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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Validierung und/oder Anpassung eines virtuellen Innenraummodells eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs.
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Innenraumkonzepte für Kraftfahrzeuge werden häufig auf Basis des jeweiligen Vorgängermodells entwickelt, wobei diese variiert werden, um neue Technologien, Änderungen des verfügbaren Bauraums und geänderte Designvorstellungen umzusetzen. Im Rahmen einer solchen Überarbeitung eines Fahrzeuginnenraumkonzepts bzw. auch beim Neuentwurf eines Fahrzeuginnenraumkonzepts wird geprüft, ob übliche Tätigkeiten in Fahrzeugen, insbesondere das Fahren und die Benutzung von Zusatzfunktionen, beispielsweise eines Radios oder einer Multimediaeinrichtung, komfortabel möglich sind. Ein übliches Vorgehen ist es hierbei, eine zweidimensionale statische Analyse des Fahrzeugmaßkonzeptes mithilfe von Personensilhouetten in sitzender Position durchzuführen. Hierdurch kann festgestellt werden, ob die Abmessungen ergonomischen Anforderungen entsprechen.
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Die Ergonomie des Fahrzeuginnenraums kann potentiell weiter verbessert werden, wenn statt einer statischen zweidimensionalen Analyse die konkrete dreidimensionale Lage von Bedienelementen und Ähnlichem berücksichtigt wird. Hierzu könnte ein dreidimensionales Modell des Fahrzeuginnenraums hergestellt werden und mithilfe von Testpersonen geprüft werden, ob die verschiedenen Bedienhandlungen komfortabel möglich sind.
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Da die Herstellung und bedarfsgerechte Modifikation eines solchen physischen dreidimensionalen Modells relativ aufwändig sind, schlägt die Druckschrift
DE 101 37 841 A1 vor, stattdessen ein virtuelles Modell zu nutzen und dieses unter Anwendung virtueller Realität zu bewerten, indem ein den Bewerter repräsentierender virtueller Mensch in dieser virtuellen Umgebung bestimmte Bedienhandlungen ausführt und bewertet. Nachteilig ist hierbei, dass jeweils nur ein ganz bestimmtes Fahrzeugdesign bewertet werden kann und bezüglich möglicher Verbesserungen dieses Fahrzeugdesigns allenfalls subjektive Beobachtungen des einzelnen Bewerters berücksichtigt werden können. Dies ist insbesondere problematisch, wenn auch für komplexe Anwendungsfälle, wie sie insbesondere während eines automatisierten Fahrens durch Fahrzeuginsassen durchgeführt werden können, eine Ergonomieverbesserung erreicht werden soll, da bei solchen komplexen Tätigkeiten Arbeitsschritte durch verschiedene Personen teils merklich unterschiedlich oder sogar in unterschiedlicher Reihenfolge durchgeführt werden, womit es beispielsweise häufig nicht ohne weiteres möglich ist, Vorschläge verschiedener Bewerter bezüglich der Verbesserung des Fahrzeugdesigns zusammenzuführen. Da zudem letztlich bei jeder Veränderung des Designkonzepts ein erneuter Test in der virtuellen Umgebung, vorzugsweise mit mehreren Bewertern, erforderlich ist, ist die iterative Anpassung und Validierung von Fahrzeuginnenraumkonzepten zeitaufwändig und kostenintensiv.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Ansatz zur Validierung bzw. Anpassung von Innenraumkonzepten anzugeben, der insbesondere das Auffinden eines geeigneten Innenraum konzepts in wenigen Iterationsschritten ermöglicht und der es ermöglicht, Informationen unterschiedlicher Testpersonen und bezüglich unterschiedlicher zu bewertender Tätigkeiten leichter zusammenzuführen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Validierung und/oder Anpassung eines virtuellen Innenraummodells eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- - sensorisches Erfassen von mehreren Bewegungsdatensätzen, die jeweils die Bewegung einer Testperson während einer Durchführung eines vorgegebenen Handlungsablaufs innerhalb eines physischen Innenraummodells betreffen, wobei das physische Innenraummodell einen Teil der Komponenten, die im virtuellen Innenraummodell als virtuelle Komponenten beschrieben sind, umfasst,
- - Ermittlung einer Bewegungshülle in Abhängigkeit der Bewegungsdatensätze, so dass für jeden der Bewegungsdatensätze oder jeden Bewegungsdatensatz einer ausgewählten Untergruppe der Bewegungsdatensätze alle von Körperteilen der Testperson überstrichenen Bereiche des physischen Innenraummodells innerhalb der Bewegungshülle liegen, und
- - einerseits Validieren des virtuellen Innenraummodells, indem überprüft wird, ob wenigstens eine virtuelle Komponente des virtuellen Innenraummodells mit der zu dem virtuellen Innenraummodell registrierten Bewegungshülle überlappt, und/oder
- - andererseits Anpassen des virtuellen Innenraummodells, indem wenigstens eine virtuelle Komponente des virtuellen Innenraummodells, die nicht oder nicht vollständig durch das physische Innenraummodell umfasst ist, derart positioniert und/oder parametrisiert wird, dass die zu dem virtuellen Innenraummodell registrierte Bewegungshülle mit keiner der virtuellen Komponenten überlappt.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, Bewegungen wenigstens einer Testperson während der Durchführung wenigstens eines Handlungsablaufs zu erfassen, wobei sich die Person innerhalb eines physischen Innenraummodells aufhält, das nur einen Teil der virtuellen Komponenten des virtuellen Innenraummodells umfasst. Dies kann bedeuten, dass wenigstens eine der virtuellen Komponenten überhaupt nicht in dem physischen Innenraummodell vorhanden ist und/oder dass wenigstens eine der virtuellen Komponenten nicht vollständig in dem virtuellen Innenraummodell vorhanden ist, so dass beispielsweise nur ein Teil ihrer Oberfläche im physischen Innenraummodell abgebildet wird oder nur ein Teil des durch sie blockierten Volumens in dem physischen Innenraummodell blockiert ist. Hierdurch ist die Testperson bei der Durchführung des Handlungsablaufs durch die nicht oder nur teilweise im physischen Innenraummodell vorhandenen virtuellen Komponenten nicht oder zumindest erheblich weniger in ihrer Bewegungsfreiheit eingeschränkt. Sie kann den Handlungsablauf somit so durchführen, dass er innerhalb dieses relativ wenig einschränkenden physischen Innenraummodells möglichst komfortabel möglich ist, wobei selbstverständlich vorangehend gewisse konkrete Handlungsanweisungen an die Testperson gegeben werden können, beispielsweise, dass ein bestimmter Handlungsablauf vollständig im Sitzen durchgeführt werden muss.
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Die hierbei, insbesondere für verschiedene Testpersonen bzw. Handlungsabläufe, erfassten Bewegungsdatensätze werden dann genutzt, um eine gemeinsame Bewegungshülle zu ermitteln, also einen Bereich, der zum optimal ergonomischen Durchführen des Handlungsablaufs bzw. der berücksichtigten Handlungsabläufe erforderlich ist. Diese Bewegungshülle kann dann genutzt werden, um zu prüfen, ob virtuelle Komponenten des virtuellen Innenraummodells mit dieser Bewegungshülle überlappen, also die gewünschte Bewegungsfreiheit stören.
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Zudem kann die Bewegungshülle genutzt werden, um die nicht oder nicht vollständig im physischen Innenraummodell vorhandenen virtuellen Komponenten im virtuellen Innenraummodell derart zu positionieren und/oder zu parametrisieren, also beispielsweise ihre Abmessungen derart zu wählen, dass sie nicht in die Bewegungshülle eingreifen bzw. einen ausreichenden Abstand von dieser aufweisen.
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Im Gegensatz zu üblichen Ansätzen, bei denen für ein fest vorgegebenes Innenraummodell nur noch beurteilt wird, ob dieses einen ausreichenden Komfort bietet, wobei bei nicht ausreichendem Komfort das Design iteriert wird, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zunächst zu ermitteln, welche Bewegungsfreiräume überhaupt zur komfortablen ergonomischen Durchführung von relevanten Handlungsabläufen erforderlich sind und dies anschließend bei der Auslegung des Innenraums zu berücksichtigen. Hierdurch kann einerseits die Ergonomie des Fahrzeuginnenraums weiter erhöht werden. Andererseits sind erheblich weniger Iterationen des Innenraumdesigns erforderlich, da bereits nach einer ersten Ermittlung der Bewegungshülle bereits bekannt ist, welche Freiräume erforderlich oder zumindest gewünscht sind. Somit wird durch das erfindungsgemäße Verfahren einerseits der Aufwand für die Entwicklung oder Anpassung eines Innenraumkonzepts merklich reduziert und andererseits typischerweise die erreichte Ergonomie gegenüber üblichen Designansätzen gesteigert.
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Das physische Innenraummodell kann nur einige wenige Komponenten umfassen, die zur Ausführung des entsprechenden Handlungsablaufs erforderlich sind, beispielsweise ausschließlich einen Fahrersitz und optional einen Teil des Armaturenbretts und/oder der Karosserie, insbesondere des Dachs, und/oder z. B. einen im Fahrzeug integrierten Schreibtisch.
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Zur Erfassung der Bewegungsdaten können im Stand der Technik bekannte Methode zum Motion-Capturing genutzt werden. Beispielsweise kann die Testperson einen speziellen Anzug tragen, der beispielsweise optische Marker aufweisen kann, die durch wenigstens eine im Bereich des Innenraummodells angebrachte Kameras erfasst werden können und/oder Beschleunigungssensoren umfassen kann.
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Dadurch, dass Positionen und Ausrichtungen der das Innenraummodell erfassenden Sensoren bekannt sind bzw. durch Nutzung von im Innenraummodell angeordneten und bei der Auswertung der Sensordaten erkannten Markierungen kann das physische Innenraummodell bereits mit dem virtuellen Innenraummodell registriert sein bzw. durch übliche Registrierungsmethoden mit geringem Aufwand mit diesem registriert werden. Da die Bewegungshülle von Körperteilen der Testperson überstrichene Bereiche des physischen Innenraummodells betrifft und somit bereits mit dem physischen Innenraummodell registriert ist, ist sie somit bereits mit dem virtuellen Innenraummodell registriert bzw. kann ohne weiteres mit diesem registriert werden.
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Die Bewegungshülle kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass ein digitales Modell der jeweiligen Testperson genutzt wird, das gemäß den Bewegungsdaten bewegt wird, wobei überstrichene Bereiche registriert werden. Entsprechende digitale Modelle sind beispielsweise aus dem Bereich der Computergrafik bzw. der virtuellen Realität wohlbekannt und sollen nicht detailliert beschrieben werden. So ist es beispielsweise im Bereich des Motion-Capturing durchaus üblich, erfasste Bewegungen auf ein Modell zu übertragen, das beispielsweise im menschlichen Körper vorhandene Gelenke zur Definition von möglichen Schwenk- und Drehbewegungen der Gliedmaßen nutzt.
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Alternativ oder ergänzend ist es beispielsweise auch möglich, mithilfe von bildgebenden Sensoren, die insbesondere auch Tiefeninformationen bereitstellen können, also beispielsweise 3D-Kameras oder Laserscanner sein können, unmittelbar im Rahmen der Bewegung belegte Bereich im physischen Innenraummodell als Bewegungsdatensatz bzw. Teil des Bewegungsdatensatzes zu erfassen und zur Ermittlung der Bewegungshülle auszuwerten.
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Es ist möglich, dass bei der Ermittlung der Bewegungshülle nicht alle Bewegungsdatensätze berücksichtigt werden, sondern nur eine ausgewählte Untergruppe der Bewegungsdatensätze. Beispielsweise können in einem vorbereitenden Schritt einzelne Bewegungsdatensätze verworfen werden, die zu stark von anderen Bewegungsdatensätzen abweichen, da solche starken Abweichungen auf eine fehlerhafte Erfassung oder auf ein unerwartetes, beispielsweise von Handlungsanweisungen abweichendes, Verhalten einer Testperson hindeuten können. Die Einschränkungen der berücksichtigten Bewegungsdatensätze kann auch dazu dienen, ein gewisses Maß an Einschränkung der Bewegungsfreiheit einzelner Testpersonen, die beispielsweise im Handlungsablauf besonders ausladende Bewegungen durchgeführt haben, hinzunehmen, was beispielsweise aufgrund von technischen oder ökonomischen Einschränkungen bezüglich des Innenraumdesigns erforderlich sein kann. Beispielsweise kann zugelassen werden, dass ein bestimmter Prozentsatz, beispielsweise 10 % oder 20 %, der Bewegungsdatensätze nicht berücksichtigt werden, wenn dies zu einer Reduzierung eines Maßes für die Bewegungshülle, beispielsweise von deren Volumen oder Abmessung in eine bestimmte Richtung, um einen bestimmten Prozentsatz, beispielsweise um 10 % oder 20 %, führt.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es auch möglich sein, dass zunächst alle Bewegungsdatensätze bei der Ermittlung der Bewegungshülle berücksichtigt werden, wobei anschließend geprüft wird, ob anhand dieser Bewegungshülle eine Anpassung des virtuellen Innenraummodells möglich ist, die gewisse technische Vorgaben erfüllt, wobei, wenn dies nicht der Fall ist, einzelne Bewegungsdatensätze bei der Ermittlung der Bewegungshülle nicht berücksichtigt werden können, um die Größe der Bewegungshülle zu reduzieren und somit die genannten technischen Anforderungen erfüllen zu können.
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Die Anpassung des virtuellen Innenraummodells kann automatisiert erfolgen, wobei hierfür später noch verschiedene Möglichkeiten diskutiert werden. Alternativ kann die Anpassung des virtuellen Innenraummodells auch manuell durch einen Benutzer erfolgen. Beispielsweise kann die Bewegungshülle als eine Art Sperrbereich in eine 3D-Software zum Innenraumentwurf importiert werden und ein Benutzer dieser Software kann die virtuellen Komponenten derart platzieren bzw. parametrisieren, dass dieser Bereich vermieden wird bzw. ein Abstand zu diesem Bereich maximiert wird.
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Wenigstens zwei der Bewegungsdatensätze können eine jeweilige Bewegung der gleichen Testperson bei wiederholten Durchführungen des gleichen vorgegebenen Handlungsablaufs betreffen. Dies ist vorteilhaft, da Personen gleiche Handlungsabläufe typischerweise mit gewissen Varianzen durchführen, wobei der Innenraum so gestaltet werden sollte, dass er Personen hierbei möglichst selten und wenig einschränkt.
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Wenigstens zwei der Bewegungsdatensätze können für voneinander unterschiedliche Testpersonen und/oder für voneinander unterschiedliche vorgegebene Handlungsabläufe ermittelt werden. Einerseits können verschiedene Testpersonen, beispielsweise aufgrund ihrer Größe, jedoch auch aufgrund von unterschiedlichen Vorlieben bzw. Arbeitsabläufen, verschiedene Handlungsabläufe verschieden durchführen, so dass durch Berücksichtigung mehrerer Testpersonen eine Optimierung für einen großen Personenkreis erreicht werden kann. Andererseits soll, insbesondere in automatisiert fahrenden Fahrzeugen, eine möglichst große Handlungsfreiheit für Insassen gegeben sein, so dass vorzugsweise mehrere verschiedene Handlungsabläufe berücksichtigt werden können.
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Für wenigstens einen der Bewegungsdatensätze kann der vorgegebene Handlungsablauf ein Arbeiten an einem Laptop oder eine Interaktion mit einem weiteren Fahrzeuginsassen, insbesondere ein Spielen mit dem weiteren Fahrzeuginsassen, und/oder ein Fahren des Kraftfahrzeugs und/oder eine Bedienung einer Multimediakomponente und/oder das Verstellen einer Sitzkomponente des Fahrzeugsitzes sein oder umfassen. Insbesondere kann wenigstens einer der Bewegungsdatensätze einen Handlungsablauf betreffen, der nicht den Fahrbetrieb bzw. bei einem manuellen Fahrbetrieb typischerweise vorgenommene Handlungen, beispielsweise das Bedienen von Multimediakomponenten, einer Klimaanlage oder Ähnlichem, betrifft. Stattdessen kann dieser wenigstens eine Bewegungsdatensatz einen Handlungsablauf betreffen, der durch einen Fahrer typischerweise nur bei stehendem Fahrzeug bzw. während eines autonomen Fahrbetriebs vorgenommen werden kann, beispielsweise ein Checken (bzw. ein Sichten) von E-Mails, ein Verbringen des Sitzes in eine Ruheposition oder Ähnliches. Bezüglich des Verstellens einer Sitzkomponente kann beispielsweise das Flachlegen der Rückenlehne für eine Ruhestellung, das Ausfahren einer Fußstütze oder Ähnliches berücksichtigt werden.
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In einem vorbereitenden Schritt können verschiedene Handlungsabläufe identifiziert und beschrieben werden, die potentiell im Fahrzeuginnenraum ausgeführt werden sollen. Zur Erfassung des jeweiligen Bewegungsdatensatzes können der Testperson, beispielsweise durch ein vorgelagertes Briefing oder durch Zuruf während der Erfassung des jeweiligen Bewegungsdatensatzes, detaillierte Handlungsanweisungen zur Durchführung des Handlungsablaufs gegeben werden.
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Das physische Innenraummodell kann einen Fahrerzeugsitz als modellierte Komponente umfassen, wobei wenigstens einer der Bewegungsdatensätze erfasst wird, während die Testperson auf dem Fahrzeugsitz sitzt. Ergänzend oder alternativ kann das physische Innenraummodell jene Komponenten umfassen, die für wenigstens einen der berücksichtigten Handlungsabläufe relevant sind bzw. die Ausübung dieser Tätigkeiten potentiell beeinflussen, wobei dieser Einfluss durch technische Randbedingungen vorgegeben ist. Beispielsweise kann das physische Innenraummodell zumindest Teile des Armaturenbretts, der Fahrzeugbeleuchtung und der Bedienmittel und/oder wenigstens einen Karosserieabschnitt, beispielsweise einen Dachabschnitt, umfassen.
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Vorzugsweise ist das virtuelle Innenraummodell ein dreidimensionales Innenraummodell. Auch die Modelle der virtuellen Komponenten und die Bewegungshülle können dreidimensional definiert sein.
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Zur Erfassung des jeweiligen Bewegungsdatensatzes können an der Testperson angebrachte Markierungen, die durch optische, insbesondere bildgebende, Sensoren erfasst werden, und/oder an der Testperson angebrachte Beschleunigungssensoren verwendet werden. Durch Kombination von optischen Markierungen und Beschleunigungssensoren können Bewegungen mit einer Genauigkeit erfasst werden, die besser als 10 mm ist. Entsprechende Markierungen und/oder Beschleunigungssensoren können beispielsweise an einem speziellen Anzug angebracht sein, den die Testperson trägt. Entsprechende Markierungen, Beschleunigungssensoren bzw. Anzüge sind aus dem Bereich des Motion-Capturings an sich bekannt und sollen daher nicht detailliert erläutert werden.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Position und/oder wenigstens ein Parameter einer virtuellen Komponente angepasst werden, die von der mit dem virtuellen Innenraummodell registrierten Bewegungshülle beabstandet ist. Solche Komponenten können für den Handlungsablauf an sich irrelevant sein. Für viele Nutzer wirkt es jedoch störend, wenn sich ihre Gliedmaßen bei Tätigkeiten nahe an Fahrzeugkomponenten vorbeibewegen, womit der Nutzerkomfort weiter erhöht werden kann, wenn auch von der Bewegungshülle an sich beabstandete Komponenten in Abhängigkeit von dieser angepasst werden. Beispielsweise können virtuelle Komponenten, die sich innerhalb eines Grenzabstands zur Bewegungshülle, der beispielsweise zwischen 10 cm und 1 cm gewählt sein kann, befinden, derart positioniert bzw. ihre Parameter derart gewählt werden, dass ihr Abstand zur Bewegungshülle, insbesondere unter Einhaltung von bestimmten Randbedingungen, maximiert wird.
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Die Anpassung des virtuellen Innenraummodells kann erfolgen, indem eines von mehreren vorläufigen virtuellen Innenraummodellen in Abhängigkeit der Bewegungshülle ausgewählt wird. Die vorläufigen virtuellen Innenraummodelle können sich bezüglich der Position bzw. Parametrisierung wenigstens einer der virtuellen Komponenten unterscheiden. Beispielsweise kann die Auswahl derart erfolgen, dass jenes Innenraummodell gewählt wird, in dem ein Maß für den Abstand der virtuellen Komponenten von der Bewegungshülle maximal ist. Alternativ zur Auswahl zwischen mehreren vorläufigen virtuellen Innenraummodellen oder ergänzend hierzu kann die Position und/oder ein Parameter wenigstens einer der virtuellen Komponenten frei oder in definierten Stufen variiert werden, beispielsweise um ein Maß für den Abstand von der Bewegungshülle zu maximieren. Ein Parameter einer Komponente kann beispielsweise dazu dienen, zwischen verschiedenen vorgegebenen Typen dieser Komponente zu wählen und/oder wenigstens eine Abmessung der Komponente vorzugeben. Beispielsweise kann die Breite oder Länge einer Armlehne, eines Ablagefachs oder eines Armaturenbrettabschnitts als Parameter angepasst werden.
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Neben dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Validierung und/oder Anpassung des virtuellen Innenraummodells betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs, wobei der Innenraum des Kraftfahrzeugs gemäß einem virtuellen Innenraummodell aufgebaut wird, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Validierung und/oder Anpassung eines virtuellen Innenraummodells validiert und/oder angepasst ist. Durch die Nutzung dieses Verfahrens zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs kann das Kraftfahrzeug mit besonders geringem Aufwand entwickelt und zugleich ein besonders komfortabler und ergonomischer Innenraum bereitgestellt werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Validierung und Anpassung eines virtuellen Innenraummodells eines Innenraums eines Kraftfahrzeugs sowie eines dieses umfassenden Verfahrens zur Herstellung eines Kraftfahrzeugs, und
- 2 eine Momentaufnahme der Durchführung eines Handlungsablaufs einer Testperson innerhalb eines physischen Innenraummodells im Rahmen des in 1 gezeigten Verfahrens.
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1 zeigt schematisch ein Verfahren, das zur Validierung oder Anpassung eines virtuellen Innenraummodells 1 eines Innenraums 33 eines Kraftfahrzeugs 30 dient. Hierbei beschreibt das virtuelle Innenraummodell 1 mehrere virtuelle Komponenten 2, 3, 8, wobei für die virtuellen Komponenten 2, 3 jeweils eine Position 4, 5 und/oder wenigstens ein weiterer Parameter 6, 7 variiert werden kann, um eine möglichst ergonomische Gestaltung des Innenraums des Kraftfahrzeugs 30 zu erreichen. Die Ausgestaltung der Komponente 8 ist fest vorgegeben. Hierbei kann das beschriebene Verfahren im einfachsten Fall dazu dienen, das virtuelle Innenraummodell 1 mit gegebener Parametrisierung zu validieren, das heißt zu prüfen, ob es bestimmten ergonomischen Anforderungen genügt. Es kann jedoch auch dazu genutzt werden, eine geeignete Parametrisierung des Innenraummodells 1 aufzufinden.
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Zunächst werden mehrere Bewegungsdatensätze 12 erfasst, die jeweils die Bewegung einer Testperson 10 während einer Durchführung eines vorgegebenen Handlungsablaufs 11 innerhalb eines physischen Innenraummodells 9 betreffen. Das physische Innenraummodell 9 bildet hierbei nur einen Teil der virtuellen Komponenten 2, 3, 8, die das virtuelle Innenraummodell 1 bilden, ab. Anders ausgedrückt können im physischen Innenraummodell 9 bestimmte im virtuellen Innenraummodell 1 abgebildete Komponenten 2, 3, 8 vollständig weggelassen werden oder nur teilweise, also beispielsweise mit geringen Abmessungen, vorhanden sein.
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Ein Beispiel für ein physisches Innenraummodell 9 und die Erfassung eines Bewegungsdatensatzes 12 ist in 2 dargestellt. Das physische Innenraummodell 9 umfasst als unveränderliche Komponenten 8, 13 einen Fahrzeugsitz und einen Abschnitt des Dachs des Kraftfahrzeugs. Das Armaturenbrett 3 ist im physischen Innenraummodell 9 nur teilweise, nämlich nur mit reduzierter Abmessung, enthalten, da seiner Abmessung in Fahrtrichtung als Parameter 7 variiert werden kann. Die Komponente 2, die im Beispiel eine in 2 hinter der Testperson 10 angeordnete türseitige Armlehne ist, ist im physischen Innenraummodell 9 überhaupt nicht vorhanden und daher nur gestrichelt dargestellt. Bezüglich der virtuellen Komponente 2 kann in dem in 1 gezeigten Verfahren ihre Position 2 und als Parameter 6 z. B. ihre Breite und/oder Länge angepasst werden.
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Im gezeigten Beispiel soll ein Bewegungsdatensatz für eine Bedienung eines Laptops 31, beispielsweise zum Abrufen von E-Mails, als Handlungsablauf 11 ermittelt werden. Die Testperson 10 wird hierzu zunächst in einen speziellen, nicht explizit dargestellten Anzug zur Bewegungserfassung gekleidet und setzt sich vor Beginn der Bewegungserfassung auf den Fahrzeugsitz 8. Anschließend wird mit der Bewegungserfassung begonnen, wobei einerseits an der Person bzw. am Anzug angebrachte optische Markierungen 14 - 16 über die bildgebenden Sensoren 23 - 25 erfasst werden und andererseits Beschleunigungen über die Beschleunigungssensoren 17 - 19 erfasst werden, um Bewegungen von Körperteilen 20 - 22, also z.B. des Kopfes sowie der Gliedmaßen, der Testperson 10 zu erfassen.
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Die Markierungen 14 - 16 und Beschleunigungssensoren 17 - 19 können insbesondere in den speziellen Anzug zur Bewegungserfassung integriert oder an diesem befestigt sein. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nur drei Markierungen 14 - 16 und Beschleunigungssensoren 17 - 19 dargestellt. Typischerweise wird eine erheblich größere Anzahl von Markierungen und Sensoren genutzt, um beispielsweise auch ein Abwinkeln von Armen und/oder Beinen, Bewegungen des Rumpfes, Rotationsbewegungen des Kopfes oder von Gliedmaßen und Ähnliches erfassen zu können. Die über die Beschleunigungssensoren 17 - 19 erfassten Beschleunigungsdaten sowie die über die bildgebenden Sensoren 23 - 25 erfassten Bilddaten werden an die Verarbeitungseinrichtung 26 bereitgestellt, die hieraus den Bewegungsdatensatz ermittelt. Hierbei handelt es sich um ein übliches Vorgehen zum Motion-Capturing, das an sich bekannt ist und daher nicht detailliert erläutert werden soll.
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Vorzugsweise werden mehrere Bewegungsdatensätze 12 für mehrere Durchführungen des gleichen vorgegebenen Handlungsablaufs 11 durch die gleiche Testperson 10 ermittelt, um hierbei auftretende Variationen berücksichtigen zu können. Zudem wird die Erfassung von Bewegungsdatensätzen vorzugsweise für mehrere Testpersonen 10 und/oder für mehrere verschiedene Handlungsabläufe 11 wiederholt. Beispielsweise können weitere Bewegungsdatensätze eine Interaktionen mit einem anderen Fahrzeugeninsassen, beispielsweise ein gemeinsames Spielen, und/oder die Bedienung einer Multimediakomponente im Fahrzeug, das Fahren des Kraftfahrzeugs und/oder das Verstellen einer Sitzkomponente des Fahrzeugsitzes 8 betreffen. Hierbei ist es auch möglich, dass Teile der Bewegungsdatensätze Handlungsabläufe betreffen, bei denen der Fahrzeugsitz 8 durch die Testperson 10 verlassen wird bzw. bei denen sich die Testperson 10 nicht im Bereich des Fahrzeugsitzes 8 befindet.
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Für alle Testperson oder die jeweilige Testperson kann ein jeweiliges Körpermodell vorliegen, so dass anhand der Bewegungsdaten durch die Verarbeitungseinrichtung 26 ermittelt werden kann, welche Bereiche des physischen Innenraummodells durch Körperteile der Testperson im Rahmen des jeweiligen Bewegungsdatensatzes überstrichen wurden. Durch Zusammenfassung aller überstrichenen Bereiche kann eine Bewegungshülle 27 ermittelt werden, die alle innerhalb der Handlungsabläufe, für die Bewegungsdatensätze erfasst wurden, durch Körperteile der jeweiligen Testperson überstrichenen Bereiche des physischen Innenraummodells umfasst. Anders ausgedrückt werden alle Bereiche ermittelt, die frei bleiben sollten, um eine Bewegung des Fahrzeuginsassen bei den berücksichtigten Handlungsabläufen nicht einzuschränken.
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Sind die Anordnungspunkte der bildgebenden Sensoren 23 - 25 bezüglich des physischen Innenraummodells 9 bekannt, ist somit letztlich auch die Registrierung der Bewegungshülle zum virtuellen Innenraummodell 1 bekannt. Durch Ausnutzung dieses Zusammenhangs oder auch durch eine explizite Registrierung, beispielsweise mithilfe von Markierungen an den im physischen Innenraummodell 9 vorhandenen physischen Komponenten 3, 8, kann eine zu dem virtuellen Innenraummodell 1 registrierte Bewegungshülle 28 bereitgestellt werden.
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Zur Validierung eines auf bestimmte Weise parametrisierten virtuellen Innenraummodells 1 kann nun überprüft werden, ob eine der Komponenten 2, 3, 8 des virtuellen Innenraummodells 1 mit der zu dem virtuellen Innenraummodell 1 registrierten Bewegungshülle 28 überlappt. Ist dies nicht der Fall, so würde ein tatsächlicher Innenraum 33, der dem virtuellen Innenraummodell 1 entspricht, die Bewegung der Testpersonen bei den relevanten Handlungsabläufen nicht einschränken, so dass ein Kraftfahrzeug 30 entwickelt bzw. hergestellt werden kann, dessen Innenraum 33 dem virtuellen Innenraummodell 1 entspricht.
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Ist dies nicht der Fall bzw. ist noch keine gewünschte Parametrisierung für das Innenraummodell 1 bekannt, kann ein angepasstes virtuelles Innenraummodell 29 ermittelt werden. Hierzu können manuell durch einen Benutzer oder automatisiert die Positionen 4, 5 bzw. Parameter 6, 7 der variablen Komponenten 2, 3 des virtuellen Innenraummodells 1 derart variiert werden, dass keine der virtuellen Komponenten mit der mit dem virtuellen Innenraummodell registrierten Bewegungshülle überlappt.
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Um auch die Position bzw. Parametrisierung von nicht unmittelbar für den Handlungsablauf relevanten Komponenten derart zu optimieren, dass sie einen Benutzer möglichst wenig bei der Durchführung der entsprechenden Handlungen beeinträchtigen, können beispielsweise auch Komponenten, die sich in einem bestimmten Abstand zur Bewegungshülle befinden, derart angepasst werden, dass ihr Abstand zur Bewegungshülle maximiert wird. Die entsprechenden Optimierungen können unter vorgegebenen Randbedingungen erfolgen bzw. andere Anforderungen, beispielsweise eine gute Erreichbarkeit bestimmter im Fahrzeug angeordneter Komponenten, können als zusätzliches Optimierungsziel berücksichtigt werden. Beispielsweise können im Rahmen einer zu minimierenden Kostenfunktionen Abstände von virtuellen Komponenten zur Bewegungshülle und weitere Parameter als separate gewichtete Summanden berücksichtigt werden.
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Eine einfache Möglichkeit zur Bereitstellung eines angepassten virtuellen Innenraummodells 29 ist es, das angepasste virtuelle Innenraummodell 29 in Abhängigkeit der Bewegungshülle 27 bzw. der zum virtuellen Innenraummodell 1 registrierten Bewegungshülle 28 aus mehreren vorläufigen virtuellen Innenraummodellen 32 auszuwählen. Beispielsweise können manuell oder durch ein vorgelagertes automatisiertes Verfahren verschiedene mögliche Ausgestaltungen des virtuellen Innenraummodells 1, insbesondere verschiedene Vorgaben für die Positionen 4, 5 bzw. Parameter 6, 7 der virtuellen Komponenten 2, 3 vorgegeben werden und die Bewegungshülle kann nur zur Auswahl des optimalen virtuellen Innenraummodells genutzt werden, beispielsweise indem jenes Innenraummodell gewählt wird, das zu maximalen Abständen der virtuellen Komponenten zur Bewegungshülle führt, wobei, wie obig erläutert, weitere Randbedingungen bzw. Optimierungsziele berücksichtigt werden können.
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Mit dem beschriebenen Verfahren wird es ermöglicht, bei der Optimierung bzw. Validierung eines Innenraummodells zu berücksichtigen, wie sich Testpersonen bei der Durchführung verschiedener Handlungen im Fahrzeug bzw. einer Fahrzeugattrappe bewegen. Somit kann mit relativ geringem Aufwand eine sehr gute Ergonomie des Fahrzeuginnenraums erreicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10137841 A1 [0004]
- EP 1533683 A2 [0005]
- DE 102018203405 A1 [0005]
