DE102018204540A1 - A motion compensation system for a passenger transport device, a passenger transport device with a motion compensation system and a method for preventing kinetosis - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Bewegungskompensationssystem (100) für eine Vorrichtung zum Personentransport (105), wobei die Vorrichtung (105) zumindest eine Beförderungseinrichtung (110) aufweist, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Vorrichtung (105) zu bewirken. Das Bewegungskompensationssystem (100) weist zumindest eine Aufnahmeeinrichtung (115) zur Aufnahme einer Person und zumindest eine mechanische Kopplungseinrichtung (120) auf. Die zumindest eine mechanische Kopplungseinrichtung (120) zum Koppeln der Aufnahmeeinrichtung (115) mit der Beförderungseinrichtung (110) ist dazu ausgebildet, um zur Vermeidung von Kinetose eine Relativbewegung zwischen der Aufnahmeeinrichtung (115) und der Beförderungseinrichtung (110) entlang zumindest einer Bewegungsbahn zu ermöglichen.The invention relates to a motion compensation system (100) for a passenger transport device (105), the device (105) comprising at least one transport device (110) adapted to effect movement of the device (105). The motion compensation system (100) has at least one receiving device (115) for receiving a person and at least one mechanical coupling device (120). The at least one mechanical coupling device (120) for coupling the receiving device (115) to the conveying device (110) is designed to allow a relative movement between the receiving device (115) and the conveying device (110) along at least one movement path to avoid kinetosis ,
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht von einer Vorrichtung oder einem Verfahren nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.The invention is based on a device or a method according to the preamble of the independent claims.
Kinetose, auch Reiseübelkeit, Seekrankheit, Bewegungskrankheit oder SMS (symptoms of motion sickness) genannt, stellt einen wesentlichen limitierenden Faktor zukünftiger Mobilität im Allgemeinen und vom Automatisierten Fahren von PKW im Besonderen dar. Kinetose entsteht durch widersprüchliche Informationen der Sinnesorgane zur Bewegung des Körpers und der räumlichen Lage.Kinetosis, also known as travel sickness, seasickness, motion sickness or SMS (symptoms of motion sickness), represents a major limiting factor of future mobility in general and of automated driving in particular. Kinetosis arises from contradictory information of the sensory organs to the movement of the body and the spatial location.
Um Kinetose zu vermeiden, ist es möglich, dem Insassen eines Fahrzeuges während der Fahrt sicht- oder fühlbare Signale zu vermitteln, die in Abhängigkeit von fahrtspezifischen Bewegungsdaten modifiziert werden.In order to avoid kinetosis, it is possible to give the occupant of a vehicle visible or tactile signals while driving, which are modified in dependence on driving-specific movement data.
Die
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Bewegungskompensationssystem, eine Vorrichtung zum Personentransport mit einem solchen Bewegungskompensationssystem und ein Verfahren zur Vermeidung von Kinetose gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Against this background, a motion compensation system, a device for transporting people with such a motion compensation system and a method for preventing kinetosis according to the main claims are presented with the approach presented here. The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the independent claim device are possible.
Bei der Vorrichtung zum Personentransport kann es sich um ein mobiles Verkehrsmittel handeln, beispielsweise um einen PKW, ein Fahrzeug mit automatisiertem Fahrbetrieb, einen Zug, einen Bus oder um ein Luftfahrzeug.The passenger transport device can be a mobile transport, for example a car, a vehicle with automated driving, a train, a bus or an aircraft.
Die Vorrichtung zum Personentransport, beispielsweise ein Auto, weist zumindest eine Beförderungseinrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Vorrichtung zu bewirken. Durch die Beförderungseinrichtung kann die Vorrichtung in Bezug auf die Umgebung der Vorrichtung bewegt werden. Somit kann die Beförderungseinrichtung Einrichtungen zum Beschleunigen und/oder Abbremsen der Vorrichtung aufweisen. Bei der Beförderungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Karosserie samt Antriebsstrang eines Fahrzeugs handeln.The passenger transport device, for example a car, has at least one transport device which is designed to effect a movement of the device. By the transport device, the device can be moved with respect to the environment of the device. Thus, the conveyor may include means for accelerating and / or decelerating the device. The transport device may be, for example, a body together with the drive train of a vehicle.
Das Bewegungskompensationssystem weist zumindest eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme einer Person und eine mechanische Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Aufnahmeeinrichtung mit der Beförderungseinrichtung auf. Bei der Aufnahmeeinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Kapsel oder um einen Sitz für zumindest einen Insassen handeln, der die Vorrichtung zum Personentransport als Fortbewegungsmittel nutzen möchte. In der Aufnahmeeinrichtung können auch mehrere Personen n sitzen. Wobei dann mindestens n-1 Personen mit dem Kopf nicht im optimalen Punkt bzgl. Minimierung der Horizontalkräfte sitzen. Die zumindest eine mechanische Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Aufnahmeeinrichtung mit der Beförderungseinrichtung ist dazu ausgebildet, um zur Vermeidung von Kinetose eine Relativbewegung zwischen der Aufnahmeeinrichtung und der Beförderungseinrichtung entlang zumindest einer Bewegungsbahn zu ermöglichen. Die Kopplungseinrichtung kann beispielsweise ein Kardangelenk oder ein Kugelgelenk umfassen. Auch kann die Kopplungseinrichtung entweder als starrer Verbindungsstab oder als Feder-Dämpfer-Einheit ausgeführt sein. Die Ermöglichung der Relativbewegung kann vorteilhafterweise die Schaffung eines nahezu eigenen Inertialsystems der von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Person, beispielsweise eines Fahrzeuginsassen, bewirken. Die aufgenommene Person bemerkt so vorteilhafterweise die Reisebewegung kaum. Zudem bietet die optisch hermetische Abschirmung den Vorteil, dass die aufgenommene Person in Bezug auf die Fahrtrichtung auch rückwärts gerichtet positioniert werden kann.The motion compensation system has at least one receiving device for receiving a person and a mechanical coupling device for coupling the receiving device with the conveying device. The receiving device can be, for example, a capsule or a seat for at least one occupant who wishes to use the device for transporting people as a means of transportation. In the recording device and several people can sit n. Whereby at least n-1 persons with the head are not in the optimal position with regard to minimizing the horizontal forces. The at least one mechanical coupling device for coupling the receiving device to the conveying device is designed to allow a relative movement between the receiving device and the conveying device along at least one movement path in order to avoid kinetosis. The coupling device may comprise, for example, a universal joint or a ball joint. Also, the coupling device can be designed either as a rigid connecting rod or spring-damper unit. The facilitation of the relative movement can advantageously bring about the creation of a virtually proprietary inertial system of the person picked up by the receiving device, for example a vehicle occupant. The recorded person noticed so advantageously the travel movement hardly. In addition, the optically hermetic shield has the advantage that the recorded person can also be positioned backwards with respect to the direction of travel.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Aufnahmeeinrichtung dazu ausgeformt, ein Sichtfeld einer von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommenen Person gegenüber einer Umgebung der Aufnahmeeinrichtung optisch hermetisch abzuschirmen. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung als optisch abschirmungsbare oder abgeschirmte Kapsel ausgeformt sein, die an ein Element der Beförderungseinrichtung, beispielsweise eine Karosserie eines Fahrzeugs, gekoppelt werden kann. Dazu kann die Aufnahmeeinrichtung eine lichtundurchlässige Wand oder Hülle aufweisen. Die Aufnahmeeinrichtung kann optisch so abgeschirmt sein, dass ein Insasse das Äußere der Aufnahmeeinrichtung nicht erkennen kann. Alternativ kann die Aufnahmeeinrichtung als Sitz beispielsweise einer Fahrkabine ausgeformt sein, wobei die optisch hermetische Abschirmung durch eine entsprechend ausgeformt Brille erreicht werden kann, beispielsweise durch eine Videobrille oder eine Datenbrille oder eine Virtual-Reality-Brille (VR-Brille). Diese Ausführungsformen bieten vorteilhafterweise die Möglichkeit einer besonders einfachen und eleganten Integration von Einrichtungen für Medienkonsum.According to one embodiment, the receiving device is designed to optically hermetically shield a field of view of a person picked up by the receiving device with respect to an environment of the receiving device. For example, the receiving device may be formed as an optically shieldable or shielded capsule, which may be attached to an element of the transport device, for example a body of a vehicle, can be coupled. For this purpose, the receiving device may have an opaque wall or shell. The receiving device may be visually shielded so that an occupant can not recognize the exterior of the receiving device. Alternatively, the receiving device may be formed as a seat, for example, a driver's cab, wherein the optically hermetic shielding can be achieved by a correspondingly shaped glasses, for example by a video glasses or a data glasses or a virtual reality glasses (VR glasses). These embodiments advantageously offer the possibility of a particularly simple and elegant integration of facilities for media consumption.
Gemäß einer Ausführungsform ermöglicht es das Bewegungskompensationssystem unerwünschte Bewegungen der Vorrichtung auszugleichen, sodass die unerwünschten Bewegungen nicht von einer Person wahrgenommen werden, die sich in einem Innenraum oder auf einem Sitz der Vorrichtung befindet. Mittels des Bewegungskompensationssystems kann somit Kinetose vermieden werden. Dabei wird die Ursache der Kinetose bekämpft. Zusätzlich kann ein künstlicher Sinneseindruck geschaffen werden. Mit dem hier vorgestellten Ansatz kann verhindert werden, dass die Bewegung, die durch das Reisen entsteht, von einem Insassen wahrgenommen wird. Dies ermöglicht eine wesentlich angenehmere Art zu reisen, und eine wirksame Kinetose-Prävention. According to one embodiment, the motion compensation system allows unwanted movements of the device to be compensated so that the unwanted movements are not perceived by a person located in an interior or on a seat of the device. Kinetosis can thus be avoided by means of the motion compensation system. The cause of the kinetosis is combated. In addition, an artificial sensory impression can be created. The approach presented here can prevent the movement caused by traveling from being perceived by an occupant. This allows a much more comfortable way to travel, and effective kinetosis prevention.
Der Insasse der Vorrichtung befindet sich gemäß einer Ausführungsform in einem eigenen Inertialsystem und kann nahezu frei von Quer- und Längsbeschleunigungen beispielsweise Medienkonsum betreiben, Lesen, Schreiben oder Malen. Dies ist in aktuellen PKW mit der momentanen Fahrdynamik des Verkehrs - insbesondere auf Landstraßen und innerorts - für einen Großteil der Menschen nicht möglich, ohne Übelkeit (Kinetose) zu erleiden. Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen des hier vorgestellten Ansatzes ein wesentlich höherer Reisekomfort erreicht werden. Zudem ist es durch den hier vorgestellten Ansatz auch Personen, die unter Kinetose leiden, möglich, sich während des Reisens mit anderen Dingen zu beschäftigen, insbesondere Medienkonsum zu betreiben. Der Insasse eines Fahrzeugs ist zudem von der Umgebung des Fahrzeugs optisch hermetisch abgeschirmt, was vorteilhafterweise ermöglicht, den Insassen in Bezug auf die Fahrtrichtung auch rückwärts gerichtet zu positionieren, was bei Kollisionen des Fahrzeugs die Verletzungsschwere des Insassen reduzieren und somit seine Sicherheit erhöhen kann. Somit kann gemäß einer Ausführungsform eine durch Längs- oder Querbeschleunigung hervorgerufene Kinetose vermieden werden. Dabei kann auf Fahrwerke zurückgegriffen werden, die so ausgelegt sind, dass keine kritischen Vertikalschwingungen auftreten, wobei Schwingungen zwischen 0,1 - 0,7 Hz in z-Richtung als kritisch (nach VDI Richtlinie
Die Kopplungseinrichtung des Bewegungskompensationssystems ist gemäß einer Ausführungsform ausgebildet, um die Relativbewegung der Aufnahmeeinrichtung zur Vermeidung von Kinetose herbeizuführen, und/oder zu beschleunigen, und/oder aufrechtzuerhalten, und/oder zu dämpfen und/oder in Ruhelage zu halten. Dies kann vorteilhafterweise eine aktive und somit besonders effektive Kinetose-Prävention ermöglichen.The coupling device of the motion compensation system is formed according to an embodiment to bring about the relative movement of the receiving device to avoid kinetosis, and / or accelerate, and / or maintain, and / or to dampen and / or to keep in rest position. This can advantageously enable active and thus particularly effective kinetosis prevention.
Die Relativbewegung kann gemäß einer Ausführungsform eine ausgleichende Pendelbewegung der Aufnahmeeinrichtung in Bezug auf die Beförderungseinrichtung umfassen. Die Pendelbewegung kann durch eine Auslenkung des Pendels eine Egalisierung der Horizontalkräfte bewirken zur Vermeidung von Kinetose. Die ausgleichende Pendelbewegung bietet den Vorteil, dass Reisebewegungen besonders sanft und dadurch effektiv ausgeglichen werden können.The relative movement may, according to one embodiment, comprise a compensating pendulum movement of the receiving device with respect to the conveying device. The pendulum motion can cause a leveling of the pendulum equalizing the horizontal forces to avoid kinetosis. The compensatory pendulum movement offers the advantage that travel movements can be compensated particularly gently and thus effectively.
Die Aufnahmeeinrichtung kann dementsprechend in verschiedene Richtungen auf Bewegungsbahnen, welche idealerweise denen eines Pendels gleichen, bewegt werden. Dadurch wird ein besonders komfortabler Ausgleich der Fahrbewegung ermöglicht.The receiving device can accordingly be moved in different directions on trajectories which ideally resemble those of a pendulum. This allows a particularly comfortable compensation of the driving movement.
Zudem kann auch eine weitere Relativbewegung oder eine Stabilisierung der Aufnahmeeinrichtung ermöglicht werden, beispielsweise beim Aufnehmen der Person in die Aufnahmeeinrichtung, also beispielsweise beim Ein- oder Aussteigen eines Insassen.In addition, a further relative movement or stabilization of the receiving device can be made possible, for example, when picking up the person in the receiving device, so for example when entering or exiting an occupant.
Die Kopplungseinrichtung ist gemäß einer Ausführungsform ausgebildet, um die Relativbewegung hinsichtlich der Größe des Ausschlags der Relativbewegung entlang der zumindest einen Bewegungsbahn einzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann die Kopplungseinrichtung ausgeformt sein, um die Aufnahmeeinrichtung zu arretieren. Beispielsweise kann die Relativbewegung eingestellt sein, um nur die Größe des Ausschlags der Relativbewegung zu ermöglichen, die von der aufgenommenen Person noch als komfortabel empfunden wird. Vorteilhafterweise ist so beispielsweise auch eine individuelle Anpassung der Relativbewegung in Bezug auf die Kinetose-Empfindlichkeit möglich. Die Möglichkeit, die Größe des Ausschlag der Bewegungsbahn der Relativbewegung einzustellen, bietet außerdem die Möglichkeit, einer besonders kompakten Bauweise des vorgestellten Bewegungssystems in Kombination mit einer Beförderungseinrichtung, in der die Relativbewegung der Aufnahmerichtung ermöglicht werden kann. Die Möglichkeit der Einstellung der Größe des Ausschlags der Relativbewegung und die Möglichkeit einer Arretierung der Aufnahmeeinrichtung bieten zudem den Vorteil einer erhöhten Sicherheit im Falle einer Kollision der Vorrichtung zum Personentransport, beispielsweise während eines Bremsvorganges bei einer Kollision.According to one embodiment, the coupling device is designed to adjust the relative movement with respect to the magnitude of the deflection of the relative movement along the at least one movement path. Additionally or alternatively, the coupling device may be formed to lock the receiving device. For example, the relative movement can be adjusted to allow only the size of the rash of relative movement, which is still perceived by the recorded person as comfortable. Advantageously, for example, an individual adaptation of the relative movement with respect to the kinetosis sensitivity is possible. The ability to adjust the size of the deflection of the movement path of the relative movement, also offers the possibility of a particularly compact design of the presented motion system in combination with a conveying device in which the relative movement of the recording direction can be made possible. The possibility of adjusting the size of the deflection of the relative movement and the possibility of locking the receiving device also offer the advantage of increased security in the event of a collision of the device for passenger transport, for example during a braking operation in a collision.
Zudem ist die Kopplungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgebildet, um eine unkontrollierte Rotationsbewegung der Aufnahmeeinrichtung um die Hochachse der Aufnahmeeinrichtung zu verhindern. Dies kann vorteilhafterweise verhindern, dass die Aufnahmeeinrichtung sich um sich selbst dreht.In addition, the coupling device according to one embodiment is designed to prevent an uncontrolled rotational movement of the receiving device about the vertical axis of the receiving device. This can advantageously prevent the receiving device from rotating around itself.
Das Bewegungskompensationssystem umfasst gemäß einer Ausführungsform eine Regelungseinrichtung, die ausgebildet ist, um die von der Kopplungseinrichtung ermöglichte Relativbewegung zur Kinetose-Prävention herbeizuführen, zu beschleunigen oder zu dämpfenAccording to one embodiment, the motion compensation system comprises a control device that is designed to bring about, accelerate or damp the relative movement for kinetic prevention enabled by the coupling device
Zusätzlich oder alternativ kann die Regelungseinrichtung ausgebildet sein, um die von der Kopplungseinrichtung aktuierte Relativbewegung auszulösen, insbesondere zur Vermeidung von Kinetose. Die Regelungseinrichtung ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders exakte Regelung der Relativbewegung zur Kinetose-Prävention.Additionally or alternatively, the regulating device can be designed to trigger the relative movement actuated by the coupling device, in particular to avoid kinetosis. The control device advantageously allows a particularly accurate control of the relative movement for kinetosis prevention.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Reglungseinrichtung ausgebildet sein, um ein Regelsignal zum Annähern der Relativbewegung an den aperiodischen Grenzfall von einer Einstelleinrichtung zum Bereitstellen des Regelsignals zu empfangen. Der aperiodische Grenzfall ist der Dämpfungszustand eines harmonischen Oszillators. Die Annäherung an den periodischen Grenzfall ist von Vorteil, da ein Überschwingen vermieden werden kann, und gemäß dem aperiodischen Grenzfall die Auslenkung der Relativbewegung und somit die Dämpfung der Reisebewegungen besonders sanft erfolgen kann.According to one embodiment, the control device may be configured to receive a control signal for approximating the relative movement to the aperiodic limit case by an adjusting device for providing the control signal. The aperiodic limit case is the attenuation state of a harmonic oscillator. The approach to the periodic limit case is advantageous because overshoot can be avoided, and according to the aperiodic limit case, the deflection of the relative movement and thus the damping of travel movements can be particularly gentle.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Kopplungseinrichtung zur Ermöglichung der Relativbewegung zumindest ein Gelenk und/oder ein Elastomer-Verbindungselement umfassen. Bei dem Gelenk kann es sich beispielsweise um ein Kardangelenk oder um ein Kugelgelenk handeln. Ein Gelenk als Kopplungseinrichtung kann vorteilhaft sein, weil die Kopplungseinrichtung dann besonders gut in der Form eines Pendels konstruiert werden kann. Ein Elastomer-Verbindungselement zum Koppeln der Aufnahmeeinrichtung mit der Beförderungseinrichtung bietet den Vorteil, dass die Relativbewegung durch die elastisch verformbare Eigenschaft eines Elastomers bereits gedämpft wird, was für die Vermeidung von unerwünschten Schwingungen vorteilhaft sein kann.According to one embodiment, the coupling device may comprise at least one joint and / or one elastomeric connection element for enabling the relative movement. The joint may be, for example, a universal joint or a ball joint. A joint as a coupling device may be advantageous because the coupling device can then be constructed particularly well in the form of a pendulum. An elastomer connecting element for coupling the receiving device to the conveying device has the advantage that the relative movement is already damped by the elastically deformable property of an elastomer, which may be advantageous for avoiding unwanted vibrations.
Die Aufnahmeeinrichtung kann gemäß einer Ausführungsform als Kapsel oder als Sitz oder als Kapsel mit einem Sitz ausgeformt sein. Die Ausformung als Kapsel oder als Kapsel mit einem Sitz ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders einfache Möglichkeit der optisch hermetischen Abschirmung und somit eine kompakte Bauweise. Die Ausformung der Aufnahmeeinrichtung als Sitz ermöglicht vorteilhafterweise, das Bewegungskompensationssystem auch in einer Vorrichtung zum Personentransport einzubauen, in der mehrere Personen transportiert werden können. Zusätzlich kann diese Ausformung beispielsweise auch die personen- oder insassenspezifische Anpassung der Relativbewegung an die aufgenommene Person ermöglichen, was vorteilhafterweise eine besondere Anpassung der Kinetose-Prävention, beispielsweise im Maße der Kinetose-Empfindlichkeit ermöglicht.The receiving device may be formed according to an embodiment as a capsule or a seat or a capsule with a seat. The shape as a capsule or capsule with a seat advantageously allows a particularly simple way of optically hermetic shielding and thus a compact design. The shaping of the receiving device as a seat advantageously makes it possible to install the motion compensation system in a device for transporting people, in which several persons can be transported. In addition, this shaping can, for example, also enable the person or inspecific adaptation of the relative movement to the person being picked up, which advantageously allows a special adaptation of the kinetosis prevention, for example as a function of the sensitivity to kinetosis.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Bewegungskompensationssystem eine Bildanzeigeeinrichtung zum Anzeigen eines Bildes für zumindest eine von der Aufnahmeeinrichtung aufgenommene Person. Dabei ist die Bildanzeigeeinrichtung gemäß einer Ausführungsform mechanisch an die Aufnahmeeinrichtung gekoppelt. Durch die mechanische Kopplung ist die Bildanzeigeeinrichtung vorteilhafterweise an das gleiche Inertialsystem wie die Insassen gekoppelt und führt somit deren Bewegungen mit durch. Bei der Bildanzeigeeinrichtung kann es sich beispielsweise um einen Bildschirm in der Aufnahmeeinrichtung oder um ein der Aufnahmeeinrichtung projiziertes Bildsignal oder einen an einen Sitz gekoppelten Bildschirm oder um einen an ein Multimediasystem eines Fahrzeugs gekoppelten Bildschirm handeln. Auch kann die Bildanzeigeeinrichtung eine Datenbrille oder eine Videobrille sein, die von einem Insassen getragen werden kann. Zudem kann vorteilhafterweise eine besonders komfortable Mediennutzung ermöglicht werden.According to one embodiment, the motion compensation system comprises an image display device for displaying an image for at least one person picked up by the recording device. In this case, the image display device according to one embodiment is mechanically coupled to the receiving device. Due to the mechanical coupling, the image display device is advantageously coupled to the same inertial system as the occupants and thus carries along their movements. The image display device may be, for example, a screen in the recording device or an image signal projected onto the recording device or a screen coupled to a seat or a screen coupled to a multimedia system of a vehicle. Also, the image display device may be data glasses or video glasses that can be carried by an occupant. In addition, advantageously a particularly comfortable media use can be made possible.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner eine Vorrichtung zum Personentransport. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Beförderungseinrichtung, die dazu ausgebildet ist, eine Bewegung der Vorrichtung zu bewirken, und ein genanntes Bewegungskompensationssystem, wobei die Aufnahmeeinrichtung des Bewegungskompensationssystems über die Kopplungseinrichtung des Bewegungskompensationssystems mit der Beförderungseinrichtung gekoppelt ist. Bei dieser Vorrichtung kann es sich um ein Fahrzeug mit einem beschriebenen Bewegungskompensationssystem gemäß Ausführungsformen handeln, insbesondere um ein PKW, beispielsweise um einen PKW mit automatisiertem Fahrsystem.The approach presented here also provides a device for transporting people. The device comprises at least one transport device, which is designed to effect a movement of the device, and a said motion compensation system, wherein the receiving device of the motion compensation system via the coupling device of the motion compensation system with the transport device is coupled. This device may be a vehicle with a described motion compensation system according to embodiments, in particular a car, for example a car with an automated driving system.
Es wird ein Verfahren zur Kinetose-Prävention in einer entsprechenden Vorrichtung zum Personentransport gemäß Ausführungsformen vorgestellt. Das Verfahren umfasst einen Schritt des Aktuierens einer Relativbewegung zur Vermeidung von Kinetose, um eine Minimierung der Horizontalkräfte innerhalb der Aufnahmeeinrichtung des Bewegungskompensationssystems zu bewirken und/oder eine Ruhelage der Aufnahmeeinrichtung des Bewegungskompensationssystems aufrechtzuerhalten oder herbeizuführen. Das Aktuieren erfolgt somit, um die Relativbewegung der Aufnahmeeinrichtung des Bewegungskompensationssystems zur Vermeidung von Kinetose zu bewirken, und/oder zu beschleunigen, und/oder aufrechtzuerhalten und/oder zu dämpfen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Aktuierung beispielsweise in Annäherung an den aperiodischen Grenzfall erfolgen.A method of kinetosis prevention in a corresponding passenger transport device according to embodiments is presented. The method includes a step of actuating a relative movement to prevent kinetosis to cause a minimization of the horizontal forces within the receiving means of the motion compensation system and / or to maintain or induce a rest position of the receiving means of the motion compensation system. The actuation thus takes place in order to bring about and / or to accelerate, and / or to maintain and / or to dampen the relative movement of the receiving device of the motion compensation system for preventing kinetosis. According to one embodiment, the actuation can take place, for example, in approximation to the aperiodic limit case.
Das Verfahren kann einen Schritt des Anzeigens eines Bildes für eine von der Aufnahmeeinrichtung des Bewegungskompensationssystems aufgenommene Person umfassen, um die Kinetose-Prävention zu unterstützen. Dieses Verfahren ermöglicht vorteilhafterweise die Unterstützung der Kinetose-Prävention durch eine visuelle Darstellung.The method may include a step of displaying an image for a person picked up by the receiving device of the motion compensation system to assist in preventing the kinetosis. This method advantageously enables the support of kinetosis prevention by visual presentation.
Dieses Verfahren kann beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.This method can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung eines Bewegungskompensationssystems für eine Vorrichtung zum Personentransport gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
2 eine schematische Darstellung bezüglich einer Relativbewegung einer Aufnahmeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
4 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
5 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
6 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem weiterem Ausführungsbeispiel; -
7 eine schematische Darstellung einer Regelungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
8 eine schematische Darstellung eines Bewegungskompensationssystems für eine Vorrichtung zum Personentransport mit mehreren Aufnahmevorrichtungen als Sitze gemäß einem Ausführungsbeispiel; -
9 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; -
10 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und -
11 Kennlinien bezüglich einer Bewegung der Aufnahmeeinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
-
1 a schematic representation of a motion compensation system for a device for passenger transport according to an embodiment; -
2 a schematic representation with respect to a relative movement of a receiving device according to an embodiment; -
3 a flowchart of a method according to an embodiment; -
4 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to an embodiment; -
5 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to a further embodiment; -
6 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to a further embodiment; -
7 a schematic representation of a control device according to an embodiment; -
8th a schematic representation of a movement compensation system for a device for transporting people with a plurality of receiving devices as seats according to an embodiment; -
9 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to a further embodiment; -
10 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to an embodiment; and -
11 Characteristics with respect to a movement of the receiving device according to a further embodiment.
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.In the following description of favorable embodiments of the present invention, the same or similar reference numerals are used for the elements shown in the various figures and similar acting, wherein a repeated description of these elements is omitted.
Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung
Das Bewegungskompensationssystem
Beispielhaft sind in
Die Aufnahmeeinrichtung
Sowohl die Aufnahmeeinrichtung
Sowohl die innere Kapsel, also die Aufnahmeeinrichtung
In der optisch hermetisch abgeschlossenen Kapsel der Aufnahmeeinrichtung
Es können sowohl starre wie auch bewegte Bilder projiziert werden, sowie gegebenenfalls besonders günstige Umgebungen und/oder Motive, welche die für den bzw. die Insassen der Aufnahmeeinrichtung
Dadurch sind keine aufwendigen Anpassungen von Neigung und Position des projizierten Bildes notwendig. Dies stellt eine robuste und elegante Möglichkeit dar, eine weitestgehend von den Fahrbewegungen entkoppelte Multimedia-Umgebung (Innenraum als „privater Kinosaal“) für den Insassen zu schaffen.As a result, no costly adjustments to the tilt and position of the projected image are necessary. This provides a robust and elegant way to create a largely isolated from the driving movements multimedia environment (interior as a "private movie theater") for the occupant.
Damit ist auch die Voraussetzung für die Anzeige eines künstlichen Horizonts geschaffen, der beliebig gestaltet werden und - optional zuschaltbar durch den (technikaffinen) Insassen - in das Bild eingeblendet werden kann. Somit ist die Bildanzeigeeinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Kopplungseinrichtung
Je nach Ausführungsform ermöglicht die Kopplungseinrichtung eine Dämpfung einer linearen Relativbewegung in z-Richtung des Koordinatensystems der Aufnahmeeinrichtung. Damit kann ein erhöhter Komfort sowohl bzgl. Fahrbahnunebenheiten als auch in den Umkehrpunkten der Pendelbewegungen erreicht werden.According to one embodiment, the coupling device comprises
Depending on the embodiment, the coupling device allows a damping of a linear relative movement in the z-direction of the coordinate system of the receiving device. Thus, increased comfort can be achieved both with respect to road bumps and in the reversal points of the oscillations.
Zudem ist die Kopplungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform ausgebildet, um eine Rotationsbewegung der Aufnahmeeinrichtung um die Hochachse der Aufnahmeeinrichtung zu verhindern. Dies kann vorteilhafterweise verhindern, dass die Aufnahmeeinrichtung sich um sich selbst dreht.In addition, according to one embodiment, the coupling device is designed to prevent a rotational movement of the receiving device about the vertical axis of the receiving device. This can advantageously prevent the receiving device from rotating around itself.
Beispielhaft sind Endpositionen für zwei Bewegungsbahnen
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Kopplungseinrichtung
Die Relativbewegung umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel eine ausgleichende Pendelbewegung der Aufnahmeeinrichtung
Wenn die Relativbewegung gemäß diesem Ausführungsbeispiel als eine ausgleichende Pendelbewegung erfolgt, kann sich der Schwerpunkt des Pendels in der Form der Aufnahmeeinrichtung
Die Relativbewegung gemäß einem Ausführungsbeispiel als Pendelbewegung zu bewirken, dient der Vermeidung von Kinetose. Wird beispielsweise eine mit Wasser gefüllte Tasse in ein Tuch gepackt, welches als Pendel gefaltet wird, werden Horizontalkräfte durch die Auslenkung des Pendels egalisiert, sodass sich für das Wasser in der Tasse ein Inertialsystem ergibt, welches (nahezu) frei von Horizontalkräften ist (exakt gültig für eine Punktmasse, siehe mathematisches Pendel). Das Wasser bleibt somit trotz „Schräglage“ in der Tasse. Um nun der Kinetose vorzubeugen, gilt es, die Horizontalkräfte zu egalisieren. Orientierend an obigen Beispiel ergibt sich der Ansatz, die Aufnahmeeinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfolgt die Relativbewegung der Aufnahmeeinrichtung
Die Kopplungseinrichtung
Zudem ist die Kopplungseinrichtung
Die Kopplungseinrichtung
Bei der Kopplung mit einem Elastomer-Verbindungselement erfolgt eine Federung und Dämpfung der Relativbewegung der Aufnahmeeinrichtung
Die Kopplung erfolgt gemäß Ausführungsbeispielen als Aufhängung der Aufnahmeeinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Relativbewegung eine ausgleichende Pendelbewegung der Aufnahmeeinrichtung
In einem Schritt
Das Verfahren
In der Simulation erfolgte die Dämpfung der Schwingungen der Aufnahmeeinrichtung in geringem Maße mittels Elastomerbändern als Elastomer-Verbindungselement. Im Ziel sind die Schwingungen des Pendels in der Form der Kopplungseinrichtung durch ein Feder-Dämpfer-System und/oder einer geeigneten Aktorik so einzustellen, dass ein Einschwingen in der Form des aperiodischen Grenzfalls erfolgt, in der momentanen Anwendung: z.B. mittels Stoßdämpfer.In the simulation, the damping of the vibrations of the receiving device took place to a small extent by means of elastomer bands as elastomeric connector. In the target, the oscillations of the pendulum in the form of the coupling device are adjusted by a spring-damper system and / or a suitable actuator so that a transient takes place in the form of the aperiodic limit case, in the current application: e.g. by means of shock absorber.
Die Bewegung der Aufnahmeeinrichtung lässt sich durch folgende Differentialgleichung darstellen:
- m :
- Masse im Schwerpunkt des Pendels
- I :
- Länge des Pendels
- g:
- Erdbeschleunigung (9.81 m/(s^2))
- a_y:
- Beschleunigung durch Bremsung oder Fliehkräfte
- d = 2*sqrt(l*g)*m:
- aperiodischer Grenzfall
- F_tangential_ext = m* cos(phi)* a_y:
- Kraft tangential zur Bahnkurve des Pendels
- Phi:
- Auslenkwinkel des Pendels (rad)
- phi_dot:
- Winkelgeschwindigkeit (rad/s)
- phi_dotdot:
- Winkelbeschleunigung (rad/(s^2))
- m:
- Mass in the center of gravity of the pendulum
- I:
- Length of the pendulum
- G:
- Gravitational acceleration (9.81 m / (s ^ 2))
- a_y:
- Acceleration due to braking or centrifugal forces
- d = 2 * sqrt (l * g) * m:
- aperiodic limit case
- F_tangential_ext = m * cos (phi) * a_y:
- Force tangential to the trajectory of the pendulum
- Phi:
- Deflection angle of the pendulum (rad)
- phi_dot:
- Angular velocity (rad / s)
- phi_dotdot:
- Angular acceleration (rad / (s ^ 2))
Außerdem ist eine Kennlinienschar
Mittels einer geregelten Dämpfung / Aktorik kann das Erreichen der Zielposition beschleunigt werden, ohne die Vorteile des aperiodischen Grenzfalls aufgeben zu müssen. Zwei beispielhafte Simulationen mittels P-Regler sind in der folgenden
Gezeigt ist eine Kennlinie
Die Kennlinie
Gezeigt ist eine Kennlinie
Die Dämpfung kann aktiv gesteuert, adaptiv oder konstant erfolgen. Aufgrund der unterschiedlichen Empfindlichkeit bzgl. Kinetose innerhalb der menschlichen Population kann es sinnvoll sein, die Stärke der Dämpfung und Aktuierung adaptiv bzw. vom Fahrer einstellbar zu gestalten. So bevorzugen einige Personen möglicherweise Überschwinger, empfindliche Personen dagegen eher nicht.The damping can be actively controlled, adaptive or constant. Due to the different sensitivity with respect to kinetosis within the human population, it may be useful to make the intensity of the damping and actuation adaptive or adjustable by the driver. For example, some people may prefer overshoots, but more sensitive individuals may not.
Ausführungsbeispiele für eine Regelung der Dämpfung und Aktuierung der Relativbewegung sind in der folgenden
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Reglungseinrichtung
Die Regelungseinrichtung
Ein Aktuator der Regelungseinrichtung
Es gibt verschiedene Möglichkeiten der Ausführung der Regelungseinrichtung
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Kopplungseinrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird bei der Variante
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst jede Aufnahmevorrichtung
Da gemäß diesem Ausführungsbeispiel keine als optisch hermetisch abgeschirmte Kapsel realisierte Aufnahmeeinrichtung vorgesehen ist, sondern nur Aufnahmeeinrichtungen
Gemäß dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Aufnahmeeinrichtung dabei als arretierter Sitz ausgeführt. Gezeigt ist eine Kennlinie
Gezeigt ist eine Kennlinie
Insgesamt
Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.If an exemplary embodiment comprises a "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |