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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Im Kraftfahrzeugbereich sind einfache Systeme zur Erkennung einer Sitzbelegung bekannt.
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Darüber hinaus sind Systeme bekannt, mit denen eine konkretere Gewichtsermittlung ermöglicht ist. Ist ein Kraftfahrzeug mit einem solchen System zur konkreteren Gewichtsermittlung ausgestattet, so weist dieses typischerweise zumindest einen Fahrzeugsitz auf, in den zumindest ein Sensor oder zumindest eine Sensoreinheit integriert ist, mit der ein Köpergewicht eines Fahrzeuginsassen ermittelbar ist oder zumindest einer Gewichtsklasse zugeordnet werden kann. Ein solches System ist beispielsweise in der
US 2022/021957 A1 beschrieben.
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Die so gewonnene Information wird dann typischerweise genutzt, um eine gewichtsspezifische Anpassung an zumindest einem weiteren System des Kraftfahrzeugs vorzunehmen, wie zum Beispiel einem Gurtstraffer-System oder einem Airbag-System.
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Systeme zur konkreteren Gewichtsermittlung nutzen je nach Ausgestaltung zum Beispiel Kraftsensoren, die in Bolzen an einer Basisstruktur des Fahrzeugsitzes integriert sind. Bei Systemen mit einer solchen Ausgestaltung besteht das Problem, dass diese durch einen Fremdköper beeinträchtigt werden können, z.B. durch eine Wasserflasche, die unter den Fahrzeugsitz gelangt.
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Bei anderen Ausgestaltungen ist zumindest eine Sensoreinheit unterhalb einer Sitzfläche in ein Sitzpolster des Fahrzeugsitzes integriert. Die Sensoreinheit ist dabei beispielsweise als kapazitive Sensoreinheit ausgebildet oder zum Beispiel als sogenannte „Bladdermatte“ ausgestaltet, bei der im Betrieb Druckmessungen in mehreren voneinander abgetrennten Volumen erfolgen. Bei derartigen Ausgestaltungen besteht das Problem, dass die Genauigkeit der Messung abhängig ist von der Sitzposition des Fahrzeuginsassen. Solange sich der Fahrzeuginsasse in einer vorgegebenen Norm-Sitzposition befindet, ist typischerweise eine relativ hohe Messgenauigkeit erzielbar. Je weiter jedoch die Sitzposition von der Norm-Sitzposition abweist, desto geringer wird die Messgenauigkeit.
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Dieses Problem ist von besonderer Bedeutung bei Kraftfahrzeugen, die für eine zumindest teilweise autonome Fahrzeugführung eingerichtet sind. Denn gerade hier bietet sich allen Fahrzeuginsassen die Möglichkeit, sich freier im Fahrzeuginnenraum zu bewegen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu schafften. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaft ausgestaltetes Kraftfahrzeug anzugeben sowie ein vorteilhaftes Computerprogrammprodukt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Vorrichtungen, also das Computerprogrammprodukt einerseits und das Kraftfahrzeug andererseits, übertragbar und umgekehrt. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist dabei für eine Ausführung in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug oder durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorgesehen und entsprechend hierfür ausgebildet. Umgekehrt ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in zumindest einem Betriebsmodus eingerichtet.
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Das Kraftfahrzeug, also das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug, weist dazu eine Sensoreinrichtung und eine Datenverarbeitungseinrichtung auf. Teil der Sensoreinrichtung ist dabei eine primäre Sensoreinheit sowie eine sekundäre Sensoreinheit, wobei jede dieser beiden Sensoreinheiten signaltechnisch mit der Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist.
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Im Zuge der Ausführung des Verfahrens, also des erfindungsgemäßen Verfahrens, werden nun mittels der primären Sensoreinheit Basis-Daten generiert und zweckdienlicherweise an die Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt. Diese Basis-Daten bilden dabei eine Krafteinwirkung auf eine Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes ab, die durch ein Gewicht eines Fahrzeuginsassen hervorgerufen wird, der auf dem Fahrzeugsitz sitzt. Weiter werden im Zuge der Ausführung des Verfahrens mittels der sekundären Sensoreinheit Hilfs-Daten generiert und zweckdienlicherweise an die Datenverarbeitungseinrichtung übermittelt. Die Hilfs-Daten bilden hierbei eine Abweichung einer Sitzposition des Fahrzeuginsassen von einer vorgegebenen Norm-Sitzposition ab.
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Die so generierten Daten werden in einem Basis-Betriebsmodus des Kraftfahrzeugs mittels der Datenverarbeitungseinrichtung weiterverarbeitet, wobei die Basis-Daten basierend auf den Hilfs-Daten abgebildet werden auf Norm-Daten, die eine Krafteinwirkung auf die Sitzfläche des Fahrzeugsitzes durch das Gewicht des Fahrzeuginsassen in der vorgegebenen Norm-Sitzposition abbilden.
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Das dem Verfahren zugrunde liegende Konzept lässt sich dabei vereinfacht auch so darstellen: Mittels der primären Sensoreinheit wird eine Messung vorgenommen zur Bestimmung des Gewichts des Fahrzeuginsassen. Mittels der sekundären Sensoreinheit wird parallel ermittelt, welche Sitzposition der Fahrzeuginsasse gerade einnimmt, so dass daraus abgeleitet werden kann, wie sehr die aktuelle Sitzposition des Fahrzeuginsassen die vorgenommene Messung verfälscht. Basierend auf diesen Informationen wird dann mittels der Datenverarbeitungseinrichtung das Gewicht des Fahrzeuginsassen ermittelt, indem das gemessene Gewicht umgerechnet wird in ein errechnetes oder berechnetes Gewicht. Das errechnete Gewicht entspricht dabei dem Gewicht, welches auch gemessen werden würde, wenn der Fahrzeuginsasse eine Sitzposition innehätte, die der vorgegebenen Norm-Sitzposition entspricht.
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Die primäre Sensoreinheit ist hierbei je nach Anwendungsfall beispielsweise durch eine kapazitive Sensoreinheit ausgebildet oder durch eine eingangs genannte sogenannte „Bladdermatte“. Dabei ist die primäre Sensoreinheit zweckdienlicherweise unterhalb einer Sitzfläche in ein Sitzpolster einer Sitzbasis des Fahrzeugsitzes integriert. Der Fahrzeugsitz weist typischerweise zudem eine Sitzlehne auf. In diese ist vorzugsweise keine Sensoreinheit integriert, zumindest keine Sensoreinheit zur Ermittlung einer Krafteinwirkung.
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Die sekundäre Sensoreinheit weist bevorzugt zumindest eine Kamera auf, so dass mittels der zumindest einen Kamera die Hilfs-Daten generiert werden. Typischerweise werden dabei mittels der zumindest einen Kamera Bilddaten generiert und diese Bilddaten werden dann in der Datenverarbeitungseinrichtung mittels Bilderkennung ausgewertet.
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Einer alternativen Ausführungsvariante entsprechend ist die sekundäre Sensoreinheit ausgebildet, lediglich eine Neigung einer Sitzlehne des Fahrzeugsitzes messtechnisch zu erfassen.
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Bevorzugt wird weiter basierend auf den Norm-Daten eine Gewichtsklassifikation für den Fahrzeuginsassen ermittelt. Im einfachsten Fall sind dabei zwei Gewichtsklassen vorgegeben, beispielsweise eine Gewichtsklasse „Erwachsener“ und eine Gewichtsklasse „Kind“.
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Von Vorteil ist es zudem, wenn auf der Basis der Norm-Daten oder auf der Basis der für den Fahrzeuginsassen ermittelten Gewichtsklassifikation eine gewichtsspezifische Anpassung an zumindest einem weiteren System des Kraftfahrzeugs vorgenommen wird, wie zum Beispiel einem Gurtstraffer-System oder einem Airbag-System.
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Davon unabhängig ist eine Verfahrensvariante bevorzugt, bei der die Hilfs-Daten einer Plausibilitätsprüfung unterzogen werden. Dabei wechselt dann bevorzugt das Kraftfahrzeug vom zuvor genannten Basis-Betriebsmodus in einen ersten Hilfs-Betriebsmodus, wenn die Hilfs-Daten im Zuge der Plausibilitätsprüfung als unplausibel bewertet werden. Sobald die Hilfs-Daten im Zuge der Plausibilitätsprüfung wieder als plausibel bewertet werden, wechselt das Kraftfahrzeug zweckdienlicherweise wieder vom ersten Hilfs-Betriebsmodus zum Basis-Betriebsmodus. In dem ersten Hilfs-Betriebsmodus werden die Basis-Daten mittels der Datenverarbeitungseinrichtung als Norm-Daten ermittelt.
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In der zuvor dargelegten vereinfachten Konzeptbeschreibung bedeutet dies, dass im ersten Hilfs-Betriebsmodus das gemessene Gewicht nicht umgerechnet wird, da einfach angenommen wird, dass die aktuelle Sitzposition der Norm-Sitzposition entspricht, auch wenn die tatsächliche Sitzposition eigentlich nicht bekannt ist.
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Weist nun die sekundäre Sensoreinheit die Kamera auf, so werden die Hilfs-Daten beispielsweise als unplausibel bewertet, wenn die Bilderkennung eine beschlagene und/oder verschmutzte Linse ermittelt.
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Gemäß zumindest einer Verfahrensvariante werden außerdem die Basis-Daten einer Plausibilitätsprüfung unterzogen. Dabei wechselt dann das Kraftfahrzeug vom Basis-Betriebsmodus in einen zweiten Hilfs-Betriebsmodus, wenn die Basis-Daten im Zuge der Plausibilitätsprüfung als unplausibel bewertet werden. Sobald die Basis-Daten im Zuge der Plausibilitätsprüfung wieder als plausibel bewertet werden, wechselt das Kraftfahrzeug zweckdienlicherweise wieder vom zweiten Hilfs-Betriebsmodus zum Basis-Betriebsmodus. In dem zweiten Hilfs-Betriebsmodus werden mittels der Datenverarbeitungseinrichtung die Norm-Daten ohne die Basis-Daten basierend auf den Hilfs-Daten ermittelt.
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In der zuvor dargelegten vereinfachten Konzeptbeschreibung bedeutet dies, dass ein Gewicht ermittelt wird ohne Messdaten der primären Sensoreinheit.
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Weist nun die sekundäre Sensoreinheit die Kamera auf, so werden die Basis-Daten beispielsweise als unplausibel bewertet, wenn die Bilderkennung ermittelt, dass ein Becken des Fahrzeuginsassen außerhalb einer vorgegebenen Zone ist. Werden die Basis-Daten als unplausibel bewertet, so wird zum Beispiel allein durch Bildauswertung ein Gewicht für den Fahrzeuginsassen ermittelt.
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Je nach Anwendungsfall werden weiter die Basis-Daten im Basis-Betriebsmodus mittels einer ausgewählten mathematischen Funktion auf die Norm-Daten abgebildet. Es ist somit also eine Korrekturfunktion vorgegeben und in der Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt.
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Einer alternativen Ausführungsvariante entsprechend werden die Basis-Daten mittels einer Abbildungsvorschrift auf die Norm-Daten abgebildet, die durch maschinelles Lernen erstellt ist.
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Wie bereits erwähnt ist das zuvor beschriebene erfindungsgemäße Verfahren für eine Ausführung in dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug oder durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorgesehen und entsprechend hierfür ausgebildet. Umgekehrt ist das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zur Ausführung des entsprechenden Verfahrens in zumindest einem Betriebsmodus eingerichtet. Es weist die zuvor beschriebene Sensoreinrichtung auf sowie die zuvor beschriebene Datenverarbeitungseinrichtung. Mittels der Datenverarbeitungseinrichtung erfolgt dann zweckdienlicherweise die Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens oder zumindest die Ausführung einer Anzahl Verfahrensschritte des Verfahrens, wobei hierfür typischerweise ein ausführbares Programm in der Datenverarbeitungseinrichtung hinterlegt oder installiert ist, welches nach einem Start das Verfahren bzw. die Anzahl Verfahrensschritte des Verfahrens automatisch ausführt.
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Ein entsprechendes Programm lässt sich auch nachträglich mittels eines erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts installieren oder hinterlegen, sofern in einem Kraftfahrzeug bereits eine geeignete Sensoreinrichtung sowie eine geeignete Datenverarbeitungseinrichtung vorhanden sind. Bei jenem Computerprogrammprodukt handelt es sich typischerweise um eine Datei oder einen Datenträger mit einer Datei, wobei die Datei das ausführbare Programm enthält, also insbesondere einen geeigneten Programmcode.
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sinngemäß auch auf die Vorrichtungen, also das Computerprogrammprodukt einerseits und das Kraftfahrzeug andererseits, zu übertragen sind und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der schematischen Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 in einer Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrzeugsitz;
- 2 in einer Blockschaltbilddarstellung das Kraftfahrzeug;
- 3 in einer Seitenansicht der Fahrzeugsitz in einer ersten Einstellung zusammen mit einem Insassen in einer ersten Sitzposition;
- 4 in einer Seitenansicht der Fahrzeugsitz in einer zweiten Einstellung zusammen mit dem Insassen in einer zweiten Sitzposition;
- 5 in einem Kräftediagramm mehrere in der zweiten Sitzposition wirkende Kräfte;
- 6 in einem Diagramm ein Skalierungsfaktor in Abhängigkeit eines ersten Winkels;
- 7 in einem Diagramm der Skalierungsfaktor in Abhängigkeit eines zweiten Winkels; und
- 8 in einem Diagramm ein gemessenes Signal sowie ein ermitteltes Signal.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Kraftfahrzeug 2 stark vereinfacht in einer Seitenansicht dargestellt. Es weist exemplarisch vier Fahrzeugsitze 4 auf, nämlich einen Fahrersitz, einen Beifahrersitz und zwei Rücksitze. Die Fahrzeugsitze 4 sind im Ausführungsbeispiel als Einzelsitze ausgebildet und weisen jeweils eine Sensormatte 6 auf, die beispielweise durch eine sogenannte „Bladdermatte“ ausgebildet ist. In 3 und 4 ist einer der Fahrzeugsitze 4 exemplarisch skizziert.
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Die Sensormatte 6 des Fahrzeugsitzes 4 gemäß 3 und 4 bildet im Ausführungsbeispiel eine primäre Sensoreinheit einer Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs 2 aus. Diese Sensoreinrichtung umfasst zudem eine sekundäre Sensoreinheit, die exemplarisch durch eine Kamera 8 ausgebildet ist. Sensormatte 6 und Kamera 8 sind hierbei signaltechnisch mit einer Datenverarbeitungseinrichtung 10 des Kraftfahrzeugs 2 verbunden.
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Das Kraftfahrzeug 2 ist nun im Ausführungsbeispiel eingerichtet, für einen Fahrzeuginsassen 12, der auf dem Fahrzeugsitz 4 gemäß 3 und 4 eine Sitzposition eingenommen hat, eine Gewichtsklasse zu ermitteln. Dabei sind je nach Anwendungsfall beispielsweise zwei Gewichtsklassen vorgegeben, nämlich eine Gewichtsklasse „Erwachsener“ und eine Gewichtsklasse „Kind“.
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Zudem ist das Kraftfahrzeug 2 im Ausführungsbeispiel eingerichtet, in Abhängigkeit der ermittelten Gewichtsklasse eine gewichtsspezifische Anpassung an zumindest einem Sicherheitssystem 14 des Kraftfahrzeugs 2 vorzunehmen, wie zum Beispiel einem Gurtstraffer-System oder einem Airbag-System. Hierzu ist das Sicherheitssystem 14 signaltechnisch mit Datenverarbeitungseinrichtung 10 verbunden, so wie dies in 2 angedeutet ist.
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Zur Ermittlung der Gewichtsklasse wird nun zunächst eine Gewichtsmessung mittels der Sensormatte 6 durchgeführt. Dabei werden durch die Sensormatte 6 Basis-Daten generiert und an die Datenverarbeitungseinrichtung 10 übermittelt. Diese Basis-Daten geben ein gemessenes Gewicht wieder, welches abhängig ist vom tatsächlichen Gewicht des Fahrzeuginsassen 12 und von der Sitzposition des Fahrzeuginsassen 12.
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Zeitgleich mit der Gewichtsmessung werden mit der Kamera 8 Bilddaten als Hilfs-Daten generiert und an die Datenverarbeitungseinrichtung 10 übermittelt. Die Hilfs-Daten, also die Bilddaten, werden in der Datenverarbeitungseinrichtung 10 mittels Bilderkennung ausgewertet, wobei im Ausführungsbeispiel hierdurch ein Winkel α ermittelt wird, der eine Kippstellung einer Sitzlehne 16 des Fahrzeugsitzes 4 gemäß 3 und 4 relativ zu einer Sitzbasis 18 des Fahrzeugsitzes 4 wiedergibt. Der Winkel α dient hierbei als repräsentative Größe für die Sitzposition des Fahrzeuginsassen 12.
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Mittels der Hilfs-Daten der Kamera 8 sollen nun die Basis-Daten aus der Gewichtsmessung bearbeitet werden, um basierend auf dem gemessenen Gewicht das tatsächliche Gewicht des Fahrzeuginsassen 12 zu ermitteln oder zumindest abzuschätzen. Dabei werden die Basis-Daten mittels der Hilfs-Daten abgebildet auf Norm-Daten, wodurch das gemessene Gewicht umgerechnet wird in ein errechnetes Gewicht, welches zumindest in guter Näherung dem tatsächlichen Gewicht des Fahrzeuginsassen 12 entspricht.
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Die Umrechnung erfolgt im Ausführungsbeispiel mittels einer vorgegebenen Korrekturfunktion, welche aus dem in 5 gezeigten Kräftediagramm abgeleitet ist. Aus dem Kräftegleichgewicht: und dem Momentengleichgewicht: ergibt sich:
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Dabei ist:
- - F̃S die errechnete Gewichtskraft und somit das errechnete Gewicht
- - FS die gemessene Gewichtskraft, welche senkrecht zur Sitzbasis 18 wirkt, und somit das gemessene Gewicht
- - FL die messbare Gewichtskraft, welche senkrecht zur Sitzlehne 16 wirkt
- - α der ermittelte Winkel, der die mittels Kamera 8 ermittelte Kippstellung der Sitzlehne 16 des Fahrzeugsitzes 4 gemäß 3 bzw. 4 relativ zu einer Sitzbasis 18 des Fahrzeugsitzes 4 wiedergibt
- - α̃ ein vorgegebener Norm-Winkel, der eine Norm-Kippstellung der Sitzlehne 16 wiedergibt, in der die gemessene Gewichtskraft, welche senkrecht zur Sitzbasis 18 wirkt, und somit das gemessene Gewicht in guter Näherung der tatsächlichen Gewichtskraft entspricht, welche senkrecht zur Sitzbasis 18 wirkt, und somit dem tatsächlichen Gewicht
- - r eine Oberkörperlänge des Fahrzeuginsassen 12
- - s ein Abstand zwischen einem Schwerpunkt der Sitzbasis 18 und einer Kippachse der Sitzlehne 16
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Die Größen r und s werden hierbei ebenfalls durch Auswertung der Hilfs-Daten, also der Bilddaten, mittels Bilderkennung ermittelt.
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Die Klammer stellt nun einen Korrekturfaktor K dar mit dem ermittelten Winkel α als Parameter. In 6 sind beispielhaft verschiedene Werte für den Korrekturfaktor K in Abhängigkeit von verschiedenen Werten für den Winkel α wiedergegeben.
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7 zeigt ergänzend die verschiedenen Werte für den Korrekturfaktor K in Abhängigkeit der verschiedenen Werte für einen Torsowinkel β gemäß SAE-Norm, wobei α = 90° - β.
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Der Korrekturfaktor K ist dabei typischerweise umso größer, je weiter der Winkel α abweicht vom Norm-Winkel α̃. Entsprechend weicht auch das gemessene Gewicht umso weiter vom tatsächlichen Gewicht ab, je weiter der Winkel α abweicht vom Norm-Winkel α̃. Dies ist in 8 angedeutet. Hier ist zudem beispielhaft ein Grenzwert G angegeben als Grenze zwischen den zuvor genannten zwei Gewichtsklassen, nämlich der Gewichtsklasse „Erwachsener“ und der Gewichtsklasse „Kind“.
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In einer alternativen Ausführungsvariante wird anstatt einer vordefinierten Korrekturfunktion ein antrainiertes Regressionsmodell verwendet, dass mit zuvor aufgenommenen Lastfällen das gemessene Gewicht korrigiert. Während der Entwicklung wird dabei das System mit bekannten Lastfällen mit verschiedenen Insassen- und Lehnen-Positionen trainiert und mit dazugehörigen Daten vom gleichen Insassen in einer definierten Norm-Position.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Fahrzeugsitz
- 6
- Sensormatte
- 8
- Kamera
- 10
- Datenverarbeitungseinrichtung
- 12
- Fahrzeuginsasse
- 14
- Sicherheitssystem
- 16
- Sitzlehne
- 18
- Sitzbasis
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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