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Fahrsimulator und Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs - Dokument DE10309934B4
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10309934B4 17.03.2005
Titel Fahrsimulator und Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Remlinger, Wolfram, Dipl.-Ing., 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 07.03.2003
DE-Aktenzeichen 10309934
Offenlegungstag 23.09.2004
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 17.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.03.2005
IPC-Hauptklasse G09B 9/042
IPC-Nebenklasse H04B 7/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrsimulator und ein Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs.

Bei der Entwicklung von Fahrzeugen in der Fahrzeug- und Verkehrsforschung sowie im Fahrschulbetrieb ist es bekannt, Simulatoren einzusetzen, durch die das Fahrzeugverhalten nachgestellt werden kann. Des Weiteren finden in den kommenden Jahren eine Reihe von Fahrerassistenzsystemen Einzug in Serienfahrzeuge auf der Straße. Diese Fahrerassistenzsysteme sollen den Fahrer bei der Fahrzeugführung unterstützen und ihm Aufgaben im Fahrablauf abnehmen. Hierdurch soll die Sicherheit des Straßenverkehrs und der Komfort bei der Teilnahme im Straßenverkehr gesteigert werden. Die Ausstattung von Fahrzeugen mit diesen Fahrerassistenzsystemen wird zusätzliche elektronische Komponenten und Funktionen an den Fahrerplatz bringen, über die der Fahrer mit dem Fahrzeug interagieren soll. Um den Zweck der Elemente, die Funktionsweise der Systeme und eine optimale Nutzung der Funktionen beim Autofahren kennenzulernen und zu trainieren, wird eine Einweisung, eine Probefahrt oder auch ein Fahrsicherheitstraining für den Fahrer nicht mehr ausreichen können. Aus diesem Grund werden auch zu diesem Zweck in der Zukunft verstärkt Fahrsimulatoren verwendet werden.

Die Vielfalt der Fahrzeuge hinsichtlich Hersteller, Modell, Ausstattungsumfang und Funktionsweise auch in Bezug auf die Vielzahl von Fahrerassistenzsystemen wird in einem herkömmlichen Fahrsimulator nicht darstellbar sein. Die Anbieter und Betreiber dieser Systeme werden nur einzelne, ausgewählte Fahrzeuge simulieren können.

Um diesem Problem entgegenzuwirken, wurden bereits Simulatoren vorgeschlagen, bei denen das tatsächliche Fahrzeug, dessen Funktion erprobt bzw. weiterentwickelt werden soll, in den Fahrsimulator einbezogen wird. In der deutschen Patentanmeldung DE 199 28 490 A1 ist beispielsweise eine Vorrichtung zur Ausstattung eines fahrtüchtigen Fahrzeugs zum Fahrsimulator beschrieben. Hierbei werden an einzelnen Bedienungselementen, wie dem Gaspedal, Sensoren angebracht. Diese Sensoren erfassen Werte über beispielsweise die Stellung des Gaspedals, die an einen externen Computer weitergeleitet werden, der die Fahrzeugdynamik, das Umgebungsbild und die Fahrzeuggeräusche berechnet und über Ausgabeeinheiten, wie ein Sichtsystem, ausgibt.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass diese zwar dem Fahrer eine Vorstellung über die Umgebung des Fahrzeugs in dem spezifischen Fahrzustand vermitteln kann, Einflüsse bzw. Änderungen des Fahrverhaltens des Fahrzeugs aufgrund der Umgebungsbedingungen aber nicht berücksichtigt werden können.

Weiterhin wird in der JP2002 257688 A ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen eines Fahrzeuges beschrieben. Hierbei wird eine stereoskopische Kamera verwendet, die den Straßenverlauf vor dem Fahrzeug erkennt und aufgrund dieser Daten wird dann eine Anweisung an das Fahrzeug geliefert. Für die Inspektion wird das Fahrzeug auf ein Laufband gebracht. In dieser Situation werden Simulationssignale verwendet, die auf den Bildsignalen der Kamera basieren, die aufgenommen wurden, während das Fahrzeug auf das Laufband gebracht worden ist.

Bei dieser Vorrichtung und diesem Verfahren besteht keine bidirektionale Kommunikation zwischen der Diagnosevorrichtung und dem Fahrzeug. Es ist daher nicht möglich Aktionen des Fahrers oder des Fahrerassistenzsystems in dem Fahrzeug bei der weiteren Generierung von Simulationsdaten verwenden zu können.

Aus der JP 09044077 A ist eine simulierte Fahrsystem-Vorrichtung bekannt. Mit dieser Vorrichtung werden physikalische Umgebungsbedingungen simuliert, so dass beispielsweise eine Vibration in dem Kraftfahrzeug induziert wird. Eine Kommunikation zwischen der Simulationseinheit und dem Steuergerät in bidirektionaler Weise ist hierbei nicht möglich. Somit können auch mit dieser Vorrichtung Aktionen des Fahrers oder des Fahrerassistenzsystems in dem Fahrzeug bei der Generierung von Simulationsdaten nicht verwendet werden.

Weiterhin ist aus der deutschen Patentanmeldung DE 101 14 433 A1 ein Simulationssystem und ein Simulationsverfahren für Fahrzeuge bekannt, durch das es dem Fahrer eines Fahrzeugs ermöglicht werden soll, die Funktion mindestens einer Komponente des Fahrzeugs zu verstehen und die Wirkung der Funktion der Komponente ohne Risiko realitätsnah zu erfahren. Das Simulationssystem soll gemäß der deutschen Patentanmeldung DE 101 14 433 A1 mindestens eine Funktion des Fahrzeugs simulieren können, wobei das Simulationssystem mindestens eine Zentraleinheit umfasst, die mit mindestens einer Funktionseinheit zum Austausch von Informationen verbunden ist und wobei die mindestens eine Funktionseinheit eine Funktionseinheit des Fahrzeugs darstellt.

Der Nachteil dieses Simulationssystems ist, dass lediglich die Auswirkungen der Betätigung einer Fahrzeugkomponente auf die Funktion weiterer Fahrzeugkomponenten erprobt werden kann, wohingegen die Einflüsse der Umgebung des Fahrzeugs unberücksichtigt bleiben müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Fahrsimulator und ein Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs zu schaffen, über die der gesamte Regelkreis Fahrer – Fahrzeug – Umgebung vollständig simuliert abgebildet werden kann und die die Erprobung einer Vielzahl von Serienfahrzeugen und Kraftfahrzeugkomponenten erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Fahrsimulator gelöst, der eine Simulationseinheit umfasst, die eine Zentralsteuereinheit, einen Sichtsimulator und eine Schnittstelle aufweist, über die die Simulationseinheit im Betriebszustand mit einem Steuergerät verbunden ist, wobei der Sichtsimulator zur Erzeugung von Daten, die Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs enthalten und im Normalbetrieb des Fahrzeugs über Sensoren erfasst werden, geeignet ist, die Übertragung von Datenströmen von diesen Sensoren zum Steuergerät während des Betriebszustandes der Simulationseinheit unterbrochen ist, die Verbindung der Simulationseinheit mir dem Steuergerät eine bidirektionale Kommunikationsverbindung darstellt, das Steuergerät vorzugsweise in einem Serienfahrzeug eingebaut ist und also einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugs darstellt und das Kraftfahrzeug weiterhin ein Fahrerassistenzsystem umfasst, das im Betriebszustand des Fahrsimulators mit der Simulationseinheit verbunden ist.

Durch das Zurverfügungstellen eines Sichtsimulators, der Teil einer Simulationseinheit bildet, die für eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden ist, können somit Umgebungseinflüsse bei der Simulation des Fahrzustands des Fahrzeugs berücksichtigt werden. Weiterhin kann aufgrund der Tatsache, dass die Simulationseinheit mit dem tatsächlichen Steuergerät eines Kraftfahrzeugs verbunden wird, die Funktionsweise verschiedener Fahrzeuge im Realzustand simuliert werden. Auf das Vorsehen eines sogenannten „Fahrzeug-Mockup", das ein Modell eines Fahrzeugs darstellt und für die Darstellung der Fahrumgebung in eine Kabine gebracht werden muss, kann verzichtet werden. Stattdessen kann das Fahrzeug, dessen tatsächliche Funktion erprobt werden soll, verwendet werden.

Daten, die erfindungsgemäß vom Sichtsimulator erzeugt werden können und die Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs enthalten, können beispielsweise den Abstand des Fahrzeugs zu Gegenständen in der Umgebung, den Straßenverlauf und dergleichen umfassen. Diese Daten können von dem Sichtsimulator erzeugt werden, indem beispielsweise Umgebungs- und Verkehrsmodelle zusammen mit Informationen über Befehle, die vom Steuergerät des Fahrzeugs stammen, verarbeitet werden. Diese Art der Erzeugung von Daten ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator möglich, da die Simulationseinheit zumindest mit dem Steuergerät des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Da die Verbindung zwischen der Simulationseinheit und dem Kraftfahrzeug eine bidirektionale Verbindung darstellt, ist es weiterhin möglich, die in der Simulationseinheit erzeugten Daten an das Fahrzeug, insbesondere an das Steuergerät zu übermitteln. Diese Daten können dann bei der weiteren Steuerung von Fahrzeugkomponenten berücksichtigt bzw. verwendet werden.

Die Umgebungsdaten, die von dem Sichtsimulator erzeugt werden, und die im Normalbetrieb eines Fahrzeugs über Sensoren erfasst werden, werden auch als Daten des „technischen Sehens" bezeichnet. Diese Daten erlauben eine Simulation des tatsächlichen Fahrzustands unter Berücksichtigung des Umfelds des Fahrzeugs. Dies wird in dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator ermöglicht, da die aktuellen simulierten Umgebungsdaten an das Fahrzeug übermittelt werden können und dort bei der Steuerung einzelner Komponenten berücksichtigt werden können. Hierdurch wird die Verbindung von Umwelt zum Kraftfahrzeug in dem Regelkreis Fahrer-Umgebung-Fahrzeug geschlossen. Insoweit ist der erfindungsgemäße Fahrsimulator vorteilhaft gegenüber herkömmlichen Simulatoren, bei denen Umgebungsinformationen lediglich an den Fahrer, beispielsweise über eine Leinwand, übermittelt werden.

Alternativ oder zusätzlich sind unter Daten des „technischen Sehens" auch Daten zu verstehen, die in Kommunikationsnetzen, insbesondere in Funknetzen, vorliegen. Solche Daten können beispielsweise Daten von Verkehrsinfrastruktureinrichtungen sein. Solche Verkehrsinfrastruktureinrichtungen können entweder separate Einrichtungen, wie Funkbaken darstellen, oder aber in oder an einem anderen Fahrzeug vorgesehen sein. Im letzteren Fall können Informationen bezüglich anderer Verkehrsteilnehmer durch die sogenannte Car-to-Car-Communication übermittelt werden. Durch diese Art der Kommunikation ist es möglich, dass Fahrzeuge technische Daten mit anderen Fahrzeugen austauschen. Die Daten können Ortsangaben über andere Fahrzeuge oder Zustandsangaben anderer Fahrzeuge umfassen. Diese können beispielsweise zur Stauwarnung oder zur Kolonnenfahrt mittels einer „elektronischen Deichsel" verwendet werden. Die Daten, die im Rahmen eines solchen Datenaustausches empfangen werden, werden im Normalbetrieb des Fahrzeuges in der Regel in einem Fahrerassistenzsystem verarbeitet. Hierbei werden Aktionen oder Reaktionen an dem Fahrzeug erzeugt. Durch die Simulation solcher Daten in dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator und die bidirektionale Kommunikation zwischen Simulator und Fahrzeug, erhält der Fahrer die Möglichkeit die Aktionen und/oder Reaktionen beispielsweise eines Fahrerassistenzsystems auf einen solchen Datenaustausch zu erproben. Auch hierdurch wird die Verbindung von Umwelt zum Kraftfahrzeug in dem Regelkreis Fahrer-Umgebung-Fahrzeug geschlossen.

Die Simulationseinheit des Fahrsimulators ist erfindungsgemäß im Betriebszustand mit einem Fahrerassistenzsystem des Kraftfahrzeugs verbunden. Diese Verbindung kann mittelbar, beispielsweise über das Steuergerät des Kraftfahrzeugs erfolgen, oder eine unmittelbare Verbindung darstellen. Einer der Vorteile dieser Ausführungsform ist, dass Informationen bezüglich des Umfelds des Fahrzeugs an Fahrerassistenzsysteme gelangen können. Diese sind beispielsweise für die sogenannte Heading Control (HC) von Bedeutung, durch das die Spurführung überwacht wird und gegebenenfalls Gegenmaßnahmen oder Alarmmaßnahmen ausgelöst werden. Auch für Adaptive Cruise Control (ACC) Systeme, bei denen der Abstand zu dem voranfahrenden Fahrzeug über das Fahrerassistenzsystem überwacht wird, kann diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt werden. Durch das erfindungsgemäße Einbinden von Informationen bezüglich des Umfelds des Fahrzeugs in eine bidirektionale Kommunikation zwischen Simulationseinheit und Kraftfahrzeug können somit auch die Funktionen von komplexen Fahrerassistenzsystemen, wie beispielsweise dem sogenannten Heading Control, der Lane-Departure-Warning und dergleichen realitätsnah erprobt werden.

Vorzugsweise umfasst die Simulationseinheit zumindest einen Bewegungssimulator. Da die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Fahrsimulators die Erfassung von Daten des technischen Sehens erlaubt, können in die Simulation des Bewegungsverlaufs des Fahrzeugs auch Umgebungseinflüsse, wie beispielsweise der Abstand zu Gegenständen und/oder Fahrspur-Begrenzungsmarkierungen, sowie Informationen bezüglich der Infrastruktur des Verkehrs, wie beispielsweise Stausituationen, berücksichtigt werden. Hierdurch wird die Qualität der Simulation noch verbessert.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrsimulators umfasst die Simulationseinheit zumindest eine Eingabevorrichtung, über die Modelle eingegeben werden können. Solche Modelle können beispielsweise Umgebungsmodelle oder Bewegungsmodelle darstellen, die zur Berechnung und Simulation des aktuellen Fahrzustands benötigt werden. Indem eine Eingabevorrichtung für solche Modelle zu Verfügung gestellt wird, können unterschiedliche Situationen in dem Simulator rekonstruiert werden. Diese Eingabevorrichtungen können beispielsweise zum Lesen von Speichermedien, wie CD-Roms, ausgelegt sein.

Die Verbindung zwischen der Simulationseinheit und zumindest dem Steuergerät des Fahrzeugs kann erfindungsgemäß durch eine Steckverbindung gebildet werden. Bei Verwendung genormter bzw. einheitlicher Steckverbindungen kann die Simulationseinheit flexibel an verschiedene Fahrzeuge angeschlossen werden und deren Verhalten somit in dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator erprobt werden.

Alternativ kann die Verbindung zwischen der Simulationseinheit und dem Fahrzeug auch über eine Funkverbindung hergestellt werden. Diese ist vorzugsweise eine codierte Funkverbindung, um die Sicherheit zu erhöhen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, durch ein Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs gelöst. Bei diesem Verfahren wird das Fahrzeug mit einer Simulationseinheit verbunden, in der Simulationseinheit das Fahrzeugumfeld simuliert und Informationen aus dem simulierten Umfeld an das Fahrzeug übermittelt. Weiterhin wird der Simulationszustand des Fahrzeugs erzeugt, indem zumindest die Datenströme von der Fahrzeugsensorik unterbrochen werden und die von der Fahrzeugsensorik im Normalbetrieb des Kraftfahrzeuges erfassten Daten in der Simulationseinheit simuliert. Im Simulationszustand werden Informationen vom Fahrzeug an die Simulationseinheit übermittelt.

Durch die Übermittlung von Informationen bezüglich des simulierten Umfelds an das Fahrzeug kann dieses zumindest teilweise bei der Ansteuerung von KFZ-Komponenten und gegebenenfalls bei der weiteren Berechnung bzw. Simulation des Fahrverhaltens berücksichtigt werden. In dem simulierten Umfeld können auch simulierte Daten, die Informationen über den Verkehr, wie beispielsweise Funkdaten, die über Mobilfunk von einem Fahrzeug an ein anderes Fahrzeug übermittelt würden, berücksichtigt werden, oder separat an das Steuergerät übermittelt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Steuergerät des Fahrzeugs mit der Simulationseinheit verbunden, das Fahrzeug in einen Simulationsmodus gebracht, ein simuliertes Fahrzeugumfeld in der Simulationseinheit aus einem Umgebungs- und Verkehrsmodell und aus Befehlen von dem Steuergerät des Fahrzeugs erzeugt und Informationen aus dem simulierten Fahrzeugumfeld in der Simulationseinheit erzeugt und an das Steuergerät übertragen. Auch hierbei können zusätzlich Daten aus beispielsweise einer Car-to-Car-Communication und Funkdaten von Verkehrsinfrastruktureinrichtungen simuliert werden und an das Steuergerät übermittelt werden.

Besonders bevorzugt umfasst das Fahrzeug weiterhin ein Fahrerassistenzsystem, das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ebenfalls mit der Simulationseinheit verbunden wird. Diese Verbindung kann direkt oder indirekt, beispielsweise über das Steuergerät erfolgen. Weiterhin können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Informationen bzw. Befehle des Fahrerassistenzsystems für die Erzeugung des simulierten Fahrzeugumfelds verwendet werden. Schließlich können Informationen aus dem simulierten Fahrzeugumfeld auch direkt oder indirekt an das Fahrerassistenzsystem übertragen werden. Hierbei können insbesondere simulierte Daten aus Funknetzwerken, beispielsweise bezüglich der Verkehrssituation oder dem Ort und Zustand eines anderen Fahrzeuges an das Fahrerassistenzsystem übermittelt werden, das daraufhin die vorgesehenen Reaktionen auslöst.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Simulationszustand des Fahrzeugs erzeugt, indem zumindest die Datenströme von der Fahrzeugsensorik unterbrochen werden. Weiterhin können die Datenströme zu den Aktuatoren des Fahrzeugs unterbrochen werden. Insbesondere wird die Übertragung von Datenströmen von Sensoren zum Steuergerät und Fahrerassistenzsystemen und von Fahrerassistenzsystemen und dem Steuergerät zu Aktuatoren unterbrochen. Als Aktuatoren werden im Sinne der Erfindung beispielsweise Antriebsstrang, Fahrwerk, Bremse, Lenkung, bezeichnet. Die Sensoren von denen Datenströme im Simulationszustand nicht zum Steuergerät und/oder Fahrerassistenzsystem geleitet werden, sind insbesondere diejenigen Sensoren, die zur Erkennung von Umgebungsbedingungen um das Fahrzeug dienen. Dagegen bleiben auch im Simulationszustand Sensoren mit dem Steuergerät und/oder Fahrerassistenzsystem in Kommunikation, über die Bedingungen im Fahrzeug, wie beispielsweise der Zustand einzelner Fahrzeugkomponenten, z.B. die Stellung des Gaspedals, erfasst werden. Durch diese gezielte Unterbrechung der Datenströme kann zum einen sichergestellt werden, dass für die Berechnung des Fahrzeugumfelds ausschließlich simulierte Informationen verwendet werden und nicht im Simulationszustand tatsächlich herrschende Umfeldbedingungen berücksichtigt werden. Zum anderen kann durch die Unterbrechung zu den Aktuatoren verhindert werden, dass beispielsweise eine tatsächliche Beschleunigung des Fahrzeugs erfolgt, oder dieses abgebremst wird.

Die Vorteile und Merkmale, die bezüglich des Fahrsimulators beschrieben werden, gelten, soweit anwendbar, gleichermaßen für das erfindungsgemäße Verfahren und umgekehrt.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Figuren, die eine schematische Darstellung eines nicht beschränkenden Ausführungsbeispiels zeigen, beschrieben.

Hierbei zeigen:

1: eine schematische Blockdarstellung der Komponenten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrsimulators; und

2: eine schematische Darstellung der Datenübermittlung in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 sind in einer schematischen Blockdarstellung die Komponenten einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrsimulators 1 gezeigt. Dieser weist eine Simulationseinheit 2 auf, die mehrere Bestandteile umfasst. Eine Zentralsteuereinheit 21 der Simulationseinheit 2 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einem Sichtsimulator 22, einem Bewegungssimulator 23 und einem Geräuschsimulator 24 der Simulationseinheit 2 verbunden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, die Simulatoren 22, 23 und 24 in die Zentraleinheit 21 zu integrieren. Die Simulatoren können Vorrichtungen darstellen, oder durch Programme realisiert sein.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Simulationseinheit 2 mit einer Eingabevorrichtung 26 verbunden. Über diese Eingabevorrichtung 26 können Informationen, wie beispielsweise Modelle zur Berechnung der Umgebung oder zur Berechnung des Verkehrs, eingegeben werden. Die Eingabevorrichtung 26 kann beispielsweise eine CD-Rom-Wiedergabevorrichtung darstellen. Die Informationen können aber auch auf anderen, vorzugsweise nicht flüchtige Speichermedien, insbesondere Datenträger wie CD-Roms oder Floppy-Disks gespeichert sein und durch geeignete Abspielmittel für diese Speichermedien in die Simulationseinheit 2 eingebracht werden. Die Simulationseinheit 2 ist in der dargestellten Ausführungsform weiterhin mit einer Bildwiedergabevorrichtung 25 verbunden. Diese kann beispielsweise durch eine Leinwand oder einen Bildschirm realisiert sein. Auf dieser Bildwiedergabevorrichtung 25 werden die von der Simulationseinheit 2 ermittelten Umgebungsbilder wiedergegeben. Die Informationen für die Bildwiedergabe werden daher vorzugsweise von dem Sichtsimulator 22 und dem Bewegungssimulator 23 ermittelt. Weiterhin ist in der dargestellten Ausführungsform die Simulationseinheit 2 mit einer Geräuschwiedergabevorrichtung 27 verbunden. Diese Geräuschwiedergabevorrichtung 27, die beispielsweise einen Lautsprecher darstellen kann, dient der Wiedergabe von Informationen, die in dem Geräuschsimulator 24 und gegebenenfalls in dem Bewegungssimulator 23 ermittelt wurden.

Zusätzlich zu der Verbindung zu externen Wiedergabevorrichtungen 25 und 27 sind insbesondere der Sichtsimulator 22 und der Bewegungssimulator 23 zusätzlich mit der Zentralsteuereinheit 21 der Simulationseinheit verbunden. Über diese Verbindung kann eine bidirektionale Kommunikation erfolgen. Somit können insbesondere vom Sichtsimulator 22 ermittelte Werte an die Zentralsteuereinheit 21, die wiederum mit dem Fahrzeug 3 für eine interaktive Kommunikation verbunden ist, gelangen. Das Fahrzeug 3, mit dem die Simulationseinheit 2 im Betriebszustand verbunden ist, stellt ein herkömmliches Kraftfahrzeug, d. h. ein handelsübliches Kraftfahrzeug bzw. Serienfahrzeug, dar. Insbesondere können vorzugsweise Fahrzeuge mit steer-by-wire und drive-by-wire-Systemen, die beispielsweise auch über einen Joystick bedient werden können, vorteilhaft eingesetzt werden. Die Komponenten solcher Fahrzeuge sind hinreichend bekannt, sodass in der 1 lediglich die für die Erfindung wesentlichen Komponenten schematisch angedeutet sind.

Das Fahrzeug umfasst zumindest ein Steuergerät 31, sowie Stellelemente 33. Diese Stellelemente 33 bzw. Bedienelemente können beispielsweise ein Pedal oder einen Schalthebel darstellen. Weiterhin können in dem Fahrzeug Fahrerassistenzsysteme 32 vorgesehen sein. Um im Normalbetrieb des Fahrzeugs die von den Stellelementen 33 und gegebenenfalls Fahrerassistenzsystemen 32 ausgehenden Befehle ausführen zu können, sind in dem Fahrzeug 3 Aktuatoren 34 vorgesehen. Schließlich sind in einem Fahrzeug 3 in der Regel Sensoren 35 vorgesehen, die zur Ermittlung von Umgebungsbedingungen dienen und somit das technische Sehen des Fahrzeugs ausführen. Diese Sensoren 35 können beispielsweise für die Ermittlung des Abstands des Fahrzeugs zu anderen Gegenständen ausgelegt sein. Die Sensoren 35 können beispielsweise durch Radar, Infrarot, Lidar oder Laser betrieben werden.

Wie sich aus 1 entnehmen lässt, sind die Stellelemente 33 über einen Datenbus mit den Aktuatoren 34 verbunden, die Kommunikation zwischen diesen Elementen wird aber während des Simulationsbetriebs des Fahrzeugs 3 unterbrochen. Weiterhin sind das Steuergerät 31 und die Fahrerassistenzsysteme 32 über den Datenbus verbunden. Das Steuergerät 31 ist in dem Simulationsbetrieb mit der Simulationseinheit 2, insbesondere mit der Zentralsteuereinheit 21 verbunden. Weiterhin kann das Fahrerassistenzsystem bzw. die Fahrerassistenzsysteme 32 unmittelbar mit der Zentralsteuereinheit 21 verbunden werden. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, das Fahrerassistenzsystem 32 mit dem Steuergerät 31 zu verbinden und somit durch dieses Steuergerät 31 die Verbindung zu der Zentralsteuereinheit 21 der Simulationseinheit 2 zu schaffen. Schließlich kann die Verbindung zwischen der Simulationseinheit 2 und dem Kraftfahrzeug 3 über den Datenbus in dem Kraftfahrzeug 3 erfolgen.

Unter Bezugnahme auf 2 wird nunmehr die Funktion des erfindungsgemäßen Fahrsimulators 1 und das erfindungsgemäße Simulationsverfahren beschrieben. Nach der Herstellung der Verbindung zwischen der Simulationseinheit 2 und dem Fahrzeug 3, oder unmittelbar vor der Herstellung dieser Verbindung, wird das Fahrzeug 3 in einen Simulationsmodus gebracht. Das Fahrzeug wird vorzugsweise über ein Drive-by-wire-Steuerungssystem betrieben. Dies bedeutet, dass alle Befehle auf einem elektronischen Datenbus übertragen werden. Diese Befehle können Steuerungsbefehle des Steuergeräts, Befehle der Stellelemente und/oder Befehle von Fahrerassistenzsystemen sein. Zur Einstellung des Simulationsmodus werden in dem Fahrzeug 3 die Datenströme von den Sensoren 35 für das technische Sehen zu dem Steuergerät 31 unterbrochen. Ebenfalls werden die Datenströme von dem Steuergerät 31 zu den Aktuatoren 34 bzw. von den Stellelementen 33 zu den Aktuatoren 34 unterbrochen. Durch diese Unterbrechung der Datenströme kann sichergestellt werden, dass während der Simulation die tatsächlichen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Abstand des Fahrzeugs 3 von Wänden einer Simulationskabine, unberücksichtigt bleiben. Weiterhin kann sichergestellt werden, dass Befehle an die Aktuatoren 34 nicht zu einer Bewegung des Fahrzeugs führen.

Anstatt die Befehle an die Aktuatoren 34 zu übertragen, werden diese im Simulatoreinsatz über die vorgesehene Datenschnittstelle des Fahrzeugs 3 mit der Simulationseinheit 2 an die Simulationseinheit 2 übertragen. In der Simulationseinheit 2 werden unter Berücksichtigung vorgegebener Umgebungs- (U) und Verkehrsmodelle (V) diese Befehle verarbeitet. In dem Sichtsimulator 22 werden die aus diesen Befehlen resultierenden Umgebungsveränderungen in visueller Hinsicht ermittelt. Diese visuellen Veränderungen beinhalten insbesondere die Informationen der Umgebung des Fahrzeugs, die in der Regel durch sogenanntes technisches Sehen des Fahrzeugs, d. h. über die Fahrzeugsensorik, ermittelt würden. Die von dem Sichtsimulator 22 so generierten Signale können an die Zentraleinheit 21 zurückübermittelt werden, die diese Informationen dann an das Steuergerät 31 des Fahrzeugs 3 übermittelt. Von dem Steuergerät 31 können diese Informationen beispielsweise in ein Fahrerassistenzsystem 32 geleitet werden, wo die der aktuell simulierten Fahrsituation angepassten Befehle festgefegt und über das Steuergerät 31 oder unmittelbar an den Simulator 2 zurückübermittelt werden. Es ist auch möglich, dass die Zentraleinheit 21 die von dem Sichtsimulator 22 erzeugten Signale unmittelbar an die Fahrerassistenzsysteme 32 des Fahrzeugs leitet. Dies kann beispielsweise über einen elektronischen Datenbus erfolgen. Auch die in der Simulationseinheit 2 durch den Bewegungssimulator 23 und Geräuschsimulator 24 erzeugten Signale können über die Zentralsteuereinheit 21 der Simulationseinheit 2 an das Fahrzeug 3 zurückübermittelt werden und dort beispielsweise in den Fahrerassistenzsystemen 32 weiterverarbeitet werden. Zusätzlich zu der Übertragung von Signalen, die dem aktuellen simulierten Fahrzustand angepasst sind, an die Zentralsteuereinheit 21, können der Sichtsimulator 22, und der Bewegungssimulator 23 die Informationen über den aktuellen simulierten Fahrzustand auch an die Bildwiedergabevorrichtung 25 leiten. Dort kann eine optische Wiedergabe der Umgebung, beispielsweise auf einem Bildschirm, erfolgen. Entsprechend können Geräusche, die im Geräuschsimulator 24 ermittelt wurden, gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Bewegungsinformationen, die im Bewegungssimulator 23 ermittelt wurden, an die Geräuschwiedergabevorrichtung 27 übermittelt werden.

Weiterhin können simulierte Geräusche auch in den Innenraum des Kraft-Fahrzeugs übermittelt werden. Dies kann über die Zentralsteuereinheit 21 erfolgen, die die Informationen an das Steuergerät 31 leitet, von dem aus beispielsweise ein im Innenraum vorgesehener Lautsprecher 37 angesteuert wird.

Schließlich können auch die in der Simulationseinheit 2 generierten Informationen bzw. Signale über die Verbindung mit dem Fahrzeug an dieses weitergeleitet werden und wie bei einem herkömmlichen Simulator die Anzeigemittel 36 in dem Kraftfahrzeug 3, z.B. Anzeigen am Armaturenbrett, angesteuert werden, um dem Fahrer F den Fahrzustand anzuzeigen.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise möglich Daten bezüglich des Ortes und/oder Zustandes eines oder mehrer Fahrzeuge zu simulieren und beispielsweise an das Fahrerassistenzsystem getrennt von den Daten bezüglich des simulierten Umfeldes zu übermitteln. In dem Fahrerassistenzsystem kann dann beispielsweise, wenn dieses auf eine Kolonnenfahrt eingestellt ist, der Abstand zu dem vorfahrenden Fahrzeug bestimmt und eingehalten werden. Diese Informationen können dann in der weiteren Simulation berücksichtigt werden und ein Zustand des Fahrens mit „elektronischer Deichsel" erprobt werden. In anderen Fällen können diese Daten in die Simulation des Umfeldes integriert werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn es sich bei den simulierten Daten um Verkehrsdaten handelt, die beispielsweise Auskunft über Stau geben.

Der Fahrer F, der in dem Fahrzeug 3 sitzt, kann aufgrund der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrsimulators 1 somit zum einen einen optischen und akustischen Eindruck der simulierten Fahrsituation erhalten. Zum anderen aber kann das Fahrzeug Umgebungsbedingungen, die in der Simulationseinheit 2 ermittelt wurden, berücksichtigen. Für den Fahrer wird es daher möglich, das Verhalten des Fahrzeugs bei gewissen Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei steilem Fahrbahnanstieg, engen Kurven oder dichtem Verkehr zu erproben. Darüber hinaus kann der Fahrer die Funktion von Fahrerassistenzsystemen, die aufgrund von Umgebungsbedingungen oder Verkehrsbedingungen gewisse Funktionen ausführen, testen, ohne dass das Fahrzeug im tatsächlichen Fahrzustand sein muss. Somit können beispielsweise Fahrerassistenzsysteme, wie Adaptive Cruise Control (ACC), Heading Control (HC), sowie Lane Departure Warning (LDW) erprobt werden. Die Erprobung solcher Fahrerassistenzsysteme oder beispielsweise auch von Fahrerassistenzsystemen wie ANB oder aber der Funktion des Fahrens mit „elektronischer Deichsel" ist nur mit dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator realitätsgetreu möglich. Diese Systeme benötigen nämlich für die Ausführung ihrer Funktion Informationen über die Umgebungsbedingungen des Fahrzeugs. Mit dem erfindungsgemäßen Fahrsimulator und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, diese Umgebungsbedingungen unter Berücksichtigung der in dem Simulationszustand bewirkten Änderungen des Fahrzustands des Fahrzeugs stets aktuell zu ermitteln und zu verarbeiten.


Anspruch[de]
  1. Fahrsimulator, der eine Simulationseinheit (2) umfasst, die eine Zentralsteuereinheit (21), einen Sichtsimulator (22) und eine Schnittstelle aufweist, über die die Simulationseinheit (2) im Betriebszustand mit einem Steuergerät (31) verbunden ist, wobei der Sichtsimulator (22) zur Erzeugung von Daten, die Informationen über die Umgebung des Fahrzeugs enthalten und im Normalbetrieb des Fahrzeugs (3) über Sensoren (35) erfasst werden, geeignet ist, die Übertragung von Datenströmen von diesen Sensoren (35) zum Steuergerät (31) während des Betriebszustandes der Simulationseinheit (2) unterbrochen ist, die Verbindung der Simulationseinheit (2) mir dem Steuergerät (31) eine bidirektionale Kommunikationsverbindung darstellt, das Steuergerät (31) einen Bestandteil eines Kraftfahrzeugs (3) darstellt und das Kraftfahrzeug weiterhin ein Fahrerassistenzsystem (32) umfasst, das im Betriebszustand des Fahrsimulators (1) mit der Simulationseinheit (2) verbunden ist.
  2. Fahrsimulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (2) zumindest einen Bewegungssimulator (23) umfasst.
  3. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulationseinheit (2) mit einer Eingabevorrichtung (26) verbunden ist, über die Modelle (U, V) eingegeben werden können.
  4. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle der Simulationseinheit (2) einen Stecker darstellt.
  5. Fahrsimulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Funkeinheit darstellt.
  6. Verfahren zum Simulieren des Fahrzustands eines Fahrzeugs (3), wobei das Fahrzeug (3) mit einer Simulationseinheit (2) verbunden wird, in der Simulationseinheit (2) das Fahrzeugumfeld simuliert wird und Informationen aus dem simulierten Umfeld an das Fahrzeug (3) übermittelt werden, wobei der Simulationszustand des Fahrzeugs (3) erzeugt wird, indem zumindest die Datenströme von der Fahrzeugsensorik (35) unterbrochen werden und die von der Fahrzeugsensorik (35) im Normalbetrieb des Kraftfahrzeuges erfassten Daten in der Simulationseinheit (2) simuliert werden und wobei im Simulationszustand Informationen vom Fahrzeug (3) an die Simulationseinheit (2) übermittelt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (3) ein Steuergerät (31) aufweist und dieses mit der Simulationseinheit (2) verbunden wird,

    das Fahrzeug (3) in einen Simulationsmodus gebracht wird,

    ein simuliertes Fahrzeugumfelds in der Simulationseinheit (2) aus einem Umgebungs- und Verkehrsmodell (U, V) und aus Befehlen von dem Steuergerät des Fahrzeugs (3) erzeugt wird, und

    Informationen aus dem simulierten Fahrzeugumfeld, in der Simulationseinheit (2) erzeugt werden und an das Steuergerät (31) übertragen werden.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zumindest ein Fahrerassistenzsystem (32) aufweist und Befehle von dem Fahrerassistenzsystem (32) an die Simulationseinheit (2) geleitet und Informationen von der Simulationseinheit (2) an das Fahrerassistenzsystem (32) geleitet werden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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