DE3888439T2

DE3888439T2 - Front-Anzeigesystem für ein Strassenfahrzeug.

Info

Publication number: DE3888439T2
Application number: DE3888439T
Authority: DE
Inventors: Yoshimi C O K K Honda Furukawa
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1987-09-25
Filing date: 1988-09-26
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2008-09-27
Also published as: US5051735A; JPS6483424A; JPH0581449B2; DE3888439D1; EP0313223B1; EP0313223A1; CA1330017C

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigesystem, um bewegungsbezogene Information an dem Fahrzeug an den Fahrer zu melden und es ihm zu ermöglichen, das Fahrzeug einfacher und sicherer zu fahren, indem die Bewegung des Fahrzeugs vorhergesagt und die Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs dem vor dem Fahrzeug gesehenen Blickfeld überlagert wird.
Wie jemand ein Fahrzeug fahren kann, hängt stark von seiner Erfahrung und Übung ab. Falls er nicht sehr erfahren ist oder unzweckmäßige Entscheidungen trifft, kann er in Schwierigkeiten kommen, bspw. indem er mit übermäßig hoher Geschwindigkeit in eine Kurve einfährt und plötzlich bremsen muß, indem er die Entfernung, die erforderlich ist, um das Fahrzeug vollständig zum Stillstand zu bringen, falsch einschätzt und wiederum plötzlich bremsen muß usw..
Der Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der FR-A-2 165 710 bekannt, die ein System beschreibt zum Berechnen maximaler sicherer Kurvenfahrgeschwindigkeiten und zur Anzeige an den Fahrer, wann diese überschritten werden. Jedoch muß der Fahrer seine Augen von der Straße abwenden, um diese Anzeigen zu sehen, und es wird lediglich die Maximalgeschwindigkeit angezeigt, oberhalb derer Schleudern auftritt, ungeachtet des tatsächlichen Verlaufs der vorausliegenden Straße.
Ein Front-Anzeigesystem ist aus der FR-A-2 578 797 bekannt, jedoch lediglich bezüglich der Anzeige von Hindernissen auf der vorausliegenden Straße.
Im Hinblick auf derartige Probleme bei herkömmlichen Fahrzeugen ist es vorrangig Aufgabe der Erfindung, ein Anzeigesystem für ein Fahrzeug bereitzustellen, das die Bewegung des Fahrzeugs vorhersagt und sie dem Fahrer meldet, um es diesem zu ermöglichen, das Fahrzeug vernünftiger und angemessener zu fahren.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein solches Anzeigesystem bereitzustellen, das keinerlei Parallaxe hervorruft und in der Lage ist, ungeachtet der Haltung des Fahrzeugs genaue Anzeigen zu machen.
Unter einem Gesichtspunkt stellt die Erfindung ein Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug bereit, umfassend: einen Sensor, um an dem Fahrzeug bewegungsbezogene Information zu erfassen; ein Rechenmittel, um die Bewegung des Fahrzeugs gemäß der von dem Sensor erfaßten bewegungsbezogenen Information vorherzusagen; ein Anzeigemittel, um im Blickfelds des Fahrers des Fahrzeugs Information anzuzeigen; und dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt: ein Wandlermittel, um die vorhergesagte Bewegung des Fahrzeugs in eine Bildanzeige auf einem Front-Anzeigemittel umzuwandeln, um es dem Fahrer zu erlauben, die Bildanzeige in einer bestimmten Beziehung zu seinem Blick auf die tatsächliche Straße vor dem Fahrzeug zu sehen, wobei die Bildanzeige eine Grenztrajektorie für Kurvenfahrt umfaßt, die eine bestimmte Grenzseitenbeschleunigung hervorruft, wenn das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit längs der Trajektorie bewegt wird.
Da der Fahrer durch die Überlagerung der vorhergesagten Bewegung des Fahrzeugs auf das Blickfeld, das er vor dem Fahrzeug sieht, geeignete Informationen erhalten kann, während er einfach nach vorne sieht und sich mit dem Fahren beschäftigt, kann er somit das Fahrzeug einfacher und vernünftiger fahren.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt das Anzeigemittel einen Projektor, der die Bildanzeige auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder einen wenigstens semi-transparenten passiven Bildschirm, der vor dem Fahrer angeordnet ist, projiziert. Alternativ kann eine wenigstens semi-transparente aktive Anzeigetafel vor dem Fahrer als das Anzeigemittel angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Gesichtpunkt der Erfindung umfaßt die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel die vorhergesagte Bahn des Fahrzeugs bezüglich der Trajektorie für Kurvenfahrt. Falls gewünscht, umfaßt die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel eine Mehrzahl Trajektorien für Kurvenfahrt, die einen bestimmten Satz Seitenbeschleunigungswerte hervorrufen, falls das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit längs der Trajektorien bewegt wird. In der Nähe jeder Trajektorie kann eine numerische Anzeige gemacht werden, um die Größe der der entsprechenden Trajektorie zugeordneten Seitenbeschleunigung anzuzeigen.
Da das Kurvenfahrmanöver eines Fahrzeugs sehr wichtig für die Sicherheit des Fahrzeugs ist, bietet die Anzeige derartiger Trajektorien für Kurvenfahrt eine höchst nützliche Hilfe für den Fahrer des Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich kann die Bremsdistanz des Fahrzeugs, die von der Fahrzeuggeschwindigkeit und dem Fahrbahnzustand abhängt, auf der Frontanzeige angezeigt werden.
Bei der Vorhersage der Bewegung des Fahrzeugs ist es von Bedeutung, den Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs zu berücksichtigen. Zur Eliminierung der Parallaxe aufgrund der Haltungsänderung der Fahrzeugskarosserie ist ferner die Berücksichtigung der Nick- und Kippwinkel des Fahrzeugs wünschenswert.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben werden, in welchen:
Figur 1 eine Ansicht des Systemaufbaus des erfindungsgemäßen Anzeigesystems darstellt;
Figur 2 ein Diagramm darstellt, das die Trajektorien des Fahrzeugs auf der Fahrbahn zeigt;
Figur 3 ein Diagramm darstellt, das die Beziehung zwischen einem Punkt Pi auf der Fahrbahn und einem entsprechenden Punkt Qi auf dem Bildschirm zeigt;
Figur 4 grundlegende Anzeigeinhalte auf dem Bildschirm zeigt;
Figur 5 ein Flußdiagramm des Funktionsflusses des erfindungsgemäßen Anzeigesystems darstellt;
Figuren 6 bis 11 verschiedene Anzeigeinhalte zur Anzeige verschiedener Arten von Information darstellen;
Figur 12 ein Diagramm darstellt, das den Einfluß des Seitenschlupfwinkels des Fahrzeugs während Kurvenfahrt auf die Trajektorie des Fahrzeugs auf der Fahrbahn zeigt;
Figur 13 Bildschirminhalte darstellt, die den Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs berücksichtigen;
Figur 14 ein Diagramm darstellt, das die Änderung der Anzeigepositionen auf dem Bildschirm gemäß einer Haltungsänderung des Fahrzeugs zeigt; und
Figur 15 darstellt, wie die Bildabweichungen auf dem Bildschirm aufgrund von Haltungsänderungen des Fahrzeugs korrigiert werden können.
Figur 1 zeigt den grundlegenden Aufbau des erfindungsgemässen Anzeigesystems. Ein in der instrumententafel angeordneter und nach oben gerichteter Projektor 2 projiziert ein Bild auf einen Bildschirm 1 für eine vor dem Fahrersitz angeordnete Front-Anzeigeanordnung. Alternativ kann der Bildschirm 1 aus einer Flüssigkristall-Anzeigetafel bestehen, die im wesentlichen transparent ist, so daß der Fahrer durch sie hindurchsehen kann. Die Konfiguration dieses Bildes wird als Ergebnis des Rechenprozesses in einem Computer 3 auf Grundlage der Information über die Bewegung des Fahrzeugs bestimmt, wie sie von einem Fahrzeuggeschwindigkeits- Sensor 4 erfaßt wird. Bei dieser Ausführungsform wird lediglich ein derartiger Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor verwendet, jedoch kann die Genauigkeit der Schätzung der Fahrzeuggeschwindigkeit durch strategische Verwendung der Ausgangssignale einer Mehrzahl solcher Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensoren verbessert werden.
Die Genauigkeit des auf den Bildschirm 1 projizierten Bildes kann durch Erfassen der Gierrate, der Nickrate, des Nickwinkels, der Kipprate, des Kippwinkels, des Bremspedaldrucks, des Bremsfluiddrucks, der Längsbeschleunigung, des Gaspedalhubs, des Drosselklappenöffnungswinkels, des Lenkwinkels, des Antriebsdrehmoments oder einer Kombination dieser Daten, mit einem Wendekreisel 5, einem Beschleunigungsmesser 6, einem Gaspedal-Sensor 7, einem Bremspedal- Sensor 8, einem Lenkwinkel-Sensor 9, einem Straßenreibungskoeffizienten-Sensor 10, einem Seitenschlupfwinkel-Sensor 11 oder einer Kombination dieser und durch Ausführen einer geeigneten Korrekturrechnung mit dem Computer 3 verbessert werden. Insbesondere wird durch Erfassen des Reibungskoeffizienten der Fahrbahn durch Verwendung des Straßenreibungskoeffizienten-Sensors 10 als Seitenbeschleunigung der Fahrzeugkarosserie bezüglich der Fahrbahn eine noch genauere Anzeige der Bewegung des Fahrzeugs ermöglicht.
Im folgenden wird die bestimmte Grundarbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeug- Anzeigesystems mit Bezug auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben werden.
Wenn sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit V längs eines Kreises mit einem Radius R bewegt, ist bspw. die Zentripetalbeschleunigung des Fahrzeugs a zu diesem Zeitpunkt wie folgt gegeben:
a = V²/R (1)
Wenn das Fahrzeug bei der Geschwindigkeit V gelenkt wird, um ein Kurvenfahrmanöver mit Radius R zu erzielen, wird mit anderen Worten die durch Gleichung (1) gegebene Seitenbeschleunigung a erzeugt. Der Maximalwert amax, den diese Seitenbeschleunigung a annehmen kann, ist durch die obere Grenze der Reibungskraft zwischen den Reifen und der Fahrbahn bestimmt. Falls der Reibungskoeffizient zwischen den Reifen und der Fahrbahn u ist, so ist der zulässige Bereich der Seitenbeschleunlgung a durch die folgende Gleichung gegeben.
a < amax ≤ u (2)
Somit werden bei Annäherung von a an u die Kurvenfahrtkräfte der Vorder- und Hinterräder herabgesetzt und der Gierratenzuwachs nimmt ab.
Wenn das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit V ein Kurvenfahrmanöver längs einer Biegung mit Radius R beginnt, sollte der Fahrer daher die Fahrzeuggeschwindigkeit V gemäß der vorbestimmten Spanne zwischen der Seitenbeschleunigung a und der Grenze der seitenbeschleunigung amax steuern, die durch den Reibungskoeffizienten der Fahrbahn u gegeben ist. In Wahrheit bestimmt der Fahrer jedoch zu Beginn eines Kurvenfahrmanövers die Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß seiner Erfahrung und Intuition, ohne Zugriff auf irgendeine bestimmte Richtlinie zu haben.
Andererseits wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Bezugstrajektorie für Kurvenfahrt, die die Grenztrajektorie für Kurvenfahrt oder die Trajektorie der Grenze der Kurve, die das Fahrzeug sicher fahren kann, ggf. mit einer bestimmten Sicherheitsspanne vor dem Fahrer projiziert und der Fahrer kann das projizierte Bild mit dem tatsächlichen Verlauf der vor ihm liegenden Straße vergleichen. Daher kann der Fahrer die Spanne zwischen der erwarteten Trajektorie für Kurvenfahrt des Fahrzeugs und der Grenztrajektorie oder die Bezugstrajektorie für Kurvenfahrt auswerten und eine vernünftige Beurteilung der Zweckmäßigkeit der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit vornehmen.
Insbesondere kann der Fahrer durch Erfassen der Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensor 4 und Anzeigen der Grenztrajektorie für Kurvenfahrt, die eine bestimmte Bezugsseitenbeschleunigung (Bezugsseitenbeschleunigung oder Grenzseitenbeschleunigung) zu beiden Seiten der Sicht des Fahrers nach vorne mittels des Front-Anzeigesystems erzeugt, den von den Grenztrajektorien für Kurvenfahrt abgedeckten Bereich mit dem Verlauf der vor ihm liegenden Straße vergleichen und genau die Spanne zwischen der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit und der der Bezugsseitenbeschleunigung entsprechenden Bezugs(Grenz)-Fahrzeuggeschwindigkeit beurteilen.
Im folgenden wird der Algorithmus zum Ableiten des zu projizierenden Bildes beschrieben werden.
Ein Kurvenradius R wird aus einer vorbestimmten Bezugsseitenbeschleunigung as und der zum gegenwärtigen Zeitpunkt erfaßten Fahrzeuggeschwindigkeit V gemäß der folgenden Formel berechnet.
R = V²/as (3)
Die Grenztrajektorien Pi und Pi' des Fahrzeugs, wenn dieses sich mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit weiterbewegt, sind durch die beiden im Folgenden angegebenen Kreise gegeben, falls die Längsmittellinie der Fahrzeugkarosserie, wie in Figur 2 dargestellt, längs der x-Achse eines x-y-Koordinatensystems angeordnet ist, dessen Ursprung sich zu diesem Zeitpunkt im Schwerpunkt (c.g.) der Fahrzeugkarosserie befindet.
x² + (y - R)² = R² (4)
x² + (y + R)² = R² (5)
Dann kann man aus der Menge der (x,y)-Werte, welche die Gleichungen (4) und (5) erfüllen, eine Reihe von Koordinaten der Punkte Pi und Pi' erhalten, indem man den Wert von x wie im folgenden angegeben erhöht.
P&sub1;(x&sub1;,y&sub1;), P&sub2;(x&sub2;,y&sub2;), ...,
Pi(xi,yi), ..., Pn(xn,yn), und
P&sub1;'(x&sub1;',y&sub1;'), P&sub2;'(x&sub2;',y&sub2;') , ...,
Pi'(xi',yi'), ..., Pn'(xn',yn') (6)
Nunmehr werden durch ein drei-dimensionales geometrisches Verfahren die Punkte auf dem Bildschirm 1 berechnet, die dieser Reihe von Punkten bezüglich der Position E der Augen des Fahrers entsprechen, und die Koordinaten dieser Reihe von Punkten Qi und Qi' in einem bildschirmfesten X-Y-Koordinatensystem können wie folgt gemäß einer bestimmten Umwandlungsformel abgeleitet werden.
Q&sub1;(x&sub1;,y&sub1;), Q&sub2;(x&sub2;,y&sub2;), ...,
Qi(xi,yi), ..., Qn(xn,yn), und
Q&sub1;'(x&sub1;',y&sub1;'), Q&sub2;'(x&sub2;',y&sub2;') , ...,
Qi'(xi',yi'), ..., Qn'(xn',yn') (7)
Die auf dieser Umwandlungsformel basierende Berechnung kann gemäß einem geometrischen Prinzip eindeutig und einfach durch Bestimmen der Schnittpunkte Qi zwischen den Linien EPi und der bildschirmfesten X-Y-Ebene ausgeführt werden, da die Koordinaten (xs, ys, zs) des Ursprungs S des bzgl. des Bildschirms 1 festen X-Y-Koordinatensystems und die Koordinaten (xe, ye, ze) der Position E der Augen des Fahrers bekannt sind.
Wie in Figur 4 dargestellt, kann somit der Bereich der Fahrzeugtrajektorie, in dem das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit in jeder Richtung ohne Überschreitung der Grenzseitenbeschleunigung eine Kurve fahren kann, auf den Bildschirm 1 des Front-Anzeigesystems projiziert werden. In Figur 4 bezeichnen BL und BR die Trajektorien für Kurvenfahrt des Fahrzeugs, die die Bezugsseitenbeschleunigung hervorrufen, und, da die vorausliegende Straße Rd zwischen diesen Trajektorien BL und BR angeordnet ist, kann man sehen, daß das Fahrzeug die gegenwärtige Bahn und die gegenwärtige Geschwindigkeit beibehalten kann, ohne die Bezugsseitenbeschleunigung zu überschreiten. Die angezeigten Grenztrajektorien ändern sich in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit und allgemein gesprochen wird der Bereich zwischen den rechten und linken Trajektorien BL und BR enger, wenn sich die Fahrzeuggeschwindigkeit erhöht. Die Linie H bezeichnet einen vor dem Fahrzeug zu sehenden Horizont.
Figur 5 zeigt ein Flußdiagramm, das dieses Berechnungsverfahren zusammenfaßt; die Fahrzeuggeschwindigkeit wird aus den von den Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensoren erhaltenen Daten abgeschätzt und der Bezugskurvenradius, der eine vorbestimmte Bezugsseitenbeschleunigung hervorruft, wird aus der für jedes bestimmte Fahrzeug vorbestimmten Bezugsseitenbeschleunigung und der geschätzten Fahrzeuggeschwindigkeit abgeleitet. Nunmehr wird die Reihe von Punkten längs der Trajektorie auf der Fahrbahn, wie sie durch diesen Kurvenradius gegeben ist, berechnet und in die Koordinaten der Punkte längs der Trajektorien auf dem Bildschirm des Anzeigesystems umgewandelt. Gleichzeitig wird der Neigungswinkel der Fahrzeugkarosserie gemäß den Hüben der Aufhängungssysteme, dem Ausgangssignal eines Niveaumessers oder dem Ausgangssignal eines Kreisels erfaßt und die sich ergebende Parallaxe wird durch ein geeignetes Verfahren korrigiert, wenn die die Bezugsseitenbeschleunigung hervorrufende, vorbestimmte Trajektorie des Fahrzeugs auf dem Bildschirm angezeigt wird.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde der Bereich der Trajektorie des Fahrzeugs, in dem das Fahrzeug sicher eine Kurve fahren kann, auf dem Frontanzeigesystem gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bezugsseitenbeschleunigung angezeigt, es ist jedoch ferner möglich, auf dem Bildschirm die Bremsdistanz anzuzeigen, die aus der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit vorhergesagt wird. Figur 6 zeigt eine derartige Anzeige, in der der Bereich sicherer Bremsdistanzen durch eine gekrümmte Linie ST angezeigt wird, die sica+72Hseitlich zwischen den der Bezugsseitenbeschleunigung entsprechenden Grenztrajektorien BL und BR erstreckt, so daß der Fahrer genau die Bremsdistanz abschätzen kann. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit ansteigt, bewegt sich die Position der Linie ST auf dem Bildschirm natürlich nach oben. In diesem Fall kann zur Verbesserung der Genauigkeit der Vorhersage die Bremsdistanz unter Berücksichtigung nicht nur der Fahrzeuggeschwindigkeit, sondern auch der von dem Fahrbahnreibungskoeffizienten-Sensor 10 erhaltenen Daten berechnet werden.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform war lediglich ein Wert (Grenzseitenbeschleunigung) als die Bezugsseitenbeschleunigung gegeben, es ist jedoch auch möglich, eine Mehrzahl von Werten der Grenzseitenbeschleunigung a&sub1; bis am anzugeben und alle diesen Bezugsseitenbeschleunigungswerten entsprechenden Grenztrajektorien für Kurvenfahrt anzuzeigen. Figur 7 zeigt eine derartige Anzeige und auch der Wert jeder Bezugsseitenbeschleunigung kann in Zuordnung zu jeder der Grenztrajektorien numerisch angezeigt werden. Gemäß dieser Ausführungsform ist es ferner möglich, die Größe der Beschleunigung vorherzusagen, die erzeugt wird, wenn das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit auf der herannahenden Kurve fährt.
In einem derartigen System kann der Bezugsbeschleunigungswert, bspw. 0,4G, 0,6G usw., für jedes bestimmte Fahrzeug festgelegt oder alternativ von Hand eingestellt werden, bspw. über den Bereich von 0,1 bis 0,9G. In diesem Fall kann ferner die Grenzseitenbeschleunigung des Fahrzeugs genauer bestimmt werden, indem von dem Ausgangssignal des Reibungskoeffizienten-Sensors 10 Gebrauch gemacht wird, und die Auswahl der Bezugsseitenbeschleunigung kann in einer noch vernünftigeren Weise vorgenommen werden.
Wenn der Reibungskoeffizient der Fahrbahn nicht direkt gemessen werden kann, kann er indirekt aus der zwischen dem Ansprechverhalten des Fahrzeugs und dem Eingangslenkwinkel des Lenkrades, dem Lenkdrehmoment, der Gierrate des Fahrzeugs, der Seitenbeschleunigung, dem Seitenschlupfwinkel usw. bestehenden Beziehung abgeschätzt werden. Analog ist es möglich, die Änderung des Reibungskoeffizienten auf der Fahrbahn aus der Beziehung zwischen dem Bremspedaldruck und der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit abzuschätzen.
Figur 8 zeigt zusätzlich zu den der Bezugsseitenbeschleunigung entsprechenden Grenztrajektorien BL und BR für Kurvenfahrt die Anzeige der erwarteten oder vorhergesagten Trajektorie C des Fahrzeugs, wenn die gegenwärtige Bewegung fortgesetzt wird. Die Inhalte der Anzeige werden bestimmt, indem die Trajektorie für Kurvenfahrt gemäß der folgenden Formel aus der gegenwärtigen Seitenbeschleunigung a&sub0; bestimmt wird.
R - V²/a&sub0; (8)
Und falls die Gierrate r und die Änderungsrate des Seitenschlupfwinkels erfaßt werden, kann der Kurvenradius R aus der folgenden Formel abgeschätzt werden.
R = (r + )/V (9)
Da allgemein klein ist, kann es durch
R = r/V (10)
genähert werden.
Durch Anzeigen der vorhergesagten Trajektorie des Fahrzeugs nicht nur als vorhergesagtes stationäres Ansprechverhalten des Fahrzeugs auf Grundlage der dynamischen zustandsvariablen des Fahrzeugs, wie bspw. Gierrate und Seitenbeschleunigung, sondern auch als dynamisches Ansprechverhalten, das die vom Fahrer von Zeit zu Zeit vorgenommene Lenkbetätigung berücksichtigt, kann die Genauigkeit der Abschätzung noch weiter verbessert werden. In einem solchen Fall kann die Vorhersage der Bahn des Fahrzeugs herkömmlich mit Hilfe eines mathematischen Modells für das Ansprechverhalten durchgeführt werden, das die Gierrate, die Seitenbeschleunigung und den Seitenschlupfwinkel berücksichtigt.
Figur 9 zeigt eine Anzeige, in der das transiente Ansprechverhalten des Fahrzeugs auf die von dem Fahrer vorgenommene Lenkaktion bei der Vorhersage der Bahn C' berücksichtigt wird, im Gegensatz zu dem Fall, in dem lediglich das stationäre Ansprechverhalten des Fahrzeugs bei der Vorhersage der Bahn C des Fahrzeugs berücksichtigt wird. Durch Anzeige von C' allein oder sowohl von C als auch von C' kann der Fahrer das Verhalten des Fahrzeugs vorhersagen, insbesondere wie dieses durch das Lenkmanöver beeinflußt wird.
Figur 10 zeigt nicht nur die vorhergesagte Bahn des Fahrzeugs, sondern auch den vorhergesagten Haltungswinkel (insbesondere den Nickwinkel) zu jedem Zeitpunkt durch die entsprechende geneigte Seitenlinie D.
Um die Genauigkeit der Berechnung der Trajektorien für Kurvenfahrt zu verbessern, können verschiedene Kompensations- oder Korrekturverfahren ausgeführt werden. Bspw. wird die stationäre Seitenbeschleunigung des Fahrzeugs nicht unmittelbar nach Drehung des Lenkrads hervorgerufen und das Ansprechen des Fahrzeugs erfolgt daher mit einer bestimmten Zeitverzögerung. Auch erfolgt die Lenkbetätigung des Fahrers mit einer bestimmten Zeitverzögerung, bevor der Lenkwinkel einen Wert erreicht, der eine bestimmte Bezugsseitenbeschleunigung hervorruft. Daher kann die Genauigkeit der Vorhersage der Trajektorie des Fahrzeugs noch weiter verbessert werden, indem der Effekt derartiger Zeitverzögerungen bei der Berechnung der vorhergesagten Trajektorie des Fahrzeugs berücksichtigt wird.
Figur 11 zeigt Grenztrajektorien BL' und BR', die auf solchen Betrachtungen beruhen. In der Praxis wird zur Vorhersage der Reaktionseigenschaften des Fahrzeugs für die Lenkbetätigung ein mathematisches Modell aufgestellt und sein Verhalten wie gefordert berechnet.
Wenn das Fahrzeug bei Kurvenfahrt beschleunigt und verzögert, wird das Kurvenverhalten des Fahrzeugs durch die Änderung der Verteilung der Last auf die Vorder- und Hinterräder, die Änderung des Spurweitenwinkels aufgrund der Anderungen der Hübe der Aufhängungssysteme, die Verminderung der Seitenkraft der Reifen aufgrund der auf sie einwirkenden Traktions- oder Bremskraft usw. beeinflußt. Durch Erfassen der Längsbeschleunigung, des Bremspedaldrucks, des Gaspedalhubs, der Drosselklappenöffnung usw. und Korrektur der vorhergesagten Trajektorien für Kurvenfahrt gemäß den Werten dieser Parameter ist daher eine höchst genaue Vorhersage der Bewegung des Fahrzeugs möglich.
Da der Seitenschlupfwinkel des Fahrzeugs einen relativ deutlichen Einfluß auf das Verhalten des Fahrzeugs bewirkt, kann die Abschätzung der Grenztrajektorie durch Berücksichtigung dieses Faktors wesentlich in ihrer Genauigkeit verbessert werden. Insbesondere stimmt die Längsrichtung des Fahrzeugs während der Kurvenfahrt nicht notwendigerweise mit der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs überein und das Fahrzeug bewegt sich unter einem bestimmten Winkel (Seitenschlupfwinkel β) relativ zur Längsmittellinie des Fahrzeugs fort, wie in Figur 12 dargestellt. Der Winkel β ändert sich gemäß der Fahrzeuggeschwindigkeit, dem Lenkeingangswinkel des Lenkrads und dem Fahrbahnzustand. Da die erwartete Trajektorie des Fahrzeugs, wie sie vom Fahrer gesehen wird, ebenfalls um diesen Seitenschlupfwinkel β von der Längsmittellinie des Fahrzeugs abweicht, ist daher die Berücksichtigung dieser Abweichung und entsprechende Korrektur der Trajektorie auf dem Frontanzeigesystem erwünscht, wie dies in Figur 13 dargestellt ist. Der Seitenschlupfwinkel β des Fahrzeugs kann mit dem Seitenschlupfwinkel-Sensor 11 erfaßt oder aus der folgenden Beziehung des seitenschlupfwinkels β bezüglich der Seitenbeschleunigung a und der Gierrate R abgeschätzt werden.
a = V(r + ) (11)
Somit folgt
β = (a/V - r)dt + β&sub0; (12)
wobei β&sub0; der Anfangswert von β zur Zeit t = 0 ist.
Durch Berechnen der Abweichung β' auf dem Bildschirm mit einem Computer unter Verwendung des geschätzten Werts des Seitenschlupfwinkels β werden die Bildschirminhalte erhalten, wie sie in Figur 13 dargestellt sind. Die vorhergesagte Bahn des Fahrzeugs ist ferner durch eine Kurve C'' angezeigt.
Wenn das Fahrzeug bei Kurvenfahrt um einen Winkel Φ kippt, so neigt sich das Frontanzeigesystem analog, wie in Figur 14 dargestellt, und die relative Position der Augen des Fahrers bewegt sich entsprechend von E nach E'. Bei einer tatsächlichen Kippbewegung kippt die gefederte Fahrzeugkarosserie um eine Kippmittelachse, die nicht notwendigerweise durch den Ursprung des bezüglich des Frontanzeigesystems festen Koordinatensystems verläuft. In dieser Zeichnung fallt jedoch zur einfacheren Beschreibung der Ursprung S mit dem Kippzentrum zusammen.
Als Folge der Kippbewegung der Fahrzeugkarosserie bewegt sich der einem identischen Punkt auf der Trajektorie des Fahrzeugs entsprechende Punkt auf dem Anzeigesystem, vom Punkt Q zum Punkt Q'. Daher sollte die Anzeige auf dem rontanzeigesystem korrigiert werden, indem der Kippwinkel Φ berücksichtigt wird, wie in Figur 15 dargestellt.
Aus der vorstehenden Diskussion ist zu ersehen, daß eine analoge Korrektur der Anzeigeinhalte möglich ist, um die Einflüsse der Änderungen des Nickwinkels der Fahrzeugkarosserie zu berücksichtigen.
Der Kippwinkel kann unter Verwendung eines Kreisels erfaßt werden, als vereinfachtes Verfahren zur Erfassung des Kippwinkels ist es jedoch möglich, den Kippwinkel abzuschätzen, indem die Aufhängungshübe eines rechten und eines linken Rads erfaßt werden und die Differenz durch die Spurweite oder den Abstand zwischen den rechten und linken Rädern dividiert wird.
Obgleich der Kippwinkels aus den Aufhängungshüben unter Verwendung entweder der beiden Vorderräder oder der beiden Hinterräder abgeschätzt werden kann, kann die Schätzungsgenauigkeit verbessert werden, indem die Aufhängungshübe der vier Vorder- und Hinterräder erfaßt und gemittelt werden. Durch individuelles Erfassen der Aufhängungshübe der vier Räder kann ferner zusätzlich der Nickwinkel der Fahrzeugkarosserie abgeschätzt werden und die Anzeige kann unter weiterer Berücksichtigung des Nickwinkels korrigiert werden.
Die vorstehende Ausführungsform bezog sich allgemein auf die Information über die Bewegungstrajektorie des Fahrzeugs, die Anzeigeinhalte können jedoch ferner die Motordrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Zeit, die Lagerung, verschiedene Alarmanzeigen usw. durch graphische und/oder numerische Darstellung umfassen. Zur verbesserten Erkennung der Anzeigeinhalte können einige von ihnen in verschiedenen Farben angezeigt werden.
Da der Fahrer geeignete Informationen erhalten kann, während er sich mit dem Fahren beschäftigt und einfach nach vorne sieht, kann er erfindungsgemäß das Fahrzeug einfach und vernünftig betätigen, ungeachtet seiner Fahrübung.
Obgleich die Erfindung mit Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, soll sie nicht als auf diese beschränkt angesehen werden. Zahlreiche mögliche Modifikationen und Änderungen können vom Fachmann bei jeder der bestimmten Ausführungsform vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims

1. Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug, umfassend:

einen Sensor (4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11), um an dem Fahrzeug bewegungsbezogene Information zu erfassen;

ein Rechenmittel (3), um die Bewegung des Fahrzeugs gemäß der von dem Sensor erfaßten bewegungsbezogenen Information vorherzusagen;

ein Anzeigemittel (1, 2), um im Blickfelds des Fahrers des Fahrzeugs Information anzuzeigen; und dadurch gekennzeichnet, daß es ferner umfaßt:

ein Wandlermittel (3), um die vorhergesagte Bewegung des Fahrzeugs in eine Bildanzeige auf einem Front-Anzeigemittel (1, 2) umzuwandeln, um es dem Fahrer zu erlauben, die Bildanzeige in einer bestimmten Beziehung zu seinem Blick auf die tatsächliche Straße vor dem Fahrzeug zu sehen, wobei die Bildanzeige eine Grenztrajektorie (BL, BR) für Kurvenfahrt umfaßt, die eine bestimmte Grenzseitenbeschleunigung hervorruft, wenn das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit längs der Trajektorie bewegt wird.

2. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Anzeigemittel (1, 2) einen Projektor (2) umfaßt, der die Bildanzeige auf eine Windschutzscheibe des Fahrzeugs oder einen wenigstens semi-transparenten passiven Bildschirm (1), der vor dem Fahrer angeordnet ist, projiziert.

3. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach Anspruch 1, bei welchem das Anzeigemittel (1, 2) eine wenigstens semi-transparente aktive Anzeigetafel umfaßt, die vor dem Fahrer angeordnet ist.

4. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel (1, 2) ferner die vorhergesagte Bahn (C) des Fahrzeugs bezüglich der Trajektorie für Kurvenfahrt umfaßt.

5. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel (1, 2) eine Mehrzahl Trajektorien (BL, BR) für Kurvenfahrt umfaßt, die einen bestimmten Satz Seitenbeschleunigungswerte (a&sub1;, ..., am) hervorrufen, falls das Fahrzeug mit der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit längs der Trajektorien (BL, BR) bewegt wird.

6. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach Anspruch 5, bei welchem die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel (1, 2) ferner die vorhergesagte Bahn des Fahrzeugs bezüglich der Trajektorien (BL, BR) für Kurvenfahrt umfaßt.

7. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Rechenmittel (3) die Bewegung des Fahrzeugs unter Berücksichtigung des Seitenschlupfwinkels der Räder des Fahrzeugs vorhersagt.

8. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Mittel (5) zum Erfassen der Haltung des Fahrzeugs, und bei welchem das Wandlermittel (3) die von dem Erfassungsmittel (5) erfaßte Haltung des Fahrzeugs berücksichtigt.

9. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Bildanzeige auf dem Anzeigemittel (1, 2) eine Bremsdistanz (ST) umfaßt, die das Fahrzeug zurücklegen muß, bevor es infolge einer Bremsbetätigung bei der gegenwärtigen Fahrzeuggeschwindigkeit vollständig zum Stillstand kommt.

10. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Rechenmittel (3) Mittel zum Berechnen der tatsächlichen Trajektorie des Fahrzeugs umfaßt.

11. Front-Anzeigesystem für ein Straßenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Information über die Grenztrajektorie(n) für Kurvenfahrt auf der Bildanzeige in Form von spitzen-förmig gekrümmten, auseinanderlaufenden Linien vorliegt, die sich von einer Längsmittellinie für das Fahrzeug von dem Schwerpunkt des Fahrzeugs aus erstrecken.