EP4013643A1 - Automatisches anpassen einer fahrzeug-sitzposition zum vermeiden von reiseübelkeit - Google Patents

Automatisches anpassen einer fahrzeug-sitzposition zum vermeiden von reiseübelkeit

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Publication number
EP4013643A1
EP4013643A1 EP20746640.0A EP20746640A EP4013643A1 EP 4013643 A1 EP4013643 A1 EP 4013643A1 EP 20746640 A EP20746640 A EP 20746640A EP 4013643 A1 EP4013643 A1 EP 4013643A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
trajectory
seat
predicted
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20746640.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mark Bennemann
Malte Lutz
Adrian Brietzke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4013643A1 publication Critical patent/EP4013643A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/037—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for occupant comfort, e.g. for automatic adjustment of appliances according to personal settings, e.g. seats, mirrors, steering wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60N2/00—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles
    • B60N2/02—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles the seat or part thereof being movable, e.g. adjustable
    • B60N2/0224—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation
    • B60N2/0244—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits
    • B60N2/0278—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits using sensors external to the seat for measurements in relation to the seat adjustment, e.g. for identifying the presence of obstacles or the appropriateness of the occupants position
    • B60N2/0279—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits using sensors external to the seat for measurements in relation to the seat adjustment, e.g. for identifying the presence of obstacles or the appropriateness of the occupants position for detecting objects outside the vehicle, e.g. for user identification
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W40/00—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models
    • B60W40/02—Estimation or calculation of non-directly measurable driving parameters for road vehicle drive control systems not related to the control of a particular sub unit, e.g. by using mathematical models related to ambient conditions
    • B60W40/06—Road conditions

Definitions

  • the invention relates to a method for automatically adjusting a seat position in a vehicle (in particular in a motor vehicle and also in particular in a passenger vehicle or a truck) in order to avoid travel sickness.
  • the invention also relates to an arrangement for providing control signals for the automatic adjustment of a seat position in a vehicle (according to any of the above types) in order to avoid travel sickness.
  • Travel sickness which can also be referred to as motion sickness or kinetosis, typically occurs in vehicle occupants as a result of a sensory conflict between the visual and vestibular systems of the vehicle occupant.
  • a sensory conflict can occur when the person's body is exposed to movements of the vehicle, whereas, for example, the visual system perceives no or alternative movements. This can be the case, for example, when the visual system is not focused on the environment, for example due to not looking out of the vehicle windows, but instead on other objects, such as text, a display device or a handheld device (e.g. a smartphone ).
  • An independent seat system for a motor vehicle is known from EP 2 540560 B1, which, on the basis of a currently recognized trajectory, adjusts a seat inclination angle to reduce a centrifugal force acting on an occupant.
  • DE 102014221 337 A1 teaches the collection of data to determine whether a travel sickness limit has been exceeded, it being possible to adjust a vehicle component, such as a vehicle seat, when this limit is exceeded. It has been shown that such approaches cannot always avoid the occurrence of travel sickness to the desired extent.
  • One object of the present invention is therefore to improve the avoidance of travel sickness in vehicles.
  • the proposed solution is initially characterized in that road information relating to unevenness in the road can be taken into account. Furthermore, not only are real-time states of the motor vehicle recorded and taken into account (but this is at least partially also possible), but vehicle states are at least partially determined in advance. More precisely, a trajectory of the vehicle is predicted so that vehicle states associated therewith can also be predicted accordingly. It can therefore be determined in advance which vehicle states will be present and then in good time the initiation of countermeasures and, more precisely, the adjustment of a seat position can be started. This ensures that countermeasures to avoid travel sickness are not subject to the above-mentioned latency chain, or at least only to a lesser extent.
  • a countermeasure can be initiated immediately or have been initiated in advance in good time.
  • the invention proposes the automatic (ie driver-autonomous and in particular by means of at least one actuator, for example at least one electric motor) adjusting the seat position of a vehicle occupant.
  • at least one actuator for example at least one electric motor
  • this can take place in that a vehicle seat as such is rotated, tilted, raised, lowered or displaced.
  • the vehicle seat can stand still and, for example, air cushions in the seat can be inflated or made smaller.
  • Forecasting (e.g. computationally and / or data-based) a trajectory of the motor vehicle
  • the lane information can be recorded with a sensor explained below and then transmitted, for example, to an arrangement and / or a control device of the type explained below.
  • the road information can describe a height profile or can be derived from such a profile.
  • the height profile can describe height values of a roadway or a roadway surface, e.g. in comparison to a mean value and / or a plane assumed as the base plane.
  • the trajectory can describe a movement path of the vehicle.
  • the prognosis can be carried out on the basis of variables which describe the previous trajectory of the vehicle and / or a current vehicle state.
  • the forecasting can be carried out on the basis of an extrapolation of any state variables mentioned herein or also vehicle variables in general.
  • a model-based forecast explained below can be carried out, in particular by means of a machine learning model.
  • the seat position can be adjusted automatically to the extent that no specific driver actuations are required for this (ie the adjustment can be carried out autonomously by the driver).
  • a degree of adaptation, but also the degree of freedom with respect to which the seat position is adapted, can be determined (automatically) as a function of the lane information received and the predicted trajectory.
  • the procedure described is advantageous in that the seating position is at least partially adjusted beforehand.
  • the inventors have also recognized that a significant influence on travel sickness can be traced back to uneven road surfaces. According to the invention, this is taken into account in the form of the lane information so that an effective suppression of travel nausea and / or at least a delay in the occurrence of travel nausea can be achieved.
  • the prediction of the trajectory of the motor vehicle can generally take place by means of a computer-aided calculation process.
  • the lane information can be received via a digital communication connection, for example for connection to a vehicle bus.
  • Any computer functions or computer properties described herein can be provided by an arrangement according to the invention and in particular any control device of this arrangement.
  • At least one driving dynamics variable (for example of the vehicle) is forecast (in particular by computer-aided calculation and e.g. by extrapolation or model calculation) and the seat position is adjusted depending on this driving dynamics variable.
  • the driving dynamics variable can describe body movements of the vehicle, for example changes in a pitch angle, a roll angle, a yaw angle and / or changes in the position of a vehicle's center of gravity (in particular lifting movements thereof).
  • the driving dynamics variables can be converted into changes of at least one comparable angle of the vehicle seat or changes in the position of the center of gravity of the vehicle seat, for example if the coordinates of the seat within the vehicle are known.
  • driving dynamics variables of the seat are calculated directly.
  • a vehicle dynamics model can be used to determine the driving dynamics variable, as is already used in the prior art. Examples include a single-track model, a two-track model, a half-vehicle model, a full-vehicle model, or a combination of these models.
  • the vehicle dynamics model can use the recorded or determined lane information and also receive further information, such as a current position of the vehicle, the predicted trajectory or any control specifications of the driver.
  • vehicle-specific data that can be taken into account are, for example, weight, weight distribution, wheelbase, mass moments of inertia or a center of gravity.
  • the driving dynamics model can take into account design data of the vehicle, in particular a spring and / or damper characteristic of the chassis and properties of other chassis components. Examples include the buffer stop of the damper and the translation required by installing the spring and damper at an angle.
  • the relationships shown in the vehicle dynamics model are generally mathematical in nature and / or describe the translational and rotational degrees of freedom of the vehicle body.
  • the vehicle body and / or all of the (spatially) comprised components that are carried or supported by the spring and damper system of the vehicle and that are above the wheels or the chassis and / or the corresponding spring and suspension system can be counted as part of the vehicle body Damper system are positioned.
  • the vehicle interior can be assigned to the vehicle body.
  • the vehicle dynamics model can be used to determine longitudinal, transverse and / or vertical dynamics of the vehicle or driving dynamics variables that describe such dynamics can be determined.
  • the determined driving dynamics variable can be used to determine a degree of adjustment of the seat position and / or the degree of freedom that is to be adjusted.
  • correction values can be determined in order to compensate for the vehicle dynamics variable and in particular its effect on a vehicle occupant. These correction values can be used to change the sitting position.
  • it can be provided that when the driving dynamics variable relates to or results from a change in the above-mentioned angle values or center of gravity, correction values are determined which have the same or at least comparable (change) amount but an opposite sign exhibit.
  • the adjustment of the seat position can therefore generally take place in the opposite direction to the determined changes in the driving dynamics variable (s) of the vehicle.
  • correction values for compensating for vehicle movements are determined by adapting the seat position, and based on this, the seat position is then automatically adapted.
  • the arrangement according to the invention can comprise a computing unit for calculating corresponding correction values.
  • movements of the vehicle can be calculated in particular in the form of the explained driving dynamics variables and the correction values can be selected in such a way that these driving dynamics variables are at least partially compensated by adjusting the seat position (in particular by moving in opposite directions and / or changing the seat position in opposite directions).
  • a further development provides that a time difference by which a prognosis of the trajectory (or, in other words, the prognosis of the trajectory) and / or the movement quantity leads a current point in time, is less than 1 second or less than 0.5 seconds.
  • the time difference can also be less than 300 milliseconds. It has been shown that such a period of time can be sufficient to determine the necessary adjustments to the seat position within this time difference (e.g. in the form of the correction values explained above) and then to implement them using an actuator.
  • a temporal and / or spatial detection area or a detection scope can be limited by the quantities and information described herein. For example, it can be sufficient to determine lane information for lane sections that are only so far away or ahead of them that they can be reached within the mentioned time difference. This distinguishes the present solution from solutions for autonomous driving, in which environmental areas that are significantly further ahead must be recorded and / or forecasts must be directed significantly further into the future in order to achieve sufficient driving safety. Since the longer the forecast period or the time difference increases, so does the uncertainty as to whether events occurring in the meantime endanger the forecast, the comparatively short time difference proposed according to the invention (or
  • the seat position is adjusted by adjusting the vehicle seat by an actuator.
  • the actuator can be at least one electric motor.
  • a specially assigned electric motor can be provided for each degree of freedom to be adjusted.
  • An actuator can be positioned below the seat and / or move a seat surface of the seat accordingly.
  • actuators within a seat upholstery that raise, lower or rotate a seat surface and / or backrest surface in such a way (e.g. by inflating air cushions or the like) that a driver sitting on it is moved in an analogous manner as if the entire seat The seat would be twisted and / or lifted. Both of these named variants can be used within the scope of this invention to adapt the seat position of the vehicle occupant.
  • a further development provides that at least one of the following degrees of freedom of the vehicle seat can be adjusted: a pitch angle; a roll angle and / or a center of gravity lift.
  • a pitch angle a roll angle and / or a center of gravity lift.
  • a yaw angle it is also possible to adjust a yaw angle. It has been shown, however, that this has comparatively little effect on the occurrence of travel sickness or, with the exception of any emergency situations, generally cannot be subject to any significant changes from the driver's point of view.
  • a change in the pitch angle has proven to be more relevant, but this can be specifically detected by taking into account the uneven road information according to the invention.
  • the trajectory is predicted on the basis of at least one of the following variables:
  • current position information for example in the form of GPS coordinates or differential GPS coordinates
  • the trajectory can be predicted in the form of current or expected steering specifications of the driver (e.g. signaled by the mentioned steering torque or the steering angle).
  • the wheel speed and / or the yaw rate can also be recorded as a vehicle reaction. In principle, however, it is sufficient to determine only the driver's control specifications and not necessarily also the vehicle reaction to determine the trajectory, for example in the form of the steering torque, a steering angle or a predetermined driving speed.
  • the trajectory is predicted by means of a model predictive control or by means of a machine learning model.
  • the machine learning model can be a neural network and / or a rule-based model. This can predict at least one output variable based on input variables.
  • the input variables can be any of the variables explained above, on the basis of which the trajectory can be predicted.
  • the output variable can then be output as the trajectory (which can generally define a description of the vehicle location over time or a change in this location over time), in particular taking into account a desired forecast duration or a previously explained time difference in the forecast. It can therefore be specified which location the vehicle will occupy at a point in time that is spaced apart from a current point in time by the corresponding time difference.
  • a model-predictive control can be understood to mean any approach and any component and / or function used for this purpose, with which a current state can be predicted on the basis of current state variables.
  • a Kalman filter can be used (ie the trajectory can generally be predicted by means of a Kalman filter).
  • a prognosis using, for example, linear extrapolation is alternatively possible.
  • the comparatively short time difference of the forecast mentioned above is advantageous, since any inaccuracies in the extrapolation can then be accepted or have less of an effect on the forecast quality. Taking correspondingly short forecast time differences as a basis can therefore enable a simplified forecast, which can reduce the expenditure on sensors, signal processing and / or the computing power of the control devices used.
  • the lane information is determined from data from at least one sensor of the vehicle or from map data.
  • the map data can describe a height profile of the roadway. They can be stored in a memory device of the vehicle or, for example, can be read out from an external memory device (for example a so-called cloud).
  • a sensor of the vehicle can be a camera, a lidar sensor, a radar sensor, a laser scanner, a suspension level sensor or an ultrasonic sensor.
  • the invention also relates to an arrangement for providing control signals (or also adjustment signals) for the automatic adjustment of a seat position in a vehicle in order to avoid travel sickness with:
  • One e.g. digital and / or signal-receiving input for receiving road information representing unevenness in the road ahead of the vehicle;
  • a control signal generating unit for generating control signals as a function of the lane information and the predicted trajectory, with the control signals being able to control at least one actuator for automatically adjusting the seat position of a vehicle occupant sitting on the vehicle seat.
  • the arrangement can comprise at least one control device or be designed as such.
  • the control device can comprise at least one microprocessor which is set up to execute program instructions. By executing these program instructions, any function described in connection with the arrangement can be provided, but also any method measure and / or any method step explained herein.
  • the arrangement can also comprise a storage device for preferably digital information.
  • the program instructions and / or the aforementioned map data can be stored on this memory device.
  • the possible control device can also include the input, the trajectory unit and / or the control signal generation unit.
  • the trajectory unit and the control signal generating unit can be used as software applications or software components be designed, which are carried out by the control unit.
  • the arrangement can also include at least one sensor for detecting the lane information.
  • the arrangement can also include the actuator and / or the vehicle seat. This can be the case in particular if the arrangement is installed in a vehicle and, for example, any control device in the arrangement is connected to this actuator via a signal line (e.g. by means of a vehicle bus).
  • the control signals for controlling the actuator can have a predetermined data format and / or other predetermined signal properties so that the actuator can be controlled accordingly.
  • the control signals can include information on target angle values that the actuator is to set, or generally target degrees of freedom values that are to be achieved with the actuator, or generally information on movements of the actuator so that the desired changes are implemented. This information can also be or contain (electrical) required operating parameters of the actuator.
  • the arrangement can comprise any further feature, any further unit and any further component in order to provide all of the functions, operating states, interactions, method steps or even effects described herein.
  • the arrangement can comprise any further feature in order to carry out a method in accordance with all aspects described herein.
  • Fig. 1 shows a vehicle comprising an arrangement according to a
  • Fig. 2 shows a flow chart of a method according to the invention, as it is with the
  • the arrangement 1 shows a vehicle 100 which comprises an arrangement 1 according to an exemplary embodiment of the invention.
  • the arrangement 1 comprises a control device 10 with at least one processor device (not shown separately) and a digital storage device.
  • Program instructions are stored in the memory device, which the processor device can perform.
  • software applications are stored in the memory device with which a trajectory unit 21 and / or control signal generating unit 23 described herein is provided.
  • the vehicle 100 includes a sensor 12, for example in the form of a camera or an ultrasonic sensor. Further examples of possible sensors were given in the general part of the description.
  • the sensor 12 detects a region of the roadway 14 lying ahead in the direction of travel F of the vehicle 100 and, more precisely, from a roadway surface.
  • the sensor 12 detects road information describing unevenness in the road 14. This can be done, for example, in such a way that the lane information is a height profile of the lane 14 detected by the sensor 12.
  • This information is made available to control device 10 via an input 13 or is received via this input 13. This can take place, for example, via a vehicle bus 104, so that the input 13 can also be a connection to such a vehicle bus 104.
  • the lane information can be determined from map data or transmitted as such.
  • a cloud server 18 can be accessed, e.g. via a cellular connection shown in dashed lines.
  • position information such as that from a position determination unit 16, which can include a GPS sensor, is taken into account.
  • the control device 10 can therefore access both the position determination unit 16 and the cloud server 18 at least indirectly in order to read out the lane information relevant to a current location or lane information ahead of the current location.
  • control device 10 also includes executable software applications that form a trajectory unit 21 and a control signal generation unit 23.
  • signals from sensors connected to a steering handle 102 or the vehicle wheels 103 can be fed into the schematically indicated vehicle bus 104, which the control unit 10 can access.
  • the control unit 10 can thus have any variable of the type explained above that can be used to predict a trajectory of the vehicle 100. Sensors to be provided for these variables, such as a yaw rate sensor, a wheel speed sensor, a steering angle or steering torque sensor, are not shown.
  • a vehicle seat 105 is shown by way of example in FIG. 1, on which a vehicle occupant (not shown separately) sits while driving.
  • An actuator 108 which is connected to the control unit 10 via a control signal line, is located below the vehicle seat.
  • the actuator 108 is an electric motor that can be controlled by the control device 10 by means of control signals.
  • the actuator 108 is set up to adapt (ie to change or adjust) at least one degree of freedom of the seat 105 in accordance with the control signals received.
  • a plurality of actuators 108 for example one for each degree of freedom to be adjusted, can also be provided.
  • the degree of freedom can be a pitch angle, so that the vehicle seat 105 can be rotated about a schematically indicated axis A which is perpendicular to the plane of the sheet.
  • FIG. 2 shows a schematic process sequence as can be carried out with the arrangement from FIG. 1.
  • step S1 road information relating to unevenness of road 14 lying ahead is recorded (preferably continuously).
  • step S2 which can also be carried out before and / or in a temporally overlapping manner with step S1, a trajectory of the vehicle 100 with trajectory unit 21 from FIG. 1 is forecast.
  • quantities currently obtained for this purpose e.g. quantities obtained via the vehicle bus 104 from FIG. 1 can be extrapolated, to be precise as a function of a predetermined forecast period or time difference at a current point in time.
  • a schematically indicated machine learning model 200 that can be executed with control device 10 from FIG. 1 or a Kalman filter 202 that can also be executed by control device 10 can be used, which can also receive the corresponding variables and predict the trajectory based thereon. It is also possible to combine several of these approaches with each other and then, for example, to check a trajectory that has been determined for plausibility or, for example, to calculate an average value.
  • a step S3 the lane information from step S1 and the predicted trajectory from step S2 are used in order to feed them into a driving dynamics model 204.
  • the driving dynamics model 204 can be executed by the control device 10 and / or stored in a memory device not shown separately, which the control device accesses or which is included in the control device 10.
  • the vehicle dynamics model 204 can describe relationships between state and / or operating variables and dynamic variables of the vehicle resulting therefrom. By doing In particular, relationships between the road information (e.g. bumps in road 14 and / or a general height profile of road 14) and the predicted trajectory and the resulting driving dynamics variables of vehicle 100 can be described or defined by driving dynamics model 204.
  • the trajectory can contain predicted location information or coordinates, and the lane information can contain unevenness or height values of the roadway 14 associated with these coordinates or location information. It can therefore be determined whether the vehicle 100 is traveling over unevenness and how these are pronounced. It can also be determined in which driving dynamics variables this results. Both of these tasks can be taken over by the driving dynamics model 204.
  • a step S4 the control unit 10 then again determines which adjustments to the seat position and, more precisely, the degree of freedom of the seat 105's pitch angle are required in order to compensate for the determined driving dynamics changes or driving dynamics variables of the vehicle 100 in such a way that the risk of travel nausea is reduced becomes.
  • Threshold criteria can be defined for this, e.g. to only intervene in the event of significant changes or values.
  • a pitch angle of the vehicle and in particular its predicted change or rate of change at a predetermined point in time can be determined as a driving dynamics variable merely as an example. How the pitch angle of the vehicle seat 105 must be changed (at the same point in time) in order to compensate for this pitch angle change of the vehicle 100 can then be determined as a correction value. For example, the same amount of the vehicle pitch angle can be selected, but with an opposite sign.
  • the control device 10 can then generate corresponding control signals with which the actuator 108 can be activated in order to implement a corresponding change in the pitch angle of the vehicle seat 105.
  • the corresponding adjustment of the vehicle seat pitch angle can take place at the point in time at which the actual change in the pitch angle of the vehicle 100 takes place.
  • the change in the seat position is carried out in a step S5 accomplished. In the example shown, this position of the vehicle occupant is changed in that the entire vehicle seat 105 is tilted in the manner described.
  • the lane information which is also determined in a forward-looking manner, is considered, as is the predicted trajectory. If it is determined at certain points in time that one or more driving dynamics variables (e.g. a pitch angle) exceed a predetermined limit and in particular that changes thereof are inadmissibly high, the seat position can be adjusted in the manner described.
  • one or more driving dynamics variables e.g. a pitch angle
  • the time difference or also the forecast period is selected in such a way that latencies and / or actuation periods of the actuator 108 turn out to be such that timely adjustments are possible. For example, it can be determined experimentally or computationally that a time difference in the forecast of 500 milliseconds, for example, results in the required adjustments to the seating position being always implemented approximately when the predicted event (which is 500 milliseconds in the future) or when the predicted one Change in driving dynamics occur.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden von Reiseübelkeit, mit: - Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn (14) vor dem Fahrzeug (100) repräsentieren; - Prognostizieren einer Trajektorie des Fahrzeugs (100); - automatisches Anpassen der Sitzposition eines auf einem Fahrzeugsitz (105) sitzenden Fahrzeuginsassen in Abhängigkeit der Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie. Weiter betrifft die Erfindung eine Anordnung (1) zum Ausführen dieses Verfahrens.

Description

Beschreibung
Automatisches Anpassen einer Fahrzeug-Sitzposition zum Vermeiden von Reiseübelkeit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum automatischen Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug (insbesondere in einem ein Kraftfahrzeug und ferner insbesondere in einem Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen) zwecks Vermeiden von Reiseübelkeit. Ebenso betrifft die Erfindung eine Anordnung zum Bereitstellen von Steuersignalen für das automatische Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug (gemäß jeglicher der vorstehenden Art) zwecks Vermeiden von Reiseübelkeit.
Reiseübelkeit, die auch als Bewegungskrankheit oder Kinetose bezeichnet werden kann, tritt bei Fahrzeuginsassen typischerweise aufgrund eines Sinneskonflikts zwischen dem visuellen und dem vestibulären System des Fahrzeuginsassen auf. Ein solcher sensorischer Konflikt kann auftreten, wenn der Körper der Person Bewegungen des Fahrzeugs ausgesetzt ist, wohingegen z.B. das visuelle System keine oder alternative Bewegungen wahrnimmt. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn das visuelle System nicht auf die Umgebung fokussiert ist, beispielsweise aufgrund eines nicht-Hinausblickens aus den Fahrzeugfenstern, sondern stattdessen auf andere Objekte, wie z.B. auf einen Text, eine Anzeigevorrichtung oder ein Handgerät (z.B. ein Smartphone).
Mit dem Aufkommen von autonomen Fahrzeugen besteht für Fahrzeuginsassen eine erhöhte Gefahr für das Auftreten von Reiseübelkeit, da im Gegensatz zu heutigen Fahrern kein dauerhafter Blickkontakt mit der Straße mehr erforderlich ist (d.h. o.g. Sinneskonflikte leichter auftreten können).
Aus der EP 2 540560 B1 ist ein eigenständiges Sitzsystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, das anhand einer aktuell erkannten Trajektorie einen Sitz-Neigungswinkel zum Verringern einer auf einen Insassen einwirkenden Zentrifugalkraft verstellt. Die DE 102014221 337 A1 lehrt das Sammeln von Daten zum Ermitteln des Überschreitens einer Reisekrankheits-Grenze, wobei dann, wenn diese Grenze überschritten ist, eine Fahrzeugkomponente, wie beispielsweise ein Fahrzeugsitz, justiert werden kann. Es hat sich gezeigt, dass sich mit derartigen Ansätzen das Auftreten von Reiseübelkeit nicht immer in einem gewünschten Maße vermeiden lässt. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Vermeiden von Reiseübelkeit in Fahrzeugen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüche angegeben. Es versteht sich, dass sämtliche der vorstehenden Merkmale und Erläuterungen auch auf die erfindungsgemäße Lösung zutreffen bzw. bei dieser vorgesehen sein können.
Es wurde erkannt, dass sich die derzeitigen Lösungen primär dadurch auszeichnen, dass in Echtzeit auf einen etwaigen Fahrzeugzustand und/oder Reiseübelkeits-Zustand geschlossen wird. Anschließend werden dann Gegenmaßnahmen eingeleitet. Dies kann jedoch zu verspätet eingeleiteten Reaktionen bzw. Gegenmaßnahmen führen. Genauer gesagt liegt eine Latenzkette von der Echtzeit- Datenerfassung über die Datenauswertung bis hin zur Gegenmaßnahmen-Umsetzung vor, die in entsprechend verspäteten Reaktionen resultieren kann. Weiter ist es mit den bisherigen Lösungen nicht möglich, die für Fahrzeugbewegungen maßgeblichen Unebenheiten einer Fahrbahnoberfläche zwecks Vermeiden von Reiseübelkeit mit zu berücksichtigen. Auch dies begrenzt die Effektivität der bisherigen Ansätze, da eine wesentliche Ursache unerwarteter Fahrzeugbewegungen nicht vorab erfasst wird.
Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass Fahrbahninformationen betreffend Unebenheiten der Fahrbahn berücksichtigt werden können. Weiter werden nicht nur Echtzeitzustände des Kraftfahrzeugs erfasst und berücksichtigt (was aber zumindest anteilig ebenso möglich ist), sondern werden Fahrzeugzustände zumindest teilweise vorausschauend ermittelt. Genauer gesagt wird eine Trajektorie des Fahrzeugs prognostiziert, sodass auch damit zusammenhängende Fahrzeugzustände entsprechend prognostiziert werden können. Es kann also vorausschauend festgestellt werden, welche Fahrzeugzustände vorliegen werden und dann rechtzeitig mit dem Einleiten von Gegenmaßnahmen und genauer gesagt dem Anpassen einer Sitzposition begonnen werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass Gegenmaßnahmen zum Vermeiden von Reiseübelkeit nicht oder zumindest nur in einem geringeren Ausmaß der oben genannten Latenzkette unterliegen. Stattdessen kann dann, wenn ein zum Vermeiden von Reiseübelkeit zu kompensierender Fahrzeugzustand vorliegt, bereits unmittelbar eine Gegenmaßnahme eingeleitet werden oder bereits rechtzeitig vorab eingeleitet worden sein. Als Gegenmaßnahme schlägt die Erfindung dabei das automatische (d.h. fahrerautonom und insbesondere mittels wenigstens einem Aktor, z.B. wenigstens einem Elektromotor) Anpassen der Sitzposition eines Fahrzeuginsassen vor. Dies kann, wie nachstehend noch näher erläutert, dadurch erfolgen, dass ein Fahrzeugsitz als solcher verdreht, verkippt, angehoben, abgesenkt oder verschoben wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, lediglich eine Sitzoberfläche und/oder Sitzpolster entsprechend zu bewegen, was dann auf den Fahrzeuginsassen übertragen wird. In letzterem Fall kann der Fahrzeugsitz still stehen und können z.B. Luftkissen im Sitz aufgeblasen oder verkleinert werden.
Im Detail wird ein Verfahren zum automatischen Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug zum Vermeiden von Reiseübelkeit vorgeschlagen, mit:
Empfangen (und/oder Erfassen) von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Fahrzeug repräsentieren;
Prognostizieren (z.B. rechnerisch und/oder datenbasiert) einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs;
- automatisches Anpassen der Sitzposition (insbesondere mittels wenigstens einem Aktor) eines auf einem Fahrzeugsitz sitzenden Fahrzeuginsassen in Abhängigkeit der Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie.
Die Fahrbahninformationen können mit einem nachstehend erläuterten Sensor erfasst werden und dann z.B. an eine Anordnung und/oder ein Steuergerät der nachstehend erläuterten Art übermittelt werden. Die Fahrbahninformationen können ein Höhenprofil beschreiben oder aus einem solchen abgeleitet werden. Das Höhenprofil kann Höhenwerte einer Fahrbahn bzw. einer Fahrbahnoberfläche z.B. im Vergleich zu einem Mittelwert und/oder einer als Grundebene angenommenen Ebene beschreiben.
Die Trajektorie kann einen Bewegungspfad des Fahrzeugs beschreiben. Das Prognostizieren kann anhand von Größen durchgeführt werden, welche die bisherige Trajektorie des Fahrzeugs und/oder einen aktuellen Fahrzeugzustand beschreiben. Dabei kann das Prognostizieren auf Basis einer Extrapolation von jeglichen hierin erwähnten Zustandsgrößen oder auch allgemein Fahrzeuggrößen durchgeführt werden. Alternativ kann eine nachstehend erläuterte modellbasierte Prognose durchgeführt werden, insbesondere mittels eines Maschinenlernmodells. Das Anpassen der Sitzposition kann insofern automatisch erfolgen, als dass keine gezielten Fahrerbetätigungen hierfür erforderlich sind (d.h. das Anpassen kann fahrerautonom durchgeführt werden). Ein Ausmaß des Anpassens, aber auch der Freiheitsgrad, bezüglich denen die Sitzposition angepasst wird, kann in Abhängigkeit der empfangenen Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie (automatisch) festgelegt werden.
Vorteilhaft ist das geschilderte Vorgehen dahingehend, als dass die Sitzposition zumindest teilweise vorausstehend angepasst wird. Weiter haben die Erfinder erkannt, dass ein erheblicher Einfluss auf die Reiseübelkeit auf Fahrbahnunebenheiten zurückzuführen ist. Diese werden in Form der Fahrbahninformationen erfindungsgemäß berücksichtigt, sodass sich eine effektive Unterdrückung der Reiseübelkeit und/oder zumindest eine Verzögerung des Auftretens von Reiseübelkeit erreichen lässt.
Insbesondere wurde erkannt, dass durch Berücksichtigung der Fahrbahninformationen betreffend Unebenheiten Bewegungen des Fahrzeugaufbaus berücksichtigt werden können, die durch die unebene Fahrbahn induziert werden.
Das Prognostizieren der Trajektorie des Kraftfahrzeugs kann allgemein mittels eines computergestützt durchgeführten Rechenvorgangs stattfinden. Das Empfangen der Fahrbahninformationen kann über einen digitalen Kommunikationsanschluss, beispielsweise zum Anschließen an einen Fahrzeugbus, erfolgen. Jegliche hierin geschilderten Computerfunktionen oder Computereigenschaften können durch eine erfindungsgemäße Anordnung bereitgestellt werden und insbesondere ein etwaiges Steuergerät dieser Anordnung.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens und der Vorrichtung wird auf Basis der Fahrbahninformationen und/oder der prognostizierten Trajektorie wenigstens eine Fahrdynamikgröße (beispielsweise des Fahrzeugs) prognostiziert (insbesondere per computergestützter Berechnung und z.B. per Extrapolation oder Modellberechnung) und die Sitzposition wird in Abhängigkeit dieser Fahrdynamikgröße angepasst. Die Fahrdynamikgröße kann Aufbaubewegungen des Fahrzeugs beschreiben, beispielsweise Änderungen eines Nickwinkels, eines Wankwinkels, eines Gierwinkels und/oder Positionsänderungen eines Fahrzeugschwerpunktes (insbesondere Hubbewegungen hiervon). Die Fahrdynamikgrößen können in Änderungen von wenigstens einem vergleichbaren Winkel des Fahrzeugsitzes oder Positionsänderungen des Schwerpunkts des Fahrzeugsitzes umgerechnet werden, beispielsweise wenn die Koordinaten des Sitzes innerhalb des Fahrzeugs bekannt sind. Es kann auch vorgesehen sein, unmittelbar Fahrdynamikgrößen des Sitzes zu berechnen. Für das Ermitteln der Fahrdynamikgröße kann ein Fahrdynamikmodell verwendet werden, wie es im Stand der Technik bereits zum Einsatz kommt. Als Beispiel sind ein Einspurmodell, ein Zweispurmodell, ein Halbfahrzeugmodell, ein Ganzfahrzeugmodell oder eine Kombination dieser Modelle zu nennen.
Das Fahrdynamikmodell kann sich der erfassten bzw. ermittelten Fahrbahninformationen bedienen und auch weitere Informationen erhalten, wie z.B. eine aktuelle Position des Fahrzeugs, der prognostizierten Trajektorie oder etwaiger Steuerungsvorgaben des Fahrers. Als weitere fahrzeugspezifische Daten können z.B. das Gewicht, die Gewichtsverteilung, der Radstand, Massenträgheitsmomente oder eine Schwerpunktlage berücksichtigt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Fahrdynamikmodell Konstruktionsdaten des Fahrzeugs berücksichtigen, insbesondere eine Feder- und/oder Dämpferkennlinie des Fahrwerks sowie Eigenschaften weiterer Fahrwerksbauteile. Beispielhaft ist der Anschlagpuffer des Dämpfers und die durch einen Schrägeinbau von Feder und Dämpfer notwendige Übersetzung zu nennen.
Die im Fahrdynamikmodell abgebildeten Zusammenhänge sind allgemein mathematischer Art und/oder beschreiben die translatorischen und rotatorischen Freiheitsgrade des Fahrzeugaufbaus. Zum Fahrzeugaufbau können dabei die Fahrzeugkarosserie und/oder sämtliche davon (räumlich) umfassten Bauteile gezählt werden, die von dem Feder- und Dämpfersystem des Fahrzeugs getragen bzw. gestützt werden und die oberhalb der Räder bzw. des Fahrwerks und/oder des entsprechenden Feder- und Dämpfersystems positioniert sind. Insbesondere kann der Fahrzeuginnenraum dem Fahrzeugaufbau zugeordnet werden. Allgemein kann mit dem Fahrdynamikmodell eine Längs-, Quer- und/oder Vertikaldynamik des Fahrzeugs ermittelt werden bzw. können Fahrdynamikgrößen ermittelt werden, die derartige Dynamiken beschreiben.
Die ermittelte Fahrdynamikgröße kann verwendet werden, um ein Ausmaß des Anpassens der Sitzposition und/oder den Freiheitsgrad, der anzupassen ist, zu bestimmen. Beispielsweise können Korrekturwerte ermittelt werden, um die Fahrdynamikgröße und insbesondere deren Auswirkung auf einen Fahrzeuginsassen zu kompensieren. Diese Korrekturwerte können zum Ändern der Sitzposition verwendet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass dann, wenn die Fahrdynamikgröße eine Änderung der o.g. Winkelwerte oder Schwerpunktslage betrifft oder darin resultiert, Korrekturwerte ermittelt werden, welche einen selben oder zumindest vergleichbaren (Änderungs-) Betrag, aber ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen. Das Anpassen der Sitzposition kann also allgemein gegenläufig zu ermittelten Änderungen der Fahrdynamikgröße(n) des Fahrzeugs erfolgen.
Es kann also vorgesehen sein, dass im Rahmen des Verfahrens Korrekturwerte zum Ausgleichen von Fahrzeugbewegungen durch Anpassen der Sitzposition ermittelt werden und darauf basierend dann das automatische Anpassen der Sitzposition durchgeführt wird. Hierfür kann die erfindungsgemäße Anordnung eine Recheneinheit zum Berechnen entsprechender Korrekturwerte umfassen. Zum Berechnen der Korrekturwerte können Bewegungen des Fahrzeugs insbesondere in Form der erläuterten Fahrdynamikgrößen berechnet werden und die Korrekturwerte können derart gewählt sein, dass diese Fahrdynamikgrößen zumindest teilweise durch Anpassen der Sitzposition (insbesondere durch gegenläufiges Bewegen und/oder gegenläufiges Ändern der Sitzposition) kompensiert werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Zeitdifferenz, um die eine Prognose der Trajektorie (oder, mit anderen Worten, das Prognostizieren der Trajektorie) und/oder der Bewegungsgröße einem aktuellen Zeitpunkt vorauseilt, weniger als 1 Sekunde oder weniger als 0,5 Sekunden beträgt. Beispielsweise kann die Zeitdifferenz auch weniger als 300 Millisekunden betragen. Es hat sich gezeigt, dass ein derartiger Zeitraum ausreichend sein kann, um innerhalb dieser Zeitdifferenz erforderliche Anpassungen der Sitzposition zu bestimmen (z.B. in Form der vorstehend erläuterten Korrekturwerte) und diese dann auch mittels eines Aktors umzusetzen.
Ein Vorteil dieser relativ kurzen Prognosezeitdauer liegt darin, dass ein zeitlicher und/oder räumlicher Erfassungsbereich bzw. ein Erfassungsumfang von hierin geschilderten Größen und Informationen begrenzt werden kann. Beispielsweise kann es ausreichen, Fahrbahninformationen für Fahrbahnabschnitte zu ermitteln, die nur derart weit entfernt bzw. vorausliegen, dass sie innerhalb der genannten Zeitdifferenz erreicht werden können. Dies unterscheidet die vorliegende Lösung von Lösungen zum autonomen Fahren, bei denen deutlich weiter vorausliegende Umgebungsbereiche erfasst werden müssen und/oder Prognosen zum Erzielen einer ausreichenden Fahrsicherheit deutlich weiter in die Zukunft gerichtet werden müssen. Da mit steigender Prognosezeitdauer bzw. Zeitdifferenz auch die Unsicherheit steigt, ob in der Zwischenzeit eintretende Ereignisse die Prognose gefährden, führt die erfindungsgemäß vorgeschlagene vergleichsweise kurze Zeitdifferenz (bzw.
Prognosedauer) auch zu einer höheren Genauigkeit. Es kann also das Risiko reduziert werden, dass falsche bzw. ungeeignete Anpassungen der Sitzposition vorgenommen werden, da nur auf unmittelbar vorausliegende Ereignisse reagiert wird, die dann auch mit einer entsprechend hohen Wahrscheinlichkeit tatsächlich eintreten. Gemäß einerweiteren Ausführungsform wird die Sitzposition durch aktorisches Verstellen des Fahrzeugsitzes angepasst. Hierunter kann z.B. verstanden werden, dass der Fahrzeugsitz als solcher um zumindest einen ausgewählten räumlichen Freiheitsgrad bewegt wird (insbesondere rotiert wird oder angehoben wird). Der Aktor kann wenigstens ein Elektromotor sein. Insbesondere kann je zu verstellendem Freiheitsgrad ein eigens zugeordneter Elektromotor vorgesehen sein.
Ein Aktor kann unterhalb des Sitzes positioniert sein und/oder eine Sitzfläche des Sitzes entsprechend verlagern. Prinzipiell ist es auch denkbar, innerhalb einer Sitzpolsterung Aktoren vorzusehen, die eine Sitzfläche und/oder Rückenlehnfläche derart anheben, absenken oder verdrehen (z.B. durch Aufblasen von Luftpolstern oder dergleichen), dass ein darauf sitzender Fahrer in analoger Weise bewegt wird, als wenn der gesamte Sitz verdreht und/oder angehoben werden würde. Beide dieser genannten Varianten können im Rahmen dieser Erfindung zum Anpassen der Sitzposition des Fahrzeuginsassen zum Einsatz kommen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass wenigstens einer der folgenden Freiheitsgrade des Fahrzeugsitzes anpassbar ist: ein Nickwinkel; ein Wankwinkel und/oder ein Schwerpunkthub. Theoretisch ist es auch möglich, einen Gierwinkel anzupassen. Es hat sich aber gezeigt, dass dieser vergleichsweise wenig Auswirkungen auf das Auftreten von Reiseübelkeit hat bzw. allgemein mit Ausnahme etwaiger Notfallsituationen keine signifikanten Änderungen aus Sicht eines Fahrers unterliegen kann. Als relevanter hat sich eine Änderung des Nickwinkels herausgestellt, was durch das erfindungsgemäße Berücksichtigen der Unebenheits- Fahrbahninformation aber gezielt erfasst werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Trajektorie anhand von wenigstens einer der folgenden Größen prognostiziert:
- einer aktuellen Fahrgeschwindigkeit, wie sie z.B. per Raddrehzahlsensoren erfassbar ist;
- einem aktuellen Lenkmoment, wie es z.B. mittels entsprechender Lenkmomentsensoren erfassbar ist;
- einem aktuellen Lenkwinkel, wofür ein bekannter Drehwinkelsensor zum Einsatz kommen kann;
- einer aktuellen Raddrehzahl;
- einer aktuellen Gierrate; - einer aktuellen Positionsinformation (z.B. in Form von GPS-Koordinaten oder Differential-GPS-Koordinaten) des Fahrzeugs.
Zusätzlich oder alternativ kann die Trajektorie in Form von aktuellen oder erwarteten Lenkvorgaben des Fahrers prognostiziert werden (z.B. signalisiert durch das erwähnte Lenkmoment oder den Lenkwinkel). Ebenso können als eine Fahrzeugreaktion die Raddrehzahl und/oder die Gierrate erfasst werden. Prinzipiell ist es aber ausreichend, lediglich Steuerungsvorgaben des Fahrers und nicht notwendigerweise auch die Fahrzeugreaktion zum Ermitteln der Trajektorie zu bestimmen, beispielsweise in Form des Lenkmoments, eines Lenkwinkels oder einer vorgegebenen Fahrgeschwindigkeit.
Gemäß einer Weiterbildung wird die Trajektorie mittels einer modellprädikativen Regelung oder mittels eines Maschinenlernmodells prognostiziert. Bei dem Maschinenlernmodell kann es sich um ein neuronales Netz handeln und/oder oder um ein regelbasiertes Modell. Dieses kann anhand von Eingangsgrößen wenigstens eine Ausgangsgröße prognostizieren. Bei den Eingangsgrößen kann es sich um jegliche der vorstehend erläuterten Größen handeln, anhand derer die Trajektorie prognostiziert werden kann. Die Ausgangsgröße kann dann die Trajektorie (die allgemein eine Beschreibung des Fahrzeugorts über der Zeit bzw. eine Änderung dieses Ortes über der Zeit definieren kann) ausgegeben werden, insbesondere unter Berücksichtigung einer gewünschten Prognosezeitdauer bzw. einer vorstehend erläuterten Zeitdifferenz der Prognose. Es kann also angegeben werden, welchen Ort das Fahrzeug zu einem Zeitpunkt einnehmen wird, der um die entsprechende Zeitdifferenz von einem aktuellen Zeitpunkt beabstandet ist.
Unter einer modellprädikativen Regelung kann jeglicher Ansatz und jegliche hierfür verwendete Komponente und/oder Funktion verstanden werden, mit der anhand aktueller Zustandsgrößen ein vorausliegender Zustand prognostiziert werden kann. Beispielsweise kann ein Kalmanfilter verwendet werden (d.h. die Trajektorie kann allgemein mittels eines Kalmanfilters prognostiziert werden). Wie erwähnt, ist alternativ die Prognose mittels einer z.B. linearen Extrapolation möglich. In diesem Zusammenhang ist die vorstehend erwähnte vergleichsweise kurze Zeitdifferenz der Prognose vorteilhaft, da dann etwaige Ungenauigkeiten der Extrapolation in Kauf genommen werden können bzw. sich weniger stark auf die Prognosegüte auswirken. Das Zugrundelegen entsprechend kurzer Prognose-Zeitdifferenzen kann also eine vereinfachte Prognose ermöglichen, was den Aufwand an die Sensorik, Signalverarbeitung und/oder die Rechenleistung verwendeter Steuergeräte mindern kann. Gemäß einerweiteren Ausführungsform werden die Fahrbahninformationen aus Daten zumindest eines Sensors des Fahrzeugs oder aus Kartendaten ermittelt. Die Kartendaten können ein Höhenprofil der Fahrbahn beschreiben. Die können in einer Speichereinrichtung des Fahrzeugs hinterlegt sein oder z.B. von einer externen Speichereinrichtung (z.B. einer sogenannten Cloud) ausgelesen werden.
Wird ein Sensor des Fahrzeugs zum Ermitteln von Fahrbahninformationen verwendet, kann es sich hierbei um eine Kamera, einen Lidarsensor, einen Radarsensor, einen Laserscanner, einen Fahrwerks-Höhenstandssensor oder einen Ultraschallsensor handeln.
Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung zum Bereitstellen von Steuersignalen (oder auch Anpassungssignalen) für das automatische Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug zwecks Vermeiden von Reiseübelkeit mit:
- einem (z.B. digitalen und/oder signalempfangenden) Eingang zum Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn vor dem Fahrzeug repräsentieren;
- einer T rajektorieeinheit zum Prognostizieren einer T rajektorie des Kraftfahrzeugs;
- einer Steuersignalerzeugungseinheit zum Erzeugen von Steuersignalen in Abhängigkeit der Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie, wobei mit den Steuersignalen wenigstens ein Aktor zum automatischen Anpassen der Sitzposition eines auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Fahrzeuginsassen ansteuerbar ist.
Die Anordnung kann wenigstens ein Steuergerät umfassen oder als ein solches ausgebildet sein. Das Steuergerät kann wenigstens einen Mikroprozessor umfassen, der dazu eingerichtet ist, Programmanweisungen auszuführen. Durch Ausführung dieser Programmanweisungen kann jegliche im Zusammenhang mit der Anordnung beschriebene Funktion bereitgestellt werden, aber auch jegliche hierin erläuterte Verfahrensmaßnahme und/oder jeder erläuterte Verfahrensschritt. Entsprechend kann die Anordnung auch eine Speichereinrichtung für bevorzugt digitale Informationen umfassen. Auf dieser Speichereinrichtung können die Programmanweisungen und/oder die erwähnten Kartendaten hinterlegt sein.
Weiter kann das etwaige Steuergerät auch den Eingang, die Trajektorieeinheit und/oder die Steuersignalerzeugungseinheit umfassen. Dabei können die Trajektorieeinheit und die Steuersignalerzeugungseinheit als Softwareapplikationen oder Softwarekomponenten ausgebildet sein, die von dem Steuergerät ausgeführt werden. Allgemein kann die Anordnung auch wenigstens einen Sensor zum Erfassen der Fahrbahninformationen umfassen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Anordnung auch den Aktor und/oder den Fahrzeugsitz umfassen. Dies kann insbesondere dann der Fall sein, wenn die Anordnung in einem Fahrzeug verbaut ist und z.B. ein etwaiges Steuergerät der Anordnung mit diesem Aktor per Signalleitung (z.B. mittels eines Fahrzeugbusses) verbunden wird.
Die Steuersignale zum Ansteuern des Aktors können ein vorbestimmtes Datenformat und/oder anderweitige vorbestimmte Signaleigenschaften aufweisen, sodass der Aktor entsprechend hiervon angesteuert werden kann. Beispielsweise können die Steuersignale Informationen zu Sollwinkelwerten umfassen, die der Aktor einstellen soll, oder allgemein Soll-Freiheitsgradwerte, die mit dem Aktor erzielt werden sollen, oder allgemein Informationen betreffend Bewegungen des Aktors, damit die gewünschte Änderungen umgesetzt werden. Diese Informationen können auch (elektrische) erforderliche Betriebsparameter des Aktors sein oder enthalten.
Allgemein kann die Anordnung jegliches weitere Merkmal, jegliche weitere Einheit und jegliche weitere Komponente umfassen, um sämtliche der hierin geschilderten Funktionen, Betriebszustände, Wechselwirkungen, Verfahrensschritte oder auch Effekte bereitzustellen. Insbesondere kann die Anordnung jegliches weitere Merkmal umfassen, um ein Verfahren gemäß sämtlichen hierin geschilderten Aspekten auszuführen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der schematischen beispielhaften Figuren erläutert. Gleichbleibende oder gleichwirkende Bezugszeichen können dabei figurenübergreifend verwendet werden.
Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug umfassend eine Anordnung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig. 2 zeigt ein Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es mit der
Anordnung aus Fig. 1 ausführbar ist.
In Fig. 1 ist ein Fahrzeug 100 gezeigt, das eine Anordnung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst. Die Anordnung 1 umfasst ein Steuergerät 10, mit wenigstens einer (nicht gesondert dargestellten) Prozessoreinrichtung und einer digitalen Speichereinrichtung. Auf der Speichereinrichtung sind Programmanweisungen hinterlegt, welche die Prozessoreinrichtung ausführen kann. Insbesondere sind in der Speichereinrichtung Softwareapplikationen hinterlegt, mit denen eine hierin geschilderte Trajektorieeinheit 21 und/oder Steuersignalerzeugungseinheit 23 bereitgestellt wird.
Das Fahrzeug 100 umfasst einen Sensor 12, z.B. in Form einer Kamera oder eines Ultraschallsensors. Weitere Beispiele für mögliche Sensoren wurden im allgemeinen Beschreibungsteil genannt. Der Sensor 12 erfasst einen in Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 100 vorausliegenden Bereich der Fahrbahn 14 und genauer gesagt von einer Fahrbahnoberfläche. Insbesondere erfasst der Sensor 12 Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn 14 beschreiben. Dies kann z.B. in der Weise erfolgen, dass die Fahrbahninformationen ein vom Sensor 12 erfasstes Höhenprofil der Fahrbahn 14 sind.
Diese Informationen werden dem Steuergerät 10 über einen Eingang 13 zur Verfügung gestellt bzw. über diesen Eingang 13 empfangen. Dies kann z.B. über einen Fahrzeugbus 104 erfolgen, sodass der Eingang 13 auch eine Verbindung zu einem derartigen Fahrzeugbus 104 sein kann.
Zusätzlich oder alternativ können die Fahrbahninformationen aus Kartendaten ermittelt oder als solche übermittelt werden. Hierfür kann auf einen Cloud-Server 18 z.B. per strichliert dargestellter Mobilfunkverbindung zugegriffen werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn Positionsinformationen, wie sie z.B. von einer Positionsermittlungseinheit 16, die einen GPS- Sensor umfassen kann, berücksichtigt werden. Das Steuergerät 10 kann also sowohl auf die Positionsermittlungseinheit 16 als auch auf den Cloud-Server 18 zumindest mittelbar zugreifen, um die zu einem aktuellen Ort relevanten Fahrbahninformationen bzw. bezogen auf den aktuellen Ort vorausliegende Fahrbahninformationen auszulesen.
Wie erwähnt, umfasst das Steuergerät 10 auch ausführbare Softwareapplikationen, die eine Trajektorieeinheit 21 und eine Steuersignalerzeugungseinheit 23 bilden.
Weiter ist in Fig. 1 angedeutet, dass Signale von mit einer Lenkhandhabe 102 oder den Fahrzeugrädern 103 verbundenen Sensoren in den schematisch angedeuteten Fahrzeugbus 104 gespeist werden können, auf den das Steuergerät 10 zugreifen kann. Somit kann das Steuergerät 10 jegliche Größe der vorstehend erläuterten Art erhalten, die verwendet werden kann, um eine Trajektorie des Fahrzeugs 100 zu prognostizieren. Nicht dargestellt sind für diese Größen vorzusehende Sensoren, wie ein Gierratensensor, ein Raddrehzahlsensor, ein Lenkwinkel- oder Lenkmomentsensor. Ferner beispielhaft ist in Fig. 1 ein Fahrzeugsitz 105 gezeigt, auf den ein nicht gesondert dargestellter Fahrzeuginsasse während der Fahrt sitzt. Unterhalb des Fahrzeugsitzes befindet sich ein Aktor 108, der über eine Steuersignalleitung mit dem Steuergerät 10 verbunden ist. Der Aktor 108 ist ein Elektromotor, der mittels Steuersignalen von dem Steuergerät 10 ansteuerbar ist. Der Aktor 108 ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Freiheitsgrad des Sitzes 105 nach Maßgabe der erhaltenen Steuersignale anzupassen (d.h. zu ändern oder einzustellen).
Beispiele für derartige Freiheitsgrade wurden vorstehend genannt. Es können auch mehrere Aktoren 108 z.B. einer für jeden anzupassenden Freiheitsgrad vorgesehen sein. Insbesondere kann der Freiheitsgrad ein Nickwinkel sein, sodass der Fahrzeugsitz 105 über eine schematisch angedeutete und senkrecht auf der Blattebene stehende Achse A verdreht werden kann.
In Fig. 2 ist ein schematischer Verfahrensablauf gezeigt, wie er mit der Anordnung aus Fig. 1 ausführbar ist.
In einem Schritt S1 werden (vorzugsweise fortlaufend) Fahrbahninformationen betreffend vorausliegende Unebenheiten der Fahrbahn 14 erfasst. In einem Schritt S2, der auch vor und/oder zeitlich überlappend mit dem Schritt S1 ausgeführt werden kann, wird eine Trajektorie des Fahrzeugs 100 mit Trajektorieeinheit 21 aus Fig. 1 prognostiziert. Im einfachsten Fall können hierfür aktuell erhaltene Größen (z.B. über den Fahrzeugbus 104 aus Fig. 1 erhaltenen Größen) extrapoliert werden, und zwar in Abhängigkeit einer vorbestimmten Prognosezeitdauer bzw. Zeitdifferenz zu einem aktuellen Zeitpunkt.
Alternativ kann hierfür ein schematisch angedeutetes und mit dem Steuergerät 10 aus Fig. 1 ausführbares Maschinenlernmodell 200 oder ein ebenfalls vom Steuergerät 10 ausführbarer Kalmanfilter 202 verwendet werden, die ebenfalls die entsprechenden Größen erhalten können und darauf basierend die Trajektorie prognostizieren. Es ist auch möglich, mehrere dieser Ansätze miteinander zu kombinieren und dann z.B. eine ermittelte Trajektorie zu plausibilisieren oder z.B. einen Mittelwert hiervon zu bilden.
In einem Schritt S3 werden die Fahrbahninformationen aus dem Schritt S1 und die prognostizierte Trajektorie aus dem Schritt S2 verwendet, um diese in ein Fahrdynamikmodell 204 einzuspeisen. Das Fahrdynamikmodell 204 kann von dem Steuergerät 10 ausgeführt werden und/oder in einer nicht gesondert dargestellten Speichereinrichtung hinterlegt sein, auf die das Steuergerät zugreift bzw. die von dem Steuergerät 10 umfasst ist. In an sich bekannter Weise kann das Fahrdynamikmodell 204 Zusammenhänge zwischen Zustands- und/oder Betriebsgrößen und daraus resultierende Dynamikgrößen des Fahrzeugs beschreiben. In dem gezeigten Fall können insbesondere Zusammenhänge zwischen den Fahrbahninformationen (z.B. Unebenheiten der Fahrbahn 14 und/oder einem allgemeinen Höhenprofil der Fahrbahn 14) sowie der prognostizierten Trajektorie und den daraus resultierenden Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs 100 durch das Fahrdynamikmodell 204 beschrieben bzw. hierdurch definiert sein. Dabei kann die Trajektorie prognostizierte Ortsangaben bzw. Koordinaten enthalten und die Fahrbahninformationen können zu diesen Koordinaten oder Ortsangaben dazugehörige Unebenheits- oder Höhenwerte der Fahrbahn 14 enthalten. Es kann also ermittelt werden, ob das Fahrzeug 100 über Unebenheiten fährt und wie diese ausgeprägt sind. Weiter kann ermittelt werden, in welchen Fahrdynamikgrößen dies resultiert. Beide dieser Aufgaben können von dem Fahrdynamikmodell 204 übernommen werden.
In einem Schritt S4 wird daraufhin wiederum von dem Steuergerät 10 ermittelt, welche Anpassungen der Sitzposition und genauer gesagt des Nickwinkel-Freiheitsgrades des Sitzes 105 erforderlich sind, um die ermittelten Fahrdynamikänderungen bzw. Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs 100 derart zu kompensieren, dass die Gefahr von Reiseübelkeit gemindert wird. Hierfür können Schwellwert- Kriterien definiert sein, z.B. um erst bei signifikanten Änderungen bzw. Werten einzugreifen.
Lediglich beispielhaft kann hierfür als Fahrdynamikgröße ein Nickwinkel des Fahrzeugs ermittelt werden und insbesondere dessen prognostizierte Änderung oder Änderungsrate zu einem vorbestimmten Zeitpunkt. Als ein Korrekturwert kann dann ermittelt werden, wie der Nickwinkel des Fahrzeugsitzes 105 (zum selben Zeitpunkt) geändert werden muss, um diese Nickwinkeländerung des Fahrzeugs 100 zu kompensieren. Beispielsweise kann derselbe Betrag des Fahrzeug-Nickwinkels gewählt werden, aber mit einem umgekehrten Vorzeichen. Das Steuergerät 10 kann dann entsprechende Steuersignale erzeugen, mit denen der Aktor 108 ansteuerbar ist, um eine entsprechende Nickwinkel-Änderung des Fahrzeugsitzes 105 umzusetzen.
Die entsprechende Anpassung des Fahrzeugsitz-Nickwinkels kann zu demjenigen Zeitpunkt stattfinden, an dem die tatsächliche Nickwinkeländerung des Fahrzeugs 100 stattfindet. Bildlich gesprochen wird also vorausschauend ermittelt, welche Anpassungen der Sitzposition erforderlich sind und werden die entsprechenden Anpassungen dann auch bevorzugt vorausschauend eingeleitet und umgesetzt, um den Fahrer zum Zeitpunkt der tatsächlich auftretenden Änderung vor unerwünschten Einwirkungen von Fahrzeug-Dynamikgrößen zu schützen. Das Durchführen der Änderung der Sitzposition wird dabei in einem Schritt S5 bewerkstelligt. In dem gezeigten Beispiel wird diese Position des Fahrzeuginsassen dadurch geändert, dass der gesamte Fahrzeugsitz 105 in der geschilderten Weise verkippt wird.
Zusammengefasst kann also fortlaufend und in die Zukunft gerichtet prognostiziert werden, welche Fahrdynamikgrößen des Fahrzeugs 100 auftreten werden. Hierfür werden die ebenfalls vorausschauend bzw. vorausliegend ermittelten Fahrbahninformationen betrachtet sowie die prognostizierte Trajektorie. Wird zu bestimmten Zeitpunkten festgestellt, dass eine oder mehrere Fahrdynamikgrößen (z.B. ein Nickwinkel) eine vorbestimmte Grenze überschreitet und insbesondere dass Änderungen hiervon unzulässig hoch ausfallen, kann die Sitzposition in der geschilderten Weise angepasst werden.
Dabei ist die Zeitdifferenz oder auch Prognosezeitdauer derart gewählt, dass Latenzen und/oder Betätigungsdauern des Aktors 108 derart ausfallen, dass rechtzeitige Anpassungen möglich sind. Beispielsweise kann experimentell oder rechnerisch ermittelt werden, dass eine Zeitdifferenz der Prognose von z.B. 500 Millisekunden darin resultiert, dass festgestellte erforderliche Anpassungen der Sitzposition stets ungefähr dann umgesetzt werden, wenn das prognostizierte Ereignis (welches 500 Millisekunden in der Zukunft liegt) bzw. wenn die prognostizierte Fahrdynamikänderung auftreten.
Bezugszeichenliste
1 Anordnung
10 Steuergerät
12 Sensor
13 Eingang
14 Fahrbahn 16 Positionsermittlungseinheit 18 Cloud-Server 21 Trajektorieeinheit 23 Steuersignalerzeugungseinheit 100 Fahrzeug 102 Lenkhandhabe
103 Rad
104 Fahrzeugbus
105 Fahrzeugsitz 108 Aktor 200 Maschinenlernmodell 202 Kalmanfilter 204 Fahrdynamikmodell A Achse

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum automatischen Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden von Reiseübelkeit, mit:
- Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn (14) vor dem Fahrzeug (100) repräsentieren;
- Prognostizieren einer Trajektorie des Fahrzeugs (100);
- automatisches Anpassen der Sitzposition eines auf einem Fahrzeugsitz (105) sitzenden Fahrzeuginsassen in Abhängigkeit der Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis der Fahrbahninformationen und/oder der prognostizierten Trajektorie wenigstens eine Fahrdynamikgröße prognostiziert wird und die Sitzposition in Abhängigkeit dieser Fahrdynamikgröße angepasst wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdifferenz, um die eine Prognose der Trajektorie und/oder der Bewegungsgröße einem aktuellen Zeitpunkt vorauseilt, weniger als 1 Sekunden oder weniger als 0,5 Sekunden beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sitzposition durch aktorisches Verstellen des Fahrzeugsitzes (105) oder einer Sitzoberfläche hiervon angepasst wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der folgenden Freiheitsgrade des Fahrzeugsitzes (105) anpassbar ist:
- ein Nickwinkel;
- ein Wankwinkel;
- ein Schwerpunkthub.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie anhand von wenigstens einer der folgenden Größen prognostiziert wird:
- eine aktuelle Fahrgeschwindigkeit; - ein aktuelles Lenkmoment;
- ein aktueller Lenkwinkel;
- eine aktuelle Raddrehzahl;
- eine aktuelle Gierrate;
- Positionsinformation des Fahrzeugs.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trajektorie mittels einer modellprädikativen Regelung oder mittels eines Maschinenlernmodells (200) prognostiziert wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrbahninformationen aus Daten zumindest eines Sensors (12) des Fahrzeugs (100) oder aus Kartendaten ermittelt werden.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Sensor (12) eine Kamera, ein Lidarsensor, eine Radarsensor, ein Laserscanner, ein Fahrwerks-Höhenstandssensor oder ein Ultraschallsensor ist.
10. Anordnung (1) zum Bereitstellen von Steuersignalen für das automatische Anpassen einer Sitzposition in einem Fahrzeug (100) zum Vermeiden von Reiseübelkeit, mit:
- einem Eingang (13) zum Empfangen von Fahrbahninformationen, die Unebenheiten der Fahrbahn (14) vor dem Fahrzeug (100) repräsentieren;
- einer Trajektorieeinheit (21) zum Prognostizieren einer Trajektorie des Kraftfahrzeugs (100);
- einer Steuersignalerzeugungseinheit (23) zum Erzeugen von Steuersignalen in Abhängigkeit der Fahrbahninformationen und der prognostizierten Trajektorie, wobei mit den Steuersignalen wenigstens ein Aktor (108) zum automatischen Anpassen der Sitzposition eines auf einem Fahrzeugsitz (105) sitzenden Fahrzeuginsassen ansteuerbar ist.
EP20746640.0A 2019-08-13 2020-07-27 Automatisches anpassen einer fahrzeug-sitzposition zum vermeiden von reiseübelkeit Withdrawn EP4013643A1 (de)

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