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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten_eines Fahrzeugs.
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Das Fahrwerk von Fahrzeugen zum Personentransport oder zum Lastentransport wird stark durch die wechselnde Anzahl von z.B. Personen oder Tieren und deren Bewegungsverhalten im Fahrzeug, sowie von der Beladungsverteilung allgemein belastet. Auch kann eine einseitige Belastung des Fahrzeugs für das Fahrzeug zu gefährlichen Situationen wie einem Kippen oder sehr starkem Neigen in Kurven führen.
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Um eine verbesserte Beanspruchungsverteilung des Fahrzeugs und damit eine Verringerung des Verschleißes von Fahrwerk, Bremsen, Achsen etc. zur Verbesserung der Lebensdauer des gesamten Fahrzeugs zu erreichen, ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein System und Verfahren zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung eines Fahrzeugs bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Vorgeschlagen wird ein System zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten_eines Fahrzeugs, mit einer Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, die Fahrstrategie des Fahrzeugs zu beeinflussen, einer Überwachungseinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten des Fahrzeugs kontinuierlich zu erfassen, sowie mindestens einer Innenraumerfassungseinrichtung. Die Innenraumerfassungseinrichtung ist derart im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet, dass sie zumindest einen Teil davon sowie darin vorhandene Objekte wie Personen, zu Personen zugehörige Objekte, Tiere oder Transportgüter kontinuierlich erfasst, wobei die Innenraumerfassungseinrichtung ferner dazu eingerichtet ist, vorgegebene Objektdaten der erfassten Objekte zu erfassen und derart auszuwerten, dass eine daraus resultierende, aktuelle Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponentenermittelt wird. Ferner sind Optimierungsmittel vorgesehen, welche dazu eingerichtet sind, Parameter zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponentenbasierend auf den ausgewerteten Objektdaten und der ermittelten, aktuellen Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten zu ermitteln und an die Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Fahrstrategie des Fahrzeugs zu übermitteln.
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Ziel der Erfindung ist es, eine bessere Beanspruchungsverteilung von vorgegebenen Komponenten wie dem Fahrwerk, den Bremsen, einer oder mehreren Achsen eines Fahrzeugs durch kontinuierliches und berührungsloses Ermitteln von Objektdaten von im Innenraum befindlichen Objekten zu erreichen. So kann insbesondere eine variierende Gewichtsverteilung im Innenraum ständig erfasst und Fahrparameter entsprechend eingestellt werden, um die vorgegebenen Komponenten möglichst optimal zu schonen und das Fahrzeug möglichst sicher zu bewegen.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Anpassung der Fahrstrategie durch Einstellen von vorgegebenen Fahrzeugparametern durch die Steuereinrichtung erfolgt. Fahrzeugparameter umfassen Fahrwerkseinstellungen und/oder Geschwindigkeitsprofile und/oder Regelparameter zur Fahrwerkssteuerung und/oder Trajektorienplanung. Durch Anpassen von Parametern wie der Kurvengeschwindigkeit des Fahrzeugs und/oder durch Eingriffe in die Fahrdynamikregelung, wie ein Anpassen der Härte oder des Ansprechverhaltens von Stoßdämpfern, und/oder ein Anpassen der Trajektorienplanung kann die Fahrstrategie optimal an die aktuell ermittelten Objektdaten angepasst werden.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass im Innenraum erfasste Objektdaten mindestens eines oder eine Kombination sind aus einer exakten Position der Objekte im Innenraum des Fahrzeugs, dem Gewicht der Objekte, der Haltung und/oder Position des Ober- und/oder Unterkörpers von Personen. Es werden also möglichst viele Parameter über Objekte im Innenraum des Fahrzeugs erfasst, die eine Belastung von Komponente des Fahrzeugs, also z.B. des Fahrwerks, von Bremsen oder Achsen etc. hervorrufen können, wenn sie sich ändern.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Innenraumerfassungseinrichtung eine Innenraumkamera oder ein Radarsensor oder ein Ultraschallsensor oder ein Lidarsensor ist. Somit kann eine berührungslose Datenerfassung erfolgen, d.h. unabhängig davon, ob Personen sitzen, stehen oder sich bewegen.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug ein Personentransportfahrzeug zu Lande, im Wasser oder in der Luft oder ein Transportfahrzeug zur Beförderung von Tieren oder Gütern im Wasser oder in der Luft oder ein Transportanhänger ist.
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Vorgesehen ist ferner ein Verfahren zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten_eines Fahrzeugs, wobei eine Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten des Fahrzeugs kontinuierlich erfasst wird, und im Innenraum des Fahrzeugs vorhandene Objekte und vorgegebene Objektdaten der erfassten Objekte kontinuierlich erfasst und derart ausgewertet werden, dass eine aktuelle Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten daraus ermittelt wird. Auch werden Parameter zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten basierend auf den ausgewerteten Objektdaten und der aktuellen Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten ermittelt und zur Anpassung der Fahrstrategie des Fahrzeugs verwendet, d.h. an ein entsprechendes Steuergerät zur Ausführung der Beeinflussung der Fahrzeugparameter übermittelt.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die Auswertung und Optimierung mittels eines lernenden Algorithmus erfolgt.
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In einer Ausführung ist vorgesehen, dass die aus der Optimierung resultierenden Parameter Fahrwerkseinstellungen und/oder Geschwindigkeitsprofile und/oder Regelparameter zur Fahrwerkssteuerung und/oder eine Trajektorienplanung sind.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs zum Personentransport mit einem vorgeschlagenen System gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Fahrzeug beschrieben, das hauptsächlich zum Transport vieler Personen verwendet wird, z.B. ein Bus oder People Mover. Allerdings ist die Erfindung nicht darauf beschränkt. Unter den Begriff Fahrzeug fallen alle Fahrzeuge, die Personen, Tier oder Güter transportieren können, sei es zu Lande, auf dem Wasser oder in der Luft. Das heißt, dass unter den Begriff Fahrzeug PKWs, LKWs, Busse, Taxis, Flugzeuge, Drohnen, Schiffe, Züge etc. fallen, wobei es unerheblich ist, ob diese autonom bzw. automatisiert fahren oder von einem Menschen gefahren werden.
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Wie in 1 gezeigt, ist in einem Fahrzeug 1 zum Personentransport, z.B. einem Bus oder einem sogenannten People Mover, mindestens eine Innenraumerfassungseinrichtung 10 derart angeordnet, dass sie möglichst den gesamten Innenraum des Fahrzeugs 1 überwachen kann. Es können auch mehrere Innenraumerfassungseinrichtungen 10 vorgesehen sein, die jeweils Teilbereiche des Innenraums überwachen. Die von mehreren Innenraumerfassungseinrichtungen 10 ermittelten und später genauer beschriebenen Objektdaten P1-P3 werden vorteilhaft bei der Auswertung fusioniert, so dass sich ein Gesamtbild der im Innenraum befindlichen Objekte 20-22 und damit der Objektdaten P1-P3 ergibt.
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Ferner ist in 1 eine einseitige Verteilung der Objekte 20-22, z.B. Personen, Personen mit zugehörigen Objekten oder Tiere, im linken hinteren Bereich des Fahrzeugs 1 als beispielhafte Ausführung gezeigt. Durch diese einseitige Gewichtsverteilung ergibt sich eine entsprechende Beanspruchungsverteilung von Komponenten des Fahrzeugs, in diesem Fall mindestens des Fahrwerks, der Bremsen und Achsen. Deshalb ist vorgesehen, dass vorgegebene, z.B. verschleißbehaftete, Komponenten durch eine oder mehrere Überwachungseinrichtungen 11 erfasst werden. Das unterschiedliche Gewicht (=Objektdaten P1-P3) jedes Objekts 20-22 wird in 1 über die Größe der als Platzhalter für die Objekte 20-22 verwendeten Ellipsen schematisch dargestellt.
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Bei den Objekten 20-22 kann es sich um Personen, zu Personen zugehörige Objekte wie Fahrräder, Cityroller, Rucksäcke, Gepäck etc., oder auch um Tiere oder Transportgüter handeln.
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Ziel der Erfindung ist es, die Beanspruchungsverteilung von vorgegebenen, z.B. verschleißbehafteten oder sicherheitskritischen, Komponenten des Fahrzeugs 1 möglichst zu optimieren, indem basierend auf erfassten Objektdaten P1-P3 wie z.B. Personendaten oder Daten von Tieren oder Transportgütern von im Innenraum des Fahrzeugs 1 befindlichen Objekten 20-22 die Fahrstrategie des Fahrzeugs 1 durch Anpassen von nachfolgend beschriebenen Fahrzeugparametern beeinflusst wird.
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Die Anpassung der Fahrstrategie erfolgt dabei durch eine Steuereinrichtung 12, die einzelne oder mehrere vorgegebene Fahrzeugparameter einstellen kann, welche zur Optimierung der Beanspruchung von vorgegebenen Komponenten des Fahrzeugs 1, also z.B. zur Entlastung des Fahrwerks oder der Achsen oder der Reduzierung von Bremsen, beitragen. Solche einstellbaren Fahrzeugparameter sind beispielsweise Fahrwerkseinstellungen, Geschwindigkeitseinstellungen, und auch Einstellungen von Regelparametern zur Fahrwerkssteuerung, wie bereits oben erwähnt. Auch können die Informationen aus den Objektdaten in die Trajektorienplanung einfließen, so dass z.B. ein Kurvenradius bereits in der Planung der Trajektorie verändert wird, um beispielsweise ein Umkippen des Fahrzeugs 1 zu verhindern.
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Wenn also wie im vorliegenden Beispiel eine starke Belastung der linken hinteren Achse erkannt wird, müssen die Fahrzeugparameter derart optimiert werden, dass die Achse entlastet wird. Hierfür können Fahrwerkseinstellungen vorgenommen werden, um auf die erhöhte Belastung zu reagieren, z.B. indem ein Ansprechverhalten der Stoßdämpfer oder die Härte der Stoßdämpfer auf dieser Seite angepasst wird, z.B. indem die Härte erhöht wird. Außerdem kann als Maßnahme auch eine Reduzierung der Kurvengeschwindigkeit des Fahrzeugs 1 und/oder Eingriffe in die Fahrdynamikregelung vorgesehen sein, um ein starkes Neigen oder ein Kippen des Fahrzeugs 1 in Kurven und damit eine einseitige Belastung zu verhindern. Auch können Fahrzeugparameter an Bereichen des Fahrwerks angepasst werden, die nicht der erhöhten Belastung ausgesetzt sind, um die Belastung zu kompensieren. Auch kann eine Trajektorie für die vorausliegende Strecke entsprechend angepasst werden.
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Die Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten wird bereits von einem im Fahrzeug 1 vorhandenen Steuergerät, nachfolgend als Überwachungseinrichtung 11 bezeichnet, überwacht. Diese überwacht die technischen Gegebenheiten, also den Zustand jeder vorgegebenen Komponente des Fahrzeugs 1 und steuert sie oder einen geeigneten Aktuator an, um eine möglichst gleichmäßige Beanspruchungsverteilung und damit geringe Belastung der einzelnen Komponente zu erreichen. Allerdings fließen in diese Beobachtungen die Ursachen für eine ungleichmäßige Verteilung der Beanspruchung nicht in die Steuerung ein, da diese der Überwachungseinrichtung 11 unbekannt sind. Der Zustand kann sich aufgrund der Belastung durch im Fahrzeug 1 befindliche Objekte 20-22 stetig ändern, je nach Anzahl, Gewicht, Bewegungsmuster, Verhalten und Verteilung der Objekte 10-22 im Innenraum. Da die Überwachungseinrichtung 11 aber keinerlei Informationen über die vorgenannten Parameter bzw. Objektdaten P1-P3, also z.B. Anzahl, Gewicht, Bewegungsmuster, Verhalten und Verteilung von Personen, Tieren oder Transportgütern im Innenraum, hat, kann bisher keine Optimierung der Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten wie Fahrwerk, Bremsen Achsen etc. basierend auf diesen Objektdaten P1-P3 erfolgen.
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Deshalb wird vorgeschlagen, eine Innenraumüberwachung des Fahrzeugs 1 mittels einer oder mehrerer Innenraumerfassungseinrichtungen 10 vorzunehmen, welche die Objektdaten P1-P3, die zur Bestimmung der Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten benötigt werden, berührungslos ermitteln und auswerten können. Im Anschluss daran erfolgt basierend auf den Objektdaten P1-P3 eine Optimierung der Fahrzeugparameter durch Optimierungsmittel 131 und eine Ansteuerung der ermittelten, zu optimierenden Komponenten mit den optimierten Fahrzeugparametern.
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Die Auswertung und Optimierung der Objektdaten P1-P3 erfolgt softwarebasiert auf einem oder mehreren Steuergeräten 13. Dabei kann die Erfassung und Auswertung über die Innenraumerfassungseinrichtungen 10 erfolgen. Alternativ kann lediglich die Erfassung der Objektdaten P1-P3 über die Innenraumerfassungseinrichtungen 10 erfolgen, und die Auswertung erfolgt dann in einem anderen Steuergerät, z.B. in demselben Steuergerät 13, in dem die Objektdaten P1-P3 optimiert werden.
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Auch die Überwachungseinrichtung 11 kann als ein separates Steuergerät oder als Teil eines anderen Steuergeräts oder einer Steuereinrichtung wie der Steuereinrichtung 12 vorgesehen sein, welche zur Beeinflussung der Fahrstrategie des Fahrzeugs 1 durch Beeinflussen bzw. Anpassen der Fahrzeugparameter vorgesehen ist.
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Jede Innenraumerfassungseinrichtung 10 überwacht laufend, d.h. in Echtzeit oder in möglichst kurzen Intervallen, den Innenraum des Fahrzeugs 1. Als Innenraumerfassungseinrichtung 10 kann beispielsweise eine Kamera, ein Radarsensor, ein Ultraschallsensor, ein Lidarsensor oder ein anderer Sensor, der zur berührungslosen Aufnahme von vorgegebenen Objektdaten P1-P3 geeignet ist, verwendet werden.
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Insbesondere in Fahrzeugen 1 zum Personentransport, also z.B. Bussen oder sogenannten People Movern, also hochautomatisiert bis hin zu autonom fahrenden Fahrzeugen 1 zum Personentransport, bewegen sich Personen 20-22 häufig, also steigen ein und aus, wechseln den Sitzplatz etc.. Deshalb ändert sich auch insbesondere die Gewichtsverteilung im Innenraum des Fahrzeugs 1 häufig. Deshalb ist eine laufende und konstante Überwachung des Innenraums nötig, um eine Fahrstrategie bestimmen zu können, durch welche die Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten des Fahrzeugs 1 optimiert wird, d.h. durch welche eine möglichst geringe Belastung der Komponenten resultiert.
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Wie bereits erwähnt, erfassen die Innenraumerfassungseinrichtungen 10 Objektdaten P1-P3 von Objekten 20-22 im Innenraum des Fahrzeugs 1, welche dann derart ausgewertet werden, dass daraus eine Beanspruchungsverteilung vorgegebener Komponenten ermittelt wird. Hierbei kann zur Bestimmung des Gewichts eine Klassifizierung von erkannten Objekten 20-22 wie Personen, zu Personen zugehörigen Objekten, Tieren oder Transportgütern erfolgen, z.B. kann das Gewicht einer Person 20-22 anhand ihrer Größe, Fülle, Breite etc. durch entsprechende, bekannte Verfahren bestimmt werden. Außerdem kann eine Ermittlung der Haltung und/oder Position des Unterkörpers und/oder des Oberkörpers jeder Person 20-22 erfolgen, z.B. ob dieser nach vorne geneigt, nach hinten geneigt, schräg etc. ist.
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Zusätzlich können die erfassten Objektdaten P1-P3 noch in ein 2D- oder 3D-Modell zur Auswertung und Sichtbarmachung überführt werden. Aus diesen Objektdaten P1-P3 ergibt sich die Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten, welche im nächsten Schritt dann durch Optimierungsmittel 131 optimiert wird.
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Die Optimierungsmittel 131 dienen dann dazu, Fahrzeugparameter zur Optimierung der Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten basierend auf den ausgewerteten Objektdaten P1-P3 und der ermittelten, aktuellen Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten zu ermitteln.
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Diese optimierten Fahrzeugparameter werden dann an die Steuereinrichtung 12 zur Anpassung der Fahrstrategie des Fahrzeugs 1 übermittelt, welche die entsprechenden Einstellungen, z.B. eine angepasste Fahrwerkseinstellung, vornimmt.
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Für eine optimierte Auswertung können trainierte neuronale Netze verwendet werden, welche die Objektdaten P1-P3 laufend ermitteln und die Fahrzeugparameter aufgrund der implementierten lernenden Algorithmen immer weiter optimieren können. Die lernenden Algorithmen überprüfen die angewendeten optimierten Fahrzeugparameter durch die Rückmeldung der Überwachungseinrichtung 11, welche eine Verbesserung, Stagnation oder Verschlechterung der Beanspruchungsverteilung der vorgegebenen Komponenten erfasst und an die Auswertung übermitteln kann.
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Durch das Einbeziehen der Daten von Innenraumerfassungseinrichtungen 10 und die Auswertung und Optimierung mittels künstlicher Intelligenz, welche z.B. über die oben beschriebenen neuronalen Netze implementiert ist, können Informationen über Objekte 20-22 im Innenraum wie z.B. Position, Gewicht, Lage von Ober- und/oder Unterkörper von Personen 20-22 erfasst und zusätzlich zur Optimierung der Fahrstrategie verwendet werden.
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Die vorgegebenen Komponenten unterscheiden sich je nach Art des Fahrzeugs. Bei PKWs, LKWs, Bussen, Taxis etc., so dass sich damit auch die zu optimierenden Fahrzeugparameter entsprechend unterscheiden. Bei straßen- oder schienengebundenen Fahrzeugen werden häufig verschleißbehaftete Komponente wie Bremsen, Achsen, Fahrwerk die am meisten beanspruchten und damit die zu überwachenden Komponenten sein. Bei Luftfahrzeugen, sei es bemannt oder unbemannt, wird es nötig sein, Komponenten zu überwachen, die zum Fliegen an sich bzw. zur Flugsicherheit dienen, zu überwachen. Hierzu können sowohl die Flügel als auch die Bremsen des Fahrwerks zählen. Bei wassergebundenen Fahrzeugen ist es am wichtigsten, ein Kippen bzw. Gieren und damit ein Kentern oder Verlieren von Ladung zu vermeiden, so dass hier das Ruder, die Trajektorie sowie eventuell vorhandene Stabilisatoren etc. zu überwachen sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 10
- Innenraumerfassungseinrichtung
- 11
- Überwachungseinrichtung
- 12
- Steuereinrichtung zur Beeinflussung der Fahrstrategie
- 13
- Steuergerät zur Auswertung der durch 10 ermittelten Objektdaten
- 131
- Optimierungsmittel
- 20-22
- Objekte
- P1-P3
- Objektdaten
