DE102016001424A1

DE102016001424A1 - Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Führen des Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102016001424A1
Application number: DE102016001424.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Lepczyk; Maximilian Dietrich; Daria Makhortova
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2016-02-05
Filing date: 2016-02-05
Publication date: 2017-08-10

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers (18) eines Kraftfahrzeugs (12) beim Führen des Kraftfahrzeugs (12), mit den Schritten: – Ermitteln wenigstens eines Grenzwerts für eine auf wenigstens ein Rad (14) des Kraftfahrzeugs (12) wirkende Gesamtkraft (FG), die bei Überschreiten des Grenzwerts einen Haftungsverlust des Rads (14) bewirkt; – Ermitteln wenigstens eines Ist-Werts der aktuell auf das Rad (14) wirkenden Gesamtkraft (FG); – Vergleichen des Grenzwerts mit dem Ist-Wert; und – Ausgeben wenigstens eines optischen Signals (10) in Abhängigkeit von dem Vergleich.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs beim Führen, das heißt Fahren des Kraftfahrzeugs.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge, insbesondere Personenkraftwagen, mit Fahrerassistenzsystemen bereits hinlänglich bekannt. Mittels eines Fahrerassistenzsystems wird der Fahrer des jeweiligen Kraftfahrzeugs beim Führen, das heißt Fahren des Kraftfahrzeugs unterstützt. Hierzu werden beispielsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs Signale, die der Fahrer optisch und/oder akustisch und/oder haptisch wahrnehmen kann, ausgegeben.
Aus der DE 10 2014 208 773 A1 ist eine graphische Anzeigeneinheit für ein Fahrzeug bekannt, wobei die graphische Anzeigeneinheit einen Bildschirm und eine Steuereinheit umfasst, welche ausgebildet ist, ein Signal zu empfangen, das für eine Beschleunigung des Fahrzeugs bezeichnend ist. Die Anzeigeneinheit ist ferner ausgebildet, ein im Wesentlichen kreisförmiges Symbol auf dem Bildschirm anzuzeigen, wenn das Signal, welches für die Beschleunigung des Fahrzeugs bezeichnend ist, eine Beschleunigung von in etwa null in einer Vorwärtsrichtung angibt. Auf dem Bildschirm wird ein gestrecktes elliptisches Symbol angezeigt, wenn das Signal, welches für die Beschleunigung des Fahrzeugs bezeichnend ist, eine Beschleunigung von größer als null in einer Vorwärtsrichtung angibt. Ferner wird ein komprimiertes elliptisches Symbol auf dem Bildschirm angezeigt, wenn das Signal, welches für die Beschleunigung des Fahrzeugs bezeichnend ist, eine Beschleunigung von weniger als null in einer Vorwärtsrichtung angibt.
Des Weiteren ist der US 2015/0219681 A1 ein Verfahren zum Überwachen eines Betriebs eines Fahrzeugs als bekannt zu entnehmen, bei welchem für den Betrieb des Fahrzeugs ein Schwellenwert für eine Fliehkraft eingestellt wird.
Ferner offenbart die GB 2494541 A einen Beschleunigungssensor für ein Fahrzeug, wobei mittels des Beschleunigungssensors auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigungen erfassbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mittels welchem ein Fahrer eines Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft beim Führen beziehungsweise Fahren des Kraftfahrzeugs unterstützt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, beim Führen, das heißt Fahren des Kraftfahrzeugs. Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Grenzwert für eine auf wenigstens ein Rad des Kraftfahrzeugs wirkende Gesamtkraft ermittelt, die bei Überschreiten des Grenzwerts einen Haftungsverlust des Rads bewirkt. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Ist-Wert der aktuell auf das Rad wirkenden Gesamtkraft ermittelt. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird der Grenzwert mit dem Ist-Wert verglichen. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird in Abhängigkeit von dem Vergleich des Grenzwerts mit dem Ist-Wert wenigstens ein optisches Signal ausgegeben, wobei das optische Signal vorzugsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird.
Bei dem genannten Rad des Kraftfahrzeugs handelt es sich um ein Bodenkontaktelement, über welches das Kraftfahrzeug auf einer Fahrbahn abrollt. Während dieses Abrollens wirkt die genannte Gesamtkraft auf das auf der Fahrbahn abrollende Rad, wobei für diese Gesamtkraft der Grenzwert und der aktuelle Ist-Wert ermittelt werden. Der Grenzwert ist ein berechneter, insbesondere geschätzter, Grenzwert, der für die Gesamtkraft zumindest die folgende Bedeutung hat: überschreitet die Gesamtkraft beziehungsweise ihr Ist-Wert den Grenzwert, so kommt es zu einem Haftungsverlust des Rads.
Unter diesem Haftungsverlust ist ein Übergang des Rads von Haft- zu Gleitreibung, insbesondere bezüglich der Fahrbahn, zu verstehen. Mit anderen Worten, überschreitet die Gesamtkraft beziehungsweise ihr Ist-Wert den ermittelten beziehungsweise geschätzten Grenzwert, so kommt es zu einem Übergang des Rads von einem Haftreibungszustand in einen Gleitreibungszustand. In dem Haftreibungszustand wirkt zwischen dem Rad und der Fahrbahn Haftreibung. Insbesondere wirkt in dem Haftreibungszustand Haftreibung und keine Gleitreibung.
In dem Gleitreibungszustand jedoch wirkt zwischen dem Rad und der Fahrbahn Gleitreibung. Insbesondere wirkt in dem Gleitreibungszustand zwischen dem Rad und der Fahrbahn Gleitreibung, jedoch keine Haftreibung. Unter dem Übergang von Haftreibung zu Gleitreibung beziehungsweise von dem Haftreibungszustand in den Gleitreibungszustand ist somit zu verstehen, dass es infolge dieses Übergangs zu einem Rutschen des Rads relativ zur Fahrbahn kommt, so dass das Rad entlang der Fahrbahn und über diese rutscht.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Fahrer beim Fahren beziehungsweise Führen des Kraftfahrzeugs besonders gut unterstützt werden, da dem Fahrer zumindest optisch vermittelt werden kann, ob ein Überschreiten des Grenzwerts droht beziehungsweise kurz bevorsteht. Mit anderen Worten kann dem Fahrer beispielsweise ein wertemäßiger beziehungsweise quantitativer oder qualitativer Abstand oder eine insbesondere wertemäßige Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert kommuniziert werden, so dass der Fahrer beispielsweise einen aktuellen Fahrzustand beziehungsweise eine aktuelle Fahrsituation in Verhältnis zu einem Grenzbereich setzen kann, ab welchem es zu dem Haftungsverlust kommt. Somit können dem Fahrer Reserven optisch kommuniziert werden, die den Abstand von der aktuellen Fahrsituation zu dem Grenzbereich charakterisieren.
Mittels des Verfahrens ist es somit möglich, dem Fahrer eine sichere Fahrt ohne Haftungsverlust zu ermöglichen, da der Fahrer durch entsprechendes Fahrverhalten vermeiden kann, dass der Ist-Wert den Grenzwert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Fahrer sich an den Grenzbereich annähert, sozusagen herantastet, ohne dabei jedoch den Grenzbereich zu erreichen beziehungsweise den Grenzwert zu überschreiten, so dass beispielsweise eine sportliche Fahrweise ohne Haftungsverlust realisierbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es somit insbesondere, dass der Fahrer den Grenzbereich des Kraftfahrzeugs auf sichere Weise erfahren kann, so dass der Fahrer Erkenntnisse über den Grenzbereich und insbesondere Erkenntnisse darüber erlangen kann, wann, das heißt durch welches Verhalten und/oder durch welche, vom Fahrer beeinflussbaren Parameter der Grenzbereich erreicht wird.
Hierdurch kann dem Fahrer beispielsweise eine besonders sichere Fahrweise gelehrt werden. Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass sich der Grenzbereich auf Basis des Kamm'schen Kreises beschreiben und insbesondere darstellen lässt. Der Kamm'sche Kreis zeigt anschaulich auf, inwieweit das Rad noch in der Lage ist, Längs- und Querkräfte und somit die Gesamtkraft zu übertragen, ohne dass es zu einem Haftungsverlust kommt. Übersteigt die aus den auf das Rad wirkenden Längs- und Querkräften resultierende Gesamtkraft den Grenzwert, so kommt es sehr wahrscheinlich zu dem beschriebenen Haftungsverlust. Dies kann anhand des Kamm'schen Kreises derart dargestellt werden, dass beispielsweise ein die Gesamtkraft, insbesondere den Ist-Wert, veranschaulichendes Symbol wie beispielsweise ein Pfeil den Kammschen Kreis überschreitet, wenn der Ist-Wert den Grenzwert überschreitet. Dadurch resultieren ein Haftungsverlust und somit ein instabiler Fahrzustand, so dass das Rad relativ zur Fahrbahn durchdreht und/oder das Kraftfahrzeug von der Fahrbahn rutscht. Die Gesamtkraft, insbesondere die Längs- und Querkraft, resultieren beispielsweise aus Beschleunigung, die in der aktuellen Fahrsituation auf das Kraftfahrzeug wirken.
Fährt der Fahrer das Kraftfahrzeug derart, dass das den Ist-Wert veranschaulichende Symbol innerhalb des Kamm'schen Kreises, das heißt innerhalb eines den Kamm'schen Kreis veranschaulichenden Kreises bleibt, so kommt es nicht zu einem Haftungsverlust und die aktuelle Fahrsituation ist ein sicherer beziehungsweise stabiler Fahrzustand. Berührt das Symbol beispielsweis den Kreis noch nicht, das heißt liegt ein Abstand zwischen dem Symbol und Kreis vor, so kann der Fahrer beispielsweise sein Fahrverhalten derart ändern, dass auf das Fahrzeug wirkende Quer- und Längsbeschleunigungen und somit der Ist-Wert zunehmen, so dass sich der Fahrer an den Grenzbereich heranbewegen, das heißt herantasten kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es dem Fahrer somit, dass sich der Fahrer langsam und behutsam an den Grenzbereich herantasten kann, ohne jedoch den Grenzbereich völlig zu erreichen beziehungsweise den Grenzwert zu überschreiten. Sollte es zu einer Überschreitung des Grenzwerts kommen, so kann ein instabiler Fahrzustand vermieden beziehungsweise einem instabilen Fahrzustand entgegengewirkt werden, indem beispielsweise ein elektronisches Stabilitätsprogramm zum Einsatz kommt, mittels welchem Lenkeingriffe und/oder Bremseingriffe durchgeführt werden, um dadurch das Auftreten eines instabilen Fahrzustands zu vermeiden beziehungsweise einen beispielsweise kurzzeitig auftretenden instabilen Fahrzustand in einen stabilen Fahrzustand zu überführen. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit realisiert werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird mittels wenigstens eines Sensorelements wenigstens ein auf das Kraftfahrzeug wirkende Beschleunigung ermittelt, wobei der Grenzwert und/oder der Ist-Wert in Abhängigkeit von der erfassten Beschleunigung ermittelt wird. Insbesondere der Grenzwert hängt von der Beschaffenheit der Fahrbahn sowie von dem Rad, insbesondere einem Reifen des Rads, ab. Da die Beschaffenheit der Fahrbahn sowie Eigenschaften des Rades, insbesondere des Reifens, nicht nur sehr aufwendig direkt erfasst werden können, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Grenzwert und/oder den Ist-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einer auf das Kraftfahrzeug wirkenden und erfassten Beschleunigung zu ermitteln, insbesondere zu berechnen. Insbesondere ist es möglich, auf Basis der erfassten Beschleunigung auf die Beschaffenheit der Fahrbahn und/oder die Eigenschaften des Rades, insbesondere des Reifens, rückzuschließen, so dass dadurch eine sogenannte Reifen-/Untergrundkombination ermittelt werden kann. Unter dieser Reifen-/Untergrundkombination sind Eigenschaften des Rades, insbesondere des Reifens, und/oder die Beschaffenheit der Fahrbahn zu verstehen, so dass beispielsweise der Grenzwert mittels wenigstens eines Symbols besonders anschaulich optisch kommuniziert werden kann.
Unter der Beschaffenheit der Fahrbahn ist insbesondere ihr Zustand zu verstehen, das heißt, ob die Fahrbahn trocken oder nass ist oder ob auf der Fahrbahn eine Eisschicht vorliegt. Ferner kann unter der Beschaffenheit der Fahrbahn ihr Reibwert beziehungsweise ihre Reibung verstanden werden.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Ermitteln des Ist-Werts ein Ermitteln einer in Fahrzeuglängsrichtung aktuell auf das Rad wirkenden Längskraft. Dabei wird die Längskraft in Abhängigkeit von einem Drehmoment, welches von einem Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs aktuell bereitgestellt wird, berechnet. Unter dem Antriebsmotor ist beispielsweise ein Antriebsaggregat zu verstehen, welches eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, und/oder wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs umfasst. Das Antriebsaggregat umfasst wenigstens eine Abtriebswelle, über welche das Antriebsaggregat Drehmomente zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. Das jeweilige, aktuell von dem Antriebsaggregat über die Abtriebswelle bereitgestellte Drehmoment ist beispielsweise in einer elektronischen Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs bekannt. Die elektronische Steuereinrichtung wird auch als Steuergerät bezeichnet und ist eine elektronische Recheneinrichtung, in welcher das aktuell von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Drehmoment vorliegt.
Wird das Kraftfahrzeug mittels dieses bereitgestellten Drehmoments angetrieben, so kann beispielsweise die aus dem Drehmoment resultierende, auf das Rad wirkende Längskraft berechnet werden. Das bereitgestellte Drehmoment wird beispielsweise über wenigstens ein Getriebe mit einer festen und/oder veränderlichen Übersetzung auf das Rad übertragen. Beispielsweise weist ein als Differentialgetriebe ausgebildetes Getriebe eine feste Übersetzung auf. Ist das Getriebe beispielsweise derart ausgestaltet, dass es unterschiedliche Gänge beziehungsweise Fahrstufen mit unterschiedlichen Übersetzung aufweist, so kann die Übersetzung variieren. Je nach eingelegter Fahrstufe beziehungsweise eingelegtem Gang ist auch eine aktuelle Übersetzung dem Steuergerät bekannt, über welche das von den Antriebsaggregat über die Abtriebswelle bereitgestellte Drehmoment auf das Rad übertragen wird. Das Rad weist einen Radradius auf, welcher zumindest näherungsweise konstant ist. In Abhängigkeit von diesem Radradius kann dann die Längskraft, insbesondere in einer Radaufstandsfläche, berechnet werden. Diese Ermittlung der Längskraft erfolgt insbesondere bei einem sogenannten Forttrieb des Kraftfahrzeugs, in dessen Rahmen das Kraftfahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne angetrieben wird, insbesondere mit einer konstanten Geschwindigkeit oder mit einer zunehmenden Geschwindigkeit.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das Ermitteln des Ist-Werts ein Ermitteln einer in Fahrzeuglängsrichtung aktuell auf das Rad wirkenden Längskraft umfasst, welche in Abhängigkeit von einem aktuell herrschenden Bremsdruck zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs berechnet wird. Somit ist es auch bei einer Verringerung der aktuellen Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs möglich, die Längskraft präzise zu ermitteln. Der Bremsdruck wird beispielsweise dadurch bewirkt, dass der Fahrer ein Pedal, insbesondere Fußpedal, oder ein anderes Betätigungselement betätigt. Alternativ oder zusätzlich kann der Bremsdruck von dem Steuergerät automatisch vorgegeben werden. Insbesondere ist es möglich, den Bremsdruck mittels wenigstens eines Sensors zu erfassen. Aus dem Bremsdruck resultiert eine Bremskraft beziehungsweise ein Bremsmoment, woraus eine auf das Rad wirkende Längskraft zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs, insbesondere der Radaufstandsfläche, wirkt. Die Ermittlung dieser als Bremskraft fungierenden Längskraft erfolgt beispielsweise wiederum über den Radradius.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Ist-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einer aktuell auf das Kraftfahrzeug wirkenden Querbeschleunigung ermittelt, welche in Abhängigkeit von einem erfassten Lenkwinkel berechnet wird. Mit anderen Worten umfasst das Kraftfahrzeug beispielsweise ein um eine Lenkachse drehbares Lenkrad, mittels welchem Richtungsänderungen des Kraftfahrzeugs von dem Fahrer bewirkt werden können. Zum Bewirken einer Richtungsänderung beziehungsweise einer Kurvenfahrt dreht der Fahrer das Lenkrad um die Lenkachse. Ausgehend von einer Neutralstellung des Lenkrads, wobei das Kraftfahrzeug bei einer Vorwärtsfahrt in der Neutralstellung in Fahrzeuglängsrichtung geradeaus fährt, dreht der Fahrer das Lenkrad um die Lenkachse, um dadurch eine Kurvenfahrt beziehungsweise einen Richtungswechsel des Kraftfahrzeugs zu bewirken. Beispielsweise mittels wenigstens eines als Lenkwinkelsensor ausgebildeten Sensors kann das Bewegen beziehungsweise Drehen des Lenkrads aus der Neutralstellung in wenigstens eine von der Neutralstellung unterschiedliche Lenkstellung erfasst werden, wobei das diese Stellung auch als Lenkwinkel bezeichnet wird.
Anhand des Lenkwinkels kann beispielsweise auf einen Kurvenradius einer Kurve geschlossen werden, entlang welcher das Kraftfahrzeug bewegt wird. Insbesondere in Abhängigkeit von einer aktuellen Masse des Kraftfahrzeugs und in Abhängigkeit von einer Längsgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs kann eine auf das Kraftfahrzeug wirkende Querbeschleunigung berechnet werden, aus welcher dann beispielsweise der Ist-Wert ermittelt werden kann. Die Masse wird beispielsweise mittels wenigstens eines Sensors erfasst. Beispielsweise ergibt sich die Masse aus einem Grundwert und einem Zuladungswert, welcher aus einer aktuellen Beladung beziehungsweise Zuladung des Kraftfahrzeugs resultiert. Der Zuladungswert kann beispielsweise aus einer angelernten Zuladung stammen, welche anhand wenigstens eines Berechnungsalgorithmus berechnet wird. Ferner ist es denkbar, die Längsgeschwindigkeit mittels wenigstens eines Sensors zu erfassen. Insgesamt lässt sich somit der Ist-Wert besonders präzise erfassen, so dass der Fahrer beim Fahren des Kraftfahrzeugs besonders gut unterstützt werden kann.
Weist das Kraftfahrzeug beispielsweise eine Mehrzahl von Rädern auf, so kann vorgesehen sein, dass für wenigstens zwei der Räder individuell der Grenzwert und der Ist-Wert ermittelt werden. Der Grenzwert hängt insbesondere von einer Wank- und/oder Nickbewegung des Kraftfahrzeugs ab. Eine solche Wank- und/oder Nickbewegung des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise mittels wenigstens eines als Neigungssensor ausgebildeten Sensors erfasst werden, so dass der Ist-Wert und/oder der Grenzwert alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von einer Nick- und/oder Wankbewegung des Kraftfahrzeugs ermittelt werden können.
Der Grenzwert kann beispielsweise ermittelt werden, indem bei Verzögerungs- und/oder Beschleunigungsvorgängen des Kraftfahrzeugs ein Übergang von Haft- in Gleitreibung ermittelt wird und/oder mittels des Steuergeräts bewirkte Eingriffe in die Längs- und/oder Querregelung beziehungsweise Längs- und/oder Querdynamik des Kraftfahrzeugs ausgewertet werden.
Um den Fahrer besonders vorteilhaft unterstützen zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das optische Signal auf einer im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Anzeige ausgegeben wird. Dadurch kann dem Fahrer besonders vorteilhaft beispielsweise ein Abstand zwischen der aktuellen Fahrsituation und dem Grenzbereich optisch kommuniziert werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das optische Signal als virtuelles Bild mittels einer Projektionseinrichtung auf ein im Sichtfeld des Fahrers angeordnetes Anzeigenelement projiziert wird. Bei diesem Anzeigenelement handelt es sich beispielsweise um eine Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs oder um ein zusätzlich zu der Windschutzscheiben vorgesehenes, separat von der Windschutzscheibe ausgebildetes Anzeigenelement, welches beispielsweise als Combiner bezeichnet wird. Dieser Ausführungsform liegt die Idee zugrunde, mittels der Projektionseinrichtung ein sogenanntes Head-Up-Display (HUD) zu schaffen und das Signal in dem Sichtfeld des Fahrers anzuzeigen, so dass der Fahrer das Signal und insbesondere einen etwaigen Unterschied zwischen dem aktuellen Fahrzustand und dem Grenzbereich auf einfache Weise optisch wahrnehmen kann, ohne dass der Fahrer seinen Kopf übermäßig bewegen muss. Dadurch kann eine besonders hohe Sicherheit realisiert werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst das Signal wenigstens einen den Grenzwert charakterisierenden Kreis und einen den Ist-Wert charakterisierenden Pfeil, welcher sich in radialer Richtung des Kreises von dessen Mittelpunkt in Richtung des Kreises erstreckt. Somit ist mittels des Signals der zuvor beschriebene Kamm'sche Kreis nachempfunden, anhand dessen die Gesamtkraft beziehungsweise der Ist-Wert sowie eine etwaige Differenz zwischen dem durch den Pfeil veranschaulichten Ist-Wert und den durch den Kreis veranschaulichten Grenzwert besonders gut veranschaulicht werden können.
Um den Fahrer besonders vorteilhaft beim Führen des Kraftfahrzeugs zu unterstützen, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Signal wenigstens eine Farbe umfasst, welche in Abhängigkeit von einer sich verändernden Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert verändert wird. Hierdurch kann dem Fahrer auf besonders einfache Weise veranschaulicht werden, ob sich die aktuelle Fahrsituation dem Grenzbereich annähert oder von dem Grenzbereich entfernt. Durch den Einsatz von Farben ist es möglich, die Veränderung des aktuellen Fahrzustands dem Fahrer zu kommunizieren, ohne den Fahrer übermäßig von dem Verkehrsgeschehen abzulenken.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Farbe zunächst grün ist und bei abnehmender Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert zuerst von grün in gelb und bei weiter abnehmender Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert von gelb in orange oder rot verändert wird. Es wurde gefunden, dass Fahrer von Kraftfahrzeugen die Farbe grün mit sicheren beziehungsweise stabilen Fahrzuständen assoziieren. Das Verändern der Farbe von grün zu gelb und weiter zu orange beziehungsweise rot assoziieren Fahrer mit dem Annähern des aktuellen Fahrzustands an den Grenzbereich und somit mit einer abnehmenden Differenz zwischen Grenzwert und Ist-Wert, so dass der Fahrer des Kraftfahrzeugs besonders gut unterstützt werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:
1 eine schematische Darstellung eines optischen Signals, welches im Rahmen eines Verfahrens zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs im Innenraum des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird;
2 eine schematische Seitenansicht des als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs; und
3 eine schematische Draufsicht eines Rades des Kraftfahrzeugs.
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein im Ganzen mit 10 bezeichnetes optisches Signal, welches im Rahmen eines Verfahrens zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs im Innenraum des Kraftfahrzeugs, insbesondere auf einer Anzeige, ausgegeben wird. Mittels des Verfahrens wird der Fahrer beim Führen beziehungsweise Fahren des Kraftfahrzeugs unterstützt, wobei das Kraftfahrzeug beispielsweise als Kraftwagen in Form eines Personenkraftwagens ausgebildet ist. Dieser Personenkraftwagen ist in 2 gezeigt und dort mit 12 bezeichnet. Aus 2 ist erkennbar, dass der Personenkraftwagen 12 eine Mehrzahl von Rädern 14 aufweist. Die Räder 14 sind Bodenkontaktelemente, über welche der Personenkraftwagen 12 auf einer Fahrbahn 16 abrollt.
Ferner ist in 2 der sich im Innenraum des Personenkraftwagens 12 aufhaltende Fahrer mit 18 bezeichnet, wobei der Innenraum mit 20 bezeichnet ist. Außerdem ist in 2 durch einen Pfeil 22 die Vorwärtsfahrtrichtung des Personenkraftwagens 12 veranschaulicht. Im Innenraum 20 ist ferner ein Lenkrad 24 des Personenkraftwagens 12 angeordnet, wobei von dem Fahrer 18 mittels des Lenkrads 24 Richtungsänderungen und somit Kurvenfahrten des Personenkraftwagens 12 bewirkt werden können. In einer Neutral- oder Geradeausstellung des Lenkrads 24 fährt der Personenkraftwagen 12 bei einer Vorwärtsfahrt in Fahrzeuglängsrichtung geradeaus. Dreht der Fahrer 18 das Lenkrad 24 aus der Neutralstellung um eine Lenkachse, so wird ein Richtungswechsel beziehungsweise eine Kurvenfahrt des Personenkraftwagens 12 bewirkt. Durch Drehen des Lenkrads 24 aus der Neutralstellung wird das Lenkrad 24 um einen Lenkwinkel in eine Lenkstellung bewegt, wobei dieser Lenkwinkel in 3 mit δ bezeichnet ist. Ferner veranschaulicht in 3 ein Pfeil 26 die Neutralstellung des Lenkrads 24 und somit die Geradeausfahrt des Personenkraftwagens 12, wobei ein Pfeil 28 die Lenkstellung veranschaulicht. Somit schließen die Pfeile 26 und 28 den Lenkwinkel δ ein.
Wie aus 3 erkennbar ist, wirkt bei einer Fahrt des Personenkraftwagens 12 auf das jeweilige Rad 14 eine Gesamtkraft F_G, welche aus wenigstens einer auf das jeweilige Rad 14 in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Längskraft F_L und aus wenigstens einer in Fahrzeugquerrichtung auf das jeweilige Rad 14 wirkenden Querkraft F_Q resultiert. Bei der Gesamtkraft F_G handelt es sich somit um eine aktuell wirkende Gesamtkraft, welche beispielsweise auf das Rad in dessen Radaufstandsfläche, über die sich das Rad 14 in Kontakt mit der Fahrbahn 16 befindet, wirkt.
Bei einem ersten Schritt des genannten Verfahrens wird wenigstens ein Grenzwert für die auf das jeweilige Rad 14 wirkende Gesamtkraft F_G ermittelt, die bei Überschreiten des Grenzwerts einen Haftungsverlust des Rads 14 bewirkt. Bei einem zweiten Schritt des Verfahrens wird wenigstens ein Ist-Wert der aktuell auf das Rad 14 wirkenden Gesamtkraft F_G ermittelt. Übersteigt der Ist-Wert den Grenzwert, so kommt es zu einem Haftungsverlust des Rades 14. Mit anderen Worten kommt es dann zu einem Übergang des Rads 14 von Haftreibung zu Gleitreibung bezogen auf die Fahrbahn 16.
Bei einem dritten Schritt des Verfahrens wird der Grenzwert mit dem Ist-Wert verglichen. Bei einem vierten Schritt des Verfahrens wird das optische Signal 10 in Abhängigkeit von dem Vergleich ausgegeben. Aus 1 ist erkennbar, dass das Signal 10 einen den ermittelten Grenzwert veranschaulichenden Kreis 30 umfasst. Ferner umfasst das optische Signal 10 den Mittelpunkt 32 des Kreises 30. Des Weiteren umfasst das optische Signal 10 wenigstens einen den Ist-Wert veranschaulichenden Pfeil 34, welcher sich von dem Mittelpunkt 32 in radialer Richtung des Kreises ausgehend von dem Mittelpunkt 32 in Richtung des Kreises 30 erstreckt. Ferner umfasst das optische Signal 10 Pfeile 35, welche die aktuell auf das Rad 14 wirkende Querkraft F_Q veranschaulichen. Außerdem umfasst das Signal 10 Pfeile 36, welche die aktuell auf das Rad 14 wirkende Längskraft F_L veranschaulichen. Dabei veranschaulicht der Pfeil 34 nicht nur den Ist-Wert, sondern insbesondere auch die aktuell auf das Rad 14 wirkende Gesamtkraft F_G. Außerdem umfasst das optische Signal 10 ein das Rad 14 veranschaulichendes Symbol.
Fährt der Personenkraftwagen 12 eine Rechtskurve, so befindet sich der Pfeil 34 beispielsweise in der bezogen auf die Bildebene von 1 linken Hälfte 38 des Kreises 30. Fährt der Personenkraftwagen 12 beispielsweise eine Linkskurve, so befindet sich der Pfeil 34 beispielsweise in der bezogen auf die Bildebene von 1 rechten Hälfte 40 des Kreises 30. Befindet sich der Pfeil 34 in der bezogen auf die Bildebene von 1 oberen Hälfte 42 des Kreises 30, so wird dadurch ein Bremsvorgang, das heißt ein Abbremsen beziehungsweise eine Verzögerung des Personenkraftwagens 12 veranschaulicht. Befindet sich der Pfeil 34 hingegen in der bezogen auf die Bildebene von 1 unteren Hälfte 44 des Kreises 30, so wird dadurch ein Beschleunigen des Personenkraftwagens 12 veranschaulicht, in dessen Rahmen die Geschwindigkeit des Personenkraftwagens 12 zunimmt.
Anhand des in 1 beispielhaft gezeigten Signals 10 wird somit vorliegend eine Abbremsung beziehungsweise Verzögerung des Personenkraftwagens 12 mit einem Lenkvorgang veranschaulicht, wobei beispielsweise der Ist-Wert 86 Prozent des Grenzwerts beträgt, so dass der Kamm'sche Kreis zu 86 Prozent ausgenutzt ist. Die Längskraft F_L steht beispielsweise stellvertretend für eine Mehrzahl von Längskräften, welche auch als Umfangskräfte bezeichnet werden. Ferner steht die Querkraft F_Q beispielsweise stellvertretend für mehrere Querkräfte, welche auch als Seitenkräfte bezeichnet werden.
Ferner umfasst das Signal 10 vorliegend ein Symbol 46 in Form einer farbigen Fläche. Mit anderen Worten weist die Fläche eine Farbe auf. Die Farbe sowie die Fläche, insbesondere deren Größe und/oder Form, veranschaulichen den ermittelten Ist-Wert, so dass der Ist-Wert und insbesondere eine etwaige Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert dem Fahrer 18 besonders anschaulich, einfach und sicher optisch kommuniziert werden kann. Anhand der Fläche und insbesondere ihrer Farbe kann dem Fahrer 18 aufgezeigt werden, wie weit der aktuelle Fahrzustand des Personenkraftwagens 12 von einem Grenzbereich entfernt ist, in welchem es zu dem Haftungsverlust des jeweiligen Rades 14 kommt. Mit zunehmender Längs- und/oder Querkraft F_L beziehungsweise F_Q und somit mit zunehmender Gesamtkraft F_G verändert die Fläche beispielsweise ihre Farbe und/oder ihre Größe und/oder ihre Form, wodurch dem Fahrer 18 veranschaulicht wird, dass sich der aktuelle Fahrzustand dem Grenzbereich nähert. Befindet sich der Ist-Wert beispielsweise unterhalb eines ersten Schwellenwerts, so weist die Fläche die Farbe grün auf. Übersteigt der Ist-Wert einen ersten Schwellenwert und befindet sich der Ist-Wert unterhalb eines zweiten Schwellenwerts, so ist die Farbe der Fläche beispielsweise gelb. Überschreitet der Ist-Wert auch den zweiten Schwellenwert, so ist die Farbe der Fläche beispielsweise rot.
Beispielsweise wird das Signal 10 mittels einer Projektionseinrichtung auf ein in einem Sichtfeld des Fahrers 18 angeordnetes Anzeigenelement projiziert, so dass sich das Signal 10 im Sichtfeld des Fahrers 18 befindet. Dadurch kann der Fahrer 18 das Signal 10 direkt im Sichtfeld einsehen. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, das Signal 10 auf einem in dem Innenraum 20 angeordneten Bildschirm des Personenkraftwagens 12 anzuzeigen. Das Verfahren eignet sich jedoch auch für Krafträder wie beispielsweise Motorräder, wobei bei einem solchen Kraftrad das Signal 10 beispielsweise auf einem Bildschirm des Kraftrads angezeigt wird. Ferner ist es denkbar, das Signal 10 mittels einer Projektionseinrichtung auf ein Visier eines Helms des Fahrers zu projizieren und dabei das Signal 10 in das Sichtfeld des Fahrers zu projizieren.
Beispielsweise auf Basis der Kombination aus Fahrbahn 16 und Rädern 14, insbesondere Reifen der Räder 14, kann der Grenzwert beispielsweise anhand des Kamm'schen Kreises ermittelt werden. Hierzu wird beispielsweise eine Funktion genutzt, welche entsprechende Parameter errechnet beziehungsweise erlernt. Dies bildet die Basis für maximal zulässige Quer- und Längsbeschleunigungen, die aus den übertragbaren Seiten- und Umfangskräften zu ermitteln sind. Überschreitet der Ist-Wert den Grenzwert nicht, so befindet sich der Pfeil 34 innerhalb des Kreises 30. Die Nutzung von Farben ist vorteilhaft für das periphere Sehen, so dass der Fahrer 18 schnell und einfach erkennen kann, ob er sich dem Grenzbereich nähert beziehungsweise wie weit er noch vom Grenzbereich entfernt ist. Eine flächige farbliche Tönung eines Teils oder des gesamten Signals 10 könnte dies leisten. Der Vorteil ist, dass ein flüchtiges Hinsehen bereits zur Informationsübertragung ausreicht.
Mit den aus den maximal übertragbaren Umfangs- und Seitenkräften berechneten Quer- und Längsbeschleunigungen werden beispielsweise auf den Personenkraftwagen 12 wirkende Beschleunigungen verglichen, welche mittels wenigstens eines Beschleunigungssensors erfasst werden. Die berechneten Quer- und Längsbeschleunigungen charakterisieren den Grenzwert, wobei die erfassten Beschleunigungen den Ist-Wert charakterisieren. Aus einem Vergleich der erfassten Beschleunigungen mit den berechneten Quer- und Längsbeschleunigungen kann beispielsweise ein Unterschied zwischen dem Grenzwert und dem Ist-Wert ermittelt werden, wobei dieser Unterschied durch das optische Signal 10 veranschaulicht werden kann. Somit kann dem Fahrer 18 auf besonders einfache Weise kommuniziert werden, ob und wie weit der aktuelle Fahrzustand von dem Grenzbereich entfernt ist. Insbesondere kann dem Fahrer 18 durch das optische Signal 10 mitgeteilt werden, auf welche Weise sich das Fahrverhalten des Fahrers 18 auf den aktuellen Fahrzustand im Vergleich zum Grenzbereich auswirkt, so dass der Fahrer 18 den Personenkraftwagen 12 sicher führen kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014208773 A1 [0003]
US 2015/0219681 A1 [0004]
GB 2494541 A [0005]

Claims

Verfahren zum Unterstützen eines Fahrers (18) eines Kraftfahrzeugs (12) beim Führen des Kraftfahrzeugs (12), mit den Schritten: – Ermitteln wenigstens eines Grenzwerts für eine auf wenigstens ein Rad (14) des Kraftfahrzeugs (12) wirkende Gesamtkraft (F_G), die bei Überschreiten des Grenzwerts einen Haftungsverlust des Rads (14) bewirkt; – Ermitteln wenigstens eines Ist-Werts der aktuell auf das Rad (14) wirkenden Gesamtkraft (F_G); – Vergleichen des Grenzwerts mit dem Ist-Wert; und – Ausgeben wenigstens eines optischen Signals (10) in Abhängigkeit von dem Vergleich.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens eines Sensorelements wenigstens eine auf das Kraftfahrzeug (12) wirkende Beschleunigung ermittelt wird, wobei der Grenzwert und/oder der Ist-Wert in Abhängigkeit von der erfassten Beschleunigung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Ist-Werts ein Ermitteln einer in Fahrzeuglängsrichtung aktuell auf das Rad (14) wirkenden Längskraft (F_L) umfasst, welche in Abhängigkeit von einem Drehmoment, welches von einem Antriebsmotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs (12) aktuell bereitgestellt wird, berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln des Ist-Werts ein Ermitteln einer in Fahrzeuglängsrichtung aktuell auf das Rad (14) wirkenden Längskraft (F_L) umfasst, welche in Abhängigkeit von einem aktuell herrschenden Bremsdruck zum Abbremsen des Kraftfahrzeugs (12) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wert in Abhängigkeit von wenigstens einer aktuell auf das Kraftfahrzeug (12) wirkenden Querbeschleunigung ermittelt wird, welche in Abhängigkeit von einem erfassten Lenkwinkel (δ) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Signal (10) auf einer im Innenraum (20) des Kraftfahrzeugs (12) angeordneten Anzeige ausgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Signal (10) als virtuelles Bild mittels einer Projektionseinrichtung auf ein im Sichtfeld des Fahrers (18) angeordnetes Anzeigenelement projiziert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (10) wenigstens einen den Grenzwert charakterisierenden Kreis (30) und einen den Ist-Wert charakterisierenden Pfeil (34) umfasst, welcher sich in radialer Richtung des Kreises (30) von dessen Mittelpunkt (32) in Richtung des Kreises (30) erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Signal (10) wenigstens eine Farbe umfasst, welche in Abhängigkeit von einer sich verändernden Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbe zunächst Grün ist und bei abnehmender Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert zuerst von Grün in Gelb und bei weiter abnehmender Differenz zwischen dem Ist-Wert und dem Grenzwert von Gelb in Orange oder Rot verändert wird.