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Einrichtung zur optischen Anzeige eines veränderlichen
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Sicherheitabstandes eines Fahrzeugs Die Erfindung bezieht sich auf
eine Einrichtung zur optischen Anzeige eines veränderlichen Sicherheitsabstandes
eines Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Wie die Unfallstatistik zeigt liegt mit einem Anteil von ca.
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80% bzw. 60% die Hauptunfallursache auf Autobahnen und Landstraßen
in einer inkorrekten Geschwindigkeitswahl in Relation zur Verkehrsituation, anderen
Verkehrsteilnehmern und der Beherrschbarkeit des eigenen Fahrzeugs. Der wesentliche
Grund hierfür ist, daß das dynamische Fahrer - Fahrzeug - System in der Ubertragungscharakteristik
Nichtlinearitäten aufweist, die einerseits in der beschränkten Vortriebskraft des
Motors und andererseits in den durch Haft - und Gleitreibung gegebenen Grenzen der
maximalen Verzögerung begründet liegen. Eine ergonomische Maßnahme zur Behebung
dieser Schwierigkeit besteht darin, diese Grenzen in einer im Fahrprozeß unmittelbar
verwertbaren Form anzuzeigen. Die in diesem Sinne unmittelbar verwertbare Information
ist auf der einen Seite der benötigte iiberholweg bzw.
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die notwendige iiberholsicherheitsdistanz und auf der anderen Seite
der unter den gegebenen Bedingungen kürzeste zur Verfügung stehende Bremsweg. In
Sonderfällen ( z. B. Kolonnenverkehr auf der Autobahn ) kommt noch ein die Entscheidungs-
und Reaktionszeit berücksichtigender Sicherheitsabstand hinzu.
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Der minimal zu Verfügung stehende Bremsweg YB wird durch den mittleren
erreichbaren Kraftschlußbeiwert p, der den Kontakt Rad - Straße beschreibt, nach
der bekannten Formel
beschrieben. Dabei ist v die augenblickliche Fahrgeschwin-0 digkeit, g = 9,81 mit
2 und tR die Reaktionszeit des Fahrers.
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Da die automatische Messung des Kraftschlußbeiwerts große Probleme
bereitet, wird in vereinfachender Weise durch einen Schalter eine Auswahl vom Fahrer
vorgenommen, wobei gilt: "trocken" P = 0-,7 "naß" Ju = 0,4 "glatt" )1 = 0,2 Diese
Auswahl kann auch in Abhängigkeit von den Meßwerten für die Feuchtigkeit in den
Radkästen und für die Temperatur am Karosserieboden automatisiert werden.
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Um die neue Information über die notwendigen Sicherheitsdistanzen
in einer unmittelbaren Weise in den Fahrprozeß eingehenzulassen, wäre es sinnlos
dies in einem konventionellen Instrument in der Armaturentafel zu tun, da eine Übertragung
der in analoger oder digitaler Form dargebotenen Information in das reale Umfeld
die mentalen Fähigkeiten des Durchschnittsfahrers überfordern würde. Aus diesem
Grunde wurde bereits in der DE OS 26 33 067 eine "Einrichtung zur optischen Anzeige
eines veränderlichen Sicherheitsabstandes eines Fahrzeugs" beschrieben, durch die
im realen Umfeld auf der Basis der Head - Up - Display - Technik ein Leuchtbalken
derart auf die Straße vor dem Fahrzeug zu liegen scheint, daß die Distanz zu diesem
Balken vom Fahrer in gleicher Weise wahrgenommen werden kann, wie die realer Gegenstände
im Umfeld auch. Dies geschieht dadurch, daß an der Frontscheibe des Fahrzeugs ein
quer zu Fahrbahn liegender Lichtbalken als virtuelles Bild einer fadenförmigen Lichtquelle
erscheint, wobei diese Lichtquelle in der Nähe des Brennpunktes einer Sammellinse
schräg zur optischen Achse hinter einer dreiecksförmigen Blende in Abhängigkeit
von dem anzuzeigenden
Sicherheitsabstand derart verschiebbar ist,
daß die Bildweite des virtuellen Bildes jeweils dem anzuzeigenden Sicherheitsabstand
und die Bildhöhe der Augenhöhe des Fahrers über der Fahrbahn entspricht.
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Nachteil der beschriebenen Ausführungsform ist, daß in dem Bereich
zwischen Windschutzscheibe und Lenkrad ein relativ großer Raum erforderlich ist,
in dem die Linse mit dem dahinter befindlichen aus optischen Gründen bis zu der
strichförmigen Lichtquelle frei zuhaltenden Raum installiert werden kann. Der Raum
ist auch dann ziemlich groß, wenn man durch Anwendung von Spiegeln eine Faltung
des optisch freizuhaltenden Raumes bewerkstelligt, weil Linsen mit relativ großer
Brennweittverwendet werden müssen,um für beide Augen ein einigermaßen unverzerrtes
virtuelles Bild zu erzeugen.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtung ist darin zusehen,
daß bei einer Spiegelung an der aus stilistischen und aerodynamischen Gründen gewölbten
Windschutzscheibe in den beiden Augen des Fahrers unterschiedliche virtuelle Bilder
der strichförmigen Lichtquelle gesehen werden, die insbesondere bei der Anzeige
von großen Entfernungen als Doppelbilder erscheinen. Dieser Nachteil kann bei der
beschriebenen Technik zwar durch eine zweite plane Scheibe, die zwischen Windschutzscheibe
und Lenkrad installiert wird, vermieden werden; bei vielen modernen Fahrzeugen ist
dies aber - abgesehen von der dadurch bewirkten Reduzierung der passiven Fahrzeugsicherheit
- wegen des relativ großen Neigungswinkels der Windschutzscheibe technisch nicht
praktizierbar: Ein dritter Nachteil der bisherigen Ausführugsform ist dadurch gegeben,
daß Fahrer extrem kleiner oder großer Körpergröße über Sehstrahlen in die Linse
schauen, die in Randbereichen der Linse liegen, sodaß sich in diesem Falle Verzerrungen
des virtuellen Bildes des Lichtbalkens ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anzeigeeinrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die so flach ist, daß sie auch nachträglich in ein vorhandenes
Kraftfahrzeug auf der Armaturenbrettoberfläche eingebaut werden kann, bei der durch
die Spiegelung an der gewölbten Winschutzscheibe keine Doppelbilder auftreten und
die ohne Schwierigkeiten so auf unterschiedliche Augenhöhen eingestellt werden kann,
daß unter allen Umständen unverzerrte scharfe virtuelle Bilder eines Leuchtbalkens
gesehen werden.
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Erfindugsgemäß wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Verschiebbarkeit der Bilderzeugungseinrichtung
kann eine relativ kleine Linse mit kurzer Brennweite verwendet werden, wodurch sich
der angestrebte flache Aufbau der genannten optischen Anordnung verwirklichen läßt.
Da das von dieser kleinen Linse entworfene Bild nur von einem Auge erfaßt werden
kann, wird auch die Gefahr von Doppelbildern ausgeschaltet. Dadurch, daß die Linsenoberfläche
jeweils so gekippt wird, daß sie senkrecht auf dem gespiegelten zur Sicherheitsentfernung
gerichteten Sehstrahl liegt, kann die ganze Anordnung so eingerichtet werden, daß
sie nahezu auf jeder Armaturenbrettoberfläche installiert werden kann. Außerdem
kann diese Einrichtung durch Verschiebung auf dem Armaturenbrett ohne Schwierigkeiten
auf unterschiedliche Augenhöhen eingestellt werden.
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Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnungen naher erläutert.Es zeigt Fig. 1 : eine Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen
Anzeigeeinrichtung, Fig. 2 : die Anordnung der Bilderzeu-gungsei6tichtung in einem
Fahrzeug in perspektivischer Darstellung, Fig. 3 : ein Beispiel für die Form eines
Glaskörpers zur Verwirklichung der strichförmigen Lichtquelle.
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In Fig 1 und 2 ist das Prinzip der erfindungsgemäßen Anzeigeeinrichtung
dargestellt. In einem geeigneten Rahmen 1, der auf dem Armaturenbrett 2 aufgesetzt
wird und der in seiner Neigung der Armaturenbrettoberfläche entspricht, ist ein
Spiegelkasten 3, auf dem eine etwa 60 x 60 mm große Linse 3a montiert ist, parallel
zur Armaturenbrettoberfläche in Fahrtrichtung verschieblich gelagert. Da ausgehend
von einem individuell unterschiedlichem aber für die jeweilige Fahrt als fest anzunehmenden
Augenpunkt verschiedene Entfernungen Yß vor dem Fahrzeug 5 unter unterschiedlichem
Winkel gesehen werden, kann der Spiegelkasten 3 in Abhängigkeit von der anzuzeigenden
Entfernung YB in solche Positionen gebracht werden, daß der der Entfernung YB entsprechende
Sehstrahl 6 senkrecht auf dem Linsenmittelpunkt steht.
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Eventuelle Augenbewegungen durch Fahrbahnunebenheiten oder Eigenbewegungen
des Fahrers werden durch die Größe der Linsenfläche aufgefangen. Der Verfahrweg
3c des Linsenmittelpunktes ist demnach eine Gerade, die einerseits etwa parallel
zur Armaturenbrettoberfläche verläuft und andererseits einen spitzen Winkel mit
der Fahrzeuglängsachse bildet, da das virtuelle balkenförmige Bild 4 der strichförmigen
Lichtquelle 10 oder 11 vor der Fahrzeugmitte liegen soll und somit die Sehstrahlen
6 vom Fahrer auge 7 zu dem virtuellen Bild 4 in Abhängigkeit von der anzuzeigenden
Entfernung YB unterschiedliche Winkel bilden. Dadurch, daß nur eine relativ kleine
Linse 3a verwendet wird, die ein virtuelles Bild entwirft, das nur von einem Auge
7 gesehen wird, werden die sonst an der gewölbten Windschutzscheibe 8 entstehenden
Doppelbilder vermieden. Zweckmäßigerweise ist die Apparatur so zu installieren,
daß das Bild nur von dem der Fahrzeugmitte benachbarten Auge 7, bei Linkslenkung
also vom rechten Auge, gesehen werden kann, da im Bereich der Sehstrahlen des fahrzeuginneren
Auges die Windschutzscheibe 8 eine geringere Wölbung in Fahrzeugquerachse besitzt
und somit optische Verzerrungen weitgehend vermieden werden. Die Breite des virtuellen
Lichtbalkens 4 ist dabei so zu wählen, daß der
virtuelle Lichtbalken
4 für nahe Entfernungen YB auch bei extremen Kopfbewegungen nur entweder mit dem
linken oder mit dem rechten Auge gesehen werden kann. Der Verfahrweg ist proportional
dem Winkel t gegen die Horizontale, unter dem eine bestimmte Entfernung YB gesehen
wird. Da es sich durchwegs um kleine Winkel handelt kann für den Verfahrweg 1 angegeben
werden:
wobei zA = Höhe des Augenpunktes über der Vorderachse YA = Entfernung des Augenpunktes
von der Vorderachse rR = dynamischer Halbmesser des Vorderrades c ist eine Konstante,
die von den Einbaubedingungen in dem Fahrzeug 5, wie Neigung der Windschutzscheibe
8 und Neigung der Verschiebungsgeraden 3c der Linse 3a, abhängt.
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Durch den Spiegelkasten 3, auf dem die Linse 3a aufliegt, wird der
durch die Strahlen, die von dem Linsenmittelpunkt zu der als optischer Gegenstand
fungierenden strichförmigen Lichtquelle 10 oder 11 gehen, definierte optisch freizuhaltende
Raum so gefaltet, daß auch bei einer für Abbildungszwecke günstigen Brennweite von
ca. 250 mm eine relativ niedrige Bauhöhe von ca. 70 mm erreicht wird. In einer anderen
Ausführungsform kann die Einheit bestehend aus Linse 3a und Spiegelkasten 3 auch
durch einen Glaskörper mit einer kugelförmigen Einblicksöffnung und entsprechenden
planen Schliffen, durch die die Spiegelwirkung erreicht wird, dargestellt werden.
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Die Lichtquelle muß in Abhängigkeit von der anzuzeigenden Entfernung
YB gemäß den bekannten optischen Abbildungsgesetzen gegenüber der Linse 3a verschoben
werden. Die somit einzustellende Entfernung g zwischen Lichtquelle 10 oder 11 und
Linse 3a hängt nach folgender Formel von der Entfernung ab:
mit f = Brennweite der Linse 3a YL = mittlere Entfernung der an der Windschutzscheibe
8 gespiegelten Linse 3a von der Vorderachse 9 Damit besteht zwischen der Entfernung
g und dem Verfahrweg 1 bzw. dem Winkel o der Zusammenhang:
Eine Nachprüfung mit realistischen Werten zeigt, daß zwischen der Entfernung g und
dem Verfahrweg 1 bzw. dem Winkel mit hinreichender Genauigkeit ein linearer Zusammenhang
besteht, sodaß Formel 4 vereinfacht angegeben werden kann als:
wobei i ein aus den gegebenen Bedingungen abzuleitendes Übersetzungsverhältnis darstellt.
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Der Lichtquelle kann durch eine Soffittenlampe 10 verwirklicht sein,
deren Helligkeit automatisch entsprechend der Außenhelligkeit, die durch eine Fotozelle
gemessen wird, nachgeregelt wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Lichtquelle
durch einen Körper 11 aus durchsichtigem Material
verwirklicht
sein, der das unmittelbar auf die Armaturenbrettoberfläche 2 fallende Tageslicht
12 sammelt und auf eine schmale Kante lla unter Ausnutzung des Lichtleitereffektes
abbildet. Ein derartiger Körper 11 ist in Fig 3 dargestellt.
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Zweckmäßigerweise wird dieser Körper durch eine zusätzliche Lampe
13 beleuchtet, die beispielsweise mit dem Fahrlichtschalter des Fahrzeugs verbunden
ist, um auch bei Nachtfahrt die Information der Sicherheitsdistanz zu erhalten.
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Um bei unterschiedlichen Entfernungsanzeigen immer die gleiche Breite
des virtuellen Bildes 4 zu erzeugen, muß vor der strichförmigen Lichtquelle 10 oder
11 eine dreieckförmige Schablone 14a so bewegt werden, daß bei großen Entfernungen
Yß nur der Bereich der Dreiecksspitze Licht durchläßt, während bei kleinen Entfernungen
die gesamte Dreiecksbasis Licht frei gibt. Dies kann entweder so ausgeführt werden,
daß sich die Dreiecksschablone 14a auf einem drehbaren Zylinder 14 befindet, der
in seinem Inneren die strichförmige Lichtquelle 10 oder.11 beherbergt, wobei durch
die Bewegung der strichförmigen Lichtquelle die Drehung des Zylinders zwangsweise
bestimmt wird - beispielsweise durch eine Zahnstange 14b - oder so, daß die strichförmige
Lichtquelle durch ihre Stellung eine Dreiecksblende, die an einem Schanier federnd
befestigt ist, so wegdrückt, daß die jeweils vorgesehene Dreiecksbasis vor der Lichtquelle
zu liegen kommt.
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Durch Verschieben des ganzen die beschriebene Anordnung aufnehmenden
Kastens 1 im Armaturenbrett 2 in Fahrzeuglängsrichtung kann die Anzeigeeinheit auf
unterschiedliche Augenhöhen zA eingestellt werden.
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Fig 2 zeigt eine Ausführungsform der beschriebenen Anzeige.
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In dieser Ausführungsform wird die Verstellung der strichförmigen
Lichtquelle 10, die hier als Soffitte ausgeführt ist, durch ein Servopotentiometer
15 vorgenommen, das durch eine
Rechnerschaltung angesteuert wird.
An dem Servopotentiometer 15 ist ein Umlenkgetriebe 15a angeflanscht, von dem aus
einerseits die Verstellung der Soffittenlampe 10 gegenüber dem Spiegelkasten 3 sowie
die synchrone Verdrehung des Zylinders 14 mit der Dreiecksblende 14a bewerkstelligt
wird und andererseits die Verstellung der ganzen Einheit 16, auf der das Servopotentiometer
15, das Umlenkgetriebe 15a und der Spiegelkasten 3 montiert ist. Das geschieht in
dieser Ausführungsform durch einen Seilzug 15b, der über eine Umlenkrolle 15c ebenfalls
von dem Umlenkgetriebe 15a betätigt wird und der die Einheit 16 entlang zweier Führungsstangen
15d zieht.
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Die gewünschte Verstellung der Neigung der Linsenoberfläche wird in
diesem Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß zwei in einem Winkel zueinander
stehende Führungsstangen 15d verwendet werden, wodurch die Einheit 16 mit dem Spiegelkasten
3 in Abhängigkeit vom Einstellungsort 1 unterschiedliche Winkelstellungen einnimmt.
In einer anderen Ausführungsform kann die Seilzugverstellung auch durch ein Getriebe
mit Zahnstangen ersetzt werden, ebenso ist es möglich die Winkelverstellung der
Linsenoberfläche durch ein Getriebe zu erreichen. Außerdem besteht auch die Möglichkeit
die Verstellung der strichförmigen Lichtquelle und des Spiegelkastens durch zwei
getrennte Motorpotentiometer vorzunehmen. Außerdem empfielt es sich, insbesondere
wenn die elektronische Ansteuerung durch digital arbeitende Schaltungen durchgeführt
wird, anstelle der Motorpotentiometer Schrittmotore zu verwenden.