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Die Erfindung betrifft eine elektronisch steuerbare, mehrachsige, rotatorisch und/oder translatorisch bewegbare Zubehörhalterung für Fahrzeuge.
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Mobile Endgeräte wie Telefone und Tablets werden immer häufiger im Fahrzeug verwendet. Es sind diverse Zubehörlösungen bekannt, diese mobilen Endgeräte physisch mit dem Fahrzeuginnenraum, z.B. einem Sitz oder dem Armaturenbrett, zu verbinden, damit die Geräte nicht in der Hand gehalten werden müssen, oder um bessere Sichtbarkeit zu gewährleisten. Dies trifft z.B. auch bei Bildschirmen für Personen auf dem Rücksitz zu. In einem hoch- bzw. vollautomatisiert fahrenden Fahrzeug wird diese Art der Nutzung von mobilen Endgeräten wahrscheinlich zunehmen, da auch der Fahrer während der automatisierten Fahrt Endgeräte benutzen wird und darf.
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Allerdings tritt bei vielen Personen das Problem auf, dass ihnen beim Lesen oder Betrachten von Displays mobiler Endgeräte, sei es zum Entertainment oder zur Arbeit, übel wird. Hierfür ist bisher keine geeignete Lösung vorhanden, so dass es deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung ist, eine Zubehörhalterung bereitzustellen, bei welcher dieser Nachteil überwunden wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird eine mehrachsige, rotatorisch und/oder translatorisch bewegbare Zubehörhalterung für Fahrzeuge, welche in einem Fahrzeuginnenraum montierbar und dazu eingerichtet ist, mindestens ein mit einem Bildschirm versehenes mobiles Endgerät zu halten, wobei die Zubehörhalterung mindestens einen Stellmotor aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, jede Achse der Zubehörhalterung individuell zu bewegen, wobei die Position der Zubehörhalterung elektronisch regelbar bzw. steuerbar ist.
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Es ist bekannt, dass Menschen u.a. zu Übelkeit neigen, wenn sie während der Fahrt z.B. auf einen Bildschirm oder ein Buch schauen. Dieser Effekt wird auch als „motion sickness“ bezeichnet und ist biologisch durch diverse Mechanismen begründet, vereinfacht gesagt durch eine unterschiedliche Wahrnehmung des Auges und der Gleichgewichtsorgane. Der Effekt hängt auch von der relativen Position des mobilen Endgeräts, insbesondere wenn diese mit einem Bildschirmversehen sind, bzw. des betrachteten (gedruckten) Mediums zum Kopf bzw. der Ausrichtung des Kopfes relativ zur Bewegungsrichtung des Fahrzeuges ab. Nachfolgend wird lediglich von einem mobilen Endgerät bzw. Zubehör und deren Bildschirm oder Display gesprochen, wobei auch gedruckte Medien unter diese Begriffe fallen. Die beschriebene Zubehörhalterung ist so gebildet, dass sie das mobile Endgerät halten kann. Unter dem Begriff mobiles Endgerät ist ein mit einem Bildschirm versehenes Zubehör oder ein gedrucktes Medium zu verstehen, das dazu geeignet ist, dass einem Betrachter während der Fahrt übel werden kann. Ein solches Gerät ist z.B. ein Smartphone, ein Tablet, ein Fernseher, eine Spielekonsole, oder auch sogenannte e-Book-Reader. Es können aber auch Bücher, Zeitschriften oder andere gedruckte Medien unter diesen Begriff fallen.
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Bei passiven, also starr installierten Endgeräten folgt das Endgerät notwendigerweise immer hart den Bewegungen des Fahrzeugs, was dazu beitragen kann, dass einem Fahrzeuginsassen übel wird. Aus diesem Grund wird eine Zubehörhalterung vorgeschlagen, welche eine Kompensation der aufgrund von externen Einflüssen entstehenden Bewegung des Fahrzeugs vornehmen kann. Hierzu wird die bereits bekannte und z.B. zur Stabilisierung von z.B. Foto- oder Videoaufnahmen verwendete Gimbal-Halterung als Grundlage verwendet.
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Eine Gimbal-Halterung ist eine mehrachsige (mindestens zwei Achsen) Halterung für Geräte, welche in der Regel für Kompasse, Mobiltelefone zum Fotografieren, Fotoapparate etc. in beweglichen Umgebungen, z.B. auf Schiffen, in Flugzeugen, aber auch an Windschutzscheiben in Fahrzeugen, verwendet wird. Der Vorteil dieser Halterung ist, dass sie durch die mehrachsige, rotatorisch und/oder translatorisch bewegbare Lagerung Bewegungen so ausgleichen kann, dass eine horizontale Stabilisierung erfolgt.
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Diese Gimbal-Halterung wird derart erweitert, dass eine elektronische Ansteuerung zur Positionsanpassung erfolgen kann. Die Bewegung zur Positionsanpassung erfolgt dabei als translatorische oder rotatorische Bewegung oder als eine Kombination daraus. In einer Ausführung ist die Zubehörhalterung dazu ausgebildet, Steuersignale von einer mit der Zubehörhalterung in Kommunikationsverbindung stehenden Fahrdynamikerfassungseinrichtung zu erhalten, welche dazu eingerichtet ist, eine zukünftige Fahrdynamik und daraus Kompensationssignale zu ermitteln, die eine Kompensationsbewegung zu der relativen Bewegung des mobilen Endgeräts zu einem Betrachter ermöglichen, und diese Kompensationssignale in Bewegung zur Änderung der Position der Zubehörhalterung umzusetzen. In einer weiteren Ausführung ist die Zubehörhalterung ebenfalls dazu ausgebildet, Signale und/oder Informationen zur aktuellen und zukünftigen Fahrzeugbewegung von einer mit der Zubehörhalterung in Kommunikationsverbindung stehenden Fahrdynamikerfassungseinrichtung zu erhalten. Diese Signale und/oder Informationen werden dann in der Zubehörhalterung selbst derart verarbeitet, dass eine zukünftige Fahrdynamik und daraus Kompensationssignale für die Ansteuerung zur Positionsanpassung ermittelt werden, durch welche eine Kompensationsbewegung zu der relativen Bewegung des Bildschirms zum Betrachter ermöglicht wird. Diese Kompensationssignale werden in Bewegung zur Änderung der Position der Zubehörhalterung umgesetzt. Damit kann ein Zubehörteil wie ein Display durch die zur Kompensation der eigenen Bewegung mittels einer erzeugten Gegenbewegung relativ zur fahrzeugexternen Umgebung vergleichsweise stabil gehalten werden, d.h. die starre Kopplung mit dem Fahrzeug, welche bei einer rein mechanischen Halterung vorhanden wäre, wird vorteilhaft kompensiert. Die Kommunikationsverbindung kann entweder Kabel gebunden oder drahtlos sein, je nach Anordnung der Zubehörhalterung im Fahrzeug.
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Die Erfindung macht darüber hinaus auch Gebrauch von der Kenntnis des Fahrzeugs über die unmittelbar in den nächsten Sekunden auftretende Fahrdynamik, u.a. unter Nutzung einer hochgenauen Karte sowie der im Fahrzeug verbauten Fahrdynamiksensoren. Es besteht daher die Möglichkeit, das montierte Zubehör wie einen Bildschirm aktiv über die Zubehörhalterung so zu bewegen, dass die relative Bewegung zum Betrachter kompensiert wird. Die Ansteuerung zur Positionsanpassung basiert also auf Daten, welche von einer Umgebungssensorik des Fahrzeugs, insbesondere von Fahrdynamiksensoren, und/oder von hochgenauen Karten, sogenannten HD-Karten, bekannt sind. Diese Umfeld- und Karten-Daten können so z.B. in einer Fahrdynamikerfassungseinrichtung verarbeitet werden, dass eine innerhalb einer gewissen Zeitspanne, z.B. innerhalb einiger Sekunden, auftretende Fahrdynamik, also Neigungswinkel, Drehmomente etc., des Fahrzeugs vorhergesagt werden kann. Da die Position und Lage, also Neigung, Abstände zu Insassen etc. im Fahrzeug der Zubehörhalterung und damit des zu betrachtenden Endgeräts ebenfalls entweder bekannt sind oder durch entsprechende im Fahrzeug verbaute Sensorik und/oder Kameras ermittelt werden können, kann aus diesen Informationen und den Fahrdynamikinformationen auch eine Bewegung einer im Inneren des Fahrzeugs angeordneten Zubehörhalterung und damit des Endgeräts, z.B. eines Displays, vorhergesagt werden. Somit kann durch die Möglichkeit, die Zubehörhalterung elektronisch anzusteuern, eine Anpassung der Bewegung der Zubehörhalterung basierend auf diesen Informationen erfolgen. Hierzu ist die Zubehörhalterung mit geeigneten Stellmotoren ausgestattet. Diese sind entweder je Achse vorhanden oder so ausgebildet, dass sie jede Achse der mehrachsigen Zubehörhalterung individuell mit möglichst vielen Freiheitsgraden, also translatorisch oder rotatorisch oder als Kombination daraus, bewegen können. Die Ermittlung der Signale zur Ansteuerung zur Positionsanpassung der Zubehörhalterung, genauer deren Stellmotoren, kann in einem Steuergerät oder in der Zubehörhalterung selbst erfolgen, wenn diese eine entsprechende Ausstattung aufweist. In speziellen Ausführungen können Teile der Berechnung der Stellsignale in unterschiedlichen Steuereinrichtungen ausgeführt werden, welche dann zusammengeführt und entweder in einer zentralen Steuereinrichtung oder direkt in der Zubehörhalterung endgültig verarbeitet werden.
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Die Erfassung und Verarbeitung der Daten zur Umgebung des Fahrzeugs, also Daten der Umgebungssensorik und hochgenaue Kartendaten, erfolgt vorteilhafterweise im Fahrzeug selbst, genauer in einem oder mehreren miteinander kommunizierenden Steuergeräten, welche auch als Fahrdynamikerfassungseinrichtung bezeichnet werden können. Hochgenaue Kartendaten können entweder im Fahrzeug hinterlegt sein und/oder vom Fahrzeug bzw. dessen Sensorik ermittelt werden. Sie können aber auch alternativ oder zusätzlich von extern, z.B. einem Backend, an das Fahrzeug bzw. das zugehörige System, welches die Daten verarbeitet, übermittelt werden.
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Da für die Positionsanpassung zur Bewegungskompensation benötigte Informationen zur zukünftigen Fahrdynamik für ein (hoch)automatisiertes Fahren sowieso benötigt und verarbeitet werden, kann die benötigte Bewegungskompensation in der Fahrdynamikerfassungseinrichtung oder in einem anderen Steuergerät berechnet werden, welches die Berechnungen für das (hoch)automatisierte Fahren durchführt. Die Berechnung kann aber auch in der Zubehörhalterung selbst ausgeführt werden, wenn diese mit entsprechenden Verarbeitungseinrichtungen ausgestattet ist.
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Zur Ausführung der Berechnungen und der Ansteuerung zur Positionsänderung wird ein Verfahren zur Regelung bzw. Steuerung der Position der beschriebenen mehrachsigen rotatorisch und/oder translatorisch bewegbaren Zubehörhalterung vorgeschlagen, wobei die Position derart abhängig von der ermittelten zukünftigen Fahrdynamik elektronisch geregelt bzw. gesteuert wird, dass eine erfasste, zukünftig auftretende Fahrdynamik derart kompensiert wird, dass die relative Bewegung des Bildschirms zum Betrachter kompensiert wird. Vorteilhaft wird die Lage der Zubehörhalterung innerhalb des Fahrzeugs ermittelt oder ist bekannt, und wird in der Berechnung zur Regelung bzw. Steuerung der Position der Zubehörhalterung berücksichtigt. In einer Ausführung erfolgt die Ermittlung der Parameter zur Regelung bzw. Steuerung der Position der Zubehörhalterung in der Fahrdynamikerfassungseinrichtung, oder in einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs oder in der Zubehörhalterung. Wie beschrieben kann die Verarbeitung der Umgebungsdaten, welche auch die Bewegung des Fahrzeugs umfassen, und der hochgenauen Kartendaten in einer oder in mehreren Steuereinrichtungen, zu welchen auch die Fahrdynamikerfassungseinrichtung zählen kann, aber auch in der Zubehörhalterung selbst erfolgen, wenn diese entsprechend als Steuereinrichtung ausgestattet ist.
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Ferner wird ein Fahrzeugsystem zur aktiven Steuerung einer Zubehörhalterung vorgeschlagen, aufweisend eine in dem Fahrzeug montierte, beschriebene Zubehörhalterung, und eine damit in Kommunikationsverbindung stehende Fahrdynamikerfassungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine zukünftige Fahrdynamik des Fahrzeugs zu ermitteln. Dabei ist entweder die Fahrdynamikerfassungseinrichtung dazu eingerichtet, das beschriebene Verfahren auszuführen, oder das Fahrzeugsystem weist ferner eine Steuereinrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, das beschriebene Verfahren auszuführen. Alternativ ist die Zubehörhalterung dazu eingerichtet, das beschriebene Verfahren auszuführen.
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In einer Ausführung ist die Fahrdynamikerfassungseinrichtung dazu eingerichtet, von am Fahrzeug angeordneter Umfeldsensorik erfasste Daten zum Umfeld des Fahrzeugs sowie hochgenaue Karteninformationen zu erhalten und derart zu verarbeiten, dass eine zukünftige Fahrdynamik des Fahrzeugs ermittelt wird.
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Ferner wird ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend das beschriebene Fahrzeugsystem, und am Fahrzeug angeordnete Umfeldsensorik, die dazu eingerichtet ist, das Umfeld des Fahrzeugs, speziell dessen aktuelle Bewegung, zu erfassen und an die Fahrdynamikerfassungseinrichtung zur Verarbeitung und Bestimmung der zukünftigen Fahrdynamik weiterzugeben. Ferner weist es eine Einrichtung auf, welche hochgenaue Karteninformationen enthält oder dazu eingerichtet ist, diese von extern abzurufen und an die Fahrdynamikerfassungseinrichtung zur Verarbeitung und Bestimmung der zukünftigen Fahrdynamik weiterzugeben. Die Ermittlung der zukünftigen Fahrdynamik des Fahrzeugs erfolgt also basierend auf den durch die Umfeldsensorik ermittelten Daten und den hochgenauen Karteninformationen.
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Die Umfeldsensorik des Fahrzeugs kann unterschiedlich ausgebildet sein. Sie kann optische Erfassungseinrichtungen wie Kamerasysteme, aber auch Radar, Lidar, Ultraschall und andere Sensoren, vorteilhaft in Kombination, aufweisen. Diese können an unterschiedlichen Bereichen des Fahrzeugs angeordnet sein. Vor allem ab dem Level (hoch)automatisiertes Fahren ist diese Sensorik bereits am Fahrzeug verbaut und es erfolgt eine vorausschauende Berechnung der Fahrdynamik, d.h. beispielsweise auch, welche Gierraten, Drehmomente etc. demnächst auftreten. Diese Informationen werden unter anderem dazu verwendet, den Fahrkomfort zu erhöhen, aber auch, um kritische Situationen vorherzusagen und die Insassen zu warnen oder z.B. Sitze in sichere Positionen zu bringen. Die erfassten Daten können aber auch verwendet werden, um die Positionsregelung der Zubehörhalterung entsprechend der erfassten zukünftigen Fahrdynamik zu regeln.
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Außerdem ist ab einem bestimmten Level des (hoch)automatisierten Fahrens auch eine vollständige Innenraumüberwachung vorhanden, so dass Position und Lage von Sitzen, Insassen, aber auch von Halterungen für Zubehörteile, dem Fahrzeugsystem bekannt sind. Diese Informationen können bei der Ermittlung der Regelung bzw. Steuerung der Position der Zubehörhalterung verwendet werden. Somit kann eine noch genauere Positionsansteuerung abhängig von der Lage der Zubehörhalterung, der Position des Insassen und der ermittelten zukünftigen Fahrdynamik erfolgen. So kann beispielsweise mit Hilfe einer oder mehrerer Innenraumkameras die Bewegung des oder der Insassen beobachtet und diese Information zur Ermittlung der Kompensationsbewegung herangezogen werden.
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Durch die aktive Steuerung der Position bzw. Ausrichtung der Zubehörhalterung und damit des Endgeräts kann unter Verwendung der Information über die unmittelbar vorausliegenden Fahrdynamikeinflüsse eine Kompensation der zu erwartenden Bewegung des an der Zubehörhalterung befestigten Endgeräts durch eine entsprechende Gegenbewegung erfolgen und so die Auftretenswahrscheinlichkeit der Übelkeitsempfindung von Passagieren minimiert werden. Somit ist die komfortable Nutzung von mobilen Endgeräten im Fahrzeug möglich.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung von Anordnungen der Zubehörhalterung und weiterer wichtiger Komponenten, die auch zur Durchführung des Verfahrens dienen, in einem Fahrzeug gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist ein Fahrzeug 1 mit Vordersitz 400 und Rücksitz 450, sowie einem auf dem Rücksitz 450 sitzenden Insassen 10 dargestellt. An der dem Insassen 10 zugewandten Rückseite des Vordersitzes 400 ist eine erfindungsgemäße Zubehörhalterung 300 angeordnet. Zur Befestigung eines mobilen Endgeräts 200, z.B. eines Displays, kann ein Adapter 100 zwischen Zubehörhalterung 300 und mobilem Endgerät 200 vorgesehen sein. Dieser Adapter 100 kann Teil des Zubehörhalterung 300 oder ein separates Teil und daran anbringbar sein. Somit können unterschiedlichste Endgeräte daran befestigt werden. 1 zeigt ferner alternative Anbringungsmöglichkeiten der Zubehörhalterung 300, welche gestrichelt gezeichnet sind. So kann die Zubehörhalterung 300 auch am Bereich des Armaturenbretts 460 oder auch des Lenkrads angeordnet sein, welches beim autonomen Fahren auch zu anderen Zwecken als zum Lenken des Fahrzeugs 1 verwendet werden kann und darf. Auch kann die Zubehörhalterung 300 an einem Dachhimmel 470 angeordnet sein.
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Alle diese Anordnungen können mittels Kabel gebundener oder drahtloser Kommunikationsverbindung mit entsprechenden Steuereinrichtungen, welche hier zusammenfassend als eine einzige Steuereinrichtung 900 dargestellt ist, in Verbindung stehen. Die Steuereinrichtung(en) 900 benötigen zur Ermittlung der Steuerung- bzw. Regelungsparameter zur Positionsanpassung der Zubehörhalterung Informationen zur zukünftigen Fahrdynamik, z.B. hochgenaue Kartendaten, welche entweder im Fahrzeug bzw. einer geeigneten Steuereinrichtung hinterlegt sind oder von extern abgerufen werden können, sowie Berechnungseinrichtungen zur Trajektorienberechnung und zur Positionskorrektur der Zubehörhalterung 300. Diese können in einer Steuereinrichtung 900 vorhanden bzw. integriert, oder in mehreren Steuereinrichtungen 900 verteilt sein, wie oben beschrieben. Vorteilhaft ist es, wenn alle Daten in einer einzigen Steuereinrichtung 900, z.B. der Fahrdynamikerfassungseinrichtung, erfasst und verarbeitet werden. Das Ansteuersignal wird dann an die Stellmotoren der Zubehörhalterung 300 gesendet, so dass keine Verarbeitung von Daten in der Zubehörhalterung 300 erfolgt, sondern lediglich die Stellmotoren bewegt werden. Alternativ kann die Berechnung in der Zubehörhalterung 300 selbst erfolgen, wenn diese über die entsprechenden Schnittstellen zum Empfang der benötigten Signale und eine entsprechend geeignete Berechnungseinheit verfügt.
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Zur Erfassung des Umfelds, d.h. insbesondere zur Trajektorienberechnung, weist das Fahrzeug an vorgegebenen Bereichen entsprechende Sensoren 630, 640 auf. Diese Sensoren 630, 640 können elektromechanische Sensoren, optische Sensoren, Ultraschall, Radar- oder auch Lidar-Sensoren sein, je nach Einsatzzweck.
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Durch Erfassen der Umgebung, Auswerten von hochgenauen Kartendaten und daraus Ermitteln der zukünftigen Fahrdynamik, also des Fahrverhaltens innerhalb einiger nächster Sekunden, kann eine Positionssteuerung der Zubehörhalterung 300 schneller erfolgen, als es eine bisher bekannte, mechanische Halterung möglich macht. Dadurch ist es möglich, die Auftretenswahrscheinlichkeit der Übelkeitsempfindung von Passagieren weiter zu minimieren.
