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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs aufweisend ein Head-Up-Display sowie ein adaptives Dämpfersystem. Die Erfindung betrifft ferner ein zum Durchführen des Verfahrens eingerichtetes Kraftfahrzeug.
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In Erweiterung klassischer Anzeigesysteme kommen sogenannte Head-Up-Displays, HUD, in Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Dabei leitet sich der Begriff Head-Up-Display aus der Besonderheit dieser Anzeigesysteme ab, einen Anzeigeinhalt in das Sichtfeld eines Nutzers zu projizieren. In der Regel basieren HUDs auf der Projektion von Anzeigeinhalten auf einen vor dem Nutzer liegenden transparenten Schirm, wie beispielsweise die Windschutzscheibe eines Fahrzeugs. Dabei entsteht der Eindruck, als würden die Anzeigeinhalte mit einer Entfernung von etwa zweieinhalb Metern frei über der Motorhaube im Sichtfeld des Fahrers schweben.
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Der Fahrer muss somit weder seine Kopfhaltung noch seine Blickrichtung anpassen, beispielsweise senken („Head-down“), um die Anzeigeinhalte wahrzunehmen. So soll es dem Nutzer ermöglicht werden, sein Sichtfeld unterbrechungsfrei auf ein vor dem Kraftfahrzeug liegendes Areal zu richten. Bei konventionellen Anzeigemitteln, wie beispielsweise im Armaturenbrett eines Fahrzeugs angeordneten Bildschirmen, kann der Nutzer nachteilig beim Blick auf das Anzeigemittel die vor dem Fahrzeug auftretenden Ereignisse kurzzeitig nicht wahrnehmen.
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Ebenfalls bekannt ist die Weiterentwicklung von HUD-Konzepten zu sogenannten kontaktanalogen Head-Up-Displays, kHUDs, welche unter Zuhilfenahme von Augmented Reality, AR, Technologie die transparente Überlagerung des fernen Sichtbereichs des Fahrers und insbesondere die Anzeige virtueller Informationen in Überlagerung mit einem relevanten Objekt des Straßenbilds ermöglichen. Beispielsweise kann ein Indikator zur Personenwarnung in Überlagerung mit der Person im fernen Sichtbereich des Fahrers dargestellt werden. Bei diesen kHUDs wirken sich jedoch räumliche und zeitliche Diskrepanzen zwischen der überlagerten Darstellung der virtuellen Anzeige über dem realen Objekt besonders negativ auf den Eindruck der Überlagerung und entsprechend auf die Funktionalität des Systems aus.
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Ausgehend von einer zunächst orts- und zeitkorrekt überlagerten Darstellung eines realen Objekts mit virtuellen Inhalten, führen insbesondere Bewegungen des Fahrzeugaufbaus zu derartigen räumlichen und zeitlichen Diskrepanzen. Die Bewegungen des Fahrzeugaufbaus sind dabei in der Regel durch die befahrene Fahrbahn oder durch Beschleunigungs- und Lenkvorgänge des Fahrzeugs induziert. Ein Ausgleich der Aufbaubewegungen durch angepasste Darstellung der virtuellen Inhalte ist denkbar, setzt jedoch eine genaue Kenntnis der Bewegungen des Fahrzeugaufbaus voraus. Nachteilig sind die bekannte Sensorik sowie Verfahren zur Prognose von Fahrzeugaufbaubewegungen nicht in der Lage, Informationen zu diesen Bewegungen mit hoher Genauigkeit und gleichzeitig geringer Latenz bereitzustellen.
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Die
DE 10 2014 013 408 A1 betrifft ein Verfahren zur Darstellung von Umgebungsinformationen eines Fahrzeugs, wobei optische Umgebungsinformationen mittels zumindest einer Anzeigeeinheit derart dargestellt werden, dass reale optische Umgebungsinformationen mit virtuellen Bilddaten überlagert werden.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu verringern oder zu überkommen und ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit einem kHUD, bereitzustellen, welches Diskrepanzen bei der Darstellung reale Objekte überlagernder virtueller Informationen minimiert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils rückbezogenen Patentansprüche.
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug zumindest ein kontaktloses Head-Up-Display, kHUD, und ein semiaktives Dämpfersystem aufweist. Dabei ist das kHUD dafür eingerichtet, zumindest einen virtuellen Inhalt in Überlagerung mit zumindest einem realen Objekt darzustellen. Bei dem realen Objekt handelt es sich beispielsweise um eine vor dem Fahrzeug befindliche Person und bei dem virtuellen Inhalt handelt es sich beispielsweise um einen Personenwarnungsindikator. Alternativ handelt es sich bei dem realen Objekt um ein Verkehrsschild und bei dem virtuellen Inhalt um ein Verkehrsschildindikator. Ebenso kann es sich bei dem realen Objekt um eine Straßeneinbiegung und bei dem virtuellen Inhalt um eine Navigationsanweisung handeln. Dem Fachmann sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten einer augmentierten Darstellung bekannt.
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Bei dem semiaktiven Dämpfersystem des Fahrzeugs handelt es sich um ein Dämpfersystem, das dafür eingerichtet ist selektiv mit einer von einer Vielzahl von Dämpferkennlinien betrieben zu werden. Dämpfersysteme lassen sich im Wesentlichen in drei Gruppen einteilen, nämlich passive, aktive und semiaktive Dämpfersysteme. Passive Dämpfersysteme sind dabei nur einmalig durch Auswahl der Komponenten des Dämpfersystems, insbesondere Federn und Dämpfer, an ein zu erwartendes Fahrbahn- beziehungsweise Streckenprofil anpassbar. Bei aktiven Dämpfersystemen sind Bauteile wie Federn und Dämpfer durch Aktoren ersetzt, welche die sonst von diesen passiven Bauteilen aufgebrachten Kräfte erzeugen. Semiaktive Dämpfersysteme verwenden hingegen weiterhin Federn und Dämpfer, jedoch sind die Dämpferkennlinien mittels geeigneter Ansteuerung über weite Bereiche veränderbar. Das Kraftfahrzeug des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein semiaktives Dämpfersystem auf.
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Bevorzugt ist das semiaktive Dämpfersysteme dafür eingerichtet, dass ein Fluss des im Dämpfer eingesetzten Fluides angepasst wird. Dies erfolgt besonders bevorzugt, indem der von dem Fluid erfahrene Strömungswiderstand mittels (proportionaler) Verstellerventile angepasst wird. Ebenfalls bevorzugt, werden die rheologischen Eigenschaften des eingesetzten Fluides selbst angepasst. Dies erfolgt bei magneto- oder elektrorheologischen Fluiden bevorzugt durch Anlegen eines geeigneten elektromagnetischen Felds. Besonders bevorzugt ist das semiaktive Dämpfersystem zum Anpassen des erfahrenen Strömungswiderstands und zum Anpassen der rheologischen Eigenschaften des Fluides (Fluidviskosität) eingerichtet. Die Dämpferkennlinie des semiaktiven Dämpfersystems definiert die Antwort (Reaktion wie beispielsweise Eintauchtiefe) des Dämpfers auf eine einwirkende Kraft, beispielsweise für eine Vielzahl verschieden starker und/oder unterschiedlich lang andauernder Krafteinwirkungen. Die Dämpferkennlinie kann dabei als solche hinterlegt sein und/oder das reale Verhalten des Dämpfers beschreiben, das beispielsweise über einen Ventilwert kontinuierlich einstellbar ist.
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Das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kraftfahrzeug weist darüber hinaus noch weitere Komponenten auf, wie untenstehend noch in größerem Detail erläutert wird. Insbesondere weist das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Kraftfahrzeug eine Steuereinheit auf, die zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Verfahrensschritte auf.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ein Erkennen eines in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs befindlichen realen Objekts. Dem Erkennen des realen Objekts geht dabei in aller Regel ein Erfassen des realen Objekts voraus. Dieses Erfassen erfolgt dabei bevorzugt mittels zumindest eines zum Erfassen von Umgebungsinformationen ausgebildeten ersten Sensors. Bei dem ersten Sensor handelt es sich bevorzugt um eine Kamera, einen auf Ultraschall basierendem Detektor oder einen auf Laserlicht basierendem Detektor (LIDAR).
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Dem Erfassen des realen Objekts folgt in der Regel ein automatisiertes Erkennen des Objekts durch Verfahren der Signalverarbeitung, beispielsweise durch algorithmische Bildsegmentierung und Bilderkennung. Derartige Verfahren sind dem Fachmann bekannt und können vorteilhaft unter der Verwendung von künstlicher Intelligenz durchgeführt werden.
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Im Ergebnis liegt im erfindungsgemäßen Verfahren eine Information über ein in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs befindliches reales Objekt vor, wobei diese Informationen eine Spezifikation des Objekts (beispielsweise Kategorie: Verkehrsschild, Art: Geschwindigkeitsbegrenzung; Unterart: max. 130km/h) sowie Lageinformationen des Objekts aufweisen. Die Lageinformationen umfassen dabei insbesondere einen Abstand und eine relative Orientierung zum Fahrzeug. Die Lageinformationen werden bevorzugt unmittelbar vom Fahrzeug erfasst (beispielsweise mittels LIDAR) und/oder aus erfassten Bildinformationen rechnerisch abgeleitet (beispielsweise basierend auf bekannten Ausdehnungen von Objekten).
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Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ferner das Ermitteln eines virtuellen Inhalts zum Augmentieren des erkannten realen Objekts. Wie vorstehend ausgeführt werden bevorzugt verschiedene Indikatoren zum Augmentieren verschiedener Klassen realer Objekte verwendet. Diese Indikatoren unterscheiden sich beispielsweise in Farbe, Form, Größe und dergleichen. Wie ebenfalls ausgeführt, werden Navigationsanweisungen zum Augmentieren eines Streckenverlaufs genutzt, wobei die Navigationsanweisung gegebenenfalls ferner von einer geplanten Routenführung des Kraftfahrzeugs abhängt. Ebenso bevorzugt ist die Auswahl des virtuellen Inhalts von Nutzerpräferenzen und/oder Nutzereinstellungen abhängig.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ferner eine Darstellung des virtuellen Inhalts in Überlagerung mit dem realen Objekt mittels des kHUD unter Verwendung einer Darstellungskorrektur. Dabei erfolgt eine Projektion des virtuellen Inhalts auf eine Projektionsfläche derart, dass die Projektion von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs in Überlagerung mit dem realen Objekt wahrgenommen wird. Die Positionierung des virtuellen Inhalts hängt dabei nicht nur von der Relativposition des realen Objekts zum Kraftfahrzeug sondern auch von der Relativposition des Fahrers, insbesondere von dessen Augen, zur Projektionsfläche ab. Die Relativposition des realen Objekts zum Kraftfahrzeug wird dabei aus den Lageinformationen abgeleitet und die Relativposition des Fahrers zum Kraftfahrzeug ist bevorzugt in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs gespeichert und basiert besonders bevorzugt auf einer initialen Konfiguration und/oder einem Nutzerprofil des Fahrers.
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Bei der Projektionsfläche handelt es sich vorzugsweise um die gesamte Fläche eines transparenten Schirms oder die Windschutzscheibe des Kraftfahrzeugs, in der prinzipiell eine Darstellung des virtuellen Inhalts mittels HUD möglich ist. Ebenfalls bevorzugt erfolgt eine Projektion des virtuellen Inhalts mittels des HUD über die Projektionsfläche in ein Sichtfeld des Fahrers. Hierbei dient die Projektionsfläche vor allem der Reflektion des projizierten virtuellen Inhalts in das Sichtfeld des Fahrers. Aufgrund der Transparenz des Schirms oder der Windschutzscheibe erfolgt diese Reflektion wie an einem halbdurchlässigen Spiegel. So nimmt der Fahrer den von dem HUD projizierten virtuellen Inhalt als mit der hinter der Windschutzscheibe befindlichen Umwelt (beziehungsweise Fahrbahn) überlagert wahr.
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Im erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt ferner eine Auswahl einer der Vielzahl von Dämpferkennlinien des semiaktiven Dämpfersystems in Vorbereitung der Darstellung des virtuellen Inhalts, insbesondere in Vorbereitung der Darstellung des virtuellen Inhalts in Überlagerung mit dem realen Objekt. Dies ermöglicht vorteilhaft eine eindeutige Charakterisierung des semiaktiven Dämpfersystems in Vorbereitung der Darstellung, wobei eine solche Charakterisierung auf verschiedene Weise Verwendung finden kann. Wie im Folgenden im Detail beschrieben, kann die eindeutige Charakterisierung zur gezielten Ansteuerung des Fahrwerkes im Moment der Anzeige des augmentierten virtuellen Inhalts als auch zur simulativen Berechnung der Fahrzeugaufbaubewegung verwendet werden.
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In der Regel erfolgt die augmentierte Darstellung des virtuellen Inhalts nicht dauerhaft sondern lediglich zeitweise, beispielsweise zur situativen Augmentierung zeitweise in Fahrtrichtung des Fahrzeugs befindlicher realer Objekte. Mit anderen Worten erfolgt die augmentierte Darstellung des virtuellen Inhalts lediglich zu einem bestimmten Zeitpunkt beziehungsweise lediglich für einen bestimmten Zeitraum. Eine Auswahl einer der Vielzahl von Dämpferkennlinien des semiaktiven Dämpfersystems in Vorbereitung der Darstellung des virtuellen Inhalts bezeichnet somit eine Auswahl einer solchen Dämpferkennlinie im Vorfeld und im Hinblick auf die Darstellung. Mit anderen Worten erfolgt die Auswahl nicht nur lediglich zuvor sondern auch zeitlich korreliert mit, sprich zur Vorbereitung, der Darstellung. Insbesondere erfolgt die Auswahl innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums vor der Darstellung und/oder innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums nach dem Ermitteln eines virtuellen Inhalts zum Augmentieren des erkannten realen Objekts. Somit löst der Verfahrensschritt des Ermittelns eines virtuellen Inhalts zum Augmentieren des erkannten realen Objekts im erfindungsgemäßen Verfahren das Durchführen des Verfahrensschritts des Auswählens einer der Vielzahl von Dämpferkennlinien des semiaktiven Dämpfersystems in Vorbereitung der Darstellung des virtuellen Inhalts aus.
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In einer bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt eine Auswahl der Dämpferkennlinie derart, dass eine zu erwartende Fahrzeugaufbaubewegung minimiert wird. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass verschiedene Einstellungen eines semiaktiven Dämpfersystems bei gleichen Krafteinwirkungen auf das Fahrzeug (beispielsweise durch ein Fahrbahnprofil oder Beschleunigungs- oder Lenkvorgänge) zu verschiedenen Fahrzeugaufbaubewegungen führen. Somit kann einer bestimmten Einstellung beziehungsweise einer bestimmten Dämpferkennlinie eines semiaktiven Dämpfersystems einer bestimmten mittleren Fahrzeugantwort auf eine definierte Krafteinwirkung zugeordnet werden. Dies erlaubt ebenfalls die Identifikation zumindest einer Dämpferkennlinie, welche bei gleichbleibender Einwirkung auf das Kraftfahrzeug eine resultierende Bewegung des Fahrzeugaufbaus minimiert. Bevorzugt wird im erfindungsgemäßen Verfahren in Vorbereitung der augmentierten Darstellung des virtuellen Inhalts eine solche Dämpferkennlinie ausgewählt.
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In einer erfindungsgemäßen Durchführungsform des Verfahrens weist dies ferner den Verfahrensschritt des Betreibens des semiaktiven Dämpfersystems mit der einen ausgewählten Dämpferkennlinie im Moment der Darstellung des virtuellen Inhalts auf. Indem die ausgewählte Dämpferkennlinie bevorzugt so ausgewählt wurde, dass eine zu erwartende Fahrzeugaufbaubewegung minimiert wird, erfolgt im Moment der Darstellung des virtuellen Inhalts tatsächlich eine Minimierung der Bewegung des Fahrzeugaufbaus. Somit wird im erfindungsgemäßen Verfahren der Entstehung von Diskrepanzen zwischen der Position des dargestellten virtuellen Inhalts und des realen Objekts vorteilhaft entgegen gewirkt, indem die Wahrscheinlichkeit und/oder Amplitude von Fahrzeugaufbaubewegungen reduziert wird. Die augmentierte Darstellung erfolgt in der Regel nur kurzzeitig, so dass auch der Betrieb des semiaktiven Dämpfersystems mit der einen ausgewählten Dämpferkennlinie vorzugsweise nur kurzzeitig, beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Intervalls um die augmentierte Darstellung, erfolgt. Somit bleiben Fahrverhalten und Komfort des Fahrzeugs weitgehend stabil.
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In einer ebenfalls bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das semiaktive Dämpfersystem zum Betrieb mit kontinuierlich veränderbaren Dämpfereigenschaften eingerichtet. Wie bereits vorstehend ausgeführt, ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass verschiedene Betriebsmodi eines semiaktiven Dämpfersystems, d.h. verschiede Dämpferkennlinien einen enormen Einfluss auf Fahrzeugaufbaubewegungen haben. Eine Vielzahl bekannter semiaktiver Dämpfersysteme arbeitet jedoch nicht mit derartigen vordefinierten Betriebsmodi, sondern ist zum Betrieb mit kontinuierlich veränderbaren Dämpfereigenschaften eingerichtet. Beispielsweise kann zur Einstellung des Dämpferverhaltens ein beliebiger Strom zum kontinuierlichen Öffnen oder Schließen eines im Dämpferbein verbauten Ventils angelegt werden. Somit ändert sich der Öffnungsgrad des Ventils und somit die Dämpferkennlinie kontinuierlich beziehungsweis in beliebig vielen Stufen.
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Bei einem solchen Dämpfersystem erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren in Vorbereitung der augmentierten Darstellung dennoch eine Auswahl einer der Vielzahl von Dämpferkennlinien. Dabei ist die eine ausgewählte Dämpferkennlinie bevorzugt eine vordefinierte Dämpferkennlinie des semiaktiven Dämpfersystems und korrespondiert bevorzugt zu einem definierten Betriebsmodi. Die Auswahl einer bestimmten Dämpferkennlinie ermöglicht auch bei einem kontinuierlich einstellbaren Dämpfersystem vorteilhaft eine eindeutige Charakterisierung des semiaktiven Dämpfersystems. Dies ist sowohl für den Betrieb des Dämpfersystems als auch für die Simulation des Kraftfahrzeugs während der Augmentierung vorteilhaft. So wird im Betrieb vorzugsweise sichergestellt, dass eine Fahrzeugaufbaubewegung minimiert wird. Die Simulation des Kraftfahrzeugs mit einer eindeutig charakterisierten Dämpferkennlinie ermöglicht erfindungsgemäß das Ermitteln präziser Darstellungskorrekturen für die augmentierte Darstellung.
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In einer ferner bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt zudem ein Ermitteln einer zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung des Kraftfahrzeugs basierend auf der ausgewählten einen Dämpferkennlinie. Unabhängig von der originären Ursache der Fahrzeugaufbaubewegung geht die Dämpfercharakteristik stets in die mathematische beziehungsweise rechentechnische Ermittlung der Fahrzeugantwort ein. Durch Verwendung der ausgewählten, exakt charakterisierten Dämpferkennlinie wird auch die Ermittlung der Fahrzeugantwort spezifiziert und verbessert. Gemäß dieser Durchführungsform erfolgt ferner ein Anpassen der Darstellung des virtuellen Inhalts in Überlagerung mit dem realen Objekt zum Ausgleich der zu erwarteten Fahrzeugaufbaubewegung des Kraftfahrzeugs.
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In einer besonders bevorzugten Durchführungsform erfolgt das Anpassen der Darstellung des virtuellen Inhalts durch ein Verlagern einer Projektionsposition des virtuellen Inhalts in einer der zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung entgegengesetzten Richtung. Wird beispielsweise ermittelt, dass eine aufwärts gerichtete Nickbewegung der Front des Fahrzeugaufbaus zu erwarten ist, erfolgt eine Verlagerung der Projektionsposition nach unten. Ebenso erfolgt in Reaktion auf eine zu erwartende Rollbewegung in Uhrzeigersinn eine Rollbewegung der Projektionsposition entgegen dem Uhrzeigersinn. In Reaktion auf ein etwaiges Gieren des Fahrzeugaufbaus nach links kann gegebenenfalls mit Verschieben der Projektionsposition nach rechts reagiert werden. Alle Verlagerungen der Projektionsposition beziehen sich dabei auf die Projektionsfläche (Windschutzscheibe) aus der Sicht des Fahrers. Mit dem Anpassen der Darstellung wird vorteilhaft sichergestellt, dass der virtuelle Inhalt mit dem realen Objekt trotz Fahrzeugaufbaubewegungen überlagert und/oder ein Grad der Überlagerung hoch bleibt.
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In einer bevorzugten Durchführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner die folgenden Verfahrensschritte zum Realisieren des Ermittelns der zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung. Zunächst erfolgt ein Erfassen einer Lenk- und/oder Beschleunigungsanweisung eines Fahrers. Mit anderen Worten wird eine Betätigung eines Gas- oder Bremspedals sowie eine Einpresstiefe des Pedals detektiert. Alternativ wird eine Richtung und eine Amplitude eines Lenkeinschlags detektiert. Basierend auf diesen Eingaben wird anhand eines Fahrdynamikmodells eine in Reaktion auf die Lenk- und/oder Beschleunigungsanweisungen des Fahrers zu erwartende Fahrzeugaufbaubewegung ermittelt. Das Fahrdynamikmodell bildet dabei einen mathematischen Rahmen für die Abbildung einer Bewegung des Fahraufbaus in Reaktion auf eine Beschleunigung des Fahrzeugs und unter Berücksichtigung der Trägheit des Fahrzeugs. Derartige Fahrdynamikmodelle sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise das Modell eines Zwei-Massen-Schwingers. Derartige Fahrdynamikmodelle sind neben den Lenk- und/oder Beschleunigungsanweisungen des Fahrers (Beschleunigen, Bremsen, Lenken) und neben Umweltbedingungen, wie beispielsweise einem Fahrbahnprofil, insbesondere von implementierten Kennlinien/Parametern zur Beschreibung des jeweiligen Fahrzeuges abhängig.
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Eine wesentliche Rolle für das Fahrdynamikmodell spielt die Dämpferkennlinie eines Dämpfersystems des Fahrzeugs. Gemäß dieser bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens wird die eine ermittelte Dämpferkennlinie in dem Fahrdynamikmodell verwendet. Somit wird durch Auswahl der Dämpferkennlinie im erfindungsgemäßen Verfahren die Voraussetzung für eine erfolgreiche Modellierung geschaffen. In Kombination mit dem Betrieb des Dämpfersystems mit der ausgewählten Dämpferkennlinie wird zudem die Vorhersagegenauigkeit des Fahrdynamikmodells für die Fahrzeugaufbaubewegung erhöht.
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Alternativ oder zusätzlich erfolgen im erfindungsgemäßen Verfahren die folgenden Verfahrensschritte zum Ermitteln einer zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung. Zunächst erfolgt ein Erfassen eines vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnhöhenprofils. Hierbei wird unter einem Fahrbahnhöhenprofil eine Information über einen vertikalen Verlauf einer Fahrbahn, insbesondere über einen Höhenschnitt einer Fahrbahn, verstanden. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung betrifft das Fahrbahnprofil dabei die gesamte Breite oder nur einen Teil der Breite der Fahrbahn. Bevorzugt betrifft das Fahrbahnprofil eine Fahrzeugspur, insbesondere eine Fahrzeugspur des das Verfahren durchführenden Kraftfahrzeugs.
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Das Erfassen des vor dem Kraftfahrzeug befindlichen Fahrbahnhöhenprofils erfolgt bevorzugt mittels zumindest eines ersten Sensors des Kraftfahrzeugs. Die ersten Sensoren sind dabei zum Erfassen zumindest eines Umgebungssignals des Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfassen beispielsweise eine Kamera und/oder Abstandssensoren. Ferner bevorzugt erfolgt im erfindungsgemäßen Verfahren ein Erfassen eines von dem Kraftfahrzeug überfahrenen Fahrbahnhöhenprofils mittels zumindest eines zweiten Sensors des Kraftfahrzeugs. Die zweiten Sensoren sind dabei zum Erfassen zumindest eines Zustandssignals des Kraftfahrzeugs ausgebildet und umfassen beispielsweise Sensoren zum Messen der Eintauchtiefe der Dämpfer oder dergleichen. Die mit den zweiten Sensoren erfassten Daten werden bevorzugt zur Verbesserung der Datenakquise mittels der ersten Sensoren genutzt.
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Basierend auf den erfassten Daten erfolgt gemäß dieser Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ferner bevorzugt das Ermitteln einer in Reaktion auf das vor dem Fahrzeug befindliche Fahrbahnhöhenprofil zu erwartende Fahrzeugaufbaubewegung mittels eines Fahrzeugmodells. Das Fahrzeugmodell bildet dabei einen mathematischen Rahmen für die Abbildung einer Bewegung des Fahraufbaus in Reaktion auf ein Fahrbahnhöhenprofil. Derartige Fahrdynamikmodelle sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise das Modell eines Zwei-Massen-Schwingers. Das Fahrzeugmodell kann separat oder integriert mit dem Fahrdynamikmodell vorliegen. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in dem Fahrzeugmodell die eine ausgewählte Dämpferkennlinie verwendet. Somit wird auch gemäß dieser Durchführungsform die Voraussetzung für eine erfolgreiche Modellierung geschaffen. In Kombination mit dem Betrieb des Dämpfersystems mit der ausgewählten Dämpferkennlinie wird zudem die Vorhersagegenauigkeit des Fahrzeugmodells für die Fahrzeugaufbaubewegung erhöht.
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In einer ferner bevorzugten Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt ferner ein Vorsteuern des semiaktiven Dämpfersystems anhand der im erfindungsgemäßen Verfahren ausgewählten einen Dämpferkennlinie und anhand des erfassten vor dem Fahrzeug befindlichen Fahrbahnhöhenprofils. Insbesondere wird zunächst ein Zeitpunkt ermittelt, an dem das Kraftfahrzeug einen bestimmten Abschnitt des Fahrbahnhöhenprofils überfährt. Ferner wird das Dämpfersystem derart gesteuert, dass es zu diesem Zeitpunkt eine zu der ausgewählten Dämpferkennlinie korrespondierende Einstellung aufweist. Die Einstellung betrifft bevorzugt den Öffnungsgrad eines Verstellerventils und/oder die Viskosität eines Dämpfungsfluides. Mit anderen Worten erfolgt die Einstellung des Dämpfersystems mit einem zeitlichem Vorlauf und somit mit erhöhter Zuverlässigkeit. Ebenfalls bevorzugt handelt es sich bei dem vorgesteuerten Dämpfersystem bevorzugt um ein Dämpfersystem einer Fahrwerkskomponente.
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Die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können durch elektrische oder elektronische Bauteile oder Komponenten (Hardware), durch Firmware (ASIC) implementiert sein oder beim Ausführen eines geeigneten Programms (Software) verwirklicht werden. Ebenfalls bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren durch eine Kombination von Hardware, Firmware und/oder Software verwirklicht, beziehungsweise implementiert. Beispielsweise sind einzelne Komponenten zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte als separat integrierter Schaltkreis ausgebildet oder auf einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis angeordnet. Einzelne zum Durchführen einzelner Verfahrensschritte eingerichtete Komponenten sind ferner bevorzugt auf einem (flexiblen) gedruckten Schaltungsträger (FPCB/PCB), einem Tape Carrier Package (TCP) oder einem anderen Substrat angeordnet.
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Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens sind ferner bevorzugt als ein oder mehrere Prozesse ausgebildet, die auf einem oder mehreren Prozessoren in einem oder mehreren elektronischen Rechengeräten laufen und beim Ausführen von ein oder mehreren Computerprogrammen erzeugt werden. Die Rechengeräte sind dabei bevorzugt dazu ausgebildet, mit anderen Komponenten, beispielsweise einem Kommunikationsmodul sowie ein oder mehreren Sensoren beziehungsweise Kameras zusammenzuarbeiten, um die hierin beschriebenen Funktionalitäten zu verwirklichen. Die Anweisungen der Computerprogramme sind dabei bevorzugt in einem Speicher abgelegt, wie beispielsweise einem RAM-Element. Die Computerprogramme können jedoch auch in einem nicht-flüchtigen Speichermedium, wie beispielsweise einer CD-ROM, einem Flash-Speicher oder dergleichen abgelegt sein.
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Dem Fachmann ist ferner ersichtlich, dass die Funktionalitäten von mehreren Computern (Datenverarbeitungsgeräten) kombiniert oder in einem einzigen Gerät kombiniert sein können oder dass die Funktionalität von einem bestimmten Datenverarbeitungsgerät auf eine Vielzahl von Geräten verteilt vorliegen kann, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, ohne vom erfindungsgemäßen Verfahren abzuweichen.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen mit Verbrennungs-, Elektro- oder Hybridmotor, welches zumindest einen zum Erfassen von Umgebungsdaten eingerichteten ersten Sensor, zumindest einen zum Erfassen von Fahrzeugdaten eingerichteten zweiten Sensor, ein kontaktanaloges Head-Up-Display ein semiaktives Dämpfersystem und eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens wie vorstehend beschrieben eingerichtete Steuereinheit aufweist.
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Der zumindest eine erste Sensor ist dabei dazu ausgebildet, die Umgebung des Fahrzeugs betreffende Sensorsignale zu erfassen. Der zumindest eine zweite Sensor ist dabei dazu ausgebildet, das Fahrzeug selbst betreffende Sensorsignale zu erfassen. Dabei versetzt ein mittels des zumindest einen ersten Sensors empfangenes Umgebungssignal das Kraftfahrzeug bevorzugt in die Lage, sich über seine Umwelt zu informieren und bildet bevorzugt eine Vielzahl von Umweltinformationen ab. Ein mittels des zumindest einen zweiten Sensors empfangenes Zustandssignal versetzt das Kraftfahrzeug bevorzugt in die Lage, sich über seinen Eigenzustand zu informieren und bildet dazu eine Vielzahl von Zustandsinformationen ab.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen. Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine augmentierte Darstellung einer vor einem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn mit Navigationspfad und Personenwarnung;
- 2 einen Nickwinkelverlauf eines Kraftfahrzeugs auf einer Prüfstrecke für verschiedene Fahrwerkseinstellungen;
- 3 eine schematische Illustration und Berechnung der Auswirkung des Nickwinkels auf eine augmentierte Darstellung in einem Head-Up-Display;
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform; und
- 5 ein schematisches Blockdiagramm des von der Steuereinheit durchgeführten Verfahrens.
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1 illustriert schematisch eine augmentierte Darstellung einer vor einem Fahrzeug befindlichen Fahrbahn mit Navigationspfad und Personenwarnung.
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Im Idealfall erfolgt eine kontaktanaloge Anzeige eines Navigationshinweises und eines Personenwarnungsindikators in einem Head-Up-Display eines Kraftfahrzeugs so, dass der Navigationshinweis mit dem zu befahrenden Straßenverlauf und der Personenwarnungsindikator mit einer vor dem Fahrzeug befindlichen Person augmentiert ist. Mit anderen Worten die jeweiligen Hinweise beziehungsweise Indikatoren sind als projizierte virtuelle Inhalte deckungsrichtig mit den entsprechenden realen Objekten überlagert.
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In 1(A) ist ein solcher Idealfall einer augmentierten Darstellung virtueller Inhalte in Überlagerung mit realen Objekten dargestellt. In 1(B) hingegen ist ein virtueller Inhalt, nämlich der Personenwarnungsindikator nicht deckungsgleich mit dem entsprechenden realen Objekt, nämlich der vor dem Fahrzeug befindlichen Person augmentiert. Stattdessen ist der virtuelle Inhalt seitlich versetzt zu dem realen Objekt dargestellt. Diese Diskrepanz zwischen virtuellem Inhalt und realem Objekt ist auf eine Bewegung des Fahrzeugaufbaus zurückzuführen. Derartige räumliche und zeitliche Diskrepanzen zwischen virtuellen Inhalten und realen Objekten wirken sich negativ auf den Eindruck der Überlagerung und entsprechend auf die Funktionalität des Head-Up-Display-Systems aus. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher eine Lösung zum Vermeiden solcher Diskrepanzen bereitgestellt.
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2 zeigt einen Nickwinkelverlauf eines Kraftfahrzeug auf einer Prüfstrecke für verschiedene Fahrwerkseinstellungen. Versuchsfahrten mit verschiedenen Kraftfahrzeugen haben gezeigt, dass eine sich einstellende Fahrzeugreaktion von entsprechenden Fahrwerkseinstellungen abhängt. Insbesondere zeigt sich ein Einfluss eines regelbaren semiaktiven Dämpfers auf die Fahrzeugaufbaubewegung. Wie in 2 deutlich zu erkennen, ergeben sich deutliche Unterschiede in einem durch Messtechnik bestimmten Nickwinkel bei der Überfahrt einer repräsentativen Prüfstrecke, insbesondere eines vorbestimmten Triggers, für verschiedene Dämpfereinstellungen, insbesondere für Einstellungen „Comfort“, „Normal“ und „Sport“. Dabei können die Unterschiede in der Nickwinkelreaktion auf denselben Trigger bis 0.5° betragen.
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3(A) zeigt schematische Illustrationen der Auswirkung des Nickwinkels auf eine augmentierte Darstellung in einem Head-Up-Display. Dabei befindet sich das oberste Kraftfahrzeug in einer Normallage mit einem neutralen Nickwinkel gleich 0°. Das darunter mittig dargestellte Fahrzeug weist aufgrund eines Fahrbahnhöhenprofils, beispielsweise eines Schlaglochs, oder einer Negativbeschleunigung einen negativen Nickwinkel υ auf. Dies für zu einer scheinbaren Verlagerung eines im Head-Up-Display dargestellten virtuellen Inhalts um ΔxA an das Fahrzeug heran. Das unterste Fahrzeug weist aufgrund eines Fahrbahnhöhenprofils, beispielsweise einer Bodenwelle, oder einer Positivbeschleunigung einen positiven Nickwinkel υ auf. Dies führt zu einer scheinbaren Verlagerung eines im Head-Up-Display dargestellten virtuellen Inhalts vom Fahrzeug weg. Unter der Annahme, dass virtueller Inhalt und reales Objekt bei dem obersten Fahrzeug noch deckungsgleich augmentiert waren, liegen beim mittigen und unteren Fahrzeug somit räumliche Diskrepanzen vor.
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3(A) zeigt mittels eines Fahrzeugmodells errechnete Zahlenwerte für die räumliche Diskrepanz ΔxA, in Metern in Abhängigkeit von einem Nickwinkel υ. Wie der 3(B) zu entnehmen ist, hängt die Stärke der räumlichen Diskrepanz aufgrund des Strahlensatzes von der Entfernung des realen Objekts vom Kraftfahrzeug ab. Je weiter entfernt ein reales Objekt vom Fahrzeug ist, desto stärker ist die durch eine Nickwinkelvariation erzeugte räumliche Diskrepanz. Wie in 3(B) weiter dargestellt, kann bei einer typischen Anzeigeentfernung einer Augmentierung von ca. 60 m zwischen realem Objekt und Kraftfahrzeug ein Nickwinkelunterschied von 0.5° bereits zu einer Diskrepanz ΔxA von 50m führen. Es ist zu beachten, dass größere Anzeigeentfernungen und folglich größere Diskrepanzen in kHUDs durchaus möglich sind, da für die Entfernung prinzipiell keinerlei Einschränkung existiert.
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4 zeigt eine schematische Darstellung, insbesondere ein Blockdiagram eines Kraftfahrzeugs 10, insbesondere eines Kraftfahrzeugs mit Elektro- oder Hybridmotor.
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Das Kraftfahrzeug 10 umfasst eine Vielzahl erster Sensoren, insbesondere einen ersten Sensor 11, einen zweiten Sensor 12 und einen dritten Sensor 13. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 sind eingerichtet zum Erfassen von Umweltinformationen beziehungsweise Umgebungsdaten des Kraftfahrzeugs 10 und umfassen beispielsweise ein LIDAR-System oder andere Abstandssensoren wie beispielsweise Ultraschallsensoren zum Erfassen von Abständen zu vor dem Kraftfahrzeug 10 befindlichen realen Objekten oder Personen. Beispielsweise ist der zweite Sensor 12 ein Infrarotsensor und der erste Sensor 11 eine Kamera 11 zum Erfassen eines Bildes einer das Fahrzeug 10 umgebenden Umwelt oder Personen ist. Die ersten Sensoren 11, 12, 13 übertragen die von ihnen erfassten Umgebungssignale an eine Steuereinheit 40 des Kraftfahrzeugs 10.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner eine Vielzahl zweiter Sensoren, insbesondere einen vierten Sensor 51, einen fünften Sensor 52 und einen sechsten Sensor 53 auf. Bei den zweiten Sensoren 51, 52 ,53 handelt es sich um Sensoren zum Ermitteln von das Kraftfahrzeug 10 selbst betreffenden Zustandsdaten, wie beispielsweise aktuelle Lage- und Bewegungsinformationen des Kraftfahrzeugs. Bei den zweiten Sensoren handelt es sich folglich beispielsweise um Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren, Innenraumbewegungsmeldern, Drucksensoren in den Fahrzeugsitzen oder dergleichen. Die zweiten Sensoren 51, 52, 53 übermitteln die von ihnen erfassten Zustandssignale an die Steuereinheit 40 des Kraftfahrzeugs 10.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner ein Kommunikationsmodul 20 mit einem internen Speicher 21 und einem oder mehreren Transpondern beziehungsweise Sendeempfängern 22 auf. Bei den Transpondern 22 handelt es sich um Funk-, WLAN-, GPS- oder Bluetooth-Sendeempfänger oder dergleichen. Der Transponder 22 kommuniziert mit dem internen Speicher 21 des Kommunikationsmoduls 20, beispielsweise über einen geeigneten Datenbus. Mittels des Transponders 22 kann beispielsweise die aktuelle Position des Kraftfahrzeugs 10 durch Kommunikation mit einem GPS Satelliten 71 ermittelt und diese im internen Speicher 21 gespeichert werden. Das Kommunikationsmodul 20 kommuniziert mit der Steuereinheit 40. Das Kommunikationsmodul 20 ist ferner dafür eingerichtet, mit einem externen Server 72 eines Dienstanbieters und mit einem anderen Fahrzeug 73 zu kommunizieren. Beispielsweise ist das Kommunikationsmodul 20 dazu eingerichtet, über ein UMTS (Universal Mobile Telecommunication Service) oder LTE (Long Term Evolution) Mobilfunknetz zu kommunizieren.
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Zumindest ein Teil der zweiten Sensoren 51, 52, 53, des Kraftfahrzeugs 10 übermittelt seine Messergebnisse direkt an das Fahrsystem 30. Bei diesen unmittelbar an das Fahrsystem übermittelten Daten handelt es sich insbesondere um aktuelle Lage- und Bewegungsinformationen des Kraftfahrzeugs. Diese werden bevorzugt von Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Neigungssensoren etc. erfasst.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner ein Head-Up-Display 30 zur Projektion von virtuellen Inhalten auf eine Projektionsfläche, insbesondere eine Windschutzscheibe, des Kraftfahrzeugs 10 auf. Das Head-Up-Display 30 ist als ein kontaktanaloges Head-Up-Display ausgebildet und somit zur augmentierten Darstellung virtueller Inhalte in Überlagerung mit realen Objekten ausgebildet. Dazu weist das Head-Up-Display insbesondere einen Projektor 31 und ein Linsensystem 32 auf, die gemeinsam dazu ausgebildet sind virtuelle Inhalte an veränderlichen Positionen der Windschutzscheibe in das Sichtfeld eines Fahrers zu projizieren.
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Das Fahrzeug 10 weist ferner ein Dämpfungssystem 60, insbesondere ein semiaktives Dämpfungssystem 60 auf. Das Dämpfungssystem 60 weist dabei insbesondere die Dämpfer 61 der Vorderachse und die Dämpfer 62 der Hinterachse auf. Jeder der Dämpfer 61, 62 des Dämpfungssystems 60 ist bevorzugt mit einem elektrisch regel- und/oder steuerbaren Verstellerventil ausgestattet. Der vom Dämpfungsfluid erfahrene Strömungswiderstand ist dadurch entsprechend von der Steuereinheit 40 empfangener Steuersignale einstellbar und somit sind die Kennlinien der Dämpfer 61, 62 über weite Bereiche anpassbar. Somit kann das Dämpfersystem mit einer Vielzahl von Dämpferkennlinien betrieben werden. Ferner übermittelt das Dämpfungssystem 60 Informationen an die Steuereinheit 40, beispielsweise über Eintauchtiefen der Dämpfer 61, 62.
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Das Kraftfahrzeug 10 weist ferner eine erfindungsgemäße Steuereinheit 40 auf, welche zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie im Folgenden im Detail erläutert, eingerichtet ist. Hierzu verfügt die Steuereinheit 40 über einen internen Speicher 41 und eine CPU 42, welche miteinander kommunizieren, beispielsweise über einen geeigneten Datenbus. Darüber hinaus steht die Steuereinheit in Kommunikationsverbindung mit zumindest den ersten Sensoren 11, 12, 13, den zweiten Sensoren 51, 52, 53, dem Kommunikationsmodul 20, dem Fahrsystem 30 und dem adaptiven Dämpfungssystem 60, beispielsweise über eine oder mehrere jeweilige CAN-Verbindungen, eine oder mehrere jeweilige SPI-Verbindungen oder andere geeignete Datenverbindungen.
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Ein schematisches Blockdiagramm des von der Steuereinheit 40 durchgeführten Verfahrens ist in 5 dargestellt. In einem ersten Schritt S100 erfolgt ein Erkennen eines in der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 befindlichen realen Objekts. Dieser Schritt umfasst dabei bevorzugt das Erfassen des realen Objekts mittels zumindest einen ersten Sensors 11, 12, 13 und das Erkennen des realen Objekts in einem mittels des zumindest einen ersten Sensors 11, 12, 13 erfassten Signals durch die Steuereinheit 40.
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In einem zweiten Schritt S200 ermittelt die Steuereinheit 40 einen virtuellen Inhalt zum Augmentieren des erkannten realen Objekts. Beispielsweise wird für eine erkannte Person in der Fahrtrichtung des Fahrzeugs ein Personenwarnungsindikator als virtueller Inhalt ermittelt. Hingegen wird für eine beispielsweise unter Nutzung des GPS Satelliten 71 und einer Kamera 11 erkannten Straßenabbiegung ein Navigationshinweis als virtueller Hinweise ermittelt.
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In einem weiteren Schritt S300 wird in Vorbereitung der Darstellung des virtuellen Inhalts mittels des HUD 30 in Überlagerung mit dem erkannten realen Objekt eine der Vielzahl von Dämpferkennlinien des semiaktiven Dämpfersystems 60 ausgewählt. Die Dämpferkennlinie wird dabei derart ausgewählt, dass eine zu erwartende Fahrzeugaufbaubewegung minimiert wird. Ferner wird die ausgewählte Dämpferkennlinie im Zeitpunkt der Augmentierung (siehe Schritt S400) für den Betrieb des Dämpfersystems 60 verwendet. Schließlich wird die ausgewählte Dämpferkennlinie für das Ermitteln einer zu erwartenden Fahrzeugaufbaubewegung, beispielsweise in Reaktion auf die Lenk- und/oder Beschleunigungsanweisungen des Fahrers und/oder in Reaktion auf ein vor dem Fahrzeug befindliches Fahrbahnhöhenprofil, verwendet.
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In einem Schritt S400 erfolgt schließlich ein Darstellen des virtuellen Inhalts in Überlagerung mit dem realen Objekt mittels des kHUD 30. Dabei sind räumliche Diskrepanzen zwischen dem virtuellen Inhalt und dem realen Objekt verringert, sowohl durch den Betrieb der Dämpfer 60 mit geeigneten Dämpfereinstellungen als auch durch Anpassen der Darstellung des virtuellen Inhalts zum Ausgleich von zu erwartenden Fahrzeugaufbauwegungen des Kraftfahrzeugs, welche unter Verwendung der ausgewählten Dämpferkennlinie ermittelt worden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 11
- erster Sensoren (Kamera)
- 12
- zweiter Sensor (Infrarotsensor)
- 13
- dritter Sensor
- 14
- Umgebungssignal
- 15
- Motorhaube
- 16
- Fahrbahn
- 17
- augmentierte Personenwarnung
- 18
- Navigationshinweis
- 19
- augmentierte Person
- 20
- Kommunikationsmodul
- 21
- Speicher
- 22
- Transponder
- 24
- Kommunikationssignal
- 30
- Head-Up-Display
- 31
- Projektor
- 32
- Linsensystem
- 40
- Steuereinheit
- 41
- Speicher
- 42
- CPU
- 51
- vierter Sensor
- 52
- fünfter Sensor
- 53
- sechster Sensor
- 54
- Fahrzeugsignal
- 60
- adaptives Dämpfersystem
- 61
- Dämpfer Vorderachse
- 62
- Dämpfer Hinterachse
- 71
- Satellit
- 72
- Server
- 73
- anderes Fahrzeug
