DE10353650A1

DE10353650A1 - System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens

Info

Publication number: DE10353650A1
Application number: DE10353650A
Authority: DE
Inventors: Marcus Hiemer; Takanori Matsunaga
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-05-29
Filing date: 2003-11-17
Publication date: 2004-12-23
Also published as: US20040243368A1; JP3763476B2; US7239945B2; JP2004352116A

Abstract

Ein System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens enthält folgendes: eine Datenvorverarbeitungseinheit, die Betriebsinformationen eines elektrischen Systems innerhalb des Fahrzeugs, Daten, die über ein Datennetzwerk innerhalb des Fahrzeugs verfügbar sind, und zusätzliche Informationen, die von einer elektrischen Vorrichtung verfügbar sind, die eine Fahrzeug bildet, in eine Format umwandelt, das zu einer Berechnung darin fähig ist; eine Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit, die Variablen abschätzt, die nicht mittels Sensoren innerhalb des Fahrzeugs gemessen werden können, basierend auf den vorverarbeiteten Daten; eine modellbasierende Rekonstruktionseinheit, die ein Unfallszenario durch Vereinheitlichen bzw. Vereinigen der vorverarbeiteten Daten und der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit zu einem gemeinsamen Zeitstempel rekonstruiert; und eine Auswerteeinheit, die ein Fahrzeug- und Fahrerverhalten, basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinheit rekonstruierten Unfallszenario, auswertet.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme für eine Unfallrekonstruktion und insbesondere Systeme, die kritische Fahrsituationen analysieren und auswerten.

Heutzutage werden enorme Anstrengungen unternommen, um die Sicherheit von Insassen in modernen (Kraft-)Fahrzeugen zu erhöhen. Neben Airbag-Systemen und verbesserten Fahrzeugkarosseriekonstruktionen spielen Steuersysteme eine immer größer werdende Rolle. Elektronische Steuersysteme für eine Brems- oder eine Fahrzeugdynamiksteuerung (VDC = vehicle dynamics control) haben die Insassensicherheit in modernen Fahrzeugen signifikant erhöht. Es ist zu beachten, dass als zugehörige Dokumente nach dem Stand der Technik Dokumente 1, 2, 3, 4 und 5, die keine Patente sind, aufgelistet sind.

Ein negativer Effekt, der bei einer Verbreitung der Fahrzeugdynamiksteuerungs-(VDC-)Systeme beteiligt ist, besteht darin, dass sie die Rekonstruktion von den Ereignissen Sekunden vor einem Unfall kompliziert machen. Sehr oft fehlen Bremsspuren auf der Straßenoberfläche. Bremsspuren sind ein wichtiges Mittel für die Untersuchungen von Spezialisten für eine Unfallrekonstruktion. Daher kann die Schuldfrage nicht klar beantwortet werden.

Weiterhin steigt die Anzahl von Versicherungsbetrügen. Heutzutage wird geschätzt, dass 10 % von allen Versicherungsfällen in Deutschland manipuliert sind und dass der jährliche finanzielle Schaden in Deutschland höher als 1 Billion Dollar ist.

Existierende Systeme für eine Unfallrekonstruktion oder so genannte Ereignis-Datenrecorder (EDRs = event data recorders) verwenden entweder nur gemessene Informationen, die durch Eigenschaftssensoren geliefert werden (z.B. Patentdokument 1), oder verwenden das Fahrzeug-Airbagsystem bzw. -Aufprallschutzsystem.

Ein weiterer Ansatz für eine Reproduktion von Fahrzeugbewegungen löst eine Gruppe von Differentialgleichungen (z.B. siehe Patentdokument 2).

[Patentdokument 1] Deutsches Patent DE 19509711 A (Seite 1 bis Seite 3)
[Patentdokument 2] Deutsches Patent DE 4132981 A (Seite 1 bis Seite 4 und 1 bis 3)
[Dokument 1 – kein Patent] M. Burckhardt, "Radschlupf-Regelsysteme", Vogel Fachbuchgruppe: Fahrwerktechnik, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1. Auflage, 1993
[Dokument 2 – kein Patent] S. l. Miller et al., "Calculating longitudinal and lateral wheel slip and tire parameters using GPS velocity", Proceedings of the American Control Conference, Society of Automotive Engineers (SAE), Arlington, VA, USA, 2001
[Dokument 3 – kein Patent] U. Kiencke und L. Nielsen, "Automotive Control Systems", Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2000
[Dokument 4 – kein Patent] M. Mitschke, "Dynamik der Kraftfahrzeuge", Band A: Antrieb und Bremsen, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2. Auflage, 1998
[Dokument 5 – kein Patent] M. Mitschke, "Dynamik der Kraftfahrzeuge", Band C: Fahrverhalten, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 2. Auflage, 1990

Die oben angegebenen herkömmlichen Systeme enthalten ein diesbezügliches Problem, das nicht die gesamten Informationen, die zum quantitativen Analysieren und Auswerten der kritischen Fahrsituationen, wie beispielsweise von Unfällen, nötig sind, darin aufgezeichnet werden können.

Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um die oben angegebenen Probleme zu lösen, und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens zu schaffen, das die gesamten Informationen, die zum vollständigen Analysieren von kritischen Fahrsituationen, wie beispielsweise eines Unfalls, nötig sind, aufzeichnen können.

Ebenso ist es eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Analysieren von Fahrzeug- und Fahrerverhalten zu schaffen, das hauptsächlich für eine Unfallrekonstruktion verwendet wird, aber zusätzlich als Beweis für ein Verkehrsdelikt oder als Mittel zum Analysieren von instabilen Fahrsituationen, für die gerade noch verhindert wird, dass sie den Unfall verursachen, anwendbar ist.

Ein System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß der vorliegenden Erfindung enthält folgendes: eine Datenvorverarbeitungseinrichtung, die Operations- bzw. Betriebsinformationen eines elektrischen Systems innerhalb eines Fahrzeugs, Daten, die über ein Datennetzwerk innerhalb eines Fahrzeugs verfügbar sind, und zusätzliche Informationen, die von einer elektrischen Vorrichtung verfügbar sind, die ein Fahrzeug bildet, in ein Format umwandelt, das zu einer Berechnung darin fähig ist; eine Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung, die Variablen, die nicht mittels Sensoren innerhalb eines Fahrzeugs gemessen werden können, basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung abschätzt; eine modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung, die ein Unfallszenario durch Verbinden der vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung und der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung zu einem gemeinsamen Zeitstempel rekonstruiert; und eine Auswerteeinrichtung, die ein Fahrzeug- und Fahrerverhalten basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung rekonstruierten Unfallszenario auswertet.

Es folgt eine kurze Beschreibung der Zeichnungen, wobei:
1 eine Konfiguration eines Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Konfiguration einer Datenvorverarbeitungseinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Konfiguration einer Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine Konfiguration eines nichtlinearen Zustands-Raummodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Konfiguration einer Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Konfiguration eines Radmodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 eine Konfiguration eines Antriebsmodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 eine Konfiguration einer modellbasierenden Rekonstruktionseinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 eine Konfiguration einer Auswerteeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
10A bis 10C drei unterschiedliche Konfigurationen des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Erstes Ausführungsbeispiel
Es wird ein System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. 1 zeigt eine Konfiguration des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Es ist zu beachten, dass in den jeweiligen Figuren gleiche Bezugszeichen identische oder äquivalente Komponenten anzeigen.
In 1 stellen eine Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit (Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung) 30 und eine Auswerteeinheit (Auswerteeinrichtung) 70 den Hauptteil bzw. Kern des Systems 10 der vorliegenden Erfindung dar. Mittels der in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 ausgeführten Algorithmen können nicht messbare Variablen bestimmt werden, die für eine Unfallrekonstruktion wichtig sind. In diesem offenbarten System 10 werden nicht nur Differentialgleichungen gelöst, sondern werden auch zusätzlich Abschätztechniken verwendet, um Zustände und Parameter zu erlangen, wie beispielsweise die Fahrzeugmasse bzw. das Fahrzeuggewicht. Beispielsweise lässt dann, wenn das Fahrzeuggewicht abgeschätzt ist, dies zu, zu entscheiden, ob das Fahrzeug überladen ist oder nicht. Weiterhin können die Reibkoeffizienten bestimmt werden, um Information über die Fahrzeugumgebung abzuleiten. Weiterhin ergeben die Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber dem Boden und der Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel mehr Information über den Fahrzeugzustand in kritischen Fahrsituationen.
Das System 10 ist zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens aufgrund der folgenden zwei Gründe fähig zum Erreichen von genaueren Daten als Systeme, die nur messbare Sensorinformationen verwenden, die immer Messfehlern (Rauschen, Offset, Drift oder ähnlichem) ausgesetzt sind.
Als erstes verwendet das System 10 der vorliegenden Erfindung auch eine existierende Redundanz. Beispielsweise lässt ein Verwenden einer Kombination aus den Radgeschwindigkeiten und dem Beschleunigungssignal die Messung von Beträgen der Fahrzeugbewegung in Längsrichtung zu.
Als Zweites arbeitet das Fahrzeugmodell, das beim System 10 verwendet wird, weiterhin wie ein Filter (aufgrund des im Modell selbst versteckten vorherigen Wissens). Das bedeutet, dass aufgrund des Effekts eines Filterns eine höhere Genauigkeit erreicht werden kann.
Angesichts dieser Gründe garantiert das System 10 eine genauere Rekonstruktion des Unfallszenarios. Jedoch kann unter Verwendung des Systems 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nicht nur der gegenwärtige "state of the art" bzw. "Stand der Technik" auf dem Gebiet einer Rekonstruktion eines Fahrzeugverhaltens verbessert werden. Basierend auf den Daten von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 und der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit (modellbasierenden Rekonstruktionseinrichtung) 50 kann das Fahrzeug- und Fahrerverhalten zusätzlich in kritischen Fahrsituationen ausgewertet werden. Dieser neue Schritt wird in der Auswerteeinheit 70 ausgeführt, die zum Auflösen der Situation Sekunden vor einem Unfall hilft und die eine Verbesserung von existierenden EDR-Systemen darstellt, da sie auf die Beschreibung der Fahrzeugbewegung beschränkt sind.
Es gibt einige Einflüsse, die für die Analyse eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens in kritischen Fahrsituationen wichtig sind.
Zuerst existiert eine Notwendigkeit für eine genaue Beschreibung der Fahrzeugdynamik und ihrer Trajektorie. Somit müssen einige nicht messbare Variablen, die für eine Unfallrekonstruktion wichtig sind, bestimmt werden. Es existiert auch eine Notwendigkeit dafür, auf das Fahrerverhalten in kritischen Fahrsituationen zu schließen. Sehr oft handeln Fahrer vor einem Unfall nicht richtig. Daher ist eine Auswertung des Fahrerverhaltens durch Analysieren der Fahrereingaben und der resultierenden Fahrzeugdynamik ein grundsätzliches Erfordernis für das System 10 der vorliegenden Erfindung.
Schließlich beeinflusst die Fahrzeugumgebung das Verhalten eines Fahrzeugs und eines Fahrers im Straßenverkehr signifikant. Somit existiert eine Notwendigkeit dafür, auf den Zustand des Ortes um das Fahrzeug vor und nach einem Unfall zu schließen.
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die Figuren ein detaillierter Betrieb des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das System 10 der vorliegenden Erfindung erlangt Daten, die in einem Fahrzeug verfügbar sind. Die Zustände von vorderen Scheinwerfern (Abblendlicht), hinteren Scheinwerfern (Rücklicht), Bremsen bzw. Bremslicht, Nebelscheinwerfern, Rückwärtsfahrleuchten (Rückleuchten), Blinkersignalen, Warnblinklampen und Fernlicht werden durch das elektrische System 2 zur Verfügung gestellt. Jedoch sind nicht nur Lichtinformationen aus dem Verdrahtungskabelbaum 12 verfügbar. Zusätzlich können die Zustände der Scheibenwischer und der Hupe ebenso wie Prüflampenzustände aufgezeichnet werden. Für Rettungsfahrzeuge könnten Zustände des Notfalllichts und des Martinshorns bzw. Rettungshorns wichtig sein.
Da die Signale normalerweise höhere Spannungen als die maximale Spannung haben, die an einen Mikroprozessor angelegt werden kann, müssen die Signale im Voraus in einer Datenvorverarbeitungseinheit (Datenvorverarbeitungseinrichtung) 20 vorverarbeitet werden, nachdem sie vom Verdrahtungskabelbaum 12 empfangen sind.
Moderne Fahrzeuge sind heutzutage mit einem oder mehreren Datennetzwerken 4 innerhalb eines Fahrzeugs ausgestattet. In vielen Fällen wird ein solches Kommunikationsnetzwerk durch ein Steuerungsbereichsnetzwerk (CAN = controller area network) dargestellt.
Das System 10 der vorliegenden Erfindung liest die verfügbaren Sensorinformationen von dem CAN-Bus 14 in die Datenvorverarbeitungseinheit 20. Jedoch kann das System 10 der vorliegenden Erfindung die Daten genauso gut von irgendeinem anderen Datennetzwerk innerhalb des Fahrzeugs lesen, so dass es nicht auf den CAN-Bus 14 beschränkt ist. Das System 10 der vorliegenden Erfindung kann die Daten auch direkt von der (Verbrennungs-)Motorsteuereinheit (ECU = engine control unit) eines Fahrzeugs erlangen.
Schließlich erlangt das System 10 der vorliegenden Erfindung zusätzliche Informationen 6 von den elektrischen Systemen, die das Fahrzeug bilden, wie beispielsweise vom Airbag-System oder vom ABS-System, über individuelle Zuleitungen 16. Die gesamten Informationen werden zur Datenvorverarbeitungseinheit 20 eingegeben, wo die Signale dazu vorbereitet werden, in der CPU verarbeitet zu werden.
Nach einer Vorverarbeitung werden die Daten über gemeinsame Zuleitungen 25 zu der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 übertragen. In der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 werden die vorverarbeiteten Daten daran angepasst, nicht messbare Zustände abzuschätzen und Kräfte zu berechnen, die auf das Fahrzeug wirken, und andere Variablen, die in einer Unfallrekonstruktionstheorie enthalten sind. Zusätzlich werden die vorverarbeiteten Daten auf Zuleitungen 25 unter Verwendung einer existierenden Redundanz der Fahrzeug-Sensorinformationen verstärkt.
Nach einem Ausführen einer Abschätzung und einer Berechnung in Bezug auf ein Fahrzeugmodell in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 werden die Daten zu einem internen bidirektionalen Bus 35 geschrieben und in einem Speicher 40 gespeichert. Der Speicher 40 kann entweder durch einen nichtflüchtigen Speicher dargestellt sein, wie beispielsweise einen FLASH-ROM oder einen EEPROM, oder durch einen flüchtigen Direktzugriffsspeicher (RAM). Im letzteren Fall sind die Speichermodule batteriegepuffert, um zu verhindern, dass das System einem Datenverlust ausgesetzt wird. Dies ist deshalb so, weil die Fahrzeug-Leistungsversorgung im Fall eines Unfalls unterbrochen werden könnte und somit das System 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens die aufgezeichneten Daten verlieren könnte.
Nachdem der Unfall auftrat, werden die Daten über eine Schnittstelle 45 zur modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 übertragen, wo Rückverfolgungsalgorithmen ausgeführt werden, um aus der Fahrzeugposition nach dem Unfall einen Rückschluss bzw. eine Rückverfolgung durchzuführen. Zusätzlich wird ein Protokoll für die gesamte Informationen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 basierend auf einem gemeinsamen Zeitstempel in einer Reihenfolge eingestellt.
Weiterhin können die von dem Fahrzeug-Verdrahtungskabelbaum 12 gesammelten Informationen dazu verwendet werden, die durch den Fahrer gegebenen Signale zu analysieren. Diese Signale fließen von der Datenvorverarbeitungseinheit 20 über eine Vielzahl von Zuleitungen 27 direkt in den Speicher 40. Der Betrieb bzw. die Operation eines Sicherns von Information auf geeignete Weise im Speicher 40 wird durch einen Mikroprozessor gemanagt (der in 1 nicht gezeigt ist).
Zusätzliches Wissen von Menschen (Informationen von Menschen) 8 über den Unfall kann in die modellbasierende Rekonstruktionseinheit 50 mittels einer Anwenderschnittstelle 18 eingegeben werden. Zusätzliches Wissen von Menschen, das für Unfallrekonstruktionsexperten interessant ist, enthält beispielsweise die Umgebung um das Fahrzeug, wie Wetterbedingungen, den Zustand der Straße (eisiger Zustand, Zustand mit herumliegendem Schmutz und ähnliches), den Kurvenradius oder die Straßenneigung am Ort, was von der Polizei oder von wichtigen Augenzeugen zur Verfügung gestellt wird. Basierend auf diesem Pool von Informationen wird das Unfallszenario in der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 rekonstruiert und läuft durch den internen Bus 65 in die Auswerteeinheit 70.
In der Auswerteeinheit 70 werden die gesamten Informationen über das Unfallszenario verarbeitet, um das Fahrer- und Fahrzeugverhalten in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen um das Fahrzeug auszuwerten.
2 zeigt die Konfiguration der Datenvorverarbeitungseinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Informationen über "mehrere statische Zustände" (Licht, Scheibenwischer, Hupe, und ähnliches) vom elektrischen System 2 werden über den Verdrahtungskabelbaum 12 in die Datenvorverarbeitungseinheit 20 übertragen. Der Signalpegel von dem Verdrahtungskabelbaum 12 ist normalerweise gleich demjenigen der Batterie-Leistungsversorgung des Fahrzeugs. Dieser Signalpegel ist für Mikroprozessorschaltungen extrem hoch und muss daher in einem ersten Signalwandlerteil 210 umgewandelt werden, damit er zur CPU (in 2 nicht gezeigt) über allgemeine Zuleitungen 250 transferiert wird.
Informationen, die vom CRN-Bus 14, von irgendeinem anderen Datennetzwerk im Fahrzeug oder von der ECU genommen werden, müssen in einem Signaldecodierer 220 decodiert werden. Der Signaldecodierer 220 entschlüsselt die CAN-Identifizierer, um einen Lieferanten (Provider) und eine Priorität der zugeführten Daten zu erlangen.
Nach einer Entschlüsselung im Signaldecodierer 220 werden die Signale über Zuleitungen 225 zu einem digitalen Filter 240 übertragen, das eine Tiefpassfilterung an den entschlüsselten Daten durchführt, um ein Hochfrequenzrauschen zu eliminieren. Das digitale Filter 240 kann in Abhängigkeit von der nötigen Verarbeitungsgeschwindigkeit in einem Digitalsignalprozessor (DSP) oder in einer Mikrosteuerung implementiert sein. Das digitale Filter 240 ist durch einen internen Bus 245 an die CPU (die in 2 nicht gezeigt ist) angeschlossen.
Zusätzliche Informationen 6 von Fahrzeug-Untersystemen, wie dem Airbag-System, werden in einen zweiten Signalwandlerteil 230 über eine Gruppe von Zuleitungen 16 eingegeben. Ebenso wandelt auch der zweite Signalwandlerteil 230 die Signale um, um sie in der CPU zu verarbeiten. Weiterhin werden im Fall von analogen Signalen von der Gruppe von Zuleitungen 16 die Signalpegel umgewandelt, um den Spielraum eines Analog/Digital-Wandlers (ADC) 260 optimal zu nutzen. Die umgewandelten Signale vom zweiten Signalwandlerteil 230 werden über Zuleitungen 235 in ein Filter 250 eingegeben, um sie einer Antialiasing-Filterung zu unterziehen. Die gefilterten Signale werden über Zuleitungen 255 in den ADC 260 übertragen, in welchem die Signale digitalisiert werden. Vom ADC 260 werden die digitalisierten Signale über Zuleitungen 265 in die CPU transferiert. Andererseits werden die Signale, die über Zuleitungen 275 direkt in die CPU übertragen werden, in einen statischen Zustand versetzt, wie ABS-Schalter (Betriebszustands-Beurteilungssignale), die weder gefiltert noch einer A/D-Wandlung unterzogen werden müssen.
3 stellt eine Konfiguration der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar.
Zu der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 werden die umgewandelten und gefilterten Signale von den Datennetzwerken innerhalb des Fahrzeugs über den internen Bus 245 zugeführt. Die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 arbeitet in Algorithmen, die bei einem oder mehreren Mikroprozessoren ausgeführt werden. Zum Liefern eines besseren Überblicks, bei welchem Ergebnisse in anderen Untersystemen verarbeitet werden, sind in 3 gezeigte verschiedene Untersysteme (310, 315, 320, 325, 330, 335, 340, 345, 350 und 360) durch Pfeile verbunden. Sie stellen die Signalflüsse zwischen den Komponenten (Untersystem) der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 dar. In Wirklichkeit bekommen die Untersysteme die nötigen Eingaben von Registern und/oder von einem externen Speicher und sichern auch ihre Berechnungsergebnisse in Registern und/oder im durch einen oder durch mehrere Mikroprozessoren (in 3 nicht gezeigt) adressierten externen Speicher.
Eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 verwendet Radgeschwindigkeits- und Längsbeschleunigungssignale vom internen Bus 245, um die CoG-(Schwerkraftszentrums = center of gravity)-Geschwindigkeit über dem Boden über die Zuleitungen 312 auszugeben. Sie stellt einen Block dar, der redundante Informationen im Fahrzeug zum Verarbeiten genauerer Daten verwendet. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 wird unter Bezugnahme auf 5 detaillierter beschrieben.
Das Vertikalkraft-Untersystem 315 enthält Algorithmen zum Bestimmen der vertikalen Radkräfte basierend auf Längs- und Querbeschleunigungen von Beschleunigungssensoren, die nahe dem Schwerkraftszentrum (CoG = center of gravity) des Fahrzeugs montiert sind. Die Vertikalkräfte, die auf das Rad wirken, werden als Eingaben im Rollreibungs-Untersystem 330, im Radmodell-Untersystem 340 und in der Reibungs-Abschätzeinheit 350 benötigt und werden in diese Untersysteme über die Gruppe von Zuleitungen 316 zugeführt. Eine detaillierte Ableitung der Gleichungen für die vertikalen Radkräfte kann im Dokument 3, das kein Patent ist, gefunden werden.
Das Antriebsmodell-Untersystem 320 verarbeitet die Motorgeschwindigkeit und den Drosselklappenwinkel, die über den internen Bus 245 zur Verfügung gestellt werden, und gibt über die Zuleitung 321 das Antriebsmoment bezüglich der angetriebenen Räder aus, welches in der Fahrzeugmassen-Abschätzeinheit 345 benötigt wird. Das Antriebsmodell-Untersystem 320 ist in 7 detaillierter gezeigt.
Das Lenkmodell-Untersystem 325 zeigt die Beziehung zwischen der Lenkeingabe eines Fahrers (dem Lenkradwinkel) und der Ausgabe, d.h. dem Raddrehwinkel, an, welche zur Zuleitung 326 geliefert wird. Das Lenkmodell-System 325 enthält den Transmissionsfaktor zwischen Eingangswinkel und Ausgangswinkel. Zum genaueren Beschreiben des Untersystems können ebenso die Lenkrad-Steifigkeit und die lateralen Kräfte, die auf das Rad wirken, betrachtet werden. Eine detaillierte Beschreibung des Lenk-Untersystems 325 zusammen mit dem Aufbau der zugrunde liegenden Gleichungen kann im Dokument 5, das kein Patent ist, gefunden werden.
Im Rollreibungs-Untersystem 330 werden die vertikalen Kräfte, die auf das Rad wirken, welche im Vertikalkraft-Untersystem 315 berechnet werden, sowie die abgeschätzte CoG-Geschwindigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 verarbeitet, um den Rollreibungs-Widerstand zu erreichen, welcher über die Zuleitung 331 für die Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 geliefert wird. Die zugrunde liegende Gleichung zum Bestimmen des Rollreibungs-Widerstands im Rollreibungs-Untersystem 330 ist eine Näherungsgleichung, die im Dokument 4 beschrieben ist, das kein Patent ist. Sie ist ein Polynom vierten Grades, das die Fahrzeuggeschwindigkeit, die vertikalen Kräfte, die auf das Rad wirken, und einige charakteristische Rollreibkoeffizienten, die bei empirischen Experimenten bestimmt werden, enthält.
Das Straßengradienten- und Windkraft-Untersystem 335 ist eine Einheit zum Bestimmen des Straßengradienten und der Windkraft. Einflüsse von beiden von ihnen müssen berücksichtigt werden, wenn Kräftegleichgewichte eingestellt werden. Der Straßengradient wird zur Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 und über die Zuleitung 336 zu einem nichtlinearen Zustandsraummodell-Untersystem 360 transferiert. Eine Zuleitung 337 führt zur Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 und zum Untersystem 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell die Windkraft zu, die im Straßengradienten- und Windkraft-Untersystem 335 berechnet ist. Als Ergebnis wird der Straßengradient mittels der Radgeschwindigkeiten und der Längsbeschleunigungen, die über den internen Bus 245 verfügbar sind, verarbeitet. Abweichungen zwischen der Längsbeschleunigung und der Ableitung der Radgeschwindigkeiten (d.h. den Radbeschleunigungen) resultieren aus einer falschen Ausrichtung des Beschleunigungssensors, was durch den Straßengradienten bzw. die Straßenneigung verursacht wird. Die Windgeschwindigkeit wird mittels der quadratischen Beziehung zwischen der Kraft und der Fahrzeug-CoG-Geschwindigkeit berechnet, die über eine Zuleitung 312 geliefert werden.
Eines der Schlüssel-Untersysteme der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 ist das Radmodell-Untersystem 340. Zusätzlich zu den Längs- und Quer-Radkräften, die über die zwei Gruppen von Zuleitungen 341 und 342 ausgegeben werden, werden die Reifen-Seitenschlupfwinkel (TSSAs = tire side slip angles) berechnet. Der TSSA ist eine grundsätzliche nicht messbare Variable, die bei einer Unfallrekonstruktion wichtig ist. Eine Analyse der TSSAs zeigt Über- oder Unterlenk-Antriebssituationen an. Das ist der Grund dafür, warum die TSSAs im Radmodell-Untersystem 340 bestimmt und über eine Gruppe von Zuleitungen 343 ausgegeben werden. Das Radmodell-Untersystem 340 verwendet das vorverarbeitete Gierratensignal, das über den internen Bus 245 zur Verfügung steht, die CoG-Geschwindigkeit, die über die Leitung 312 zur Verfügung steht, die vertikalen Radkräfte aus der Gruppe von Zuleitungen 316, den Raddrehwinkel, der über die Zuleitung 326 zur Verfügung steht, und den Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (VBSSA = vehicle body side slip angle), der über die Zuleitung 371 zur Verfügung steht, was in der nichtlinearen Beobachtungseinheit 370 des Untersystems 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell berechnet wird. Das Radmodell-Untersystem 340 ist in 6 detailliert dargestellt.
Zum Schließen darauf, ob ein bestimmtes Fahrzeug überladen ist oder nicht, ist es erwünscht, das tatsächliche Fahrzeuggewicht zu kennen. Das ist der Grund dafür, warum in der Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 eine rekursive Abschätzung mit einem kleinsten Fehlerquadratverfahren (RLS = recursive least square) ausgeführt wird, um das tatsächliche Fahrzeuggewicht über eine Zuleitung 346 auszugeben. Das RLS-Schätzverfahren ist ein allgemeines Mittel zum Abschätzen von Variablen in Echtzeit und ist somit Fachleuten auf dem Gebiet einer Identifizierungs- und Abschätztheorie vertraut. In Abhängigkeit von den Berechnungsmöglichkeiten könnte grundsätzlich ein anderes Parameter-Abschätzverfahren, wie beispielsweise das instrumentelle Variablenverfahren oder das Verfahren einer maximalen Wahrscheinlichkeit, angewendet werden. Die Gewichtsabschätzungsgleichungen, die in der Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 implementiert sind, werden aus einem Kräftegleichgewicht bezüglich des CoG abgeleitet. Das ist der Grund dafür, warum zusätzlich zu der durch das Antriebsmodell-Untersystem 320 über die Leitung 321 zugeführten Antriebskraft auch die Widerstandskräfte verarbeitet werden. Die letzteren stehen über Zuleitungen 331 (von dem Rollreibblock 330) und über Zuleitungen 336 und 337 (von dem Straßengradienten- und Windkraftblock 335) zur Verfügung. Weiterhin wird die CoG-Geschwindigkeit über die Zuleitung 312 benötigt. Das zugrunde liegende Kräftegleichgewicht sowie das RLS-Verfahren sind im Dokument 3 beschrieben, das kein Patent ist.
Die Reibungs-Abschätzeinheit 350 verwendet die im Vertikalkraft-Untersystem 315 berechneten und über die Zuleitung 316 gelieferten auf das Rad wirkenden vertikalen Kräfte sowie die Längsbeschleunigung und die Radgeschwindigkeiten, die über den internen Bus 245 verfügbar sind. Diese Informationen werden verarbeitet, um individuelle Reibkoeffizienten auf den zwei Achsen zu bekommen. Die Reibkoeffizienten werden durch Drehmomentgleichgewichte an den Rädern und durch ein Kräftegleichgewicht bei dem CoG bestimmt. Ein Lösen der resultierenden Gruppe von linearen Gleichungen liefert die Reibkoeffizienten (siehe das Dokument 3, das kein Patent ist für eine detaillierte Ableitung). Die über ein Paar von Zuleitungen 351 gelieferten Reibkoeffizienten stellen eine Grundvariable des Systems 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens dar, welche nicht direkt messbar sind. Ein Kennen des Reibkoeffizienten bedeutet, Information über die Fahrzeugumgebung zu haben, was eine der Notwendigkeiten ist, die für das System 10 zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens definiert sind.
Zum Bestimmen des Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkels (VBSSA) wird ein Zustandsraummodell 365 im Untersystem 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell eingestellt bzw. aufgebaut. Der VBSSA ist bei einer Unfallrekonstruktionstheorie ebenso eine Grundvariable. Sie kann in einem standardmäßigen Fahrzeug nur mit enormen Anstrengungen gemessen werden. Sie muss daher mittels einer Beobachtungseinheit 370 bestimmt werden, die den VBSSA über eine Zuleitung 371 ausgibt und ihn in das Radmodell-Untersystem 340 ausgibt. Das Untersystem 360 für ein nichtlineares Zustandsmodell mit dem Zustandsraummodell 365 und der nichtlinearen Beobachtungseinheit 370 ist in 4 detailliert beschrieben.
Die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30, die in 3 dargestellt ist, ist ein Beispiel zum Erlangen nicht messbarer Variablen. Grundsätzlich sind andere Ausführungsbeispiele der verschiedenen Untersysteme möglich. Es gibt in Abhängigkeit von den Untersystem-Randbedingungen eine Vielfalt von Möglichkeiten. Das Modell kann den Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (Zuleitung 371), den Reifen-Seitenschlupfwinkel (Zuleitung 343), den Reibkoeffizienten (Zuleitung 351), die Schwerkraftszentrums-Geschwindigkeit (Zuleitung 312) und das Fahrzeuggewicht (Zuleitung 346) bestimmen. Weiterhin werden die lateralen und vertikalen Kräfte, die auf das Rad wirken, sowie die Antriebskraft berechnet. Das ist der Grund dafür, warum das modellbasierende System der vorliegenden Erfindung mehr Informationen als existierende Ereignisdatenrecorder (EDRs) liefern kann, um dadurch eine Unfallrekonstruktion genauer zu erreichen.
4 zeigt eine Konfiguration des nichtlinearen Zustandsraummodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Der Prozess des Zustandsraummodells 365 des Untersystems 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell ist in Gleichungen 1 und 2 beschrieben, wie es folgt:
Der Zustandsvektor x enthält die nicht messbaren Variablen, wie beispielsweise den Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (VBSSA).
Anfangs wird die Funktion f(x,u) mittels der Kräfte- und Drehmomentengleichgewichte beim Schwerkraftszentrum gebildet. Somit werden messbare Variablen durch nicht messbare ersetzt. Beispielsweise werden bei diesem bestimmten Fall die Längs- und Lateralbeschleunigungen durch eine Beziehung mit dem Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (VBSSA) ersetzt. Schließlich enthalten die Gleichungen 1 und 2 eine Beziehung zwischen nicht messbaren Zuständen x, dem Eingangsvektor u und dem Messvektor y. Der Eingangsvektor enthält beispielsweise die longitudinalen Radkräfte und den Raddrehwinkel.
Die nichtlineare Beobachtungseinheit 370 des Untersystems 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell ist aus dem Prozessmodell in Gleichungen 3 und 4 gebildet, wie es folgt:
Da sich die Anfangszustände eines Prozesses X ₀ und eines Modells
unterscheiden, wird es eine Differenz zwischen einem gemessen Vektor y und einem geschätzten Messvektor
geben.
Die Differenz y –
wird auf eine Matrix L angewendet und zum Modell rückgekoppelt, was in den Gleichungen 3 und 4 resultiert. Zum Bekommen einer genauen Abschätzung des nicht messbaren Zustandsraumvektors x muss der geschätzte Zustandsraumvektor
gleich x werden. Anders ausgedrückt, muss die Differenz zwischen x und
gleich 0 sein. Dies kann durch Auswählen der Elemente der Matrix L auf derartige Weise erreicht werden, dass der Schätzfehler für lange Zeitabstände gleich 0 ist. Die Bestimmung der Elemente von L ist Fachleuten auf dem Gebiet einer Steuerung bzw. Regelung wohlbekannt.
Das Zustandsraummodell 365 kann entweder linear oder nichtlinear eingestellt werden. Im ersteren Fall liefert eine einfache LUENBERGER-Beobachtungseinheit die Elemente von L. Im letzteren Fall muss eine nichtlineare Beobachtungseinheit, wie beispielsweise gemäß ZEITZ, implementiert werden. Das letztere Verfahren ist detailliert im Dokument 3, das kein Patent ist, beschrieben, wo ein nichtlineares Doppelverfolgungs-Zustandsraummodell eingeführt ist. Der Schätzvektor
des nicht messbaren Zustandsvektors x ist die Ausgabe des Untersystems 360 für ein nichtlineares Zustandsraummodell. Unter Verwendung der nichtlinearen Beobachtungseinheit 370 ist es möglich, den Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (VBSSA) als wichtige Variable bei einer Unfallrekonstruktionstheorie zu bestimmen.
5 zeigt eine Konfiguration der Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 arbeitet in Algorithmen, die auf einem Mikroprozessor ausgeführt werden. Daher werden die Ausgaben der Untersysteme 3100, 3101, 3104, 3108 und 3110 zu Registern innerhalb von einem oder mehreren Mikroprozessoren und/oder zu einem durch einen oder mehrere Mikroprozessoren adressierten externen Speicher geschrieben. Zum Bereitstellen einer besseren Struktur und eines besseren Überblicks in Bezug auf die Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 wird zur Erklärung der Signalabläufe innerhalb des Systems ein funktionelles Blockdiagramm verwendet. In Wirklichkeit entsprechen die Pfeile, die zu einer Registerbank und/oder zum externen Speicher zeigen, einem Zwischenergebnis, und zur darauf folgenden Verarbeitung werden auch Endergebnisse dorthin geschrieben.
Die Längsbeschleunigung und die Radgeschwindigkeiten werden vom internen Bus 245 genommen. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 verwendet die redundante Information einer Beschleunigung und von Radgeschwindigkeiten zum Bestimmen einer zuverlässigeren CoG-Geschwindigkeit des Fahrzeugs in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrsituation. Die Radgeschwindigkeitsinformation ist aufgrund eines Schlupfs bei Situationen eines harten bzw. plötzlichen Bremsens und Beschleunigens nicht zuverlässig. In einigen Fällen tritt sogar ein Signalfehler bzw. -ausfall auf. Das Beschleunigungssignal enthält normalerweise Rauschen und ist anfällig für einen Offset und/oder eine Offsetdrift. Gemäß der Fahrsituation wird jeder der Sensoren mehr oder weniger gewichtet. Vor einem Anlegen der Signale an das Fuzzy-System müssen sie vorverarbeitet werden, um systematische Fehler zu eliminieren.
Das Radgeschwindigkeitstransformations-Untersystem 3100 transformiert die Geschwindigkeiten bei individuellen Radpositionen in die CoG-Geschwindigkeit des Fahrzeugs und eliminiert somit Fehler aufgrund von Kurvenfahrmanövern, wo die äußeren Räder schneller als die inneren fahren. Die Beschleunigungssignale werden in einem Beschleunigungskorrektur-Untersystem 3101 korrigiert. In diesem Fall müssen systematische Fehler aufgrund eines Straßengradienten eliminiert werden. Die zu der Gruppe von Zuleitungen 3102 ausgegebenen transformierten Radgeschwindigkeiten werden zu einem Untersystem 3104 eingegeben, wo die maximale Abweichung zwischen den transformierten Radgeschwindigkeiten sowie die Geschwindigkeitsdifferenzen ΔV_Rij zwischen Radgeschwindigkeiten und der geschätzten CoG-Geschwindigkeit des letzten Abtastschritts berechnet werden.
Als Ergebnis ist die maximale Abweichung Δ_max die Differenz zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Wert von den vier Radgeschwindigkeitswerten zu einem bestimmten Zeitpunkt. Daher ist die maximale Abweichung Δ_max ein Maß für die Zuverlässigkeit der Radgeschwindigkeiten im Allgemeinen wohingegen die Geschwindigkeitsdifferenz ΔV_Rij ein gemessener Betrag des Schlupfs an jedem einzelnen Rad ist. Die Geschwindigkeitsdifferenzen werden über eine Gruppe von Zuleitungen 3106 übertragen, und die maximale Abweichung wird über eine Zuleitung 3107 zum Fuzzy-System 3108 transferiert.
Die korrigierte Beschleunigung ist eine weitere Eingabe zum Fuzzy-System 3108, welche über eine Zuleitung 3103 zum Fuzzy-System 3108 zugeführt wird. Das heuristische Wissen über eine bestimmte Fahrsituation ist in einer Regelbasis implementiert und als Block WENN ... DANN (= IF ... THEN) innerhalb des Fuzzy-Systems 3108 dargestellt. Die Regelbasis enthält das Wissen darüber, wie ein bestimmtes Signal gemäß seiner aktuellen Zuverlässigkeit zu gewichten ist. Beispielsweise werden die Radgeschwindigkeiten bei ABS-Bremssituationen aufgrund eines großen Bremsschlupfes niedrig gewichtet werden. Das vollständige Fuzzy-System 3108 mit der Auswahl der Teilnehmerfunktionen, der Regelbasis und dem Verfahren zum Rückgängigmachen eines Fuzzy-Verfahrens kann im Dokument 3, das kein Patent ist, gefunden werden.
Die Ausgabe des Fuzzy-Systems 3108 über die Gruppe von Zuleitungen 3109 enthält Gewichtungsfaktoren k₁, k₂, k₃ und k₄ für die vier Radgeschwindigkeiten und für die Beschleunigung (k₅). In einem Untersystem 3110 für ein gewichtetes Mittel wird die geschätzte Schwerkraftszentrums-Geschwindigkeit bestimmt.
Die CoG-Geschwindigkeit wird über eine Zuleitung 312 ausgegeben, aber auch über eine Leitung 3105 zum Untersystem 3104 rückgekoppelt, um die Geschwindigkeitsdifferenz ΔV_Rij für den nächsten Abtastschritt zu bestimmen.
Fuzzy-Geschwindigkeitsabschätzverfahren, das zusammen mit der Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzeinheit 310 beschrieben ist, stellt nur eine Möglichkeit für eine CoG-Geschwindigkeitsabschätzung dar. Weitere Ansätze sind mittels eines KALMAN-Filters oder durch Auswerten von Informationen von einem Satellitenpositioniersystem wie GPS (globales Positioniersystem) möglich (siehe das Dokument 2, das kein Patent ist).
Die CoG-Geschwindigkeit ist auch eine der Grundvariablen bei einer Unfallrekonstruktion, da Radgeschwindigkeiten zu unzuverlässig für eine Rekonstruktion sind.
6 zeigt eine Konfiguration des Radmodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Das Radmodell-Untersystem 340 arbeitet in Algorithmen auf einem Mikroprozessor. Daher werden in Wirklichkeit Zwischen- und Endergebnisse zu Registern des Mikroprozessors und/oder zu dem durch den Mikroprozessor adressierten externen Speicher geschrieben. Zum Liefern eines besseren Überblicks über die Signalabläufe innerhalb des Radmodell-Untersystems 340 ist die 6 ein Blockdiagramm mit Pfeilen, die Signalabläufe darstellen.
Das Radmodell-Untersystem 340 verwendet Information, die in anderen Untermodellen verarbeitet ist, so wie Information vom internen Bus 245 zum Ausgeben der longitudinalen und lateralen Kräfte, die auf das Rad wirken, über zwei Gruppen von Leitungen 341 und 342, sowie den Reifen-Seitenschlupfwinkel (TSSA) über eine Gruppe von Leitungen 343.
Im TSSA-Berechnungs-Untersystem 3401 werden das über den internen Bus 245 verfügbare Gierratensignal, die über die Leitung 312 eingegebene Fahrzeug-CoG-Geschwindigkeit, der Raddrehwinkel über die Leitung 326 und der Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel (VBSSA) über die Leitung 371 zum Berechnen des Reifen-Seitenschlupfwinkels (TSSA) benötigt. Das Bilden einer Beziehung zwischen der Radgeschwindigkeit und der Karosseriegeschwindigkeit führt zu einer Gleichung zum Berechnen der TSSAs. Die berechneten TSSAs werden über die Gruppe von Weitungen 343 in das Schlupfberechnungs-Untersystem 3404 eingegeben, die eine der Ausgänge des Radmodell-Untersystems 340 darstellt.
Die Geschwindigkeit der Radbodenkontaktstelle (VWGCP = wheel ground contact point) wird im VWGCP-Berechnungs-Untersystem 3402 bestimmt. Die Geschwindigkeit der Radbodenkontaktstelle (VWGCP) stellt den realen Geschwindigkeitsvektor beim Rad dar. Die Geschwindigkeit der Radbodenkontaktstelle weicht von der Radebene aufgrund des Reifen-Seitenschlupfwinkels (TSSA) ab.
Das VWGCP-Berechnungs-Untersystem 3402 verarbeitet dieselben Eingaben wie das TSSA-Berechnungs-Untersystem 3401 und gibt die Geschwindigkeit der Radbodenkontaktstelle (VWGCP) von jedem Rad über eine Gruppe von Leitungen 3403 aus. Die VWGCP wird dadurch bestimmt, dass die unterschiedlichen Kurvenradien der einzelnen Räder berücksichtigt werden und dass eine Beziehung zu der Fahrzeugbewegung um seine Gierachse gebildet wird.
Der Reifen-Seitenschlupfwinkel (TSSA) über die Leitung 343 und die Geschwindigkeit der Radbodenkontaktstelle (VWGCP) über die Leitung 3403 werden in das Schlupfberechnungs-Untersystem 3404 eingegeben, wo basierend auf der Definition von Burckhardt (dem Autor des Dokument im Dokument 1, das kein Patent ist) der Schlupf berechnet und über eine Leitung 3405 in das Reibkoeffizientenbestimmungs-Untersystem 3406 übertragen wird.
Im Reibkoeffizientenbestimmungs-Untersystem 3406 wird die charakteristische Beziehung zwischen dem Radschlupf und dem Reibkoeffizienten zum Erreichen des letzteren (d.h. des Reibkoeffizienten) verwendet. Diese Beziehung wurde in empirischen Experimenten gefunden und wurde in Näherungsgleichungen implementiert, die Fachleuten auf dem Gebiet der Fahrzeugingenieurtechnik wohlbekannt sind. Die Reibkoeffizienten über die Gruppe von Leitungen 3407 und die vertikalen Kräfte, die auf das Rad wirken, über die Gruppe von Leitung 316 werden in das Radkraft-Untersystem 3408 eingegeben.
Das Radkraft-Untersystem 3408 gibt die Längskräfte, die auf das Rad wirken, über die Gruppe von Leitungen 341 aus, sowie die lateralen Kräfte, die auf das Rad wirken, über die Gruppe von Leitungen 342. Das Radkraft-Untersystem 3408 enthält die Gleichungen, die die Beziehung zwischen den vertikalen Kräften, die auf das Rad wirken, und den Reibkoeffizienten darstellen. Weiterhin werden die Kräfte vom Radkoordinatensystem zum Karosseriekoordinatensystem umgewandelt.
7 zeigt eine Konfiguration des Antriebsmodells der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im Antriebsmodell-Untersystem 320 werden die vorverarbeitete Motorgeschwindigkeit und der Drosselklappenwinkel, die über den internen Bus 245 verfügbar sind, zum Motordrehmomentenabbildungs-Untersystem 3201 eingegeben. Die Motordrehmomentenabbildung ist als Nachschautabelle im Mikroprozessorspeicher implementiert. Das Motordrehmomentenabbildungs-Untersystem 3201 gibt das Fahrzeug-Motordrehmoment über eine Leitung 3202 aus.
Für die Drehmomentengleichgewichte an den Rädern, die in der Fahrzeuggewichts-Abschätzeinheit 345 (in 7 nicht gezeigt) ausgeführt werden, ist das Antriebsdrehmoment direkt an den Rädern nötig. Daher wird der Fahrzeug-Antriebsstrang in einem Antriebsstrangübertragungsfunktions-Untersystem 3203 moduliert. Die Übertragungsfunktion des Antriebsstrangs, die im Antriebsstrangübertragungsfunktions-System 3203 implementiert ist, kann beispielsweise ein quadratisches System sein, um die Steifigkeit und Dämpfung des Antriebsstrangs zu berücksichtigen. Die Verstärkung bzw. der Gewinn der Übertragungsfunktion muss gemäß dem ausgewählten Getriebe bzw. Gang angepasst werden. Das Antriebsmodell-Untersystem 320 gibt das Rad-Antriebsmoment über eine Leitung 321 aus.
8 zeigt die modellbasierende Rekonstruktionseinheit des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Die Schnittstelle 45 enthält die gesamten Informationen 2, 4 und 6, die im Fahrzeug erlangt bzw. erfasst werden, und zusätzliche Informationen, die in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 bestimmt werden. Die Ziele der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 bestehen im Berechnen der physikalischen Variablen vor und nach dem Unfall und im Integrieren dieser physikalischen Variablen und der Gesamtheit von der anderen Informationen, die innerhalb der Einheit verarbeitet werden, in einen gemeinsamen Zeitstempel (dargestellt durch den Block 550).
Weiterhin werden in der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 die in einem relativen Koordinatensystem berechneten Fahrzeugbewegungen in ein absolutes Koordinatensystem, d.h. ein so genanntes Trägheits-Koordinatensystem, verankert, wobei seine Ursprungsstelle bei der Endposition des Fahrzeugs nach seinem Stehenbleiben angeordnet ist. Grundsätzlich kann eine Rekonstruktion durch Verwenden von nur verfügbaren Sensorinformationen ausgeführt werden. Jedoch kann dies aufgrund von Messfehlern im Auftreten einer großen Abweichung zwischen einer rekonstruierten Trajektorie und einer "realen" Trajektorie resultieren.
Die modellbasierende Rekonstruktionseinheit 50 gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet in Algorithmen, die auf einem Mikroprozessor ausgeführt werden, wie beispielsweise auf einem Personalcomputer. Zum Liefern eines besseren Überblicks sind die Signalabläufe innerhalb der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 als Pfeile gezeigt. In Wirklichkeit werden die Eingangssignale, Zwischen- und Endergebnisse der Berechnungen in den Untersystemen 510, 520, 530 und 540 und die Ausgangssignale der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 in Registern und/oder in dem externen Speicher, der durch einen oder mehrere Mikroprozessoren adressiert und gemanagt wird, gespeichert.
Der Zeitstempel, der entweder über die Datennetzwerke 14 innerhalb des Fahrzeugs (in 8 nicht gezeigt) übertragen wird oder im lokalen Mikroprozessor erzeugt und über eine Leitung 501 erhalten wird, fließt in alle Untersysteme, da der Zeitstempel die Basis zum Vergleichen der Vielzahl von Informationen ist, die über die Schnittstelle 45 verfügbar sind, und somit ein Schließen darauf ermöglicht, "was passierte, wenn".
Die Gruppe von Leitungen 502 enthält die mehreren statischen Signale des Fahrzeugs und ist zusätzlich zu dem Zeitstempel über die Leitung 501 die zweite Eingabe zu dem Signalzustandsrekonstruktions-Untersystem 510, wo das Schaltsignal des Schalters oder der Leistungsversorgung als die Operation des Fahrers mit einer Zeit rekonstruiert und über eine Leitung 512 verfügbar gemacht wird.
Im Trajektorierekonstruktions-Untersystem 520 wird die Position des Fahrzeugs zu einer Zeit berechnet. Daher werden außer dem Zeitstempel, der über die Leitung 501 erlangt wird, die erlangten Daten über die Gruppe von Leitungen 503, die zusätzlichen Informationen über die nicht messbare Variablen, die in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 (in 8 nicht gezeigt) über die mehreren Leitungen 504 gewonnen werden, und Informationen von Menschen 8 über die Leitung 18 verarbeitet. Die letzteren, d.h. die Informationen von Menschen 8, werden beispielsweise benötigt, um die Ursprungsstelle der Fahrzeugbewegung festzulegen. Die Ursprungsstelle stellt die Position der Stelle des Fahrzeugstillstands dar. Dies ist die Position, wo das Fahrzeug lokalisiert ist, wenn das Aufzeichnen von Daten im System 10 zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach einem Unfall gestoppt wird.
Ein Festlegen der Ursprungsstelle beispielsweise durch die Polizei bedeutet, ein Trägheits-Koordinatensystem festzulegen. Beginnend ab dieser Stelle werden die Fahrzeugtrajektorie x(n) =[x(n)y(n)]^T und die Fahrzeugorientierung durch Verwenden der Informationen, die über die zwei Gruppen von Leitungen 501, 503 und 504 verfügbar sind, beispielsweise gemäß den Gleichungen (6) und (7) rekonstruiert, wie es folgt:
Dies bedeutet, dass die Informationen über die Leitungen 501, 503 und 504 geeignet verarbeitet werden, um Δs(n) und ΔΘ(n) genau zu bestimmen. So stellt Δs(n) den Abstand zwischen zwei aufeinander folgenden Positionsvektoren x(n) und x(n+1) dar, wohingegen ΔΘ(n) die Winkelbewegung des Fahrzeug-CoG-Geschwindigkeitsvektors zwischen den zwei aufeinander folgenden Stellen der Zeit n und n+1 darstellt. Die Ausgabe des Trajektorierekonstruktions-Untersystems 520 wird über die Gruppe von Leitungen 522 zum internen Bus 65 gesendet. Die Ausgabe enthält die Fahrzeugtrajektorie und -orientierung in einem Trägheits-Koordinatensystem beginnend bei der Position des Fahrzeugstillstands und endend bei der Fahrzeugposition zu einer spezifizierten Zeit vor dem Unfall.
Ein Fahrzeugzustandsvariablenrekonstruktions-Untersystem 530 hat dieselben Eingaben wie das Trajektorierekonstruktions-Untersystem 520 bekommen und gibt Parameter und Zustandsvariablen, die für eine Unfallrekonstruktion wichtig sind, über einen gemeinsamen Zeitstempel über eine Gruppe von Leitungen 532 aus. Variablen, die für eine Unfallrekonstruktion wichtig sind, sind beispielsweise die Reifen-Seitenschlupfwinkel, der Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel, die longitudinalen, die lateralen und die vertikalen Kräfte, die auf das Rad wirken, und die Geschwindigkeit über dem Boden.
In einem Fahrzeugumgebungsrekonstruktions-Untersystem 540, das dieselben Eingaben wie das Trajektorierekonstruktions-Untersystem 520 und das Fahrzeugzustandsvariablenrekonstruktions-Untersystem 530 erhalten hat, wird der Reibkoeffizient über der Zeit bestimmt, und zusätzliche Informationen, wie die Straßen- und Lichtbedingungen oder der Kurvenradius, werden über die Gruppe von Leitungen 542 ausgegeben. Alle Informationen, die in der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 erzeugt werden, werden zum internen Bus 65 eingegeben, wo sie zu der in 9 gezeigten Auswerteeinheit 70 übertragen werden.
9 zeigt eine Konfiguration der Auswerteeinheit des Systems zum Analysieren des Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gegensätzlich zu der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50, wo die physikalischen Variablen berechnet werden, wird in der Auswerteeinheit 70 eine Beurteilung über die physikalischen Variablen ausgeführt. Die Unterteilung von Rekonstruktion und Auswertung wird zu dem Zweck gemacht, weil die Auswertung in Abhängigkeit von individuellen Gesetzen in einem bestimmten Land ausgeführt wird, wohingegen die Berechnung der physikalischen Variablen in der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 (in 9 nicht gezeigt) in jedem Fall ausgeführt werden muss.
Informationen über das Unfallszenario, wie beispielsweise die Fahrzeugtrajektorie, die "mehreren statischen Zustände" oder eine Aussage von Augenzeugen, werden von einem internen Bus 65 in die Auswerteeinheit 70 zugeführt und weiterhin in die einzelnen Auswerte-Untersysteme für das Fahrerauswerte-Untersystem 710, das Fahrzeugumgebungsauswerte-Untersystem 720 und das Fahrzeugverhaltensauswerte-Untersystem 730 zugeführt.
Im Fahrerauswerte-Untersystem 710 wird beispielsweise eine Beurteilung diesbezüglich durchgeführt, ob der Fahrer zu schnell gefahren ist oder nicht. Diese Beurteilung hängt jedoch von Informationen von Menschen durch die Polizei ab (z.B. ob der Unfall in einer Zone mit Geschwindigkeitsbegrenzung auftrat, oder ähnliches) oder hängt von den juristischen Besonderheiten eines Landes ab (z.B. ob es eine bestimmte Geschwindigkeitsbegrenzung gibt, die auf allgemeine Landstraßen anwendbar ist, oder ähnliches).
Weiterhin hängt die Beurteilung von dem Fahrzeugverhalten ab, das im Fahrzeugverhaltensauswerte-Untersystem 730 ausgewertet wird. Beispielsweise dann, wenn die Bremsen ausgefallen sind, kann dies nicht als Fahrerfehler bewertet bzw. diesem zugerechnet werden. Somit muss eine Interaktion zwischen Fahrzeug- und Fahrerverhalten berücksichtigt werden, was durch den bidirektionalen Pfeil 713 in 9 dargestellt ist.
Zusätzliche Interaktionen zwischen dem Fahrzeugumgebungs-Auswerteuntersystem 720 ("z.B. eisige Straße") und dem Fahrerverhalten, die durch einen bidirektionalen Pfeil 712 angezeigt sind, und zwischen dem Fahrzeugumgebungs-Auswerteuntersystem 720 und dem Fahrzeugverhalten (bidirektionalen Pfeil 723) müssen berücksichtigt werden. Ebenso enthält die Auswerteeinheit 70 ein Relations- bzw. Beziehungsbewertungs-Untersystem 740, das die Beziehung zwischen der Operation und dem Verhalten des Fahrers im Fahrer-Auswerteuntersystem 710, der Fahrzeugumgebung durch das Fahrzeugumgebungs-Auswerteuntersystem 720 und dem Fahrzeugverhalten durch das Fahrzeugverhaltens-Auswerteuntersystem 730 bewertet.
Zum Erreichen von Mitteln bzw. Ausmaßen zum Beschreiben eines falschen Fahrer- oder Fahrzeugverhaltens zusätzlich zu beispielsweise der Radgeschwindigkeit kann der Reifen-Seitenschlupfwinkel (TSSA) auf der Trajektorie der Vorder- und Hinterräder genommen werden, um darauf zu schließen, ob das Fahrzeug in einem Unterlenk- oder Überlenk-Zustand war. Zusammen mit Informationen über Lenkeingaben durch den Fahrer kann sein Verhalten in Kurven ausgewertet werden. Das Verhältnis eines Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkels (VBSSA) und einer Fahrzeuggeschwindigkeit sowie das Verhältnis des Straßenradius und der Fahrzeuggeschwindigkeit müssen berücksichtigt und mit den Fahrereingaben verglichen werden. Wenn beispielsweise eine bestimmte Schwelle für die oben angegebenen Verhältnisse unterlaufen oder überschritten wird, kann ein nicht adäquates Fahrerverhalten erfasst werden.
Ein weiteres Beispiel zum Auswerten des Fahrzeugzustands steht durch Analysieren der Radgeschwindigkeiten zur Verfügung. Wenn beispielsweise die Radgeschwindigkeiten keinen numerischen Wert annehmen, der einen signifikanten Fahrzeuggeschwindigkeitsabfall für eine kurze Zeitperiode zeigt, kann auf einen Fehler im ABS-System geschlossen werden und kann der Fahrer von einer Haftung bzw. Schuld befreit werden. Aufgrund von individuellen Regelungen in unterschiedlichen Ländern muss die Auswerteeinheit 70 an unterschiedliche Randbedingungen angepasst werden. Die Auswerteeinheit 70 spielt eine außen stehende Rolle bei der Beschreibung einer Unfallsituation. Die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 (in 9 nicht gezeigt) sowie die modellbasierende Rekonstruktion in der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 (in 9 nicht gezeigt) sind nötige Schritte zum Auswerten des Fahrer- und Fahrzeugverhaltens in kritischen Fahrsituationen auf genaue Weise in der Auswerteeinheit 70.
10A, 10B und 10C zeigen drei unterschiedliche Konfigurationen (Systemarchitekturen) des Systems zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10A ist ein Blockdiagramm, das ein so genanntes "Online-System an Bord" zeigt. Verfügbare Fahrzeugdaten 2, 4 und 6 werden über eine Vielzahl von Leitungen 12 und 16 und über das Datennetzwerk 14 innerhalb des Fahrzeugs in die Datenvorverarbeitungseinheit 20 des Systems 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens eingegeben.
Die vorverarbeiteten Daten werden über eine Gruppe von Leitungen und einen internen Bus 25 in die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 übertragen. Die Fahrzeugmodellberechnungen und die Abschätzalgorithmen werden in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 in Echtzeit ("Online") ausgeführt. Der bidirektionale interne Bus 35 wird für einen Datenaustausch mit dem Speicher 40 verwendet, um Zwischenergebnisse zu sichern und zu laden.
Nachdem der Unfall auftrat, werden die abgeschätzten und berechneten Daten sowie die vorverarbeiteten Messsignale über eine Schnittstelle 45 zur modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 hochgeladen. In der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 wird die gesamte Information, die innerhalb der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 erlangt wird, zu einem gemeinsamen Zeitstempel vereinigt und wird das Unfallszenario rekonstruiert.
Von der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 wird das rekonstruierte Unfallszenario in die Auswerteeinheit 70 über den internen Bus 65 eingegeben. In der Auswerteeinheit 70 werden das Fahrzeug- und Fahrerverhalten sowie die Umgebungsbedingungen ausgewertet.
Die in 10 dargestellte Systemarchitektur ist durch einen Teil ("an Bord") 101 charakterisiert, der im Fahrzeug ausgeführt wird. Dieser Teil enthält die Datenvorverarbeitung im Untersystem 20 und die Echtzeit-Modellberechnungen und die Abschätzung im Untersystem 30. Die im Untersystem 50 ausgeführte modellbasierende Rekonstruktion sowie die Auswertung des Unfallszenarios im Untersystem 70 finden nicht an Bord im Labor (Block 102) statt, aber nicht innerhalb des Fahrzeugs.
10B ist ein Blockdiagramm, das ein so genanntes "Offline-System an Bord" zeigt. Die Fahrzeugdaten 2, 4 und 6 werden über eine Vielzahl von Leitungen 12 und 16 und über das Datennetzwerk 14 im Fahrzeug in die Datenvorverarbeitungseinheit 20 des Systems 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens eingegeben.
Die Daten werden über den internen Bus 55 in einem Speicher 40 gesichert. Nachdem der Unfall auftrat, triggert die CPU (in 10B nicht gezeigt) sich selbst zum Beginnen eines Berechnens der Fahrzeugmodelle und zum Ausführen der modellbasierenden Abschätzung im Untersystem 30. Das "Offline-System an Bord" ist kein Echtzeitsystem. Der bidirektionale interne Bus 35 lässt zu, Zwischen- und Endergebnisse in den Speicher 40 zu schreiben und die Ergebnisse umzuladen, wenn es nötig ist.
Nachdem die mathematischen Berechnungen beendet sind, werden die Fahrzeugmodellberechnungen und Abschätzergebnisse vom Speicher 40 zur modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 mittels einer Schnittstelle 45 hochgeladen. In der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 werden die erlangten Daten und die in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 bestimmten zusätzlichen Daten zu einem gemeinsamen Zeitstempel vereinigt bzw. vereinheitlicht, und das Unfallszenario wird rekonstruiert.
Das rekonstruierte Unfallszenario wird über den internen Bus 65 in die Auswerteeinheit 70 eingegeben. In der Auswerteeinheit 70 werden das Fahrzeug- und Fahrerverhalten sowie die Umgebungsbedingungen ausgewertet.
Das "Offline-System an Bord" führt eine Datenvorverarbeitung im Untersystem 20 aus, sowie eine Radmodellberechnung und -abschätzung im Untersystem 30 an Bord, d.h. im Fahrzeug (Block 101). Gegensätzlich zu dem in 10A eingeführten "Online-System an Bord" werden die Berechnungen im Untersystem 30 nicht in Echtzeit berechnet ("Offline"). Eine modellbasierende Rekonstruktion im Untersystem 50 und die Auswertung des Unfallszenarios im Untersystem 70 finden im Labor ("Offboard" bzw. "nicht an Bord", im Block 102 gezeigt) statt, und finden nicht innerhalb des Fahrzeugs statt.
Das "Offline-System, nicht an Bord" das im Blockdiagramm der 10C gezeigt ist, funktioniert wie folgt: die Fahrzeugdaten 2, 4 und 6 werden über eine Vielzahl von Leitungen 12 und 16 und über das Datennetzwerk 14 im Fahrzeug in die Datenvorverarbeitungseinheit 20 des Systems 10 zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens zugeführt.
Die Daten werden über den internen Bus 55 in einem Speicher 40 gesichert. Von dem Speicher 40 werden die Daten über eine Schnittstelle 35 zu einem Personalcomputer (PC) in einem Labor hochgeladen, nachdem der Unfall auftrat. An dem PC werden die jeweiligen Berechnungen in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 ausgeführt ("Offline").
Nachdem die Modellberechnungen und -abschätzungen ausgeführt sind, werden die Ergebnisse über eine Schnittstelle 45 in die modellbasierende Rekonstruktionseinheit 50 eingegeben. In der modellbasierenden Rekonstruktionseinheit 50 werden die erlangten Daten und die in der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit 30 bestimmten Informationen zu einem gemeinsamen Zeitstempel vereinheitlicht und wird das Unfallszenario rekonstruiert.
Das rekonstruierte Unfallszenario wird über den internen Bus 65 in die Auswerteeinheit 70 eingegeben. In der Auswerteeinheit 70 werden das Fahrzeug- und Fahrerverhalten sowie die Umgebungsbedingung ausgewertet.
Das "Offline-System, nicht an Bord" kann auch in einen Block an Bord 101, der Teile des im Fahrzeug installierten Systems darstellt, aufgeteilt sein. Im "Offline-System, nicht an Bord" werden nur die Datenvorverarbeitung in der Datenvorverarbeitungseinheit 20 und die Handlung eines Sicherns der gemessenen und vorverarbeiteten Daten im Speicher 40 an Bord im Block 101 ausgeführt. Die Fahrzeugmodell- und -abschätzberechnungen, die modellbasierende Rekonstruktion und die Auswertung des Unfallszenarios werden im Labor verarbeitet, was "nicht an Bord" bedeutet, und zwar im Block 102, und nicht in Echtzeit ("Offline").
Dies unterscheidet das "Offline-System, nicht an Bord" der 10C von dem "Online-System an Bord", das in 10A präsentiert ist, und dem "Offline-System, an Bord ist", das in 10B gezeigt ist, wo nur eine modellbasierende Rekonstruktion und eine Auswertung außerhalb des Fahrzeugs (Offboard bzw. nicht an Bord) stattfinden.
Wie es oben beschrieben ist, macht es das System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Differentialgleichung zu lösen, die das Fahrzeugverhalten darstellt, und zwar mittels der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinheit, sowie die nicht messbaren Variablen in dem Sensor innerhalb des Fahrzeugs zu erhalten, wie beispielsweise das Fahrzeugverhalten oder das Fahrzeuggewicht, über die Abschätztechnik. Weiterhin kann gemäß der vorliegenden Erfindung ein Effekt zum Aufzeichnen von Informationen, die zum quantitativen Analysieren der kritischen Fahrsituationen, wie beispielsweise eines Unfalls, im System nötig sind, erreicht werden. Weiterhin ist es möglich, die Interaktion zwischen dem Fahrerverhalten, dem Fahrzeugverhalten und der Umgebungsbedingung durch die Auswerteeinheit zu klären. Demgemäß kann ein weiterer Effekt erreicht werden, dass das System als Beweis für Verkehrsdelikte verwendet werden kann, oder als die Einrichtung zum Analysieren der instabilen Fahrsituationen, welche gerade noch davon abgehalten werden, den Unfall zu verursachen.

Claims

System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens, welches System folgendes aufweist: eine Datenvorverarbeitungseinrichtung (20), die Betriebsinformationen eines elektrischen Systems (2) innerhalb des Fahrzeugs, Daten, die über ein Datennetzwerk (4) innerhalb des Fahrzeugs verfügbar sind, und zusätzliche Informationen (6), die von einer elektrischen Vorrichtung verfügbar sind, die ein Fahrzeug bildet, in ein Format umwandelt, das zu einer Berechnung darin fähig ist; eine Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30), die nicht messbare Variablen in einem Sensor innerhalb des Fahrzeugs basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) abschätzt; eine modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50), die ein Unfallszenario durch Vereinheitlichen der vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) und der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30) zu einem gemeinsamen Zeitstempel rekonstruiert; und eine Auswerteeinrichtung (70), die ein Fahrzeug- und Fahrerverhalten basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) rekonstruierten Unfallszenario auswertet.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei die Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) folgendes enthält: einen Signalwandlerteil (210, 230), der Signalpegel der Betriebsinformationen des elektrischen Systems (2) im Fahrzeug und der zusätzlichen Information (6), die von der elektrischen Vorrichtung verfügbar sind, die das Fahrzeug bilden, in einen Signalpegel umwandelt, der in einem Mikroprozessor verwendet wird; einen Signaldecodierteil (220), der die Daten, die vom Datennetzwerk (4) im Fahrzeug verfügbar sind, decodiert; einen Filterverarbeitungsteil (240, 250), der eine Filterverarbeitung an einem Signal von wenigstens einem von dem Signalwandlerteil (210, 230) und dem Signaldecodierteil (220) durchführt; und einen Analog/Digital-Wandlerteil (260), der ein analoges Signal vom Signalwandlerteil in ein digitales Signal umwandelt.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30) folgendes enthält: einen Fahrzeuggeschwindigkeits-Abschätzteil (310), der eine Fahrzeuggeschwindigkeit bei einem Schwerkraftszentrum als die nicht messbare Variable im Sensor im Fahrzeug basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) bestimmt; einen Antriebsmodellteil (320), der ein Antriebsdrehmoment unter Verwendung eines Antriebsmodells bestimmt, das durch Konstruieren eines Fahrzeug-Antriebsstrangs in einer Gleichung basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) erhalten wird; einen Fahrzeuggewichts-Abschätzteil (345), der ein Fahrzeuggewicht als die nicht messbare Variable im Sensor im Fahrzeug basierend auf den vorverarbeiteten Daten, der Fahrzeuggeschwindigkeit bei dem Schwerkraftszentrum und dem Antriebsdrehmoment abschätzt; einen Radmodellteil (340), der einen Reifen-Seitenschlupfwinkel und Kräfte, die auf ein Rad wirken, als die Variablen berechnet, die nicht mittels Sensoren im Fahrzeug gemessen werden können, und zwar unter Verwendung eines Radmodells, das durch Konstruieren des Rads in einer Gleichung basierend auf den vorverarbeiteten Daten und der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Schwerkraftszentrum erhalten wird; und einen Zustandsraummodellteil (365), der einen Fahrzeugkarosserie-Seitenschlupfwinkel als die nicht messbare Variable im Sensor im Fahrzeug unter Verwendung eines Zustandsraummodells ableitet, das durch Konstruieren eines Fahrzeug-Laufzustands in einer Gleichung basierend auf den vorverarbeiteten Daten, der Fahrzeuggeschwindigkeit beim Schwerkraftszentrum, dem Fahrzeuggewicht und den Kräften, die auf das Rad wirken, erhalten wird.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) folgendes enthält: einen Signalzustandsrekonstruktionsteil (510), der ein Signal, das durch eine Operation eines Fahrers mit einer Zeit unter den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverabeitungseinrichtung rekonstruiert; einen Trajektorierekonstruktionsteil (520), der die Fahrzeugposition und seine Orientierung basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung, der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung und einer Dateneingabe von außerhalb rekonstruiert; einen Fahrzeugzustandsvariablenrekonstruktionsteil (530), der Variable mit einer Zeit bestimmt, welche einen Fahrzeugzustand darstellt, basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung, der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung und der Dateneingabe von außerhalb; und einen Fahrzeugumgebungsrekonstruktionsteil (540), der eine Fahrzeugumgebung mit einer Zeit basierend auf den vorverarbeiteten Daten von der Datenvorverarbeitungseinrichtung, der abgeschätzten Variablen von der Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung und der Dateneingabe von außerhalb rekonstruiert.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei die Auswerteeinrichtung (70) folgendes enthält: eine Fahrerauswerteeinrichtung (710), die eine Operation und ein Verhalten eines Fahrers basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) rekonstruierten Unfallszenario auswertet; eine Fahrzeugverhaltensauswerteeinrichtung (730), die ein Fahrzeugverhalten basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung rekonstruierten Unfallszenario auswertet; eine Fahrzeugumgebungsauswerteeinrichtung (720), die eine Fahrzeugumgebung basierend auf dem durch die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung rekonstruierten Unfallszenario auswertet; und eine Relations- bzw. Beziehungsbewertungseinrichtung (740), die eine Relation bzw. Beziehung zwischen der Operation und dem Verhalten des Fahrers durch die Fahrerauswerteeinrichtung, dem Fahrzeugverhalten durch die Fahrzeugverhaltensauswerteeinrichtung und der Fahrzeugumgebung durch die Fahrzeugumgebungsauswerteeinrichtung bewertet.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei: die Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) und die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30) im Fahrzeug ausgeführt sind; die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30) in Echtzeit ausgeführt ist; und die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) und die Auswerteeinrichtung (70) außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt sind.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei: die Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) und die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30) im Fahrzeug ausgeführt sind; und die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) und die Auswerteeinrichtung (70) außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt sind.
System zum Analysieren eines Fahrzeug- und Fahrerverhaltens nach Anspruch 1, wobei: die Datenvorverarbeitungseinrichtung (20) im Fahrzeug ausgeführt ist; und die Fahrzeugmodell- und -abschätzeinrichtung (30), die modellbasierende Rekonstruktionseinrichtung (50) und die Auswerteeinrichtung (70) außerhalb des Fahrzeugs ausgeführt sind.