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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erprobung einer Fahrzeugkonstruktion. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche die Bewertung von Fahrzeugeigenschaften während des Entwicklungsprozesses und noch vor Fertigstellung eines Fahrzeug-Prototyps ermöglichen.
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Zur Bewertung neuer Fahrzeugentwicklungen ist es oft erforderlich, Erprobungen unter realistischen Fahrbedingungen anhand bereits gefertigter Prototypen der Fahrzeugkonstruktion durchzuführen. Hierbei tritt jedoch das Problem auf, dass oftmals eine zuverlässige Beurteilung von Fahrassistenzsystemen unter realistischen Bedingungen kaum möglich ist. Des Weiteren erfolgt die Durchführung der entsprechenden Testverfahren erst in einem bereits weit fortgeschrittenen Entwicklungsstadium, was sich verfahrensökonomisch als ungünstig erweisen kann, da unter Umständen die wiederholte Fertigung von Prototypen erforderlich sein kann und zudem die Auswertung der Testergebnisse zeitaufwendig ist.
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Zur Durchführung von fahrzeugbezogenen Tests oder Schulungsprogrammen ist die Verwendung von Fahrsimulatoren bekannt, welche typischerweise vollständige Fahrzeugbedienplätze mit naturgetreuer Nachbildung der Bedienumgebung innerhalb einer Kabine umfassen, die beweglich gelagert ist und lateral und/oder rotatorisch bewegt werden kann.
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Aus der
DE 39 36 877 A1 ist ein Fahrsimulator zur Erzeugung von Bewegungseindrücken auf Testpersonen bekannt, bei dem die Bedienelemente jeweils über Aufnahmen beweglich angeordnet sind und über zugeordnete einstellbare Stellelemente in mehreren Bewegungsebenen über eine Steuereinheit zur Verschiebung relativ zueinander und gegenüber dem Sitz veränderlich ansteuerbar sind, um mit vermindertem Aufwand die Simulation einer realen Fahrsituation zu ermöglichen.
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Die
EP 1 435 082 B1 offenbart ein Bewegungssystem für einen Fahrsimulator in Form eines sogenannten ”kaskadierten” Systems, um sowohl Anregungen im niederfrequenten als auch Anregungen im hochfrequenten Bereich zu erzeugen und so eine hohe Anzahl an Fahrmanövern realitätsnah zu simulieren. Dabei wird eine einen Sitz sowie Bedienungselemente in Form von Lenkeinrichtungen und Betätigungspedalen umfassende Fahrerkabine ortsfest auf einem Manipulator angeordnet, welcher einen Drehteller zur gesteuerten Drehbewegung der Kabine um ihre Vertikalachse und eine sechsachsige Bewegungseinheit zur Bewegung des Zusammenbaus aus Drehteller und Kabine in allen sechs Raumfreiheitsgraden sowie eine Horizontalverschiebevorrichtung zur Verschiebung entlang der beiden Horizontalachsen aufweist. Der Zusammenbau aus Trägerschlitten, sechsachsiger Bewegungseinheit, Drehteller und Kabine bildet eine mehrere Tonnen schwere Basiseinheit, welche gegenüber der Bodenfläche reibungsarm mittels einer Luftlagerung gelagert ist.
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Aus der
WO 2008/015463 A2 ist ein Verfahren bekannt, mittels dem einem vor einem Bildschirm befindlichen Betrachter ein Bild auf dem Bildschirm angezeigt wird, wobei das auf dem Bildschirm angezeigte Hintergrundbild in Reaktion auf eine Bewegung des Betrachters aktualisiert wird bzw. geändert wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erprobung einer Fahrzeugkonstruktion bereitzustellen, welches bzw. welche eine Reduzierung von Entwicklungsaufwand und -zeit bei zugleich möglichst realitätsnaher Erprobung der Fahrzeugkonstruktion ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erprobung einer Fahrzeugkonstruktion, wobei das Verhalten der Fahrzeugkonstruktion unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen erprobt wird, indem eine Testperson Bewegungseindrücken ausgesetzt wird, welche in Abhängigkeit von der Fahrzeugkonstruktion und den Umgebungsbedingungen erzeugt werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugkonstruktion während der Erzeugung der Bewegungseindrücke ausschließlich als Sichtmodell vorliegt, welches der Testperson visuell angezeigt wird.
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Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, bei der Überprüfung von Fahrzeugeigenschaften die jeweils erprobte Fahrzeugkonstruktion nicht in Form eines reell gefertigten Prototyps, sondern nur virtuell (z. B. in Form eines vollständigen Fahrzeugmodells im CAD-Format) bereitzustellen, wobei dieses Fahrzeugmodell dann digital in eine beliebige Umgebung eingespielt wird. Während der Erprobung tritt der Fahrer somit gewissermaßen in eine virtuelle Welt ein und verhält sich hierbei so, wie er dies unter entsprechenden realen Verhältnissen tun würde.
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Die erfindungsgemäße Erprobung der Fahrzeugeigenschaften basiert somit auf der Kombination einer umfassenden, digitalen bzw. modellhaften (z. B. CAD-gestützten) Beschreibung des Fahrzeuges in Kombination mit einem Fahrtsimulator, welcher zum einen als Fahrzeugsteuerung dient und zum anderen die jeweiligen Umgebungsbedingungen bereitstellt. Die Umgebungsbedingungen können auf jede geeignete Weise bereitgestellt werden, insbesondere als digitale Videodatei oder durch Computersimulation erzeugt. Z. B. kann die Computersimulation die rechnerisch erzeugte Umgebung eines Fahrsimulators sein. Die Umgebungsbedingen können auch durch beliebiges Mischen und Überlagern von Videodateien, Computersimulationen und anderen geeigneten Mitteln zur Darstellung von Umgebungsbedingungen erzeugt sein.
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Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Bewertung von Fahrzeugeigenschaften noch vor erstmaliger Fertigung eines Prototyps bei zugleich erfolgender Bereitstellung realistischer Fahrbedingungen möglich. Dabei kann die Bewertung des Fahrverhaltens im Hinblick auf eine Vielzahl unterschiedlicher Aspekte, z. B. ergonomische Aspekte oder Sichtverhältnisse, erfolgen.
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Ferner kann auch eine zuverlässige Erprobung von Fahrassistenzsystemen durchgeführt werden. Die im Rahmen der Erfindung erprobbaren Fahrassistenzsysteme können beliebiger Art sein und z. B. halbautomatische Einparkunterstützungen, Spurwechselunterstützungen, Spurabweichungswarneinrichtungen, Einrichtungen zur Erfassung eines toten Winkels, Auffahr-Warnvorrichtungen, Abstandsregeltempomate oder automatische Beleuchtungen umfassen.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das visuelle Anzeigen des Sichtmodells eine bildliche Überlagerung dieses Sichtmodells mit einer bildlichen Darstellung der Umgebungsbedingungen. Diese bildliche Überlagerung kann insbesondere anhand des Chroma-Keying-Verfahrens erfolgen. Gemäß einer Ausführungsform wird ferner das visuelle Anzeigen des Sichtmodells mit der bildlichen Darstellung der Umgebungsbedingungen synchronisiert.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Erprobung einer Fahrzeugkonstruktion, mit einer Fahrtsimulationseinrichtung, welche Bedienelemente aufweist, wobei eine unter vorgegebenen Umgebungsbedingungen in Reaktion auf Bewegungseindrücke erfolgende Betätigung dieser Bedienelemente durch eine Testperson eine Fahrt der Fahrzeugkonstruktion simuliert.
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Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine Fahrzeugsimulationseinrichtung, durch welche die Fahrzeugkonstruktion ausschließlich durch digitale Daten beschrieben wird, und eine Visualisierungseinrichtung, welche aus diesen digitalen Daten ein Sichtmodell für die Fahrzeugkonstruktion erzeugt und zur Erzeugung der Bewegungseindrücke einer bildlichen Darstellung der Umgebungsbedingungen überlagert, aufweist.
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In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Bewegungen eines Testfahrers, insbesondere die Bewegungen der Finger einer Hand oder beider Hände des Testfahrers, mittels Kameras und/oder mittels mit entsprechender Sensorik ausgestatteten Handschuhen verfolgt. Diese Bewegungen können elektronisch aufgezeichnet werden und später unter Ergonomiegesichtspunkten ausgewertet werden, z. B. Handhaltungen, Betätigungswege, Häufigkeit der Betätigung bestimmter Bedienelemente etc.
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In diesem Zusammenhang ist es weiterhin auch möglich, dass anhand der Bewegungen des Testfahrers Betätigungen von lediglich virtuell im Sichtmodell dargestellten Bedienelementen erkannt werden. In diesem Falle brauchen nur die wichtigsten Bedienelemente, deren Handhabung intensiv geprüft werden soll, in Hardware implementiert zu sein, wohingegen weitere Bedienelemente, wie z. B. Tasten im Armaturen- und Mittelkonsolenbereich lediglich simuliert werden können. Auf diese Weise kann rein softwaremäßig zwischen unterschiedlichen Bedienkonzepten gewechselt werden, was die Flexibilität enorm erhöht.
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Zu bevorzugten Ausgestaltungen und Vorteilen der Vorrichtung wird auf die Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung näher erläutert.
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In der einzigen 1 ist der Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung anhand eines Übersichtsdiagramms für eine passive Stereovisualisierung dargestellt. Die Anordnung umfasst insbesondere eine Fahrtsimulationseinrichtung 10, eine Visualisierungseinrichtung 20 und eine Fahrzeugsimulationseinrichtung 30.
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Die Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 umfasst insbesondere ein Modul 31 zur Bereitstellung von Fahrzeugdaten, wobei die entsprechenden Fahrzeugdaten dem Modul 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel als vollständiges Fahrzeugmodell im CAD-Format von einer Datenzufuhreinrichtung (z. B. in Form eines ICB) 40 zugeführt werden. Die Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 weist ferner Slave-Einheiten 34 und 35 zur Bildaufbereitung auf, über welche die Fahrzeugdaten an die Visualisierungseinrichtung 20 weitergegeben werden. Dabei bereitet Slave-Einheit 34 Daten für das rechte Auge auf, Slave-Einheit 35 für das linke Auge.
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Die Fahrtsimulationseinrichtung 10 weist als Bedienelemente und zur Betätigung durch eine Testperson einen verstellbaren Fahrersitz, ein Lenkrad, Pedale sowie Einstellvorrichtungen für die Sitzposition, die Lenkradposition und die Pedale auf, wobei diese Bedienelemente in 1 in einer Hardware-Einheit 12 zusammengefasst sind.
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Die Testperson betätigt die Bedienelemente aufgrund von Bewegungseindrücken, die ihr während der durch die Fahrtsimulationseinrichtung 10 simulierten Fahrt über die nachfolgend beschriebene Visualisierungseinrichtung 20 angezeigt werden. Des Weiteren umfasst die Fahrtsimulationseinrichtung 10 einen Fahrtsimulations-Server 11, welcher einerseits ein Bewegungssignal an die Hardware-Einheit 12 liefert und andererseits von dieser Hardware-Einheit 12 ein Eingangssignal empfängt und über Slave-Einheiten 13 und 14 die das Fahrverhalten betreffenden Daten an die Visualisierungseinrichtung 20 weitergibt. Dabei erzeugt die Slave-Einheit 13 Daten für das rechte Auge und Slave-Einheit 14 für das linke Auge. Die Fahrtsimulationseinrichtung 10 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel mit der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 synchronisiert, was in 1 mittels des Doppelpfeils 36 zwischen dem Fahrtsimulations-Server 11 und einem Software-Modul 32 der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 dargestellt ist. Über ein weiteres Software-Modul 33 empfängt das Modul 31 der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 die Fahrzeugbewegung betreffende Daten von der Hardware-Einheit 12 der Fahrtsimulationseinrichtung 10.
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Die Visualisierungseinrichtung 20 weist Bildprozessoren (z. B. sog. ”Spyder”-Prozessoren) 22 und 23 auf, wobei ein erster Bildprozessor 22 die Daten für das rechte Auge von der Slave-Einheit 34 für die Bildaufbereitung der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 und von der Slave-Einheit 13 für die das Fahrtverhalten betreffende Daten von der Fahrtsimulationseinrichtung 10 empfängt. Entsprechend erhält ein zweiter Bildprozessor 23 die Daten für das linke Auge von der Slave-Einheit 35 für die Bildaufbereitung der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 und von der Slave-Einheit 14 für die das Fahrtverhalten betreffende Daten von der Fahrtsimulationseinrichtung 10.
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Die Visualisierungseinrichtung 20 arbeitet gemäß dem Ausführungsbeispiel nach dem sogenannten Chroma-Keying-Verfahren, bei welchem in für sich bekannter Weise die entsprechenden Bilder bzw. Videodaten von der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 einerseits und der Fahrtsimulationseinrichtung 10 andererseits einander überlagert werden, indem eine Farbe (oder ein schmaler Farbbereich) des Farbraumes in einem dieser Bilder entfernt bzw. transparent gemacht wird, wodurch das andere Bild dahinter – unter Mischung beider Bilder – sichtbar wird.
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Die Visualisierungseinrichtung 20 zeigt somit das die Fahrzeugkonstruktion beschreibende Sichtmodell in Überlagerung mit der bildlichen Darstellung der Umgebungsbedingungen an, wobei diese Überlagerung synchronisiert erfolgt. Die Fahrzeugkonstruktion liegt somit während der Erzeugung der Bewegungseindrücke ausschließlich als aufgrund der von der Fahrzeugsimulationseinrichtung 30 gelieferten Daten erzeugtes Sichtmodell vor, welches der Testperson visuell angezeigt wird, wobei sich die Testperson dann bei Betätigung der Bedienelemente im Fahrtsimulator so verhält, wie sie dies unter realen Bedingungen tun würde. Im Ergebnis wird somit unter erheblicher Reduzierung von Entwicklungsaufwand und -zeit eine realitätsnahe Erprobung der Fahrzeugkonstruktion ermöglicht, wobei beispielsweise die designbedingten Sichtverhältnisse sehr flexibel variiert werden können.
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Für den Betrachter dargestellt wird das überlagerte Bild auf einer Anzeige 21 mittels der beiden Bildprozessoren 22 und 23. Diese erzeugen direkt und/oder indirekt auf der Anzeige 21 das Sichtmodell in der entsprechenden Umgebung. Indirekt, wenn die Anzeige 21 ein oder mehrer aktive Bildschirme umfaßt, und diese Bildschirme durch die Prozessoren 22, 23 gesteuert werden. Direkt, wenn die Anzeige 21 eine Leinwand ist und die Bildprozessoren 22, 23 einen oder mehrere Bildprojektoren beinhalten, die das Sichtmodell auf die Leinwand projizieren.
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Mit dem erfindungsgemäßen Konzept ist es möglich, auf einem Simulator unterschiedliche Fahrzeugtypen, wie Limousine, SUV oder Vans (Kleinbusse) zu simulieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3936877 A1 [0004]
- EP 1435082 B1 [0005]
- WO 2008/015463 A2 [0006]