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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer ausrichtbaren Einrichtung in einem Kraftfahrzeug.
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Ein Kraftfahrzeug weist diverse Einrichtungen wie etwa Spiegel, Lüftungsdüsen, Anzeigeinstrumente oder dergleichen auf, die in Bezug auf den Fahrer des Fahrzeugs korrekt ausgerichtet sein müssen, um ein sicheres oder komfortables Fahren zu ermöglichen. Die Art und Weise, wie diese diversen Einrichtungen auf den Fahrer auszurichten sind, kann von einem Typ Einrichtung zum anderen variieren. Während z. B. bei einem Beifahrersitz das Ausrichten im Wesentlichen eine Translation sein kann, insbesondere an einen Ort, an dem er die Sicht des Fahrers in seitlicher Richtung nicht unnötig behindert, wird bei einem Anzeigeinstrument das Ausrichten öfter eine Drehung sein, durch die z. B. die Ablesbarkeit des Instruments verbessert wird. Bei Anzeigeinstrumenten mit einem Anzeigeschirm ist meist eine Ausrichtung der Oberflächennormalen auf das Gesicht des Fahrers sinnvoll, um eine bequeme Ablesung zu ermöglichen, doch besteht bei manchen Typen von Anzeigeschirmen auch die Möglichkeit, den Winkel, aus dem eine optimale Ablesung möglich ist, ohne eine körperliche Bewegung des Anzeigeschirms, alleine über dessen elektrische Ansteuerung, zu ändern. Im Falle eines Spiegels soll die Oberflächennormale im Allgemeinen nicht auf den Kopf des Fahrers ausgerichtet sein, sondern entlang einer Winkelhalbierenden zwischen der Blickrichtung des Fahrers und der Richtung, in der der mit dem Spiegel zu überwachende Bereich hinter dem Fahrzeug liegt. Wenn im Folgenden vom Ausrichten einer ausrichtbaren Einrichtung die Rede ist, dann ist der Begriff des Ausrichtens zumindest so umfassend zu verstehen, dass diese diversen Varianten darunter fallen.
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Wenn der Fahrer seinen Sitz verstellt, z. B. um bei einer langen Fahrt Ermüdung und unbequemes Sitzen zu vermeiden, dann ändert sich dadurch die Position seines Kopfes in einem fahrzeugbezogenen Koordinatensystem, und die Orientierung der diversen winkeleinstellbaren Einrichtungen muss an die neue Position angepasst werden. Ein Gerät, mit dem dieser Vorgang automatisiert wird, ist aus
DE 31 38 712 A1 bekannt. Dieses herkömmliche Gerät umfasst Sensoren zum Erfassen von Stellungsparametern des Fahrersitzes sowie einen Mikrorechner, der aus den Messwerten der Sensoren anhand von vorgegebenen Gleichungen Zielstellungen für eine winkeleinstellbare Einrichtung wie etwa einen Außenspiegel oder ein Anzeigegerät berechnet und einen Stellmotor der betreffenden Einrichtung ansteuert, um die berechnete Stellung einzustellen.
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Um aus den Einstellungen des Sitzes eine passende Einstellung z. B. des Außenspiegels zu berechnen, ist es notwendig, zu wissen, wo sich bei gegebener Einstellung des Sitzes die Augen des Fahrers befinden. Dies hängt jedoch von den Körpermaßen des Fahrers ab. Eine exakte Steuerung der Außenspiegel ist daher mit der herkömmlichen Vorrichtung nur möglich, wenn die Koeffizienten der verwendeten Gleichungen an den Körperbau des Fahrers angepasst sind. Dies macht die praktische Nutzung der bekannten Vorrichtung schwierig und aufwendig, denn für jeden Fahrer müssen passende Koeffizienten ermittelt und in der Vorrichtung implementiert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer ausrichtbaren Einrichtung zu schaffen, die eine präzise und an die Körpermaße des Fahrers angepasste Ausrichtung der ausrichtbaren Einrichtung ermöglicht, ohne dafür die Eingabe von Körpermaßen des Fahrers oder von diesen abgeleiteter Größen zu erfordern.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer ausrichtbaren Einrichtung eines Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit von der Sitzposition eines Fahrers nicht nur erste Mittel zum Erfassen von Stellungsparametern eines Fahrersitzes, sondern ferner zweite Mittel zum Erfassen von Stellungsparametern eines Lenkrads umfasst, und eine Verarbeitungseinheit eingerichtet ist, beim Bestimmen einer Zielausrichtung der ausrichtbaren Einrichtung die Stellung des Lenkrads zu berücksichtigen.
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Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung basiert auf der Tatsache, dass aus der Position einer Sitzfläche des Fahrersitzes in Bezug auf die Pedale des Fahrzeugs zwar (ggf. unter Berücksichtigung weiterer Parameter) auf die Beinlänge des Fahrers geschlossen werden kann, dass das Verhältnis von Bein- zur Rumpflänge jedoch von einer Person zur anderen variieren kann und eine Abschätzung der Augenhöhe mit einer dementsprechenden Unsicherheit behaftet ist. Indem jedoch zusätzlich auch die Stellung des Lenkrades ausgewertet wird, kann zusätzlich Aufschluss über Rumpf- und Armlänge erhalten und die Position der Augen des Fahrers folglich genauer abgeschätzt werden.
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Dabei ist es nicht unbedingt notwendig, zur Abschätzung der Augenposition auf lineare Gleichungen zurückzugreifen, wie in
DE 31 38 712 A1 beschrieben; es ist auch möglich, mit mehreren unterschiedlich großen und unterschiedlich proportionierten Probanden Messreihen durchzuführen, um zu ermitteln, welche Kombinationen von Sitz- und Lenkradeinstellungen Probanden mit gegebenen Körpermaßen und -proportionen bevorzugen, um anschließend in der Praxis aus den vom Fahrer vorgenommenen Einstellungen an Sitz und Lenkrad auf dessen Körpermaße zu schließen und den Ort eines Bezugspunkts am Körper des Fahrers, insbesondere seiner Augen, anhand dieser Körpermaße abzuschätzen.
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Ein wichtiges Hilfskriterium zum Abschätzen des Orts des Bezugspunkts, insbesondere der Augen, ist die Tatsache, dass ein Fahrer das Lenkrad im Allgemeinen nicht so einstellen wird, dass es ihm den Blick auf wichtige Instrumente des Armaturenbretts versperrt. Die Verarbeitungseinheit der Vorrichtung ist daher vorzugsweise eingerichtet, den Ort des Bezugspunkts so abzuschätzen, dass eine Sichtlinie, die den Bezugspunkt mit einem Anzeigeinstrument am Armaturenbrett des Fahrzeugs verbindet, nicht durch das Lenkrad unterbrochen ist.
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Eine solche Sichtlinie kann sich insbesondere durch eine Öffnung des Lenkrads erstrecken.
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Wenn das Lenkrad in Richtung seiner Lenkspindel axial verstellbar ist, sollten die zweiten Mittel einen Sensor zum Erfassen der axialen Position des Lenkrads umfassen.
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Die Lenkspindel des Lenkrads kann ferner um eine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Achse schwenkbar sein; dann sollten die zweiten Mittel einen Sensor zum Erfassen der Schwenkstellung des Lenkrads umfassen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein mit einer erfindungsgemäßen Anpassungsvorrichtung ausgestattetes Kraftfahrzeug;
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2 eine schematische Darstellung eines großen Fahrers und der von ihm voraussichtlich vorgenommener Einstellungen an Fahrersitz und Lenkrad;
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3 eine schematische Ansicht eines kleinen Fahrers und der von ihm vorgenommenen Einstellungen; und
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4 ein Flussdiagramm eines Arbeitsverfahrens der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein Kraftfahrzeug 1, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ausrichten diverser ausrichtbarer Einrichtungen ausgestattet ist. Als Beispiele für solche insbesondere winkeleinstellbaren Einrichtungen sind in 1 ein linker und ein rechter Außenspiegel 2, 3, ein Innenrückspiegel 4, eine Düse 5 einer Fahrzeugklimaanlage sowie ein Bildschirm eines Anzeigeinstruments 6, z. B. eines Fahrzeugnavigationssystems, dargestellt. Als auszurichtendes Anzeigeinstrument käme auch ein Head-Up-Display in Betracht. Im Folgenden wird der Einfachheit halber angenommen, dass alle diese Einrichtungen in zwei Schwenkfreiheitsgraden mit Hilfe von nicht dargestellten Stellmotoren unter der Kontrolle einer Verarbeitungseinheit 7, typischerweise einem Mikroprozessor oder einem Mikrocontroller, ausrichtbar sind. Es versteht sich jedoch, dass bei anderen Ausgestaltungen der Erfindung die Menge der ausrichtbaren Einrichtungen größer oder kleiner als in 1 gezeigt sein kann, dass es Einrichtungen wie etwa einen Beifahrersitz geben kann, die nicht oder nicht nur durch Drehung, sondern auch (oder nur) durch Translation ausrichtbar sind, und dass es eine Gruppe von ausrichtbaren Einrichtungen geben kann, die der Steuerung durch die Verarbeitungseinheit unterliegen, während andere lediglich von Hand ausrichtbar sind.
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2 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrersitzes 8 und von Teilen des Cockpits des Fahrzeugs 1, die eingestellt sind auf einen Fahrer 9 mit großen Körpermaßen. Der Fahrersitz 8 umfasst ein Basisteil 14, das in an sich bekannter und hier nicht im Detail dargestellter Weise auf Schienen in Fahrzeuglängsrichtung verschiebbar geführt und vertikal verstellbar ist, und eine mit dem Basisteil 14 über eine Achse 16 schwenkbar verbundene Rückenlehne 15. Die eingestellte Position des Basisteils 14 bestimmt die Lage einer Hüftpunkts 11 des Fahrers. Eine parallelogrammähnliche Form 10 veranschaulicht die Grenzen eines Bereichs, in dem der Hüftpunkt 11 durch Verstellen des Fahrersitzes 8 bewegbar ist. Sensoren 12, 13 sind an dem Basisteil 14 angebracht, um dessen Position in Fahrzeuglängsrichtung und in der Vertikalen zu erfassen, und mit der Verarbeitungseinheit 7 verbunden. Ein weiterer Sensor 17 ist an der Rückenlehne 15 zum Erfassen ihres Schwenkwinkels bezüglich der Achse 16 vorgesehen.
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Das Lenkrad 18 ist aus seiner in der 2 dargestellten Mittelposition in Richtung seiner Lenkspindel 19 verstellbar; darüber hinaus ist die Lenkspindel 19 um eine in Fahrzeugquerrichtung orientierte Achse 20 schwenkbar. Die Grenzen des daraus resultierenden Verstellbereichs der Lenkradnabe sind in 2 durch ein Viereck 21 bezeichnet. Mit der Verarbeitungseinheit 7 verbundene Sensoren 22, 23 erfassen die Position des Lenkrads 18 in diesen beiden Freiheitsgraden. Wie an der Position der Hände des Fahrers 9 zu erkennen, wäre die ideale Position der Lenkradnabe, dargestellt durch einen Kreis 24, aus der Mittelposition axial nach hinten, zum Fahrer 9 hin, verschoben und leicht nach unten geschwenkt.
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3 zeigt Fahrersitz 8 und Cockpit des Fahrzeugs 1, eingestellt auf einen kleinen Fahrer 9. Wie an der Form 10 und der Lage des Hüftpunkts 11 darin zu erkennen, ist das Basisteil 14 nach oben und nach vorn verstellt, damit der Kopf des Fahrers 9 in eine für einen freien Blick über die Kühlerhaube hinweg auf die Fahrbahn vor dem Fahrzeug günstige Höhe kommt. Die Lenkradnabe 24 ist aus der Normalposition angehoben und axial nach vorn verschoben, um dem Fahrer trotz hoher Sitzposition eine bestmögliche Sicht auf ein Anzeigeinstrument 26 wie etwa ein Tachometer zu bieten, das hinter dem Lenkrad 18 am Armaturenbrett 27 montiert ist. Zwei vom Anzeigeinstrument ausgehende strichpunktierte Linien 31 bezeichnen die Grenzen eines Bereichs, in dem die Augen des Fahrers durch eine von der Nabe 24 und einem Kranz 32 des Lenkrads begrenzte Öffnung hindurch freie Sicht auf das Anzeigeinstrument 26 haben. Die Ausdehnung des Anzeigeinstruments 26 ist im hier dargestellten Fall etwas größer als die der Öffnung, so dass der Bereich freier Sicht mit zunehmender Entfernung vom Lenkrad enger wird. Je enger dieser Bereich ist, desto genauer kann die Verarbeitungseinheit aus der Stellung des Lenkrads 18 auf die Höhe der Augen 28 schließen.
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An 2 und 3 wird deutlich, dass die Einstellungen, die ein Fahrer an der Position des Sitzes 8 in Fahrtrichtung, der Höhe des Basisteils 14, der Neigung der Rückenlehne 15 und der Stellung des Lenkrads 18 vornehmen kann, diversen Randbedingungen unterliegen. Ein großer Fahrer 9, wie in 2 gezeigt, neigt dazu, den Sitz 8 relativ weit hinten zu platzieren, um genügend Platz für seine Beine zu haben, wobei allerdings die genaue Position des Sitzes nicht nur von der Beinlänge abhängt, sondern auch von einem Beugewinkel der Knie, den der Fahrer 9 als zum Betätigen eines Pedals 25 (Gas-, Brems- oder Kupplungspedal) bequem empfindet. Ein großer Fahrer wird auch die Rückenlehne 15 eher weit nach hinten neigen, damit sein Kopf sich nicht zu nah am Dachhimmel befindet und eine Position einnimmt, die ihm eine gute Sicht ins Freie und einen ungehinderten Blick durch eine Öffnung des Lenkrads 18 auf das Anzeigeinstrument 26 bietet. Ein kleiner Fahrer wird, wie in 3 gezeigt, das Basisteil 14 relativ weit nach vorn verschieben und die Rückenlehne 15 steil einstellen, um gute Sicht ins Freie und auf das Anzeigeinstrument 26 zu haben.
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Die Stellung des Sitzes alleine erlaubt jedoch noch keinen sicheren Schluss auf die Körpergröße des Fahrers, da auch das Verhältnis von Bein- zu Rumpflänge variieren kann. Eine Person mit relativ zur Beinlänge großem Rumpf, auch als „Sitzriese” bezeichnet, wird den Sitz 8 im Allgemeinen weit nach vorn stellen und die Rückenlehne 15 relativ stark neigen, ähnlich einer normalproportionierten, aber größeren Person, die eine relativ stark gewinkelte Knieposition bevorzugt. Die Unterscheidung zwischen einer solchen normalproportionierten Person und dem Sitzriesen ist möglich anhand der Lenkradstellung: der Sitzriese kann das Lenkrad 18 weiter absenken als eine normalproportionierte Person, ohne die Bewegungsfreiheit seiner Beine zu beeinträchtigen, und er wird, um Bewegungsfreiheit für seine relativ langen Arme zu haben, das Lenkrad 18 relativ weit nach vorn einstellen.
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Ein Sitzzwerg hingegen, d. h. eine Person mit relativ langen Beinen und kurzem Rumpf, wird den Sitz relativ weit hinten platzieren und die Rückenlehne 15 steil stellen, ähnlich einer normalproportionierten aber kleineren Person, die eine gestreckte Beinstellung bevorzugt, doch muss der Sitzzwerg das Lenkrad 18 relativ hoch und vom Armaturenbrett 27 entfernt positionieren, um es bequem handhaben zu können.
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Aus der Zusammenschau von Einstellungen des Sitzes 8 und des Lenkrads 18 ist somit ein recht zuverlässiger Aufschluss nicht nur über die Körpergröße, sondern auch über die relativen Proportionen des Fahrers 9 zu gewinnen. Um der Verarbeitungseinheit 7 einen solchen Aufschluss zu ermöglichen, kann sie mit einer Nachschlagetabelle ausgestattet sein, in der eine Vielzahl von Kombinationen von Einstellungen der Freiheitsgrade von Sitz 8 und Lenkrad 18 jeweils in Verknüpfung zu Körpermaßen und Proportionen von Probanden abgelegt sind, die in einer Testphase des Fahrzeugs 1 die entsprechenden Einstellungen gewählt haben.
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Gemäß dem in 4 dargestellten Arbeitsverfahrens ermittelt die Verarbeitungseinheit 7 in Schritt S1 die vom Fahrer 9 an Sitz 8 und Lenkrad 18 vorgenommenen Einstellungen. Indem sie unter den gespeicherten Einstellungen diejenige wählt, die der aktuell eingestellten am ähnlichsten ist, gewinnt sie in Schritt 82 eine zuverlässige Schätzung der Körpermaße des Fahrers, der die aktuelle Einstellung vorgenommen hat. In Kenntnis dieser Körpermaße und der Einstellungen des Sitzes 8 errechnet die Verarbeitungseinheit 7 in Schritt 83 die Position der Augen 28 des Fahrers 9. Dies kann mittels Vektorrechnung geschehen: die Position des Hüftpunkts 11 ist aus den von den Sensoren 12, 13 erfassten Einstellungen bekannt. Anhand der aus der Gesamtheit der Einstellungen abgeleiteten Körpermaße ist auch die Rumpflänge bekannt, und die Rumpfneigung entspricht der vom Fahrer eingestellten und vom Sensor 17 gemessenen Neigung der Rückenlehne 15. Aus diesen Größen kann die Lage eines Bezugspunkts 29 an den Schultern des Fahrers berechnet werden. Die Orientierung des Kopfes ist von der Stellung der Rückenlehne 15 weitgehend unabhängig. Daher können Länge und Orientierung eines für die Entfernung zwischen dem Bezugspunkt 29 und den Augen 28 repräsentativen Vektors wie die übrigen Körpermaße des Fahrers 9 aus der Nachschlagetabelle entnommen werden.
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Anhand der bekannten Positionen einer Decke 33 der Fahrgastzelle und einer Motorhaube 34 kann eine Plausibilitätsprüfung der so ermittelten Augenposition vorgenommen werden. Eine Augenposition unmittelbar an oder oberhalb der Decke 33 ist unmöglich, und eine Position unterhalb einer unter einem Winkel • von einigen Grad gegen die Horizontale nach vorn abschüssigen Tangente 35 auf der Motorhaube 34 ist wegen unzureichender Sicht äußerst unwahrscheinlich. Wenn eine solche unmögliche oder unwahrscheinliche Augenposition berechnet worden ist, dann ist entweder der Fahrersitz 8 oder das Lenkrad 18 unzweckmäßig eingestellt; in diesem Fall gibt die Verarbeitungseinheit 7 eine Fehlermeldung oder eine Aufforderung an den Fahrer aus, das Lenkrad 18 und/oder den Sitz 8 so einzustellen, dass das Anzeigeinstrument 26 voll sichtbar ist.
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Anhand der bekannten Position der Augen 28 wird in Schritt S4 eine daran angepasste Ausrichtung für diejenigen ausrichtbaren Einrichtungen berechnet, die der Fahrer sehen können muss, insbesondere für das Anzeigeinstrument 6 und die Spiegel 2, 3, 4, und die Einrichtungen werden ausgerichtet, so dass z. B. eine Oberflächennormale des Bildschirms des Anzeigeinstruments 6 die Augen des Fahrers trifft, bzw. eine Soll-Blickrichtung des Spiegels auf die Augen reflektiert wird. Anhand der Augenposition kann auch die Höhe einer Nackenstütze des Fahrersitzes automatisch festgelegt werden, bzw. die Höhe einer Gurtanbindung an einer B-Säule des Fahrzeugs kann an die anhand von Sitzposition und Rumpflänge abgeschätzte Schulterhöhe des Fahrers festgelegt werden.
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In Schritt S5 werden die ausrichtbaren Einrichtungen anhand der berechneten Einstellungen ausgerichtet.
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In Schritt S6 wird überprüft, ob Sitz 8 und/oder Lenkrad 18 verstellt worden ist. Wenn ja, kehrt das Verfahren zu Schritt S1 zurück.
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Es versteht sich, dass die obige detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen zwar bestimmte exemplarische Ausgestaltungen der Erfindung darstellen, dass sie aber nur zur Veranschaulichung gedacht sind und nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend ausgelegt werden sollen. Diverse Abwandlungen der beschriebenen Ausgestaltungen sind möglich, ohne den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche und deren Äquivalenzbereich zu verlassen. Insbesondere gehen aus dieser Beschreibung und den Figuren auch Merkmale der Ausführungsbeispiele hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können; stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- linker Außenspiegel
- 3
- rechter Außenspiegel
- 4
- Innenrückspiegel
- 5
- Düse
- 6
- Anzeigeinstrument
- 7
- Verarbeitungseinheit
- 8
- Fahrersitz
- 9
- Fahrer
- 10
- Form
- 11
- Hüftpunkt
- 12
- Sensor
- 13
- Sensor
- 14
- Basisteil
- 15
- Rückenlehne
- 16
- Achse
- 17
- Sensor
- 18
- Lenkrad
- 19
- Lenkspindel
- 20
- Achse
- 22
- Sensor
- 23
- Sensor
- 24
- Kreis
- 25
- Pedal
- 26
- Anzeigeinstrument
- 27
- Armaturenbrett
- 28
- Auge
- 29
- Bezugspunkt
- 30
- Nackenstütze
- 31
- Linie
- 32
- Kranz
- 33
- Decke
- 34
- Motorhaube
- 35
- Tangente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3138712 A1 [0003, 0008]