Titel

Verfahren zur Bestimmung der Position eines Aufsassen auf einem Fahrzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Position eines Aufsassen auf einem Fahrzeug.

Stand der Technik

Es ist bekannt, dass das Fahrverhalten von Motorrädern unter anderem von der Sitzposition des Fahrers abhängt. Bei Bremsvorgängen mit hoher Verzögerung wird der Fahrer nach vorne gedrückt, wodurch sich der Gesamtschwerpunkt des Gesamtsystems, bestehend aus Motorrad und Fahrer, verändert. Gleiches gilt bei Kurvenfahrten, je nachdem, ob der Fahrer aufrecht auf dem Motorrad sitzt oder sich stärker oder weniger stark als das Motorrad in die Kurve legt.

Bekannt sind des Weiteren verschiedene sensorbasierte

Schutzerkennungssysteme für Motorräder. Beispielsweise die EP 2 079 613 B1 offenbart, in eine Schutzkleidungsjacke, die vom Fahrer getragen wird, eine Sensorik zu integrieren, wobei aus den gemessenen Winkelgeschwindigkeiten ein Risikoindex ermittelt wird, mit dem ein Sturz prognostiziert werden kann.

Aus der DE 102 10 975 A1 ist ein personenindividuelles

Notfallerkennungssystem bekannt, das eine in dem Schutzhelm integrierte Sensorik umfasst, wobei für den Fall, dass die Sensorik Grenzwerte

überschreitende Sensorsignale liefert, eine Notruffunktion eingeleitet wird.

Die US 88 60 570 B2 offenbart ein Kollisionserfassungssystem, das in einem Schutzhelm integriert ist, wobei Sensorsignale einer in den Schutzhelm integrierten Sensorik per Funk auf eine außerhalb gelegene Empfangsstation übertragen werden.

Offenbarung der Erfindung

Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Position eines Aufsassen auf einem Fahrzeug selbsttätig bestimmt werden. Der Begriff„Aufsasse“ bezeichnet einen Fahrer, dessen Beine den Fahrersitz zwischen sich einschließen. Soweit im Folgenden„Fahrer“ verwendet wird, ist mit diesem Begriff ein Aufsasse gemeint.

Die Erfindung bezieht sich auf Fahrzeuge, die insbesondere als

Einspurfahrzeuge ausgebildet sind, vorzugsweise auf Motorräder oder sonstige motorisierte Zweiräder wie beispielsweise Motorroller. In Betracht kommen auch nicht-motorisierte Fahrzeuge wie beispielsweise Fahrräder. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf Fahrzeuge wie beispielsweise Quads oder

Schneefahrzeuge wie zum Beispiel Motorschlitten.

Bei dem Verfahren wird die Position eines Aufsassen auf einem Fahrzeug als Funktion von personenbezogenen Sensorsignalen und fahrzeugbezogenen Sensorsignalen ermittelt. Die personenbezogenen Sensorsignale stammen von einem Personensensor, der von dem Aufsassen getragen wird, beispielsweise in einem Schutzbekleidungsstück wie einer Schutzjacke, einer Schutzhose, einem Schutzhelm oder in einem Rucksack, den der Fahrer trägt. Die

fahrzeugbezogenen Sensorsignale stammen von einem Fahrzeugsensor, der an dem Fahrzeug fest angeordnet ist.

Unter Berücksichtigung der personenbezogenen mit den fahrzeugbezogenen Sensorsignalen ist es möglich, die aktuelle Position des Aufsassen auf dem Fahrzeug zu ermitteln. Es kann beispielsweise über einen Vergleich eine Abweichung zwischen den personenbezogenen und den fahrzeugbezogenen Sensorsignalen ermittelt und der Änderung der Aufsassenposition von einer Sollposition zugrunde gelegt. Bei der Sollposition des Aufsassen handelt es sich um eine standardisierte Position, bei der der Aufsasse insbesondere in Querrichtung symmetrisch auf dem Fahrzeug sitzt, so dass die Längsmittelebene (Sagittalebene), welche von der Längsachse und der Hochachse aufgespannt wird, des Aufsassen mit der Längsmittelebene des Fahrzeugs zusammenfällt. Des Weiteren wird bei der Sollposition eine definierte Körperhaltung vorausgesetzt, bei der der Oberkörper in einer definierten Weise um seine Querachse in Hüfthöhe geneigt ist.

Die personenbezogenen und die fahrzeugbezogenen Sensorsignale müssen fahrsituationsabhängig in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen, damit der Aufsasse sich in der Sollposition befindet. Das Verhältnis zwischen den personenbezogenen und den fahrzeugbezogenen Sensorsignalen kann auf verschiedene Weise berechnet werden. Weichen beispielsweise die

personenbezogenen von den fahrzeugbezogenen Sensorsignalen in einer definierten Weise voneinander ab, so stimmt die Position des Aufsassen nicht mit der Sollposition zusammen. Aus der Abweichung der Sensorsignale kann auf die Abweichung der aktuellen Position des Aufsassen von der Sollposition geschlossen werden. Liegen dagegen die personenbezogenen und die fahrzeugbezogenen Sensorsignale hinreichend nahe beieinander, so stimmt auch die Position des Aufsassen mit der Sollposition überein.

Diese Vorgehensweise erlaubt es, selbsttätig und fortlaufend die Position des Aufsassen auf dem Fahrzeug zu bestimmen, woraufhin in Abhängigkeit der aktuellen Position verschiedene Maßnahmen ergriffen werden können. So ist es beispielsweise möglich, Kennlinien in einem die Fahrdynamik des Fahrzeugs beeinflussenden Aggregat als Funktion der Position des Aufsassen einzustellen. Zum Beispiel kann das Bremsverhalten oder das Beschleunigungsverhalten positionsabhängig modifiziert werden, beispielsweise dahingehend, dass bei einer asymmetrischen Sitzposition nur reduzierte Maximalbeschleunigungen oder Maximalverzögerungen zulässig sind.

Gemäß eines weiteren Aspekts kann bei einem Abweichen der

Aufsassenposition von der Sollposition selbsttätig ein Eingriff in die Fahrdynamik des Fahrzeugs durchgeführt werden. Es ist zum Beispiel möglich, bei einer asymmetrischen Sitzposition selbsttätig einen Bremsvorgang auszulösen. Gemäß noch eines weiteren Aspektes der Erfindung kann eine von der

Sollposition abweichende Sitzposition des Aufsassen zur Erzeugung eines Warnsignals herangezogen werden, das dem Fahrer zur Anzeige gebracht werden kann. Das Warnsignal kann gegebenenfalls auch aufgezeichnet oder auf eine Einrichtung außerhalb des Fahrzeugs übertragen werden.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung fließt die aktuelle

Aufsassenposition in ein Fahrer-Fahrzeug-Modell ein, mit dem kinematische oder kinetische Größen ermittelt werden können, die zum Beispiel im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems Verwendung finden.

Da der Aufsasse in der Sollposition eine definierte Haltung einnimmt, in der beispielhaft die Achsen seines personenbezogenen Koordinatensystems winklig zu den Achsen des fahrzeugbezogenen Koordinatensystems ausgerichtet sind, kann bereits in der Sollposition eine Abweichung zwischen personenbezogenen und fahrzeugbezogenen Sensorsignalen vorliegen, die jedoch in einem definierten funktionalen Zusammenhang stehen. Eine von der Sollposition differierende Aufsassenposition liegt dann vor, falls der definierte funktionale Zusammenhang zwischen den personenbezogenen und fahrzeugbezogenen Sensorsignalen nicht mehr gegeben ist.

Es werden insbesondere gleichartige Sensorsignale miteinander verglichen. Vorteilhafterweise werden als Sensorsignale Beschleunigungswerte in Längs-, Quer- und/oder Hochrichtung verglichen. Zusätzlich oder alternativ kann es auch zweckmäßig sein, Drehraten um die Längs-, Quer- und/oder Hochachse als Sensorsignale miteinander zu vergleichen.

Es kann zweckmäßig sein, personenbezogene Sensorsignale von verschiedenen Personensensoren, die zueinander beabstandet sind, bei der Bestimmung der Aufsassenposition zu berücksichtigen. Beispielsweise kann über

Personensensoren an den Extremitäten die aktuelle Position der Arme oder Beine festgestellt werden. Vorteilhafterweise ist aber zumindest ein

Personensensor an der Längsmittelebene des Aufsassen vorhanden, wobei sich der Personensensor beispielsweise im Brustbereich in Höhe des Sternums oder im Rückenbereich in Höhe der Wirbelsäule befindet und zum Beispiel in eine Schutzjacke integriert ist.

Fahrzeugseitig genügt es, nur einen Fahrzeugsensor vorzusehen.

Gegebenenfalls ist es auch möglich, dass mehrere Sensoren an

unterschiedlichen Positionen des Fahrzeugs angeordnet sind.

Jeder Sensor - sowohl der Personensensor als auch der Fahrzeugsensor - kann als eine Sensorik ausgebildet sein, mit der mehrere Zustandsgrößen erfasst werden können. Hierbei ist es insbesondere zweckmäßig, dass mit jeder Sensorik Beschleunigungen entlang der Längsachse, der Querachse und der Hochachse und gegebenenfalls zusätzlich Drehraten um die Längsachse, die Querachse und die Hochachse ermittelt werden können.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann das Verfahren sowohl bei stillstehendem Fahrzeug als auch während der Fahrt durchgeführt werden.

Bei stillstehendem Fahrzeug oder bei Fahrten mit konstanter Geschwindigkeit können als Sensorsignale ausschließlich Beschleunigungswerte miteinander verglichen werden, was grundsätzlich ausreicht, um eine Positionsabweichung des Aufsassen von der Sollposition zu ermitteln. Beispielsweise lässt sich ein stark nach vorne gebeugter Oberkörper über eine Aufteilung des

Gewichtskraftvektors mit Anteilen auf die personenbezogene Längsachse und Hochachse feststellen. Zusätzlich wird zur Normierung über entsprechende Komponenten des Fahrzeugs-Gewichtskraftvektors auf die einzelnen

Fahrzeugachsen die Neigung des Fahrzeugs bestimmt. Aus der Kombination von fahrzeugbezogenen Beschleunigungssignalen und personenbezogenen

Beschleunigungssignalen kann die Lage des Körperteils, an welchem sich der Personensensor befindet, bestimmt werden.

Grundsätzlich möglich ist es auch bei stillstehendem Fahrzeug oder bei Fahrten mit konstanter Geschwindigkeit, über die Beschleunigungssignale hinaus weitere Sensorsignale zu berücksichtigen, beispielsweise die Drehraten um die Längs-, Quer- und/oder die Hochachse. Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden zur Ermittlung der Position des Aufsassen bei bremsendem oder beschleunigendem Fahrzeug Beschleunigungswerte und zusätzlich der Neigungswinkel um die Querachse (Nickwinkel) berücksichtigt. Hierdurch wird einer geänderten Oberkörperhaltung aufgrund der auftretenden Längskräfte Rechnung getragen. Gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, zusätzliche Sensorsignale zu berücksichtigen, insbesondere die Drehraten um die Längs-, Quer- und/oder Hochachse.

Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung werden zur Ermittlung der Position des Aufsassen bei Kurvenfahrt Beschleunigungswerte und zusätzlich der Neigungswinkel um die Längsachse (Wankwinkel) berücksichtigt. Bei Kurvenfahrten können grundsätzlich verschiedene Sitzpositionen des Aufsassen unterschieden werden, nämlich eine aufrechte Sitzposition, bei der die

Hochachse des Fahrzeugs in der Sagittalebene des Fahrers liegt, eine in Kurvenrichtung stärker geneigte Sitzposition des Aufsassen oder eine entgegen der Kurvenneigung nach außen geneigte Sitzposition des Aufsassen. Über den Neigungswinkel um die Längsachse sowohl des Fahrzeugs als auch des Aufsassen kann die entsprechende Sitzkategorie des Aufsassen festgelegt werden.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf ein Positionsbestimmungssystem zur Bestimmung der Position des Aufsassen auf dem Fahrzeug, das

insbesondere zur Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens geeignet ist. Das Positionsbestimmungssystem umfasst mindestens einen Fahrzeugsensor zur Erzeugung fahrzeugbezogener Sensorsignale und mindestens einen Personensensor zur Erzeugung personenbezogener Sensorsignale sowie ein Steuergerät, dem die fahrzeugbezogenen und personenbezogenen

Sensorsignale zuführbar sind. In dem Steuergerät ist die Position des Aufsassen auf dem Fahrzeug als Funktion der personenbezogenen und der

fahrzeugbezogenen Sensorsignale ermittelbar. Das

Positionsbestimmungssystem kann gegebenenfalls mehrere Personensensoren umfassen, die insbesondere zueinander beabstandet sind. Der Personensensor kann als eine Personensensorik ausgebildet sein, mit der verschiedene

Zustandsgrößen als Sensorsignale ermittelbar sind, zum Beispiel die Beschleunigungen in den drei Raumrichtungen und die Drehraten um die drei Raumrichtungen. Gleiches gilt für den Fahrzeugsensor.

Die Erfindung bezieht sich schließlich auf ein Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der dazu ausgelegt ist, die vorbeschriebenen

Verfahrensschritte durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt läuft in einem Steuergerät des Positionsbestimmungssystems ab.

Bei dem Steuergerät des Positionsbestimmungssystems kann es sich

gegebenenfalls um ein Fahrzeugsteuergerät handeln, das auch weitere

Funktionen im Fahrzeug steuert, beispielsweise das Steuergerät eines

Fahrerassistenzsystems.

Die Signalübertragung von dem Personensensor zum Steuergerät erfolgt vorzugsweise drahtlos.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 in Seitenansicht ein Motorrad mit Fahrer, wobei in das Motorrad eine Fahrzeugsensorik integriert ist und sowohl im Helm als auch in der Schutzjacke des Fahrers jeweils eine Sensorik integriert ist, deren Signale per Funk auf ein Steuergerät übertragen werden,

Fig. 2 das Motorrad und der Fahrer in einer Ansicht von vorne,

Fig. 3 das Motorrad und der Fahrer im Stillstand, wobei der Fahrer eine

aufrechte Haltung einnimmt,

Fig. 4 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung von Motorrad und Fahrer, jedoch mit zusätzlichen Sensoriken am Fahrer im Bereich der Arme und der Beine,

Fig. 5 in Seitenansicht Motorrad und Fahrer während eines starken

Bremsvorgangs, Fig. 6 Motorrad und Fahrer in einer Ansicht von vorne während einer

Kurvenfahrt, mit dem Fahrer in neutraler Haltung,

Fig. 7 Motorrad und Fahrer in einer Ansicht von hinten bei Kurvenfahrt, mit dem Fahrer entgegengesetzt geneigt zur Kurve.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein als Motorrad ausgeführtes Einspurfahrzeug und auf einen Motorradfahrer als Aufsassen.

In den Fig. 1 und 2 sind ein Motorrad 10 und ein Motorradfahrer bzw. Aufsasse 20 in einer üblichen Fahrposition dargestellt, wobei die Position des

Motorradfahrers 20 auf dem Motorrad 10 eine Sollposition ist. Das

Koordinatensystem ist in an sich üblicher Weise mit der X-Achse als

Längsachse, der Y-Achse als Querachse und der Z-Achse als Hochachse dargestellt. Im Motorrad 10 befindet sich eine Fahrzeugsensorik 1 , mit der Beschleunigungen in allen drei Achsrichtungen sowie die Drehraten um die drei Achsrichtungen ermittelt werden können.

Die Schutzjacke 21 des Motorradfahrers 20 ist mit einer Personensensorik 2 versehen, die analog zur Fahrzeugsensorik 1 Beschleunigungen und Drehraten in bzw. um alle drei Achsrichtungen ermitteln kann, wobei das

personenbezogene Achssystem aufgrund der geneigten Oberkörperhaltung des Motorradfahrers gegenüber dem motorradeigenen Achssystem um die

Querachse gekippt ist, was in Fig. 1 anhand des Neigungswinkels a zwischen der motorradeigenen Hochachse und der fahrerbezogenen Hochachse dargestellt ist.

Des Weiteren ist in den Helm 22 des Motorradfahrers 20 eine weitere

Personensensorik 3 integriert, die ebenfalls die Beschleunigungen und Drehraten in bzw. um alle drei Achsen ermitteln kann. In das Motorrad 10 ist außerdem ein Steuergerät 4 integriert, das die

Sensorsignale sämtlicher Sensoren 1 , 2 und 3 empfängt und auswertet. Mit der Sensorik 1 im Fahrzeug ist das Steuergerät 4 über das fahrzeugeigene

Bussystem verbunden. Die Sensorsignale der Sensoriken 2 und 3 in der

Schutzjacke 21 bzw. im Helm 22 werden drahtlos auf das Steuergerät 4 übertragen, wofür in der Schutzjacke 21 und dem Helm 22 jeweils

Sendeeinheiten und in dem Steuergerät 4 eine Empfangseinheit integriert sind.

Wie der Darstellung gemäß Fig. 2 zu entnehmen, fallen in der Sollposition des Motorradfahrers 20, die in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, die Hochachse Z des Motorrads 10 und die Hochachse Z des Motorradfahrers 20 zusammen.

Die Position des Motorradfahrers 20 auf dem Motorad 10, insbesondere

Abweichungen von der dargestellten Sollposition, können durch Auswerten der Sensorsignale der Fahrzeugsensorik 1 und der Personensensoriken 2 und 3 ermittelt werden.

In Fig. 3 befindet sich das Motorrad 10 im Stillstand, der Motorradfahrer 20 nimmt eine aufrechte Haltung ein, in der der Oberkörper aufrechter als in der

Sollposition gemäß den Fig. 1 und 2 positioniert ist. Gegenüber der Sollposition ist der Beschleunigungsanteil in der Personensensorik 2 und 3, der auf die Gewichtskraft zurückgeht, entlang der Z-Achse größer als in der Sollposition.

Über die fahrzeugeigene Sensorik 1 kann die aufrechte Position des Motorrades festgestellt werden. In Kombination der Sensorsignale der motorradeigenen Sensorik und der Personensensoriken 2 und 3 kann die Relativposition des Fahrers 20 auf dem Motorrad 10 und damit festgestellt werden, wie stark der Fahrer gegenüber der Sollposition aufgerichtet ist oder ob der Fahrer gegenüber der Sollposition nach links oder rechts geneigt ist, also einen positiven oder negativen Wankwinkel um die Längsachse aufweist. Hierbei genügt es grundsätzlich, lediglich Beschleunigungssignale der Sensoriken zu

berücksichtigen.

Gleiches gilt auch für eine Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit. Die Sensorsignale können beispielsweise im Steuergerät 4 in der Weise verarbeitet werden, dass ein Aggregat des Fahrzeugs, welches die Fahrdynamik beeinflusst, angesteuert wird. Hierbei können entweder Kennlinien des

Aggregats geändert werden, oder es wird unmittelbar in das Aggregat

eingegriffen, um den Fahrzustand zu beeinflussen. Bei dem Aggregat handelt es sich beispielsweise um die Fahrzeugbremse oder das Antriebssystem.

In Fig. 4 sind zusätzliche Sensoren in der Schutzbekleidung des Motorradfahrers 10 angeordnet. Eine Personensensorik 5 befindet sich jeweils im linken und rechten Ärmel der Schutzjacke 21 , eine weitere Personensensorik 6 befindet sich jeweils am linken und rechten Oberschenkel der Schutzhose 23 und noch eine Personensensorik 7 jeweils am linken und rechten Unterschenkel der

Schutzhose 23. Dies ermöglicht es, die aktuelle Position der Arme und der Beine insbesondere eine Abweichung von einer Sollposition festzustellen.

In Fig. 5 ist eine dynamische Fahrsituation während eines Bremsvorgangs dargestellt. Durch die Bremskräfte wird der Oberkörper des Motorradfahrers 20 gegenüber der Sollposition nach vorne gekippt, wodurch sich der Neigungswinkel des Oberkörpers um die Querachse, der in der Sollposition den Wert a einnimmt, um den Wert ß erhöht. Diese relative Winkeländerung, bezogen auf das Motorrad 10, kann auch bei dem dargestellten starken Bremsmanöver mit Abheben des Hinterrades des Motorrades 10 festgestellt werden. Hierbei werden über die Fahrzeugsensorik die entsprechenden Zustandsgrößen ermittelt, insbesondere der Nickwinkel um die Fahrzeugquerachse, was bei der Berechnung des zusätzlichen Neigungswinkels ß des Motorradfahrers 20 berücksichtigt wird.

In den Fig. 6 und 7 ist eine Kurvenfahrt des Motorrades 10 und des

Motorradfahrers 20 dargestellt. In Fig. 6 befindet sich der Motorradfahrer 20 in der Solllage, in der die Hochachse des fahrereigenen Koordinatensystems mit der Hochachse des motorradeigenen Koordinatensystems zusammenfällt. In Fig. 7 ist dagegen der Oberkörper des Motorradfahrers 20 um die Längsachse um den Winkelbetrag d entgegengesetzt zur Motorradneigung gekippt. Der Fahrer lehnt sich somit bei der Kurvenfahrt entgegengesetzt zur Neigung des

Motorrades nach außen. Auch diese Fahrsituation kann mithilfe der

Personensensorik in Verbindung mit der Fahrzeugsensorik festgestellt werden. Gleiches gilt für die umgekehrte Fahrsituation mit einem Neigen des Oberkörpers zur kurveninneren Seite, bei der der Oberkörper des Motorradfahrers um einen entsprechenden Neigungswinkel nach innen gegenüber der Sollposition gekippt ist.