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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Unterstützen eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs.
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Stand der Technik
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Ein Kraftfahrzeug kann mit einem Spurhalteassistenten ausgestattet sein, mit dem überwacht werden kann, ob mit dem Kraftfahrzeug während der Fahrt eine vorgesehene Spur eingehalten wird. Falls das Kraftfahrzeug die vorgesehene Spur verlassen sollte, wird dem Fahrer des Kraftfahrzeugs über den Spurhalteassistenten ein optisches oder akustisches Signal bereitgestellt, über das der Fahrer über das Verlassen der vorgesehenen Spur informiert wird. Bei einem als Rennwagen ist möglich, den Fahrer mithilfe eines aktiven Gaspedals oder einer aktiven Lenkung darüber zu informieren, dass ein Abstand zu einer vorgesehenen Haftgrenze ggf. überschritten worden ist.
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Ein Assistenzsystem zur Unterstützung eines Fahrers eines Kraftfahrzeugs ist aus der Druckschrift
DE 10 2006 008 981 A1 bekannt. Hierbei ist bei Vorliegen einer verkehrsrelevanten Situation ein haptisches Ereignis zu erzeugen, bei dem es sich um eine Vibration eines Fahrzeugsitzes handeln kann.
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Ein Fahrerführungsbremssystem ist aus der Druckschrift
DE 10 2014 218 520 A1 bekannt. Hierbei ist vorgesehen, ein Objekt zu erfassen, das sich vor dem Fahrzeug befindet, und ggf. die Bremse zu betätigen. Hierbei wird mit einer Bremszeitpunktanzeige einem Fahrzeugführer über eine Vibration eines Fahrzeugsitzes eine Fahrerführung mitgeteilt.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren und eine Anordnung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen des Verfahrens und der Anordnung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
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Bei der Umsetzung einer Ausführungsform des Verfahrens mit einer Ausführungsform der Anordnung ist vorgesehen, dass in dem Innenraum mindestens eine Rütteleinrichtung angeordnet ist. Dabei ist möglich, dass die mindestens eine Rütteleinrichtung in einem Fahrzeugsitz angeordnet ist, wobei in diesem Fahrzeugsitz in Ausgestaltung mehrere Rütteleinrichtungen an mehreren Positionen, üblicherweise in der Sitzfläche und/oder Lehne, räumlich verteilt angeordnet sein können. Es ist auch möglich, die mindestens eine Rütteleinrichtung einem Lenkrad zuzuordnen, bspw. innerhalb des Lenkrads anzuordnen.
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Bei dem Verfahren werden physikalische Betriebsparameter, die eine Fahrt des Kraftfahrzeugs beeinflussen, sensorisch überwacht. Für jeweils einen derartigen physikalischen Betriebsparameter ist als Richtwert bspw. ein Maximalwert, der nicht überschritten werden sollte, ein Minimalwert, der nicht unterschritten werden sollte, und somit bspw. ein Sollwert oder Schwellwert vorzugeben.
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Bei dem Verfahren wird ein aktuell erfasster Wert des jeweiligen physikalischen Betriebsparameters mit dem hierfür vorgesehenen Richtwert verglichen, wobei eine Abweichung dieses erfassten Werts von dem Richtwert bestimmt wird. In Abhängigkeit von dieser Abweichung ist es möglich, die mindestens eine Rütteleinrichtung abhängig von einer aktuellen Betriebssituation des Kraftfahrzeugs zu beaufschlagen und dabei ein Maß und somit eine Stärke einer von der Rütteleinrichtung durchzuführenden Vibration quantitativ einzustellen. Somit ist dem Fahrer des Kraftfahrzeugs während der Fahrt eine Rückmeldung (Feedback) für eine Haftgrenze, einen Bremspunkt und/oder eine Ideallinie als Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs haptisch und demnach spürbar bereitzustellen.
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Eine derartige haptische Rückmeldung ist üblicherweise schneller als eine visuelle oder akustische Rückmeldung zu erfassen und zu verarbeiten. Alternativ und ergänzend ist es möglich, als physikalischen Betriebsparameter eine kinematische Größe, d. h. einen aktuellen Ort, eine aktuelle Geschwindigkeit und/oder eine aktuelle Beschleunigung des Kraftfahrzeugs sensorisch zu erfassen, wobei die Ideallinie und somit eine für das Kraftfahrzeug vorgesehene Linie bzw. Spur über die mindestens eine kinematische Größe üblicherweise ortsabhängig zu definieren ist.
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Bei einer ersten möglichen Ausgestaltung des Verfahrens ist dem Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Rückmeldung über eine Haftung und somit die Haftgrenze von Rädern des Kraftfahrzeugs bzw. von Reifen, die auf den Rädern aufgezogen sind, und der bei der Fahrt befahrenen Fahrbahn bereitzustellen. Hierbei wird mit mindestens einem Sensor eine zwischen den Rädern und der Fahrbahn aktuell übertragene Kraft, bspw. über einen Schlupf der Räder, ermittelt. Falls das Kraftfahrzeug als Allradfahrzeug ausgebildet ist, ist die Kraft bspw. über einen aktuellen Wert der Geschwindigkeit, der über ein Radargerät als Sensor zu erfassen ist, bezogen auf eine Drehzahl der Räder zu verwenden. Alternativ oder ergänzend ist hierbei als physikalischer Betriebsparameter ein aktueller Winkel eines Schräglaufs des Kraftfahrzeugs, bspw. über einen Lenkwinkelsensor und eine Berechnung eines optischen Flusses einer Frontkamera als Sensor des Kraftfahrzeugs, zu ermitteln. Weiterhin wird mithilfe des Kammschen Kreises ein aktueller Wert der zwischen dem Kraftfahrzeug und der Fahrbahn übertragenen Kraft F ermittelt. Mit dem Kammschen Kreis wird ein Zusammenhang von Kräften beschrieben, die während der Fahrt auf ein Rad des Kraftfahrzeugs wirken, hierbei wird u. a. zwischen einer Bremskraft und/oder Antriebskraft in Fahrtrichtung sowie einer Seitenführungskraft senkrecht zur Fahrtrichtung unterschieden. Außerdem ist als Richtwert ein Maximalwert Fmax der übertragbaren Kraft F zwischen den Rädern und der Fahrbahn zur Definition der Haftgrenze vorgesehen. Bei PKW wird dieser Maximalwert Fmax auf trockener Fahrbahn bei einem Schräglaufwinkel im Bereich von 8°–12° erreicht, bei Reifen, wie sie in der Formel 1 zum Einsatz kommen bei einem Schräglaufwinkel von etwa 5° (Slicks) bzw. 6° (Rillenreifen) bzw. bei höheren Werten aber im Bereich kleiner 8° bei anderen Rennreifen.
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Falls die Abweichung des aktuellen Werts der Kraft F zu dem Maximalwert Fmax und somit dem Richtwert kleiner als ein von dem Fahrer konfigurierbarer Schwellwert FΔ ist, wird bspw. eine im Fahrzeugsitz angeordnete Rütteleinrichtung in Vibration px,h versetzt. Dabei ist vorgesehen, dass das Maß der von der Haftung abhängigen Vibration px,h umso größer ist, je geringer die Abweichung des Werts der aktuell übertragenen Kraft F von dem Maximalwert Fmax abweicht und somit die Haftgrenze (h) beeinflusst. Hierbei ist kx,h eine Konstante. px,h = kx,h·(F + FΔ + Fmax) für F + FΔ > Fmax px,h = 0 für F + FΔ ≤ Fmax
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Die Ermittlung von F
max kann wie folgt erfolgen: Idealerweise befinden sich ein bis zwei GPS-Antennen (eine vordere und eine hintere) im Fahrzeug. Die Empfangssignale können ggf. durch stationäre DGPS-Empfänger nochmals korrigiert werden. Aus den Empfangssignalen lassen sich zusammen mit einem Inertialsensor (z. B. mit Beschleunigung in den Richtungen x, y, z, und/oder drei Drehgeschwindigkeiten und/oder drei Drehbeschleunigungen) sehr genaue Werte für die Geschwindigkeiten aller Räder in Fahrzeuglängsrichtung v
x und -querrichtung v
y ermitteln. Für den Schräglaufwinkel α
vl des linken Vorderrads (der Index „vl” steht für „vorne links”, analog „vr”, „hl” und „hr” für „vorne rechts”, „hinten links”, „hinten rechts”) gilt abhängig vom Radlenkwinkel δ
vl:
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Der Antriebs- bzw. Bremsschlupf λvl lässt sich aus den ermittelten Rad-Kreisfrequenzen und dem Raddurchmesser ermitteln.
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Mit Hilfe eines Krempeldiagramms lassen sich nun (beispielhaft für den Reifen „vorne links”) die Komponenten der aktuellen Kraft Fvl aus Schlupf λvl und Schräglaufwinkel αvl ermitteln, und dann auch der Maximalwert Fmax,vl. Die Werte F, Fmax können dann als Summe der entsprechenden Werte über alle Reifen des Fahrzeugs ermittelt werden.
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In einer alternativen Variante ist es möglich, einen Zusammenhang zwischen der Abweichung und dem Maß der Vibration px,h zu invertieren. Demnach ist vorgesehen, das Maß der Vibration px,h zu verringern, je geringer die Abweichung der Kraft F von dem Maximalwert Fmax ist. In diesem Fall sind von dem Fahrer umso weniger haptische Reize zusätzlich zu verarbeiten, je besser von ihm eine fahrdynamische Grenze ausgenutzt wird. Weiterhin fällt es dem Fahrer in diesem Fall auch leichter, seine Konzentration aufrechtzuerhalten, wenn das Kraftfahrzeug im Grenzbereich bewegt wird.
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In einer weiteren alternativen Variante ist es auch möglich, das Maß der Vibration mit einem einstellbaren Offset Δp
x,h zu variieren, z. B. gemäß
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In einer weiteren Ausgestaltung ist über das Verfahren ein Bremspunktassistent zu realisieren. Entlang einer zu befahrenden Strecke ist für das Kraftfahrzeug als mindestens ein Richtwert mindestens ein ortsabhängiger Maximalwert vmax(s) der Geschwindigkeit v an einem Ort s definierbar. Bei der Fahrt wird hierbei mit einem als Geschwindigkeitssensor ausgebildeten Sensor die aktuelle Geschwindigkeit v gemessen und mit diesem Maximalwert vmax(s) für die Geschwindigkeit v verglichen. Dabei ist vorgesehen, das Maß der Vibration px,b auf Grundlage einer Abweichung der aktuellen Geschwindigkeit v von dem jeweils ortsabhängig vorgesehenen Maximalwert vmax(s) einzustellen. Hierbei wird anhand aktueller Eigenschaften der befahrenen Fahrbahn, bspw. auf Grundlage einer Reibwertkarte eines Radius oder einer Neigung einer durchfahrenen Kurve sowie aufgrund von Betriebsparametern des Kraftfahrzeugs, bspw. einer Anpresskraft durch einen Spoiler oder einer Temperatur der Reifen, der Maximalwert vmax(s) ermittelt. Sofern ein aktueller Wert der Geschwindigkeit v zu dem Maximalwert vmax(s) als Richtwert an einer aktuellen Position des Kraftfahrzeugs kleiner als ein von dem Fahrer definierbarer oder konfigurierbarer Schwellwert vΔ der Geschwindigkeit ist, wird bspw. eine im Fahrzeugsitz angeordnete Rütteleinrichtung in Vibration px,b versetzt. Je geringer die aktuelle Geschwindigkeit v des Kraftfahrzeugs von dem Maximalwert vmax(s) abweicht, desto größer wird, unter Berücksichtigung einer Konstanten kx,b, die Vibration px,b für den Bremspunkt (b). px,b = kx,b·(v + vΔ + vmax(s)) für v + vΔ > vmax(s) px,b = 0 für v + vΔ < vmax(s)
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Auch in diesem Fall ist es alternativ möglich, eine Abhängigkeit für das Maß der Vibration px,b von der Abweichung zu invertieren, wobei es möglich ist, während der Fahrt am Grenzbereich das Maß für die Vibration px,b zu reduzieren, je geringer die aktuelle Geschwindigkeit v von dem Maximalwert vmax(s) abweicht. In diesem Fall wird die Vibration px,b umso stärker, je geringer ein optimaler Grenzbereich ausgenutzt wird.
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Alternativ ist es auch möglich, als vmax(s) einen Geschwindigkeitswert zu nehmen, den ein anderes Kraftfahrzeug an dieser Stelle aufgezeichnet hat. Beispielsweise ist es denkbar, einen besonders geschulten Fahrer mit einem Kraftfahrzeug Fahrstrecken abfahren zu lassen, insbesondere wenn es sich bei der Strecke um eine Rennstrecke handelt.
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Vorzugsweise wird in diesem Fall eine Reaktionszeit des Fahrers Kraftfahrzeugs mit berücksichtigt. Hierzu wird eine vorgebbare Reaktionszeit Tr,b vorgegeben, und dann eine Strecke Δsr, die das Kraftfahrzeug während dieser Zeit zurücklegt geschätzt, beispielsweise zu Δsr = v·Tr,b + 1 / 2a·Tr,b 2
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Die Geschwindigkeit wird dann vorausberechnet, beispielsweise zu Δvr = a·Tr,b v(t + Tr,b) = v(t) + Δvr.
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Die Vibration px,b kann dann ermittelt werden zu px,b – kx,b·(v(t + Tr,b) + vΔ – vmax(t + Tr,b)) für v(t + Tr,b) + vΔ > vmax(t + Tr,b) px,b = 0 für v(t + Tr,b) + vΔ ≤ vmax(t + Tr,b)
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In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu lernen. Beispielsweise kann ein Unterschied aus maximaler Geschwindigkeit und aktueller Geschwindigkeit berücksichtigt werden. Wenn die aktuelle Geschwindigkeit beim Bremsen größer ist als die maximale Geschwindigkeit ist, kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu vergrößern, wenn die aktuelle Geschwindigkeit hingegen kleiner ist als die maximale Geschwindigkeit kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu verkleinern. Der Betrag, um den die Reaktionszeit Tr,b vergrößert bzw. reduziert wird kann beispielsweise proportional zum genannten Geschwindigkeitsunterschied sein. Der Proportionalitätsfaktor kann vorteilhafterweise für die Vergrößerung größer gewählt sein als für die Reduktion.
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Zusätzlich kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b ortsabhängig vorzugeben. So kann vorgesehen sein, an als gefährlich markierten Stellen, an denen ein zu spätes Bremsen besonders gefährlich wäre, einen Sicherheitsaufschlag aufzuschlagen. Dieser Sicherheitsaufschlag kann beispielsweise in einer digitalen Karte hinterlegt sein, beispielsweise an jeweiligen Bremspunkten, also solchen Punkten, ab denen die Maximalgeschwindigkeit beginnt, abzunehmen. Vorteilhafterweise wird während der Bremsmanöver mit Sicherheitsaufschlag das Lernen der Reaktionszeit Tr,b pausiert.
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Grundsätzlich ist es bei der Wiedergabe des Feedbacks für den Bremspunkt Wenn der Fahrer auf den Bremspunkt möglich, dass vor der beschriebenen Aktivierung der Rütteleinrichtung diese mit einer vorgebbaren Taktfrequenz (z. B.: 1 Hz) mehrfach (z. B. zwei Mal) aktiviert wird, d. h. die Rütteleinrichtung würde insgesamt z. B. drei Mal aktiviert. Der Fahrer kann dann besonders einfach lernen, dass er beim letzten (im Beispiel: dritten) Aktivieren der Rütteleinrichtung bremsen soll.
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Bei einer dritten Ausgestaltung ist es möglich, dem Fahrer eine Rückmeldung darüber bereitzustellen, inwiefern er während der Fahrt einer vorgesehenen und/oder definierbaren Ideallinie für das Kraftfahrzeug folgt. Hierbei wird eine aktuelle Position und somit ein aktueller Ort des Kraftfahrzeugs mit einem Navigationsgerät über ein Positionierungssystem, bspw. GPS, ermittelt, wobei in diesem Fall das Navigationsgerät als Sensor zum Bestimmen des aktuellen Orts verwendet wird. Informationen über den aktuellen Ort sind unter Nutzung weiterer Sensoren, wie bspw. einer Kamera, einem Radargerät und/oder einem Ultraschallgerät als Sensoren zum Erfassen eines Umfelds des Kraftfahrzeugs zu konkretisieren. Weiterhin können aktuelle Informationen über das Wetter berücksichtigt werden. Ergänzend ist möglich, aus aktuellen Werten über die zu befahrende Fahrbahn, bei der es sich um eine Rennstrecke handeln kann, einen aktuellen Reibwert der Fahrbahn, Erfahrungswerte zu verschiedenen Ideallinien bei jeweiligen Wetterbedingungen sowie Richtwerten für Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs, bspw. eine maximal mögliche Beschleunigung und Verzögerung in Abhängigkeit der Geschwindigkeit, die Ideallinie zu berechnen. Dabei ist möglich, über diese Ideallinie auch eine Spur oder Trajektorie des Kraftfahrzeugs zu interpretieren. Falls diese Ideallinie für ein als Rennwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug zu definieren ist, wird deren Breite senkrecht zu einer Fahrtrichtung x derart definiert, dass das Kraftfahrzeug gerade hineinpasst.
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Bei einer vorgesehenen Ausgestaltung des Verfahrens bewegt sich das Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung. Eine Abweichung eines Abstands y hierzu ist senkrecht zu der Fahrtrichtung x sensorisch zu erfassen. Dabei ist es möglich, eine links bzw. rechts im Fahrzeugsitz angeordnete Rütteleinrichtung zu aktivieren, falls das Kraftfahrzeug von der Ideallinie links bzw. rechts abweicht. Dabei wird das Maß und somit die Stärke der Vibration p an die Abweichung eines Abstands y von der Ideallinie senkrecht zur Fahrtrichtung x angepasst. Hierbei ist auch möglich, ein Verhältnis aus der aktuellen Geschwindigkeit v zum Maximalwert vmax(s) an dem aktuellen Ort s und somit an der aktuellen Position zu berücksichtigen, da eine Abweichung von der Ideallinie bei defensiver Fahrweise wesentlicher ungefährlicher als bei aggressiver Fahrweise ist. p = v/vmax(s)·y
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Dabei ist möglich, dass ein Lerneffekt für einen ungeübten Fahrer verbessert wird, wenn die Abweichung des Abstands y von dem Richtwert kleiner als ein Schwellwert yΔ ist und der Fahrzeugsitz in diesem Fall nicht in Vibration versetzt wird. In diesem Fall erhält der Fahrer lediglich in solchen Abschnitten der Strecke eine von einer Konstanten ky abhängige haptische Rückmeldung, für die ein größeres Verbesserungspotenzial vorgesehen ist. py,l = ky·v/vmax(s)·(y – yΔ) für y > yΔ py,l = 0 für y ≤ yΔ py,l = ky·v/vmax(s)·(–y – yΔ) für – y > yΔ py,l = 0 für –y ≤ yΔ
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Auch hier kann vorteilhafterweise die vorgebbare Reaktionszeit Tr,b berücksichtigt werden, indem die Größen y, v und Vmax nicht zum aktuellen Zeitpunkt t ermittelt werden, sondern zum zukünftigen Zeitpunkt t + Tr,b geschätzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Ermittlung der maximalen Geschwindigkeit vmax wie im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des Bremspunktassistenten erfolgen.
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Es kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu lernen Dies kann abhängig vom Abstand zwischen aktueller Position und Ideallinie geschehen, vorzugsweise in Kurven. Bei einer links von der Ideallinie angefahrenen Rechtskurve bzw. einer rechts von der Ideallinie angefahrenen Linkskurve kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu vergrößern, bei einer rechts von der Ideallinie angefahrenen Rechtskurve bzw. einer links von der Ideallinie angefahrenen Linkskurve kann vorgesehen sein, die Reaktionszeit Tr,b zu verringern.
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In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, das Lernen der Reaktionszeit Tr,b abhängig von einer Umfeldsensorik zu pausieren. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Lernen zu pausieren, wenn erkannt wird, dass sich andere Kraftfahrzeuge näher als ein vorgebbarer Grenzwert am Kraftfahrzeug befinden. Auf diese Weise können Anpassungen der Trajektorie des Kraftfahrzeugs, die der Fahrer abhängig von diesen weiteren Kraftfahrzeugen vornimmt, unberücksichtigt bleiben.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann über das Verfahren ein Seitenführungsassistent realisiert werden. Beispielhaft für den Reifen „vorne links” wird zunächst ein optimaler Schräglaufwinkel αopt,vl dieses Reifens ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels eines Kennfelds geschehen. Es kann aber auch ein Lernalgorithmus vorgesehen sein. Dieser kann beispielsweise mittels eines akustischen Feedbacks arbeiten, da die Seitenführungskraft des Reifens mit größer werdendem Schräglaufwinkel zunächst zunimmt, beim optimalem Schräglaufwinkel αopt,vl ein Maximum erreicht und dann wieder kleiner wird. Quietschende Reifen weisen auf einen zu großen Schräglaufwinkel und eine zu kleine Seitenführungskraft hin. Der optimale Schräglaufwinkel αopt,vl kann dann als der maximale Schräglaufwinkel ermittelt werden, bei dem eine Lautstärke eines Reifenquietschens unterhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. In einer bevorzugten Weiterbildung wird dieser optimale Schräglaufwinkel αopt,vl für jeden Betriebspunkt des Reifens getrennt ermittelt, wobei der Betriebspunkt beispielsweise aus Aufstandskraft Fz,vl und/oder Reifentemperatur und/oder Bremskraft besteht.
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Ein Gesamtfaktor Q
y kann dann als gewichtete Summe über alle Reifen ermittelt werden zu
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Mit einem vorgebbaren Offset ΔQy,0 und einem vorgebbaren Signalgewicht ky,α lassen sich dann die jeweiligen Stärken der Vibration von links bzw. rechts im Fahrzeugsitz angeordneten Rütteleinrichtungen ermitteln zu py,α,l = ky,α(Qy – ΔQy,0) für Qy > ΔQy,0 py,α,l = 0, sonst py,α,r = ky,α(–Qy – ΔQy,0) für –Qy > ΔQ py,α,r = 0, sonst.
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Beispielsweise bei einer Fahrt durch eine Linkskurve und zu großem Schräglaufwinkel wird der Fahrer dann durch die zunehmende Vibration der linken Rütteleinrichtung angeleitet, den Lenkungseinschlag zu reduzieren.
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In einer weiteren Ausgestaltung kann über das Verfahren ein Fahrdynamikfeedback realisiert werden. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass ein Kraftfahrzeug bei schneller Kurvenfahrt i. A. zum Untersteuern neigt, jedoch auch gezielt oder auch ungewollt in bestimmten Fahrsituationen zum Übersteuern gebracht werden kann. Zum Teil lassen sich durch das geschickte Übersteuern höhere Kurvengeschwindigkeiten erreichen. Bei zu starkem Untersteuern wie auch bei zu starkem Übersteuern sinkt die Kurvengeschwindigkeit ab.
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Es kann daher vorgesehen sein, Schräglaufwinkel αv bzw. αh der Vorderachse bzw. der Hinterachse jeweils als Mittels, insbesondere als arithmetisches Mittel der Schräglaufwinkel der Räder dieser Achse zu ermitteln, und als Maß αU für das Übersteuern zu definieren αU = –|αv – αh| für |αv| > |αh| αU = 0, sonst und analog als Maß aÜ für das Übersteuern zu definieren αÜ = –|αv – αh| für |αv| < |αh| αÜ = 0, sonst
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Mit einem vorgebbaren Offset Δpx,d und einem vorgebbaren Faktor kα,w lassen sich Frequenz ωα und/oder Vibrationsstärke pα der Rütteleinrichtung definieren als ωα = kα,ωα bzw. pα = kα,p|α| – Δpx,d ermittelt wird.
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Bei allen vorgestellten Ausgestaltungen ist weiterhin möglich, neben mindestens einer Rütteleinrichtung in dem Fahrzeugsitz mindestens eine Rütteleinrichtung, die dem Lenkrad zugeordnet ist, in Vibration py,l zu versetzen. Somit ist es bspw. möglich, dem Fahrer unter Nutzung mehrerer räumlich verteilter Rütteleinrichtungen im Lenkrad einen Drehimpuls des Kraftfahrzeugs haptisch zu vermitteln und ihn darüber zu informieren, in welche Richtung und wie stark eine aktuelle Spur des Kraftfahrzeugs zu korrigieren ist, um auf die Ideallinie zu gelangen. ωα = kα,ωα pα = kα,p|α| – Δpx,d
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Entsprechend ist vorgesehen, dass in dem Fahrzeugsitz links eine erste Rütteleinrichtung und rechts eine zweite Rütteleinrichtung angesteuert wird, wobei die Rütteleinrichtung links nach einem ersten richtungsabhängigen Maß in Vibration pl zu versetzen ist, wohingegen die Rütteleinrichtung rechts nach einem zweiten richtungsabhängigen Maß in Vibration pr zu versetzen ist. Insgesamt ist das Maß der jeweiligen richtungsabhängigen Vibration durch Bildung der voranstehend angeführten Formeln folgendermaßen zu berechnen: pl = px,i + py,l pr = px,i + py,r
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Dabei ist für einen jeweiligen Betriebsparameter, hier i = h für die Haftgrenze und i = b für den Bremspunkt ein Anteil der Vibration in Fahrtrichtung x zu berücksichtigen. Bei einer Kombination einer Rückmeldung bezüglich der Ideallinie mit der Haftgrenze gilt px,i = px,h. Bei einer Kombination einer Rückmeldung für einen Bremspunkt ist px,i = px,b zu wählen. Außerdem ist die Abweichung des Abstands y für räumlich verteilte Rütteleinrichtungen einzustellen.
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Je nach Wunsch des Fahrers ist neben dem Maß der Vibration ggf. auch eine Frequenz der Vibration abhängig von der Art des physikalischen Betriebsparameters sowie der Abweichung des aktuellen Werts des von dem hierfür vorgesehenen Richtwert einzustellen. Hierbei ist möglich, die Rückmeldung für die Haftung mit der Rückmeldung für den Bremspunktassistenten und die Rückmeldung für die Ideallinie mit unterschiedlichen Frequenzen ω, bspw. ωh für die Haftgrenze, ωb für den Betriebspunkt, ωr oder ωl für den Abstand y abweichungsabhängig zu belegen, wobei jeweilige Rückmeldungen vom Fahrer unterscheidbar sind. Hierbei sind zeitabhängige Signale u(t) für das Maß, d. h. ein erstes Zeitsignal ul(t), nach dem das Maß der Vibration für die links angeordnete Rütteleinrichtung einzustellen ist, und ein zweites Zeitsignal ur(t), nach dem das Maß der Vibration für die jeweils links und rechts angeordnete Rütteleinrichtung einzustellen ist, folgendermaßen zu berechnen: ul(t) = px,h·sin(ωht) + px,b·sin(ωbt) + py,l·sin(ωlt) ur(t) = px,h·sin(ωht) + px,b·sin(ωbt) + py,r·sin(ωrt)
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Es ist auch denkbar, die Größen ωα bzw. pα zu berücksichtigen, beispielsweise zu ul(t) = (pα,0 + pα)sin((ωα,0 + ωα)t)·px,hsin(ωht)
+ py,α,lsin(ωy,αt) + px,b·sin(ωbt) + py,l·sin(ωrt) ur(t) = (pα,0 + pα)sin((ωα,0 + ωα)t)·px,hsin(ωht)
+ py,α,r·sin(ωy,αt) + px,b·sin(ωbt) + py,r·sin(ωrt)
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Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Feedback für die Haftgrenze und/oder für das Unter- bzw. Übersteuern jeweils auf die kurveninnere Rütteleinrichtung gelegt wird, um so dem Fahrer anzudeuten, besser nach außen zu lenken. In Abhängigkeit der oben beschriebenen Schräglaufwinkel der Vorder- und Hinterachse können die Amplituden wie folgt ermittelt werden: px,h,l = px,h für αv ≤ 0 oder αh ≤ 0 px,h,l = 0 für αv 0 und αh > 0 px,h,r = px,h für α ≥ 0 oder αh ≥ 0 px,h,r = 0 für αv < 0 und αh < 0
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Als Zeitsignal kann dann vorgesehen sein ul(t) = (pα,0 + pα)sin((ωα,0 + ωα)t)·px,h,lsin(ωht)
+ py,α,l·sin(ωy,αt) + px,b·sin(ωbt) + py,l·sin(ωrt) ur(t) = (pα,0 + pα)sin((ωα,0 + ωα)t)·px,h,lsin(ωht)
+ py,α,r·sin(ωy,αt) + px,b·sin(ωbt) + py,r·sin(ωrt)
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Selbstverständlich ist es auch möglich, mindestens eine im Lenkrad angeordnete Rütteleinrichtung zu nutzen. Somit ist möglich, mit einer hierfür vorgesehenen Ansteuerung von bspw. drei Rütteleinrichtungen dem Fahrer Informationen zu einer Abweichung von Istwerten einer Gierrate als Betriebsparameter von Sollwerten als Richtwerten des Kraftfahrzeugs zu übermitteln. Wird hierbei bspw. jeweils kurzzeitig erst die linke Rütteleinrichtung im Fahrzeugsitz und danach die rechte Rütteleinrichtung im Lenkrad in Vibration versetzt, wobei letztgenannte Rütteleinrichtung mit einem Drehimpuls in entsprechender Richtung in Vibration zu versetzen ist, ist dies von dem Fahrer als Linksdrehen zu interpretieren. Zum Bereitstellen einer Rückmeldung für ein Rechtsdrehen wird zunächst die rechte Rütteleinrichtung im Fahrersitz und danach die linke Rütteleinrichtung im Lenkrad in Vibration versetzt. Somit ist dem Fahrer haptisch zu vermitteln, wie er das Kraftfahrzeug eindrehen sollte und/oder in welcher Richtung der Fahrer auf ein Eindrehen, bspw. durch bewusstes Einleiten eines Drifts oder Gegenschwungs, einwirken sollte, damit ein Fahrmanöver optimal verläuft.
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Weiterhin ist möglich, für eine Kombination mehrerer nacheinander zu durchfahrender Kurven mehrere mögliche Ideallinien für eine zu befahrende Trajektorie vorzusehen, wobei jeweils eine derartige Ideallinie zu berücksichtigen ist. Hierbei ist möglich, dem Fahrer vor der Fahrt diese Ideallinien, bspw. über ein rechnergestütztes Anzeigefeld, vorzuschlagen, wobei der Fahrer die für ihn beste Ideallinie auswählt. Nach einer durchgeführten Fahrt kann sich der Fahrer darüber informieren, ob eine von ihm ausgewählte Ideallinie gegenüber anderen Ideallinien einen erhofften Vorteil erbracht hat.
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Alternativ ist dem Fahrer als Ausgestaltung zur Planung der Fahrt eine als sogenannte Kampflinie zu bezeichnende Ideallinie vorzuschlagen, mit der bspw. bei einem Autorennen zwar eine langsamere Rundenzeit im Vergleich zu der Ideallinie zu erreichen ist, durch die jedoch ein Überholen eines Verfolgers erschwert und/oder ein Überholen eines vorausfahrenden Kraftfahrzeugs erleichtert wird. Hierzu ist möglich, per Heckradar einen Abstand zu einem verfolgenden oder vorausfahrenden Kraftfahrzeug sensorisch zu erfassen und einen drohenden Überholversuch anhand eines zu geringen Abstands zu erkennen und zwischen einer vorgesehenen Trajektorie, die über eine Ideallinie definiert ist und einer Trajektorie, die über eine Kampflinie definiert ist, umzuschalten. Entsprechend ist über ein Frontradar eine Trajektorie zu einem optimalen Überholen des vorausfahrenden Kraftfahrzeugs zu ermitteln.
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Bei einem Autorennen ist üblicherweise vorgesehen, möglichst die definierte Ideallinie oder Kampflinie während der Fahrt zu treffen sowie immer nahe an einer Grenze der Haftung der Räder auf der Fahrbahn und somit der Haftgrenze zu fahren. Zum besseren Erkennen von erfolgreichen Fahrten und Streckenabschnitten, die besonders zu trainieren sind, ist eine Karte zu berücksichtigen, in der eine gewünschte Trajektorie und eine tatsächlich gefahrene Trajektorie eingezeichnet sind. Hierbei ist auf dem Anzeigegerät die gewünschte Trajektorie mit den Farben einzufärben, aus denen ein maximal möglicher Abstand zur Haftgrenze hervorgeht, wohingegen die tatsächlich gefahrene Trajektorie mit Farben zu kennzeichnen ist, aus denen ein tatsächlich erreichter Abstand zur Haftgrenze ersichtlich ist.
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Hierbei zu erzielende Lerneffekte für eine als Rennstrecke ausgebildete Strecke sind groß, da der Fahrer bei einer Planung seines Trainings problematische Abschnitte leicht identifizieren kann. Außerdem erhält der Fahrer während der Fahrt die unmittelbare haptische Rückmeldung darüber, wenn er einen problematischen Abschnitt der Strecke erfolgreich gemeistert hat. Ebenso können auch mögliche Schwächen während der Fahrt durch die haptische Rückmeldung leicht identifiziert werden.
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Bei Nutzung des Verfahrens kann der Fahrer reflexartig auf die zur Bereitstellung der Rückmeldung vorgesehenen Vibrationen reagieren, so dass er auch bei unbekannten Strecken möglichst gute Rundenzeiten erreichen kann. Das ist bspw. für Hobby-Rennfahrer sowie für professionelle Autorennen, bei denen Rütteleinrichtungen erlaubt sind, attraktiv.
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Das Maß für die Abhängigkeit der Vibration von der Abweichung des aktuellen Werts des physikalischen Betriebsparameters von dem jeweils vorgesehenen Richtwert ist üblicherweise über ein Polynom zu definieren und demnach bspw. linear oder quadratisch. Weiterhin ist die Abhängigkeit von dem Maß von der Abweichung durch eine andere Funktion oder ein Kennfeld zu berechnen. Das Maß der Vibration ist weiterhin auch zeitabhängig einstellbar. Beispielsweise ist möglich, das Maß der Vibration bspw. durch ein DT1-Glied als lineares, zeitinvariantes Übertragungsglied zu filtern, um eine Dauermassage bei einer kontinuierlichen Fahrt am Limit zu vermeiden, wobei über dieses DT1-Glied ebenfalls ein Schwellwert für die Abweichung des Betriebsparameters von dem Richtwert einzustellen ist. Weiterhin ist mit Vibrationen in weiteren Frequenzbereichen dem Fahrer zu verdeutlichen, wann er ein Limit oder einen Bremspunkt genau getroffen und/oder überschritten hat.
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Sofern in dem Fahrersitz mehrere Rütteleinrichtungen angeordnet sind, ist möglich, dem Fahrer bei Durchführung einer Bremsung durch Vibration einer Rütteleinrichtung in einem vorderen Bereich des Fahrzeugsitzes auf den Bremspunkt hinzuweisen. Ein Signal zum Gasgeben ist dagegen mit einer Rütteleinrichtung bereitzustellen, die in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, einen Lautsprecher im Kraftfahrzeug abhängig vom Ansteuersignal der Rütteleinrichtungen anzusteuern, beispielsweise, indem dieses Ansteuersignal auch dem Lautsprecher zugeführt wird. Dies erhöht die Güte der Rückmeldung, da das menschliche Gehör besser ausgebildet ist, dicht beieinanderliegende Frequenzen auseinanderzuhalten als der Tastsinn. Alternativ ist es auch möglich, den Lautsprecher auch mit einer vielfachen Frequenz der Rütteleinrichtungen anzusteuern, um den Gesamteindruck zu verbessern. Durch diesen Gesamteindruck aus Rütteleinrichtungen und Lautsprecher kann der Fahrer die Rückmeldung schneller und präziser interpretieren. Ebenso kann der Fahrer schneller spüren aus welcher Richtung die Vibration kommt.
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Es ist außerdem denkbar nur eine Rütteleinrichtung zentral (bezüglich links-rechts) zu platzieren und über Lautsprecher rechts und links den Eindruck zu erzeugen, die Vibration käme aus dem linken bzw. rechten Teil der Rückenlehne.
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Es ist ferner möglich, dass das Feedback nicht mit Rütteleinrichtungen sondern ausschließlich über Lautsprecher ausgegeben wird.
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Die Rütteleinrichtungen müssen insbesondere nicht fest im Kraftfahrzeug verbaut sein. Wichtig ist lediglich, dass sie sich während der Fahrt in unmittelbarer Nähe des Fahrersitzes des Kraftfahrzeugs befinden. Die Rütteleinrichtungen können beispielsweise herausnehmbar ausgestaltet sein. Ferner können die Rütteleinrichtungen auch in tragbaren Geräten verbaut sein, wie z. B. in Armbändern, Uhren, Brillen, Helmen, Kleidungsstücke etc. Dadurch wird das Feedback auch für Zweiradfahrer nutzbar.
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Für die Erzeugung der Vibrationen könnten alternativ auch Motoren mit einer Unwucht zum Einsatz kommen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für ein Kraftfahrzeug, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung umfasst.
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1 zeigt in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug 2, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 4 aufweist. Das Kraftfahrzeug 2 umfasst ein Lenkrad 6 und einen Fahrzeugsitz 8, wobei in einer Sitzfläche des Fahrzeugsitzes 8 eine erste Rütteleinrichtung 10 und in einer Rückenlehne des Fahrzeugsitzes 8 eine zweite Rütteleinrichtung 12 angeordnet ist. Eine dritte Rütteleinrichtung 14 ist hier in dem Lenkrad 6 angeordnet. Diese genannten Rütteleinrichtungen 10, 12, 14 sowie mindestens ein Sensor 16 und ein Steuergerät 18 des Kraftfahrzeugs 2 sind als Komponenten der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung 4 ausgebildet. 1 zeigt ebenfalls einen Fahrer 20 des Kraftfahrzeugs 4, der während einer Fahrt auf dem Fahrzeugsitz 8 sitzt und mit seinen Händen das Lenkrad 6 des Kraftfahrzeugs 2 betätigt und somit das Lenkrad 6 und den Fahrzeugsitz 8 als Komponenten in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs 2 berührt.
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Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für mindestens einen physikalischen Betriebsparameter des Kraftfahrzeugs 2 bei einer durchzuführenden Fahrt mindestens ein Richtwert vorgegeben. Werte des mindestens einen physikalischen Betriebsparameters werden während der Fahrt von dem mindestens einen Sensor 16 erfasst und von dem Steuergerät 18 eine Abweichung eines jeweiliges sensorisch erfassten Werts von dem mindestens einen Richtwert ermittelt. Abhängig von der Abweichung wird ein Maß und somit eine Quantität bzw. Stärke einer Vibration der mindestens einen Rütteleinrichtung 10, 12, 14 eingestellt.
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Zum Bereitstellen einer Rückmeldung für eine Haftgrenze wird als der mindestens eine physikalische Betriebsparameter eine Kraft, die zwischen mindestens einem Rad des Kraftfahrzeugs 2 und einer Fahrbahn, die während der Fahrt befahren wird, übertragen wird, berücksichtigt. Zum Bereitstellen einer Rückmeldung für einen Bremspunkt wird als der mindestens eine physikalische Betriebsparameter eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 2 in Fahrtrichtung berücksichtigt. Falls für das Kraftfahrzeug 2 während der Fahrt eine Ideallinie vorgesehen wird, wird diese über eine Vielzahl ortsabhängiger Richtwerte, bspw. von kinematischen Größen als Betriebsparameter, für eine Position, die für das Kraftfahrzeug während der Fahrt vorgesehen ist, definiert. Während der Fahrt wird weiterhin ein Abstand des Kraftfahrzeugs von einem jeweils vorgesehenen Richtwert für die Position senkrecht zu einer Fahrtrichtung als Betriebsparameter sensorisch erfasst und zum Bestimmen der Abweichung mit dem Richtwert verglichen.
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Mehrere räumlich verteilte Rütteleinrichtungen 10, 12, 14 werden abhängig von einer Richtung der Abweichung des mindestens einen Betriebsparameters von dem Richtwert in Vibration versetzt. Dies betrifft u. a. eine Abweichung des ortsabhängigen Abstands y von der Ideallinie, der richtungsabhängig ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug 2 in Ausgestaltung in Fahrtrichtung x fährt, die weitgehend tangentiell parallel zu der Ideallinie und senkrecht zu einer Richtung des Abstands y orientiert ist.
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Weiterhin ist möglich, dass als der mindestens eine physikalische Betriebsparameter ein Abstand des Kraftfahrzeugs 2 von mindestens einem anderen Verkehrsteilnehmer berücksichtigt wird, wobei als der mindestens eine Richtwert ein Minimalwert für den Abstand vorgegeben wird.
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Außerdem wird die Vibration für die mindestens eine Rüttelrichtung 10, 12, 14 erst dann aktiviert, wenn die Abweichung des sensorisch erfassten Werts von dem Richtwert geringer oder größer als ein Schwellwert ist.
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In weiterer Ausgestaltung wird eine Frequenz der Vibration abhängig von einer Art des mindestens einen Betriebsparameters eingestellt. Demnach sind für die Geschwindigkeit, die Kraft und den Abstand y unterschiedliche Frequenzen einstellbar.
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Die Vibration wird entweder mit zunehmender oder abnehmender, üblicherweise betragsmäßiger Abweichung des jeweiligen Werts des mindestens einen physikalischen Betriebsparameters von dem vorgegebenen Richtwert stärker eingestellt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006008981 A1 [0003]
- DE 102014218520 A1 [0004]