahrer) durchgeführt wird. Die Kombination aus vorberechneter Soll- Bewegungsgröße und der Bestimmung der abweichenden Ist-Bewegungsgröße ermöglicht eine Umsetzung der Bewegung der Plattform durch die Bewegungseinrichtung mit minimalem Phasenverzug. Außerdem ermöglicht diese Kombination die Verwendung von rotatorischen Bewegungskomponenten (als Teil der vorberechneten Soll- Bewegungsgröße), und somit die Darstellung von erweiterten Beschleunigungs- bzw. Verzögerungsvorgängen (ohne dass dies eine Filterung in Echtzeit erfordert, und damit einen Phasenverzug verursacht).
  • Wie bereits dargelegt, setzt sich die Ist-Bewegungsgröße typischerweise aus der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße und einer Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße zusammen. Dabei entspricht die Ist-Bewegungsgröße typischerweise einem Ist-Verlauf der Bewegungsgröße, der von dem Soll-Verlauf der Bewegungsgröße abweicht. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, die Abweichung derart zu bestimmen, dass eine in der Abweichung enthaltene Beschleunigung keine rotatorische Bewegungskomponente umfasst. Mit anderen Worten, die Darstellung der Beschleunigung der Abweichung erfordert keine Aufteilung in eine rotatorische Bewegungskomponente und eine translatorische Bewegungskomponente, sondern kann ausschließlich durch eine translatorische Bewegungskomponente dargestellt werden. Mit noch anderen Worten, die Abweichung kann derart bestimmt werden, dass zur Darstellung der in der Abweichung enthaltenen Beschleunigung keine Filterung bzw. Aufteilung in hochfrequente und niederfrequente Anteile erforderlich ist. Dies wird insbesondere dadurch ermöglicht, dass aufgrund der Vorberechnung der Soll-Bewegungsgröße (für das vordefinierte Fahrmanöver), die Abweichungen relativ klein sind. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße anhand eines Online Motion Cueing (oder Closed Loop Motion Cueing) Verfahrens zu ermitteln. Mit anderen Worten, die Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße können in Echtzeit ohne Phasenverzug ermittelt werden, da für die Abweichung keine Filterung zur Aufteilung in eine translatorische und eine rotatorische Bewegungskomponente erforderlich ist.
  • Insbesondere kann die Steuereinheit eingerichtet sein, eine Signal-Abweichung des tatsächlichen Eingabesignals von dem vordefinierten Eingabesignal zu ermitteln. Die Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße kann dann auf Basis der Signal-Abweichung ermittelt werden.
  • Das vordefinierte Fahrmanöver kann ein Querdynamikmanöver umfassen, wobei das Querdynamikmanöver eine (ggf. konstante) vordefinierte Fahrgeschwindigkeit und eine vordefinierte Fahrtrajektorie umfasst. Durch Festlegung von Randbedingungen für ein vordefiniertes Fahrmanöver kann sichergestellt werden, dass das Fahrmanöver durch den Fahrsimulator dargestellt werden kann. Insbesondere kann durch die Festlegung von Randbedingungen der Fokus auf ein bestimmtes Fahrverhalten des simulierten Fahrzeugs gelegt werden (z.B. auf die Querdynamik).
  • Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis von dem tatsächlichen Eingabesignal und auf Basis von dem vordefinierten Eingabesignal eine Abweichung einer tatsächlich gefahrenen Trajektorie von der vordefinierten Fahrtrajektorie zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Ist-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung für die tatsächlich gefahrene Trajektorie zu ermitteln. Insbesondere kann die Abweichung von der Soll-Bewegungsgröße auf Basis der Abweichung der tatsächlich gefahrenen Trajektorie von der vordefinierten Fahrtrajektorie ermittelt werden.
  • Alternativ oder ergänzend kann das vordefinierte Fahrmanöver ein Längsdynamikmanöver umfassen, wobei das Längsdynamikmanöver eine Geradeausfahrt und einen vordefinierten Zeitpunkt für einen Schaltvorgang, für einen Beschleunigungsvorgang und/oder für einen Verzögerungsvorgang umfasst. Die Steuereinheit kann eingerichtet sein, auf Basis von dem tatsächlichen Eingabesignal und auf Basis von dem vordefinierten Eingabesignal einen tatsächlichen Zeitpunkt des Schaltvorgangs, des Beschleunigungsvorgangs und/oder des Verzögerungsvorgangs zu ermitteln. Desweiteren kann die Steuereinheit eingerichtet sein, die Ist-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung für den tatsächlichen Zeitpunkt zu ermitteln.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrsimulator mit der in diesem Dokument beschriebenen Steuereinheit beschrieben.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Ist-Bewegungsgröße einer Bewegungseinrichtung eines Fahrsimulators beschrieben. Der Fahrsimulator umfasst eine Bewegungseinrichtung, die eingerichtet ist, eine Plattform zu bewegen, und eine Eingabeeinrichtung, die eingerichtet ist, eine Eingabe von einem auf der Plattform befindlichen Probanden zu erfassen. Das Verfahren umfasst das Anweisen des Probanden ein vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen und dabei anhand einer Eingabe über die Eingabeeinrichtung ein vordefiniertes Eingabesignal zu erzeugen. Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln einer vordefinierten Soll-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung zur Umsetzung des vordefinierten Fahrmanövers durch den Fahrsimulator.
  • Außerdem umfasst das Verfahren das Empfangen eines tatsächlichen Eingabesignals von der Eingabeeinrichtung. Die Ist-Bewegungsgröße der Bewegungseinrichtung kann dann in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Eingabesignal, dem vordefinierten Eingabesignal und der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße ermittelt werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor (z.B. auf der Steuereinheit) ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.
  • Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigt
    • 1 ein Blockdiagram eines beispielhaften Simulators;
    • 2 beispielhafte Verläufe der Bewegungsgrößen einer Simulatorplattform bei einer Abfolge von Schaltmanövern;
    • 3 eine beispielhafte Vorbereitung einer Beschleunigung durch eine Tilt-Beschleunigung;
    • 4 beispielhafte Verläufe der translatorischen Bewegungsgrößen einer Simulatorplattform bei einem Kickdown-Manöver; und
    • 5 beispielhafte Abweichungen einer Ist-Trajektorie von einer Soll-Trajektorie.
  • Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Ansteuerung eines Fahrsimulators, in Abhängigkeit von der Steuerung (z.B. der Lenkung, der Betätigung des Gaspedals, der Betätigung des Bremspedals, und/oder der Betätigung des Gangwahlhebels) eines Fahrzeugs durch einen Fahrer. Dabei soll der Fahrsimulator derart angesteuert werden, dass die Steuerung des Fahrzeugs zu einer realistischen Wahrnehmung der Bewegung des Fahrzeugs führt. Insbesondere sollen Phasenverschiebungen zwischen Steuerung und Wahrnehmung der Bewegung sowie Skalierungen der darzustellenden Beschleunigungen vermieden werden.
  • Eine unverfälschte Darstellung von Bewegungen in einem dynamischen Fahrsimulator kann dadurch erreicht werden, dass der Fahrer in der Simulation aus der Regelkette genommen wird. Dieses bedeutet, dass der Fahrer nicht mehr aktiv durch Befehle (Lenkung, Betätigung des Gaspedals, Betätigung der Bremse, etc.) das Fahrzeug steuert, sondern ein im Vorfeld für ein zu testendes Fahrmanöver berechneter Bewegungsablauf im Simulator abgespielt wird. Der Fahrer wird dadurch zu einem Beifahrer, der das Manöver lediglich aus der Position des Fahrers passiv erlebt. Dieses Vorgehen der Vorberechnung von zu testenden Fahrmanövern kann als Offline Motion Cueing oder Open Loop Motion Cueing bezeichnet werden (im Gegensatz zu einem Online Motion Cueing oder Closed Loop Motion Cueing, bei dem die Bewegung des Simulators ausschließlich durch direkte Steuerbefehle des Fahrers in Echtzeit ausgelöst wird).
  • Beim Offline Motion Cueing oder Open Loop Motion Cueing können die abzuspielenden Bewegungsgrößen durch numerische Simulationen, z.B. in einem MKS (Mehrkörpersimulation) Programm oder einem 2-Spur Modell, vor Durchführung der Simulation berechnet werden. Anschließend erfolgt in einem Vorberechnungsschritt (dem eigentlichen Open Loop Motion Cueing) die Umrechnung der vom Fahrer erlebten Fahrzeugbewegungen in eine Bewegung des Simulators (d.h. in ein oder mehrere Bewegungsgrößen einer Bewegungseinrichtung des Simulators). Der passive Fahrer erfährt dann im Simulator ein Beschleunigungsverhalten, das der numerischen Berechnung entspricht.
  • Ein Vorteil bei diesem Vorgehen liegt darin, dass die über der Zeit vorliegenden Bewegungsgrößen durch die numerische Simulation bereits bekannt sind. Die bekannten Bewegungsgrößen werden auch im Open Loop Motion Cueing in hochfrequente und niederfrequente Anteile getrennt. Ein auftretender Phasenverzug durch die Verwendung von Filtern für die Ermittlung der Tilt-Coordination kann beim Open Loop Motion Cueing durch bereits bekannte/vorliegende Bewegungsverläufe und durch entsprechende Filter mit konstanter Gruppenlaufzeit kompensiert werden. Es kann somit eine optimale Anpassung der Bewegungsgrößen an den verfügbaren Bewegungsraum des Simulators erfolgen.
  • Beim Open Loop Motion Cueing wird der Proband im Simulator aufgrund der Forderung einer exakten und phasengleichen Darstellung der Bewegung aus der Kontrollschleife genommen und hat somit keinen Einfluss auf das zu fahrende bzw. auf das dargestellte Fahrmanöver. Der Proband erlebt einen vorher aufgezeichneten Bewegungsablauf. Dieses, sich auf die darstellbare Dynamik positiv auswirkende, Vorgehen wirkt sich jedoch nachteilig auf die absolute Bewertbarkeit des Bewegungseindrucks aus. Aufgrund der Tatsache, dass der Fahrer die Manöver nicht mehr eigenständig durchführt, fällt eine absolute Bewertung durch den Fahrer schwerer als in einem Realfahrzeug. Insbesondere ist eine Gesamtbewertung der Fahreigenschaften des Fahrzeugs aufgrund des fehlenden aktiven Fahrerinputs eingeschränkt.
  • Das vorliegende Dokument beschreibt daher ein Verfahren zur Ermittlung der ein oder mehreren Bewegungsgrößen eines Simulators, welches es dem Fahrer ermöglicht, aktiv ein Fahrmanöver zu beeinflussen, und gleichzeitig die Auswirkungen des selbst gefahrenen Fahrmanövers realistisch (d.h. mit minimalem Phasenverzug) zu empfinden.
  • 1 zeigt ein Blockdiagram eines beispielhaften Fahrsimulators 100. Der Fahrsimulator 100 umfasst eine Plattform 102, die durch eine Bewegungseinrichtung 101 (z.B. durch einen Hexapod) bewegt werden kann. Dabei ermöglicht die Bewegungseinrichtung 101 bevorzugt eine Bewegung der Plattform 102 in allen sechs Freiheitsgraden des Raums. Auf der Plattform 102 kann eine Eingabeeinrichtung 103 (z.B. ein Modell des zu testenden Fahrzeugs) angeordnet sein. Die Eingabeeinrichtung 103 ermöglicht es einem Fahrer, Eingabesignale 123 für eine Steuereinheit 110 der Fahrsimulators 100 zu erzeugen. Die Eingabesignale 123 können Informationen über einen Lenkwinkel, über eine Auslenkung des Gaspedals, über eine Auslenkung des Bremspedals, und/oder über eine Betätigung des Gangwahlhebels des Fahrzeugs umfassen. Zu diesem Zweck kann die Eingabeeinrichtung 103 z.B. ein Lenkrad, ein Bremspedal, ein Gaspedal und/oder einen Gangwahlhebel umfassen.
  • Die Steuereinheit 110 des Fahrsimulators 100 ist eingerichtet, auf Basis der Eingabesignale 123 ein oder mehrere Bewegungssignale 122 (auch als Bewegungsgrößen bezeichnet) für die Bewegungseinrichtung 101 zu erzeugen. Insbesondere kann die Bewegungseinrichtung 101 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Eingabesignalen 123 bewegt werden.
  • Der Fahrsimulator 100 umfasst weiter eine Anzeigeeinrichtung 104, wobei die Anzeigeeinrichtung 104 z.B. einen Bildschirm und/oder einen Projektor umfasst. Die Anzeigeeinrichtung 104 ist eingerichtet, dem Fahrer des zu simulierenden Fahrzeugs visuelle Informationen zu vermitteln. Beispielsweise kann ein Straßenverlauf (z.B. eine Solltrajektorie und/oder ein Manöververlauf) auf der Anzeigeeinrichtung 104 dargestellt werden. Die Steuereinheit 110 ist eingerichtet, ein oder mehrere Anzeigesignale 121 in Abhängigkeit von den ein oder mehreren Eingabesignalen 123 zu ermitteln. Insbesondere kann die auf der Anzeigeeinrichtung 104 dargestellte visuelle Information von den ein oder mehreren Eingabesignalen 123 abhängen.
  • 2 zeigt beispielhafte Verläufe von verschiedenen Bewegungsgrößen, die durch die Plattform 102 umgesetzt werden können. Diese Bewegungsgrößen sind typischerweise sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung durch den Fahrsimulator 100 darstellbar. In 2 werden Bewegungsgrößen in Längsrichtung bei einer Abfolge von Schaltvorgängen dargestellt. Ein Hochschalten führt typischerweise zu einer kurzfristigen Reduzierung der Fahrgeschwindigkeit (d.h. zu einer negativen Beschleunigung) und zu einer anschließenden (positiven) Beschleunigung. Wie oben dargelegt, können die Beschleunigungen in hoch- und niederfrequente Anteile aufgeteilt werden. Die hochfrequenten Anteile können durch eine translatorische Bewegung der Plattform 102 umgesetzt werden, und die niederfrequenten Anteile können durch eine rotatorische Bewegung (d.h. durch einen positiven oder negativen Neigungswinkel der Plattform 102 in Längsrichtung bzw. in Querrichtung) umgesetzt werden. Dies führt dazu, dass sich während eines Beschleunigungsvorgangs die Position 201 und der Neigungswinkel 211 der Plattform 102 verändern können.
  • 2 zeigt den Verlauf der Längsposition 201 der Plattform 102 und den Verlauf des Neigungswinkels 211 (in Längsrichtung) der Plattform 101 für eine Abfolge von Schaltvorgängen. Es ist ersichtlich, dass das Motion Cueing dazu führt, dass der tatsächliche Beschleunigungsverlauf durch eine translatorische Bewegung (aufgrund der Veränderung der Position 201 der Plattform 102) und durch eine rotatorische Bewegung (aufgrund der Veränderung des Neigungswinkels 211 der Plattform 102) zusammengesetzt wird.
  • Aufgrund von physikalischen Beschränkungen der Bewegungseinrichtung 101 weisen die Bewegungsgrößen der Plattform 102 Grenzen auf. So kann in dem dargestellten Beispiel die Position 201 der Plattform 102 z.B. nur zwischen ca. - 1,2m und +lm in Längsrichtung verändert werden. Der Neigungswinkel 211 der Plattform 102 kann zwischen ca. -25° und +25° verändert werden. Auch die Ableitungen nach der Zeit der o.g. Bewegungsgrößen 201, 211 unterliegen Beschränkungen. So kann die Plattform 102 nur mit einer begrenzten Geschwindigkeit 202 (z.B. ca. -1m/s bis +lm/s) und/oder mit einer begrenzten Winkelgeschwindigkeit 212 (z.B. ca. -20°/ bis +20°/s) bewegt werden. Desweiteren ist typischerweise auch die Beschleunigung 203 und/oder die Winkelbeschleunigung 213 begrenzt. Diese Parameter können variieren und hängen typischerweise von der Bauweise und/oder von dem Modell der Plattform 102 und der Bewegungseinrichtung 101 ab.
  • Die Begrenzung der Bewegungsgrößen 201, 202, 203, 211, 212, 213 der Plattform 102 führt dazu, dass bestimmte Fahrmanöver (z.B. eine Kurvenfahrt bei hoher Geschwindigkeit und/oder ein starkes Beschleunigungs- oder Bremsmanöver) nicht mehr durch den Fahrsimulator 100 umgesetzt werden können. Außerdem führt die echtzeitliche Aufteilung von Beschleunigungen in einen translatorischen und einen rotatorischen Anteil zu Phasenverzügen, und damit zu einer verspäteten Umsetzung eines durch den Fahrer ausgelösten Manövers im Fahrsimulator 100. Diese Phasenverzüge können durch Open Loop Motion Cueing vermieden werden, führen jedoch dazu, dass der Fahrer keinen Einfluss mehr auf das Fahrmanöver hat. Dies führt zu einer Reduzierung der Verwertbarkeit der aus der Fahrsimulation gewonnen Informationen.
  • Zur Verbesserung der Darstellung und Bewertung von Fahrdynamikmanövern wird in diesem Dokument vorgeschlagen, die Vorteile des Open Loop Motion Cueing mit dem aktiven Fahren (d.h. mit dem Closed Loop Motion Cueing) zu kombinieren.
  • Zu diesem Zweck können unterschiedliche Ausprägungsformen von gefahrenen Manövern unterschieden werden, insbesondere Manöver zur Bewertung der Querdynamik des Fahrzeugs und Manöver zur Bewertung der Längsdynamik des Fahrzeugs. Durch die Kategorisierung von Fahrmanövern (z.B. Querdynamikmanöver und Längsdynamikmanöver) können Randbedingungen festgelegt werden, die die exakte Bewegungsdarstellung durch den Fahrsimulator 100 in Kombination mit einer aktiven Manöversteuerung durch den Fahrer erleichtern. Beispielsweise können für ein Querdynamikmanöver die Randbedingungen: konstante Fahrgeschwindigkeit und/oder vordefinierte Trajektorie festgelegt werden. Für ein Längsdynamikmanöver können die Randbedingungen: Geradeausfahrt und/oder zweitweise Einschränkung von Schaltungsvorgängen und/oder zweitweise Einschränkungen von Beschleunigungsvorgängen festgelegt werden.
  • Der Fahrer eines Manövers kann angehalten werden (z.B. durch entsprechende Anweisungen) die gegebenen Randbedingungen so gut wie möglich einzuhalten. Die vom Fahrer benötigten Informationen zur Einhaltung der Randbedingungen können über die Grafikdarstellung der Fahrumgebung im Simulator 100 (d.h. über die Ausgabeeinrichtung 104) dargestellt werden. Praktische Beispiele sind hierfür eine vorgegebene Fahrspur, ein Trigger für definierte Fahrereingaben und/oder eine Geschwindigkeitsanzeige bzgl. einer zu fahrenden Geschwindigkeit. Somit kann der Fahrer angehalten werden ein bestimmtes vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen.
  • Desweiteren wird vorgeschlagen, ein zu fahrendes vordefiniertes Fahrmanöver (z.B. eine Kurvenfahrt und/oder eine Vollbremsung) vorab zu berechnen. Dazu kann ein Open Loop Motion Cueing Verfahren verwendet werden, mit dem für das spezifisch darzustellende Manöver die Bewegungsverläufe der Plattform 102 ermittelt werden. Die Verwendung eines vordefinierten Fahrmanövers und eines Open Loop Motion Cueing Verfahrens ermöglicht es, auch extreme Fahrmanöver (z.B. eine Kurvenfahrt bei hoher Geschwindigkeit und/oder ein abruptes Beschleunigungsmanöver) auf dem Simulator 100 darzustellen. Insbesondere kann der Simulator 100 auf das anstehende Fahrmanöver vorbereitet werden.
  • Die Vorbereitung des Simulators 100 auf eine abrupte Beschleunigung ist in 3 dargestellt. 3 zeigt insbesondere die Soll-Beschleunigung 302, die zum Zeitpunkt 301 einen starken Anstieg aufweist. Um diesen starken Anstieg zum Zeitpunkt 301 zu ermöglichen, kann bereits im Vorfeld (d.h. in Vorbereitung auf den Zeitpunkt 301) eine rotatorische Beschleunigung 303 aufgebaut werden. Vor dem Zeitpunkt 301 kann diese positive rotatorische Beschleunigung 303 durch eine entsprechende negative translatorische Beschleunigung (nicht gezeigt) kompensiert werden. Dazu kann die Plattform 102 nach hinten bewegt werden. Somit ergibt sich vor dem Zeitpunkt 301 die gewünschte Soll-Beschleunigung 302 von null.
  • Zum Zeitpunkt 301 muss die Plattform 102 dann nur noch die positive translatorische Beschleunigung 304 aufbringen, um den Soll-Beschleunigungssprung zu realisieren. Dazu kann die Plattform 102 nach vorne bewegt werden. Wie aus 3 hervorgeht, kann durch die Vorbereitung der Plattform 102 auf das vordefinierte Fahrmanöver, der Anteil der erforderlichen translatorischen Beschleunigung 304 reduziert werden (ggü. dem gewünschten Soll-Beschleunigungssprung). Dadurch wird es ermöglicht, auch extreme Fahrmanöver auf dem Fahrsimulator 100 darzustellen. Außerdem werden durch die Vorbereitung der Plattform 102 auf das vordefinierte Fahrmanöver die zu Verfügung stehenden Reserven für translatorische Bewegungsgrößen 201, 202, 203 erhöht.
  • Im vorliegenden Dokument wird vorgeschlagen, die zu Verfügung stehenden Reserven für die translatorischen Bewegungsgrößen 201, 202, 203 dazu zu verwenden, dem Fahrer die Möglichkeit zu geben, das Fahrmanöver zu beeinflussen und (in einem gewissen Rahmen) von dem vordefinierten Fahrmanöver abzuweichen. Aufgrund der Tatsache, dass die Abweichungen des Fahrers von dem vordefinierten Fahrmanöver ohne Aufteilung der Beschleunigung in niederfrequente und hochfrequente Anteile umgesetzt werden, können die Fahreingaben des Fahrers (über die Eingabeeinrichtung 103) ohne Phasenverzug durch die Bewegungseinrichtung 101 umgesetzt werden. Es entsteht somit ein realistische Simulation des Fahrverhaltens des Fahrzeugs, wobei das Fahrmanöver durch den Fahrer des Fahrzeugs aktiv gesteuert wird.
  • Diese Vorgehensweise wird im Folgenden an den Beispielen eines Querdynamikmanövers und eines Längsdynamikmanövers näher beschrieben.
  • Grundlage der fahrdynamischen Bewertung der Querdynamik eines Fahrzeugs im Simulator 100 können standardisierte Manöver mit fest definierten Eingangsvariablen wie zum Beispiel der Fahrgeschwindigkeit und dem Lenkwinkel sein. Der Fahrer fährt im Simulator die für das Manöver vorgesehene konstante Geschwindigkeit und folgt der für das Manöver definierten Trajektorie. Die Trajektorie kann z.B. durch einen auf der Ausgabeeinrichtung 104 dargestellten Straßenverlauf vorgeben werden. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt. Die vorgegebene Soll-Trajektorie 501 kann z.B. auf der Ausgabeeinrichtung 104 wiedergegeben werden.
  • Wenn der Fahrer der vorgegebenen Trajektorie 501 ideal folgt, ist das Verhalten des Fahrers bereits vor dem Manöver bekannt. Das Verhalten des Fahrers und die von dem Fahrer im Simulator 100 wahrgenommenen Bewegungsgrößen entsprechen dann dem bereits im Vorfeld berechenbaren Open Loop Motion Cueing. Es könnte somit das vorberechnete Open Loop Motion Cueing im Hintergrund abgespielt werden (d.h. die tatsächlichen Ist-Bewegungsgrößen der Bewegungseinrichtung entsprechen den vorberechneten Soll-Bewegungsgrößen). Dieser Ansatz ist die Grundlage des in diesem Dokument beschriebenen Hybriden Motion Cueings, z.B. zur Bewertung der Querdynamikeigenschaften eines Fahrzeugs. In der Realität im Simulator 100 wird der Fahrer bei seiner Fahrt von den idealisierten Vorgaben 501 des Manövers abweichen. Dies ist in 5 durch die tatsächlich vom Fahrer gefahrene Trajektorie 502 dargestellt. Die vom Fahrer durchgeführten Eingabegrößen 123 verursachen im Fahrzeugmodell der Simulation die entsprechenden Bewegungsgrößen des Fahrzeugs. Die Ausgangsgrößen werden mit den Soll-Bewegungsgrößen des parallel ablaufenden Open Loop Motion Cueings verglichen. Zur Darstellung eines exakten Bewegungseindruckes werden durch eine Differenzbetrachtung die vom Fahrer verursachten Abweichungen in der Position (verursacht durch abweichende Eingaben von Lenkwinkel und/oder Gaspedalstellung) in Echtzeit während der Fahrt kompensiert. Die Kompensation der Abweichungen erfolgt durch die direkte Ansteuerung der jeweiligen Bewegungsfreiheitsgrade des Simulators. Mit anderen Worten, die durch den Fahrer verursachten Abweichungen von der Soll-Trajektorie 501 werden als translatorische Bewegungen der Plattform 102 umgesetzt. Die direkte Übertragung der Abweichungen auf (translatorische) Bewegungsfreiheitsgrade der Simulatorplattform stellt sicher, dass keine Filter verwendet werden, die einen zusätzlichen Phasenverzug in die Bewegung einbringen würden.
  • Es ist zu beachten, dass aufgrund des nur begrenzt zur Verfügung stehenden Bewegungsraumes des dynamischen Fahrsimulators 100 Abweichungen des Fahrers gegenüber dem Sollverlauf 501 nur in dem Umfang kompensiert werden können, wie zum aktuellen Zeitpunkt Bewegungsreserven im Simulator 100 existent sind. Ein Erreichen der Grenzen des Bewegungsraumes des Simulators 100 kann durch geeignete Sicherheitsalgorithmen zu jeder Zeit vermieden werden und/oder es kann das Manöver gegebenenfalls abgebrochen werden.
  • Die Darstellung von Längsdynamikmanövern stellt aufgrund der physikalischen Grenzen des Simulator-Bewegungssystems 101 typischerweise eine besondere Herausforderung für die Bewegungssimulation dar. Vor allem Manöver mit starken Beschleunigungen (Kickdown-Manöver oder Gefahrenbremsungen), in denen hohe Beschleunigungen und insbesondere Beschleunigungsgradienten über längere Zeit wirken, sind meist nicht realistisch darstellbar. Zur verbesserten Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bewegungsraums kann, wie in 3 dargestellt, eine Vorpositionierung der Simulatorplattform 102 erfolgen. So kann die Plattform 102 z.B. unbemerkt an die hintere Grenzlage gefahren werden, um ein positives Beschleunigungsmanöver verlängern zu können. Dies ist jedoch nur möglich, wenn sichergestellt wird, dass der Fahrer dieses Manöver auch tatsächlich ausführt. Handelt er entgegengesetzt, kann die Bewegung nicht dargestellt werden.
  • Um sicherzustellen, dass sich Vorpositionierung und Fahreraktion entsprechen, kann ein konstanter Informationsfluss zwischen Simulator 100 und Fahrer erfolgen (z.B. über die Ausgabeeinrichtung 104). Insbesondere kann der Fahrer dazu aufgefordert werden, das vordefinierte (und vorbereitete) Manöver durchzuführen.
  • Hierzu kann eine Definition von einer Abfolge von Zuständen erfolgen. In einem beispielhaften Zustand kann der Fahrer angewiesen werden, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs konstant zu halten, sodass keine Beschleunigungsbefehle 123 an das Fahrdynamikmodell (in der Steuereinheit 110) übermittelt werden. Während dieses Zustands kann eine Vorpositionierung der Plattform 102 durchgeführt werden, um ein Manöver vorzubereiten. In einem anderen beispielhaften Zustand kann der Fahrer angehalten werden, eine Beschleunigung durchzuführen, durch die die Simulatorplattform 102 aus der Vorposition nahe einer Endlage der Plattform 102 wieder in die Mittellage bis maximal zur anderen Endlage getrieben wird.
  • Somit kann ein vordefiniertes Längsdynamikmanöver eine Abfolge von Zuständen umfassen. In jedem Zustand erhält der Fahrer Anweisungen bzgl. eines einzuhaltenden Fahrverhaltens. Die Abfolge umfasst ein oder mehrere Zustände, in denen ein bestimmtes Fahrmanöver vorbereitet wird. Diese ein oder mehreren Zustände können für eine Vorpositionierung der Plattform 102 verwendet werden. Desweiteren umfasst die Abfolge ein oder mehrere Zustände, in den ein bestimmtes Fahrmanöver durchgeführt wird (z.B. eine Kickdown-Beschleunigung). Der Fahrer kann über einen Countdown auf einen Übergang von einem Zustand auf den nächsten Zustand vorbereitet werden.
  • Wie in 3 dargestellt, kann zur Darstellung hoher Beschleunigungssprünge neben einer Vorpositionierung der Plattform 102 eine unbemerkte Drehung der Plattform (Tilt-Coordination) erfolgen. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine translatorische Beschleunigung entgegen der Beschleunigung durch die Tilt-Coordination aufgebracht wird. Die anteiligen Beschleunigungswerte neutralisieren sich in der Summe, so dass der Fahrer keine Beschleunigung wahrnimmt. Durch das Aufbringen dieser kompensierenden translatorischen Beschleunigung verfährt die Plattform 102 so, dass die Vordrehung nur für einen begrenzten Zeitraum kompensiert werden kann, ohne die physikalischen Grenzen des Bewegungssystems 101 zu erreichen. Der Fahrer sollte daher innerhalb eines daraus resultierenden Zeitfensters einen Beschleunigungsbefehl geben, sodass die Vordrehung nicht mehr kompensiert werden muss. Durch die Bereitstellung der Tilt-Coordination 303 ergibt sich die Möglichkeit eines spürbaren Beschleunigungssprungs zusätzlich zu dem aktuellen Tilt-Beschleunigungswert (siehe 3). Durch ein zusätzliches Aufbringen einer translatorischen Beschleunigung 304, ist die spürbare Beschleunigung über die Tilt-Beschleunigung 303 hinaus steigerbar. Das gleiche Vorgehen ist auch für hohe Bremsbeschleunigungssprünge anwendbar.
  • Zur Verlängerung der Vordrehungsdauer und somit zur Steigerung der maximal darstellbaren Beschleunigung kann alternativ oder ergänzend zur Vorpositionierung eine vorgesteuerte Geschwindigkeitsaufnahme der Plattform 102 entgegen der translatorischen Beschleunigungsrichtung verwendet werden. Durch die vorbereitende Geschwindigkeit 202 in entgegengesetzter Richtung, kann das Potential für eine Beschleunigung in der gewünschten Richtung erhöht werden.
  • Die Durchführung eines vordefinierten Längsdynamikmanövers ist in 4 dargestellt. Der Fahrer wird angewiesen (z.B. über die Ausgabeeinrichtung 104), zum Zeitpunkt 401 ein Kickdown-Beschleunigungsmanöver durchzuführen. In Vorbereitung auf das Beschleunigungsmanöver zum Zeitpunkt 401 wird eine rotatorische Beschleunigung (Tilt-Coordination) 303 aufgebracht. Die aus dem eingestellten Winkel entstehende Tilt-Beschleunigung wird durch die translatorische Beschleunigung 203 vor dem Zeitpunkt 401 kompensiert. In Vorbereitung auf das Kickdown-Beschleunigungsmanöver kann der Fahrer angewiesen werden, das Fahrzeug bei einer konstanten Fahrgeschwindigkeit zu halten. Über einen Countdown bis zum Zeitpunkt 401 kann der Fahrer auf das durchzuführende Kickdown-Beschleunigungsmanöver hingewiesen werden.
  • 4 zeigt drei verschiedene Verläufe der translatorischen Bewegungsgrößen des Fahrzeugs nach dem Zeitpunkt 401. Wenn der Fahrer exakt zum Zeitpunkt 401 das Kickdown-Beschleunigungsmanöver durchführt, so folgen die Verläufe 411, 421, 431 für Plattformposition 201, Plattformgeschwindigkeit 202 und Plattformbeschleunigung 203 dem durch Offline Motion Cueing (oder durch einen Open Loop Motion Cueing Algorithmus) berechneten Verlauf. Andererseits, wenn der Fahrer 200ms vor dem Zeitpunkt 401 das Kickdown-Beschleunigungsmanöver durchführt, so werden die Abweichungen der translatorischen Bewegungsgrößen 201, 202, 203 von den vorberechneten Soll-Verläufen 411, 412, 413 von der Steuereinheit 110 ermittelt (z.B. anhand von Closed Loop Motion Cueing). Dies ergibt die Ist-Verläufe 412, 422, 432 für die Plattformposition 201, die Plattformgeschwindigkeit 202 und die Plattformbeschleunigung 203. Analog dazu, wenn der Fahrer 100ms nach dem Zeitpunkt 401 das Kickdown-Beschleunigungsmanöver durchführt, so werden die Abweichungen der translatorischen Bewegungsgrößen 201, 202, 203 von den vorberechneten Soll-Verläufen 411, 412, 413 von der Steuereinheit 110 ermittelt (z.B. anhand von Closed Loop Motion Cueing). Dies ergibt die Verläufe 413, 423, 433 für die Plattformposition 201, die Plattformgeschwindigkeit 202 und die Plattformbeschleunigung 203.
  • Somit können auch Längsdynamikmanöver aktiv durch den Fahrer gesteuert werden und ohne Phasenverzug durch den Simulator 100 umgesetzt werden. Die Abweichungen von den vorberechneten Soll-Bewegungsgrößen werden durch rein translatorische Bewegungen der Plattform 102 umgesetzt. D.h. die rotatorische Bewegungskomponente (Tilt-Coordination) entspricht weiterhin der vorberechneten Tilt-Coordination.
  • Wie bereits dargelegt, sind die Abweichungen der Eingaben des Fahrers von den Soll-Eingaben typischerweise begrenzt. Dies ist in 4 beispielhaft dargestellt. Ein um 200ms verfrüht durchgeführtes Kickdown-Beschleunigungsmanöver führt beispielsweise zu einer Überschreitung der positiven Positionsgrenze der Plattform 102 (siehe Verlauf 412). Andererseits führt ein um 100ms verspätet durchgeführtes Kickdown-Beschleunigungsmanöver beispielsweise zu einer Überschreitung der negativen Beschleunigungsgrenze der Plattform 102 (siehe Verlauf 423).
  • Die in diesem Dokument beschriebenen Motion Cueing Verfahren führen zu einer Verbesserung der Bewegungswahrnehmung in dynamischen Simulatoren beim interaktiven Fahren. Dies führt zu einer verbesserten Möglichkeit zur Bewertung von Fahrzeugkonzepten bezüglich Quer- und Längsdynamik. Insbesondere ermöglichen die dargestellten Verfahren eine Verbindung der Vorteile vom Offline Motion Cueing (oder Open Loop Motion Cueing) und Online Motion Cueing Algorithmen (oder Closed Loop Motion Cueing).
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.

Claims (10)

  1. Steuereinheit (110) für einen Fahrsimulator (100), wobei der Fahrsimulator (100) eine Bewegungseinrichtung (101) umfasst, die eingerichtet ist, eine Plattform (102) zu bewegen, und eine Eingabeeinrichtung (103) umfasst, die eingerichtet ist, eine Eingabe von einem auf der Plattform (102) befindlichen Probanden zu erfassen; wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - den Probanden anzuweisen, ein vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen und dabei anhand einer Eingabe über die Eingabeeinrichtung (103) ein vordefiniertes Eingabesignal zu erzeugen; - eine vordefinierte Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) der Bewegungseinrichtung (101) zur Umsetzung des vordefinierten Fahrmanövers durch den Fahrsimulator (100) zu ermitteln; - ein tatsächliches Eingabesignal (123) von der Eingabeeinrichtung (103) zu empfangen; und - in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Eingabesignal (123), dem vordefinierten Eingabesignal und der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431), eine Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) der Bewegungseinrichtung (101) zu ermitteln.
  2. Steuereinheit (110) gemäß Anspruch 1, wobei - die Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) sich aus der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) und einer Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) zusammensetzt; und - ein Beschleunigungsanteil der Abweichung keine rotatorische Bewegungskomponente umfasst.
  3. Steuereinheit (110) gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - eine Signal-Abweichung des tatsächlichen Eingabesignals (123) von dem vordefinierten Eingabesignal zu ermitteln; und - die Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) auf Basis der Signal-Abweichung zu ermitteln.
  4. Steuereinheit (110) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei die vordefinierte Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) eine rotatorische Bewegungskomponente umfasst.
  5. Steuereinheit (110) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, - die vordefinierte Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) für das vordefinierte Fahrmanöver anhand eines Open Loop Motion Cueing Verfahrens zu ermitteln; und/oder - die Abweichung zu der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) anhand eines Closed Loop Motion Cueing Verfahrens zu ermitteln.
  6. Steuereinheit (110) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei - das vordefinierte Fahrmanöver ein Querdynamikmanöver umfasst; - das Querdynamikmanöver eine konstante vordefinierte Fahrgeschwindigkeit und eine vordefinierte Fahrtrajektorie (501) umfasst; - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, auf Basis von dem tatsächlichen Eingabesignal (123) und dem vordefinierten Eingabesignal eine Abweichung einer tatsächlich gefahrenen Trajektorie (502) von der vordefinierten Fahrtrajektorie (501) zu ermitteln; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, die Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) der Bewegungseinrichtung (101) für die tatsächlich gefahrene Trajektorie (502) zu ermitteln.
  7. Steuereinheit (110) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - das vordefinierte Fahrmanöver ein Längsdynamikmanöver umfasst; - das Längsdynamikmanöver eine Geradeausfahrt und einen vordefinierten Zeitpunkt (401) für einen Schaltvorgang, für einen Beschleunigungsvorgang und/oder für einen Verzögerungsvorgang umfasst; - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, auf Basis von dem tatsächlichen Eingabesignal (123) und dem vordefinierten Eingabesignal einen tatsächlichen Zeitpunkt des Schaltvorgangs, des Beschleunigungsvorgangs und/oder des Verzögerungsvorgangs zu ermitteln; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, die Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) der Bewegungseinrichtung (101) für den tatsächlichen Zeitpunkt zu ermitteln.
  8. Steuereinheit (110) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei - der Fahrsimulator (100) eine Ausgabeeinrichtung (104) umfasst; und - die Steuereinheit (110) eingerichtet ist, den Probanden über die Ausgabeeinrichtung (104) anzuweisen, das vordefinierte Fahrmanöver durchzuführen.
  9. Steuereinheit (110) gemäß einem vorhergehenden Anspruch, wobei - die Eingabeeinrichtung (103) ein Lenkrad eines Fahrzeugs umfasst und das Eingabesignal einen Lenkwinkel des Lenkrads anzeigt; und/oder - die Eingabeeinrichtung (103) ein Gaspedal eines Fahrzeugs umfasst und das Eingabesignal eine Auslenkung des Gaspedals anzeigt; und/oder - die Eingabeeinrichtung (103) ein Bremspedal eines Fahrzeugs umfasst und das Eingabesignal eine Auslenkung des Bremspedals anzeigt; und/oder - die Eingabeeinrichtung (103) einen Gangwahlhebel eines Fahrzeugs umfasst und das Eingabesignal eine Betätigung des Gangwahlhebels anzeigt.
  10. Verfahren zur Ermittlung einer Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) einer Bewegungseinrichtung (101) eines Fahrsimulators (100), wobei der Fahrsimulator (100) eine Bewegungseinrichtung (101) umfasst, die eingerichtet ist, eine Plattform (102) zu bewegen, und eine Eingabeeinrichtung (103) umfasst, die eingerichtet ist, eine Eingabe von einem auf der Plattform (102) befindlichen Probanden zu erfassen; wobei das Verfahren umfasst, - Anweisen des Probanden, ein vordefiniertes Fahrmanöver durchzuführen und dabei anhand einer Eingabe über die Eingabeeinrichtung (103) ein vordefiniertes Eingabesignal (123) zu erzeugen; - Ermitteln einer vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431) der Bewegungseinrichtung (101) zur Umsetzung des vordefinierten Fahrmanövers durch den Fahrsimulator (100); - Empfangen eines tatsächlichen Eingabesignals (123) von der Eingabeeinrichtung (103); und - Ermitteln der Ist-Bewegungsgröße (412, 422, 432) der Bewegungseinrichtung (101), in Abhängigkeit von dem tatsächlichen Eingabesignal (123), dem vordefinierten Eingabesignal (123) und der vordefinierten Soll-Bewegungsgröße (411, 421, 431).
DE102013224510.6A 2013-11-29 2013-11-29 Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung Active DE102013224510B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013224510.6A DE102013224510B4 (de) 2013-11-29 2013-11-29 Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013224510.6A DE102013224510B4 (de) 2013-11-29 2013-11-29 Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102013224510A1 DE102013224510A1 (de) 2015-06-03
DE102013224510B4 true DE102013224510B4 (de) 2021-12-30

Family

ID=53058455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102013224510.6A Active DE102013224510B4 (de) 2013-11-29 2013-11-29 Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102013224510B4 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016220337A1 (de) 2016-10-18 2018-04-19 Audi Ag Verfahren zum Einstellen eines Simulators
DE102018206226A1 (de) * 2018-04-23 2019-10-24 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Fahrsimulator
DE102018119366B4 (de) * 2018-08-09 2021-01-14 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines dynamischen Fahrsimulators

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10216690A1 (de) 2002-04-16 2003-11-06 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Darstellung einer auf einen Fahrer wirkenden Längsbeschleunigung in einer Fahrsimulation
US20100070248A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Thales Generation of controls for a simulator mobile platform
US20120029703A1 (en) 2010-07-29 2012-02-02 Veltena Marinus C Movement simulator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10216690A1 (de) 2002-04-16 2003-11-06 Daimler Chrysler Ag Verfahren zur Darstellung einer auf einen Fahrer wirkenden Längsbeschleunigung in einer Fahrsimulation
US20100070248A1 (en) 2008-09-12 2010-03-18 Thales Generation of controls for a simulator mobile platform
US20120029703A1 (en) 2010-07-29 2012-02-02 Veltena Marinus C Movement simulator

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013224510A1 (de) 2015-06-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102016200897A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum zumindest teilweise automatisierten Fahren
DE102018204081B4 (de) Verfahren zur Steuerung eines Radlenkwinkels wenigstens eines Fahrzeugrads eines Fahrzeugs
DE102009060213A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs als Fahrtsimulator und Kraftfahrzeug
DE102014116845B4 (de) Verfahren zum Ermitteln einer Bewegungsgrenze
DE102006016185A1 (de) Steuervorrichtung für Kraftfahrzeuge zum Erlernen des selbstständigen Befahrens einer vorgegebenen Ideallinie
DE102013200027A1 (de) Drift-Trainingsassistenzsystem für ein Kraftfahrzeug
DE102016123618A1 (de) Verfahren zum abstimmen einer kalibrierungstabelle für eine elektrische servolenkung und ein kalibrierungssystem dafür
EP3132243B1 (de) Verfahren zur nachbildung des fahrzeugverhaltens und fahrzeugprüfstand
DE102013224510B4 (de) Motion Cueing zur Fahrdynamikbewertung
DE102016216601B4 (de) Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Fahren auf einer Rennstrecke, Kraftfahrzeug und Computerprogrammprodukt
EP3266015B1 (de) Flugsimulator und verfahren zur flugsimulation
DE102017205040A1 (de) Verfahren zur Planung von kombinierter Längs- und Querbewegung für Fahrzeuge
DE102014214389A1 (de) Verfahren und System zum Signalisieren eines geeigneten optimalen Zeitpunktes zum Durchführen eines Manöverteils eines mehrteiligen Manövers eines Fahrzeuges
EP3259039B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ansteuerung eines simulators
DE10114433B4 (de) Vorrichtung zur Unterweisung in eine Funktion einer Fahrzeugkomponente und Simulationsverfahren für ein Fahrzeug
EP3687852B1 (de) Verfahren zum steuern einer sitzvorrichtung eines kraftfahrzeugs bei betrieb einer virtuellen-realität-anwendung sowie sitzvorrichtung
EP3787948A1 (de) Verfahren und steuervorrichtung zum betreiben eines kraftfahrzeugs
DE102014219936A1 (de) Ein Trajektorien-Planungsverfahren zur Ermittlung eines Steuerprofils für ein Kraftfahrzeug
DE10127619A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Einstellung einer Fahrzeugkomponente
DE102017107220A1 (de) Verfahren und Computerprogramm zum Ansteuern eines Simulators sowie Simulator hierzu
EP3631402B1 (de) Fahrzeugprüfstand und verfahren zur ermittlung einer fahrzeuglängsbeschleunigung
EP2838700B1 (de) Bewegungssystemzustand
AT524821A1 (de) Verfahren und System zum Erzeugen von Szenariendaten zum Testen eines Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs
DE102016004837B3 (de) Steuerung eines aktorisch angetriebenen Robotermanipulators
DE102019007345A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Fahrerassistenzsystems eines Fahrzeugs

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: G09B0009040000

Ipc: G01M0017000000

R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final