DE102015118727A1

DE102015118727A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fahrsimulation

Info

Publication number: DE102015118727A1
Application number: DE102015118727.2A
Authority: DE
Inventors: Uwe Reuter
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-04

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Fahrsimulation mit den folgenden Merkmalen bereit: einer Betätigung eines ortsfesten Fahrzeuges (10) durch einen Insassen (11) des Fahrzeuges (10), einer von der Betätigung abhängige Simulation eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges (10) und einer von dem Fahrverhalten abhängige Rückmeldung an den Insassen (11). Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fahrsimulation. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
Simulationsmodelle, deren Bestandteil eine reale Person ist und welche auf das Verhalten dieser Person im Wesentlichen in Echtzeit reagieren, werden fachsprachlich unter dem Oberbegriff „human in the loop“ (HITL) zusammengefasst. Insbesondere im militärischen Bereich wird mitunter weiter zwischen virtueller, konstruktiver und Live-HITL-Simulation differenziert. Als virtuelle Simulation werden dabei vorrangig Simulations- und Trainingsszenarien erachtet, bei denen ein Spieler oder Auszubildender ein reales System scheinbar bedient, aber die Umweltzustände synthetisch sind.
EP 0 759 548 B1 offenbart eine Steuervorrichtung für Fahrsimulation auf Rollentestanlagen, die für Fahrzeugtests in Industrieanlagen verwendet werden, wobei die Vorrichtung umfasst: eine Anzahl von Rollen, die auf einem Auflager angeordnet sind, wobei jede der Rollen mit mindestens einem der Reifen eines Fahrzeugs, das getestet wird, in Berührung ist; Mittel zur Zentrierung des Fahrzeugs auf den Rollen; erste Messgeräte an den Rollen zum Messen des Rollendrehmoments und der Rollengeschwindigkeit; und zweite Messgeräte an den Reifen, zum Messen des Reifendrehmoments und der Reifengeschwindigkeit, wobei die ersten und zweiten Messgeräte dafür angepasst sind, erste Daten über das auf die Fahrzeugräder übertragene Drehmoment und die auf die Fahrzeugräder übertragene Geschwindigkeit zu liefern; und dritte Messgeräte, die dafür angepasst sind, zweite Daten über die Stellung des Fahrzeugdrosselventils, die Motordrehzahl des Fahrzeugs, die vom Motor auf die Räder übertragene Leistung und die Verlustleistung zu liefern, wobei die ersten und zweiten Daten dazu verwendet werden, erste Signale zu erzeugen, wobei ein automatisches selbstanpassendes Regelungssystem mit Rückkopplung dafür vorgesehen ist, die ersten Signale zurückzusenden und sie mit den jeweiligen zweiten Signalen zu vergleichen, die auf dritten Daten beruhen, welche die Stellung des Fahrzeugdrosselventils, die Motordrehzahl des Fahrzeugs, das vom Motor auf die Fahrzeugräder übertragene Drehmoment, die vom Motor auf die Räder übertragene Leistung und die Verlustleistung angeben, wobei die dritten Daten bei Straßentests gemessen werden, wobei das selbstanpassende Regelungssystem mit Rückkopplung dafür angepasst ist, die jeweiligen algebraischen Summen zwischen den ersten und den zweiten Signalen zu stabilisieren und auf null zu stellen, nach mehreren Durchgängen der ersten Signale in einem Reaktionsring des Steuersystems, wobei die algebraischen Summen zwischen den ersten und den zweiten Signalen Fehlersignale darstellen, welche die bestehenden Unterschiede zwischen den ersten und zweiten Signalen wiedergeben, die den ersten und zweiten Daten an den Rollenanlagen entsprechen, und den dritten Daten, die bei den Straßentests aufgezeichnet werden, wobei das selbstanpassende Regelungssystem mit Rückkopplung Rollenanlagenantriebsmittel umfasst, die Änderungen in Geschwindigkeit und Drehmoment der Rollenanlagen auf Grundlage der Fehlersignale bestimmen, um Fehler in den Geschwindigkeits- und Drehmomentänderungen der Rollenanlagen auszugleichen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zur Fahrsimulation, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in ihrer konstruktiven Einfachheit im Vergleich zu herkömmlichen Fahrsimulatoren. Insbesondere erlaubt sie den Verzicht auf komplexe und aufwändige Hilfsvorrichtungen wie Rollen, Auflager oder industrielle Messgeräte.
Ausgehend von der Erkenntnis, dass in Zukunft sportliches Fahren auf öffentlichen Straßen möglicherweise immer seltener praktiziert werden kann, soll vielmehr ein Szenario aufgezeigt werden, wie ein fahrtauglicher Sportwagen in der häuslichen Garage zur emotionalen, virtuellen Freizeitbeschäftigung genutzt werden kann. Die zunehmende Verkehrsdichte, Tempolimits, schlechte Straßenoberflächen sowie begrenzte Freizeit der Besitzer lassen es oft nicht zu, einen Sportwagen hinreichend oft zu seinem vorgesehenen Verwendungszweck zu bewegen. Die meisten Fahrer weisen Fähigkeiten bei der Bedienung von Computerspielen auf und könnten einer virtuellen Fahrsimulation zukünftig offen gegenüberstehen. Daher ist erfindungsgemäß vorgesehen, das Fahrzeug als reales Bedieninterface in einer Fahrsimulation einzusetzen. Es eröffnet sich zusätzlich die Möglichkeit von virtuellen Rennen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So sind zusätzliche Verbesserungen denkbar, z. B. ein erweitertes Sound-System mit externer Beschallung des Fahrzeugstellplatzes oder eine entsprechende Möblierung der Garage.
Weitere Möglichkeiten können sich durch aktive Fahrwerke ergeben, die an jedem Rad Kräfte zur Bewegungs- und Beschleunigungssimulation in Kombination mit einem elektronisch verstellbaren Stoßdämpfersystem oder aktiver Wank-Stabilisierung einbringen könnten. Vom Anwender auf diesem Wege ermittelte Wunschkonfigurationen könnten in der Servicewerkstatt real in Grenzen der Fahrsicherheit nachgerüstet oder parametriert werden. Umgekehrt könnte der Anwender den Nutzen z. B. von Ultrahochleistungsreifen an seinem Fahrzeug selbst erfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt die Ansicht einer erfindungsgemäßen Fahrsimulation.
2 zeigt die Fahrsimulation aus der Schulterperspektive eines Fahrzeuginsassen.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert die Nutzung eines ortfesten Fahrzeuges (10) zur Fahrsimulation. Das Fahrzeug (10) wird dabei in gewohnter Weise durch einen an der Fahrerposition befindlichen Insassen (11) betätigt. Hierzu können die gewohnten Betätigungseinrichtungen wie Lenkrad (12), Pedalerie, Gangwahlschalter, Schaltwippe – zu denken ist hier insbesondere an ein mögliches Doppelkupplungsgetriebe des Fahrzeuges (10) – oder Lenkstockschalter Verwendung finden.
Abhängig von derlei Betätigung wird erfindungsgemäß mittels eines – weitgehend dem realen Fahrzeug (10) entsprechenden – Simulationsmodells das Fahrverhalten des Fahrzeuges (10) nachgeahmt und dem Insassen (11) auf unterschiedliche Weise zurückgemeldet. Die Rückmeldung kann einerseits mittels außerhalb des Fahrzeuges (10) angeordneter Anzeigen (17, 18) an den Sehsinn des Insassen (11) erfolgen. In Betracht kommt etwa ein vor dem Fahrzeug (10) angeordneter, vorzugsweise einklappbarer Großbildschirm (17), ein über dem Fahrzeug (10) angeordneter Videoprojektor (18) oder ein hinter dem Fahrzeug (10) angeordneter Bildschirm.
Auch eine über den Tastsinn des Insassen (11) wahrnehmbare Kraftrückkopplung (force feedback) beispielsweise mittels der im Fahrzeug (10) vorgesehenen Betätigungseinrichtungen ist denkbar. Geeignete Mittel umfassen hier beispielsweise die das Lenkrad (12) einschließende elektromechanische Lenkeinrichtung, die bereits erwähnte Pedalerie – insbesondere deren Bremspedal – oder einen Vibrationsmotor (Shaker), der im Fahrbetrieb etwa für einen Spurhalteassistenten genutzt werden mag.
Schließlich ist an eine Rückmeldung an den Gehörsinn des Insassen (11) zu denken. Hierzu lässt sich etwa ein mehrkanaliges Tonsystem (Sound-System) des Fahrzeuges (10) verwenden, das vorzugsweise auch eine Außenbeschallung des Fahrzeugstellplatzes unterstützt.
2 beleuchtet die alternative oder zusätzliche Möglichkeit eines Einsatzes der im Fahrzeug (10) verbauten Anzeigeinstrumente (13, 14, 15, 16). Für eine visuelle Rückmeldung bietet sich hier etwa das – beispielsweise in Gestalt eines grafikfähigen Flüssigkristallbildschirms (liquid crystal display, LCD) oder Head-up-Displays (HUD) ausgeführte – Kombinationsinstrument (13), ein etwaiger Bordcomputer (14), elektronischer Außenspiegel (15) oder Innenspiegel (16) sowie ein sogenannter Schaltblitz (shift light) an.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem für die Fahrsimulation angepassten Steuergerät (electronic control unit, ECU) implementiert sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 0759548 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Fahrsimulation, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – eine Betätigung eines ortsfesten Fahrzeuges (10) durch einen Insassen (11) des Fahrzeuges (10), – eine von der Betätigung abhängige Simulation eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges (10) und – eine von dem Fahrverhalten abhängige Rückmeldung an den Insassen (11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung mittels mindestens einer der folgenden Betätigungseinrichtungen des Fahrzeuges (10) erfolgt: – einem Lenkrad (12), – einem Gangwahlschalter oder einer Schaltwippe insbesondere für ein Doppelkupplungsgetriebe oder – einem Lenkstockschalter.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung visuell mittels mindestens eines der folgenden Anzeigeeinstrumente (13, 14, 15, 16) des Fahrzeuges (10) erfolgt: – einem Kombinationsinstrument (13), insbesondere einem Flüssigkristallbildschirm oder Head-up-Display, – einem Bordcomputer (14), – einem elektronischen Außenspiegel (15) oder Innenspiegel (16) oder – einem Schaltblitz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung visuell mittels mindestens einer der folgenden Anzeigen (17, 18) außerhalb des Fahrzeuges (10) erfolgt: – einem vor dem Fahrzeug (10) angeordneten, vorzugsweise einklappbaren Großbildschirm (17), – einem über dem Fahrzeug (10) angeordneten Videoprojektor (18) oder – einem hinter dem Fahrzeug (10) angeordneten Bildschirm.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung taktil mittels mindestens einer der folgenden Betätigungseinrichtungen des Fahrzeuges (10) erfolgt: – einer elektromechanischen Lenkeinrichtung, – einer Pedalerie, insbesondere einem Bremspedal mit Kraftrückkopplung, oder – einem Vibrationsmotor insbesondere für einen Spurhalteassistenten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung auditiv mittels eines vorzugsweise mehrkanaligen Tonsystems des Fahrzeuges (10) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückmeldung eine Außenbeschallung des Fahrzeuges (10) durch das Tonsystem umfasst.
Vorrichtung (20), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – Mittel (12) zur Betätigung eines ortsfesten Fahrzeuges (10) durch einen Insassen (11) des Fahrzeuges (10), – Mittel zur Simulation eines Fahrverhaltens des Fahrzeuges (10) abhängig von der Betätigung und – Mittel (13, 14, 15, 16, 17, 18) zur Rückmeldung an den Insassen (11) abhängig von dem Fahrverhalten.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.