DE10046696A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufzeichnen von Fahrzeugdaten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Aufzeichnen von Fahrzeugdaten

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Georg Pfaff
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Aufzeichnen von Daten aus, insbesondere mittels Sensoren, in einem Fahrzeug erfassten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, sowie eine Speichereinrichtung und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen solcher Daten anzugeben, wobei es möglich sein soll, alle relevanten Daten kontinuierlich bei geringem Speichervolumen aufzuzeichnen und in einer kurzen Zeitspanne fest abzuspeichern. Hierzu werden die Parameterwerte und/oder aus diesen berechnete Daten mit zunehmenden zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungszeitpunkt mit abnehmbarer Dichte aufgezeichnet. Eine geeignete Speichereinrichtung weist einen RAM (Random Access Memory) zur Aufzeichnung der Daten jeweils über einen bestimmten Zeitraum und einen nicht-flüchtigen Speicher (wie EEPROM) auf, in den die aufgezeichneten Daten aus dem RAM innerhalb weniger ms parallel übertragbar sind. Geeignet ist die Realisierung mittels eines ASIC.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Daten aus, insbesondere mittels Sensoren, in einem Fahrzeug erfassten oder ermittelten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, sowie eine Speicherein­ richtung zum Aufzeichnen solcher Daten gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.
Aus der EP 0 078 807 B1 ist es bekannt, zur Ermittlung des Unfallherganges bei Fahrzeugen mit Antiblockiersystem (ABS) mittels Sensoren erfasste und berechenbare Fahrzustandsgrö­ ßen, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Bremsweg und Verzögerung, zu speichern, um hieraus den Unfall zu rekonstruieren, da Fahrzeuge mit ABS meist keine deutlichen Bremsspuren hinterlassen.
Unfalldatenschreiber werden in einem Artikel der Wirtschaftswoche, Nr. 10, S. 60 bis 62, vom 3.3.1989 ("Black Box im Auto") vorgestellt. Der Unfalldatenschreiber wird von Sensoren bedient, die sämtliche Bewegungsveränderungen des Autos aufnehmen. Weitere Daten (Licht- oder Blinkerschalterstellung, Lenk-, Pedal- und Kupplungsbewegungen, usw.) können registriert werden. Sämtliche Daten werden auf einem Chip gespeichert und alle 30 Sekunden von aktuellen Daten überschrieben. Bei einem Unfall wird der Chipinhalt eingefroren, wobei weitere Daten bis zum Stillstand des Autos aufgezeichnet werden.
Schließlich sind ein Unfalldatenschreiber und ein Verfahren zur Analyse eines Unfallgeschehens aus der DE 195 09 711 A1 bekannt. Dort wird versucht, die hohe Ungenauigkeit bei der Bestimmung der Unfalldaten (Geschwindigkeit und Bremsweg) dadurch zu verringern, daß zusätzlich zu den Daten eine s Unfalldatenschreibers GPS-Signale (Global Positioning System) zur Auswertung herangezogen werden. Hierdurch kann eine hinreichend exakte relative Ortsbestimmung erfolgen, wobei die absolute Ortsbestimmung (Nullpunktskorrektur) durch den bekannten Unfalldatenschreiber vorgenommen wird. In dieser Schrift wird das Problem angeführt, daß zur ausreichend genauen Berechnung der Unfalldaten mittels eines herkömmlichen Unfalldatenschreibers für jeden der drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgrade der Fahrzeugbewegung ein eigener Sensor erforderlich wäre, was einen inakzeptablen rechen- und sensortechnischen Aufwand zur Folge hätte.
Tatsächlich erfordern Aussagen zur Fahrzeugdynamik bei einem Unfall (meist verbunden mit abruptem Bremsen, Schleudern oder Aufprall) eine Parametererfassung im Abstand von beispielsweise 20-40 ms, für einzelne Parameter, wie die Raddrehzahl, sogar kleiner 20 ms. Nimmt man an, daß 70 Parameter zur Unfallrekonstruktion alle 20 ms mit einer Breite von 2 Bytes über einen Zeitraum von 30 Sekunden aufgenommen werden, wäre ein Speicher von 205 KByte erforderlich.
Das in der DE 195 09 711 A1 beschriebene Verfahren zur Unfallrekonstruktion unter Einbeziehung von GPS-Signalen erfordert ein entsprechendes Empfangssytem und ebenfalls erheblichen rechentechnischen Aufwand. Außerdem gestaltet sich die Nachrüstung bestehender Systeme schwierig.
Ein weiterer Nachteil bekannter Unfalldatenschreiber ist die lange Übertragungszeit der im flüchtigen Speicher (RAM) aufgezeichneten Daten in einen nicht-flüchtigen Speicher (z. B. EEROM). Typischerweise wird der RAM-Inhalt über einen seriellen Bus wie den SPI in einen EEPROM geschrieben. Die Übertragungszeit wächst linear mit der Anzahl der zu übertragenden Bytes. Die langsame Übertragungsrate (z. B. 10 ms/Byte) ist zur Übertragung der nötigen Datenmenge nach einem Aufprall mit wahrscheinlichem Einbruch der Speisespannung infolge Beschädigung von Komponenten des Bordnetzes oder einer definierten Batterieabschaltung nach Unfalldetektion zur Realisierung einer Unfalldatenspeicher­ funktionalität ungeeignet.
Es sind ebenfalls Unfalldatenschreiber bekannt, bei welchen die entsprechenden Daten nicht von einem RAM auf einen EEPROM übertragen werden. Es ist beispielsweise möglich, den RAM batteriegepuffert auszubilden, wobei diese Realisierung bei wenigstens einem kommerziell verfügbaren Unfalldatenschreiber bekannt ist. Eine Batteriepufferung wird jedoch in Steuergeräten als sehr ungünstig erachtet, da diese über keine eigenen Batterien verfügen, und das Bordnetz bei einem Unfall zusammenbrechen kann. Wie bereits erwähnt, wird jedoch, falls in Steuergeräten Daten von einem RAM auf einen EEPROM übertragen werden sollen, häufig ein serieller Bus eingesetzt.
Vorteile der Erfindung
Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufzeichnen von Daten aus mittels Sensoren in einem Fahrzeug erfassten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, sowie eine Speichereinrichtung zum Aufzeichnen solcher Daten anzugeben, wobei es möglich, sein soll, alle relevanten Daten kontinuierlich bei geringem Speichervolumen aufzuzeichnen und in einer kurzen Zeitspanne fest abzuspeichern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Unteransprüchen. Eine geeignete Realisierung ist in Anspruch 7 angegeben.
Die Erfindung betrifft ausserdem noch ein Computerprogramm auf einem Speichermittel bzw. Datenträger, welches bei dessen Ausführung auf einem Computer bzw. einem Steuergerät ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Das diesbezügliche Speichermittel kann dabei fest integriert in den Computer bzw. das Steuergerät sein, wie z. B. ein RAM, E(E)PROM, Flash-EPROM, eine Festplatte, etc. oder auch mobil wie z. B. eine Diskette, ein CD-ROM oder ähnliches.
Erfindungsgemäß werden die Parameterwerte und/oder aus diesen berechnete Daten mit zunehmenden zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungszeitpunkt mit abnehmender Dichte aufgezeichnet. Es hat sich nämlich gezeigt, daß eine hohe Aufzeichnungsdichte nur in einem sehr kurzen Zeitraum vor einem Unfall erforderlich ist, da dann hohe Änderungsraten der Parameterwerte wahrscheinlich sind. Zeitlich weiter zurückliegende Werte können mit geringerer Auflösung aufgezeichnet werden, da kleinere Änderungsraten angenommen werden können und die Relevanz der Informationen mit zunehmendem zeitlichen Abstand zum Unfall abnimmt.
Die Aufzeichnungsdichte kann erfindungsgemäß z. B. exponentiell, linear oder stufenweise mit zunehmenden zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungszeitpunkt (d. h. zum möglichen Unfallzeitpunkt) sinken. Vorteilhaft und praktisch leicht realisierbar ist es, wenn die Parameterwerte mit diskret abnehmender Aufzeichnungshäufigkeit aufgezeichnet werden, wobei über den Aufzeichnungszeitraum eine geeignete, vorgebbare Anzahl von Stufen (beispielsweise 2 bis 8, vorteilhafterweise 3 bis 6) gelegt wird.
In einer besonderen Ausprägung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den erfassten Parameterwerten repräsentative Daten, wie Extrem- oder Mittelwerte, berechnet und aufgezeichnet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Daten mit einer sehr geringen Aufzeichnungshäufigkeit aufgezeichnet werden. Dann kann die durch den großen Abstand der Aufzeichnungszeitpunkte verlorengegangene Information teilweise kompensiert werden. Z. B. können der Minimalwert, der Maximalwert und der Mittelwert eines Parameters zwischen zwei Aufzeichnungszeitpunkten berechnet und gespeichert werden. Auf diese Art lassen sich wichtige Informationen erhalten, wobei dennoch weniger Werte als bei maximaler Aufzeichnungshäufigkeit aufgezeichnet werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur zur Rekonstruktion von Fahrzeugunfällen mittels der aufgezeichneten Daten einsetzbar, sondern auch beispielsweise zur Auswertung der Teilebeanspruchung, zur Bestimmung der Lebensdauer und/oder Abnutzung von Einzelteilen etc., vorausgesetzt, die hierfür notwendigen Parameter werden mittels geeigneter Sensoren gemessen oder anderweitig ermittelt. Der Aufzeichnungszeitraum und der Verlauf der Aufzeichnungshäufigkeit müssen für die jeweilige Anwendung und die jeweiligen Parameter festgelegt werden. Die Daten könnten beispielsweise dahingehend ausgewertet werden, wann der Austausch eines Ersatzteiles aufgrund der bisherigen Beanspruchung angezeigt ist.
Zur Unfallrekonstruktion ist es vorteilhaft, wenn die aufgezeichneten Daten nach einem Fahrzeugunfall parallel in einen nicht-flüchtigen Speicher übertragen werden. Die Übertragungsdauer wächst dann nicht mehr linear mit der Datenmenge, sondern es ist eine unmittelbare Speicherung nach einem Unfall oder einem definierten Ereignis möglich.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Speichereinrichtung zum Aufzeichnen von Daten aus mittels Sensoren in einem Fahrzeug erfassten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, wobei ein RAM (Random Access Memory) zur Aufzeichnung der Daten jeweils über einen bestimmten Zeitraum und ein nicht-flüchtiger Speicher eingesetzt werden, in den die aufgezeichneten Daten aus dem RAM parallel übertragbar sind.
Ein Unfall kann auf verschiedene Weisen erkannt werden. Entweder bricht durch Beschädigung der Komponenten die Bordspannung zusammen oder der Unfall wird sensorisch detektiert, wobei hierfür spezielle Detektionsalgorithmen angewendet werden. In einem solchen Fall ist es notwendig, die aufgezeichnete Datenmenge in einem möglichst kurzen Zeitraum nichtflüchtig abzuspeichern. Auch bei anderen Anwendungen kann es erwünscht sein, unmittelbar nach einem definierten Ereignis die aufgezeichneten Daten dauernd abzuspeichern.
Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck ein sogenannter nvSRAM (non-volatile Static Random Access Memory) verwendet. Der SRAM ersetzt im normalen Betrieb den RAM und ist parallel zu einem nicht-flüchtigen Speicher (wie EEPROM) geschaltet. Die Schaltung wird derart eingestellt, daß bei Abfall der Speisespannung unter einen definierten Schwellwert oder bei Eintritt eines definierten Ereignisses der gesamte SRAM- Inhalt in weniger als 10 ms festgespeichert wird.
Alternativ kann auch jede andere Speichertechnologie, die es erlaubt, in kurzer Zeit, z. B. in wenigen Millisekunden (ms) größere Datenmengen, z. B. mehrere Kilobytes (Kbytes) nichtflüchtig zu speichern, zum Einsatz gelangen. Beispiele hierfür sind FeRAM (ferroeelektrischer RAM) und Flash-Banks (Flash-Speicher).
Zur Realisierung der Unfalldatenspeicherfunktionalität in einem Fahrzeug ist die Verwendung eines ASICs (Application Specific Integrated Circuit) im Steuergerät des Fahrzeugs besonders geeignet. Viele Sensoren kommunizieren nicht mit dem Fahrzeugbus, sondern sind an das Steuergerät angeschlossen. (direkt oder über Feldbus). Das Steuergerät stellt hierbei Sensorinformationen über den Bus bereit. Hierdurch können ohnehin vorhandene Strukturen optimal genutzt werden. Die von den Sensoren gelieferten Daten werden zur Unfallrekonstruktion weitergenutzt, wobei die Sensorendaten über den Fahrzeugbus (z. B. CAN) verfügbar sind und die gewünschten Daten mittels Software ausgewertet werden. Insbesondere bei Verwendung eines nvSRAM zur Datenspeicherung ist ein ASIC vorteilhaft. Lediglich eine Bestückung des Steuergerätes mit dem ASIC ohne weitere Hardware-Änderungen ist notwendig, die erforderlichen Softwareänderungen werden minimiert. Eine selektive Ausrüstung mit der Unfalldatenspeicherfunktionalität ist möglich.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen
Zeichnung
Im folgenden soll die Erfindung durch in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele anhand der in der Zeichnung enthaltenen, beigefügten Figuren näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt eine erste erfindungsgemäße Funktion 1 zur Abnahme der Aufzeichnungsdichte eines Parameterwertes mit zunehmenden zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungszeitpunkt.
Fig. 2 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Funktion 2 zur Abnahme der Aufzeichnungsdichte eines Parameterwertes mit zunehmenden zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungszeitpunkt.
Fig. 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines ASICS 8 unter Verwendung eines nvSRAM 7 zur Datenspeicherung für die Unfallrekonstruktion.
In Fig. 1 ist der Aufzeichnungszeitraum mit T bezeichnet. T liegt im Bereich von z. B. 60 Sekunden, wobei zur Unfallrekonstruktion nach einer Crashdetektion zweckmäßigerweise noch eine Zeit lang, z. B. etwa 5 bis 10 Sekunden Daten aufgenommen werden, bevor der gesamte Speicherinhalt festgespeichert wird, sofern dies entsprechend der Situation bzw. des Unfallverlaufs möglich ist. Je nach Anforderung sind auch längere oder kürzere Aufzeichnungszeiträume denkbar.
Die Aufzeichnungsdichte sinkt erfindungsgemäß mit wachsendem zeitlichen Abstand zum Unfallzeitpunkt tu. Die Funktion 1 zeigt einen nicht-linearen, im wesentlichen exponentiellen Verlauf, der eine kontinuierliche Datenkompression repräsentiert.
Die in Fig. 2 dargestellte Funktion 2 beschreibt eine mehrstufige, hier dreistufige Reduktion der Aufzeichnungsdichte. Die Aufzeichnungshäufigkeit beträgt bis zum Zeitpunkt t1 vor dem Unfallzeitpunkt tu f1[s-1], davor bis zum Zeitpunkt t2 f2, anschließend bis zum Zeitpunkt t3 nur noch f3. Die Konstanten f1, f2, f3, t1 und t2 sind jeweils parameter-spezifisch festzulegen oder auch beliebig vorgebbar.
Die Einsparung E des zur Parameteraufzeichnung erforderlichen RAM und nicht-flüchtigen Speichers gegenüber einer unveränderlichen Aufzeichnungsdichte kann wie folgt berechnet werden:
Diese Formel (I) läßt sich analog für jede beliebige Stufenzahl erweitern.
In einer besonderen Ausführungsart werden für den Zeitraum t3 bis t2 zu jedem Aufzeichnungszeitpunkt aus mehreren Zwischenwerten berechnete Werte eines Parameters aufgezeichnet, jedoch insgesamt weniger Werte als bei Anwendung einer Aufzeichnungshäufigkeit f2. Es können z. B. der Minimalwert, der Maximalwert und der Durchschnittswert des Parameters zwischen zwei Aufzeichnungszeitpunkten gespeichert werden. Dadurch kann die aufgrund der geringen Aufzeichnungshäufigkeit verlorengegangene Information wenigstens zum Teil kompensiert werden. Dies ist besonders sinnvoll, wenn f1 sehr klein ist, z. B. f1 entsprechend 1 Hz. Werden b berechnete Werte eines Parameters zu jedem Aufzeichnungszeitpunkt (im obigen Beispiel b = 3) im Zeitraum t2 bis t3 aufgezeichnet, so beträgt die Speichereinsparung Eb gemäß nachfolgender Formel (II) noch
Für typische praktische Anwendungen lassen sich Speichereinsparungen von 80-90% erzielen.
Fig. 3 stellt schematisch den Aufbau eines ASICS 8 zur Realisierung der Unfalldatenspeicherfunktionalität in einem Kfz-Steuergerät dar. Nicht dargestellte Sensoren geben ihre Signale über den Kfz-Bus 3 (z. B. CAN) an entsprechende Empfangsgeräte, wie das Steuergerät, weiter. Hierzu steht der Mikroprozessor 5 des ASICS, der über den Buscontroller 4 mit dem Kfz-Bus 3 kommuniziert, mit dem Mikroprozessor 6 des Steuergerätes in Verbindung. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß der ASIC nicht mit einem eigenen Buscontroller versehen sein muß. Jedoch ist die Verwendung eines eigenen Buscontrollers dann vorteilhaft, wenn die vom Bus benötigten Signale verschieden sind von den von dem Steuergerät, in das der ASIC integriert ist, benötigten Signalen. Erfindungsgemäß ist ein nvSRAM 7 vorgesehen, der die zur Unfallrekonstruktion relevanten Parameterwerte insbesondere mittels des erfindungsgemäßen Aufzeichnungsverfahrens aufzeichnet und bei einem Unfall innerhalb weniger ms festspeichert. Hierzu braucht nicht auf diskrete Energiespeicher, wie Kapazitäten im Steuergerät, zurückgegriffen werden.
Bei Kombination des in Fig. 3 dargestellten ASICS 8 unter Verwendung des nvSRAM 7 und einer erfindungsgemäßen Aufzeichnungsdichtefunktion lassen sich eine Fülle von Vorteilen gegenüber bekannten Unfalldatenschreibern erzielen.
Der Bedarf an RAM und nicht-flüchtigem Speicher (z. B. Flash-EEPROM) wird signifikant gegenüber dem bekannten Ring-speicherprinzip mit fester Aufzeichnungshäufigkeit reduziert. Dadurch werden die Kosten der Hardware gesenkt. Das beschriebene Verfahren erlaubt die Erfassung einer langen Historie vor dem Unfall mit zunehmender Genauigkeit.
Das Problem der Übertragung des gesamten RAM-Inhalts in den nicht-flüchtigen Speicher nach Wegfall der Speisespannung wird durch die Erfindung gelöst. Im Gegensatz zum Bekannten wird der gesamte Datensatz in nur wenigen ms parallel z. B. in einen EEPROM geschrieben, und es entfällt die Notwendigkeit der Verwendung diskreter Kapazitäten als Energiespeicher im Steuergerät.
Weiterhin von Vorteil ist, dass durch die Verwendung eines ASICS keine Änderungen der zur Erfüllung der Steuergerätefunktion benötigten Hardware erforderlich sind. Die Softwareänderungen werden minimiert. Der ASIC erlaubt eine selektive Realisierung der Unfalldatenspeicherfunktionalität durch Bestückung des Steuergerätes mit dem ASIC.
Der erfindungsgemäße Gegenstand ist aber nicht auf die genannten Beispiele beschränkt. Vergleichbare Lösungen werden ebenfalls unter dem Grundprinzip der Erfindung der Datenaufzeichnung mit veränderbarer Dichte gemessen am zeitlichen Abstand zum Unfallzeitpunkt subsumiert.

Claims (9)

1. Verfahren zum Aufzeichnen von Daten aus in einem Fahrzeug erfassten oder ermittelten Parameterwerten, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameterwerte und/oder aus diesen berechnete Daten mit zunehmendem zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungs- oder Ermittlungszeitpunkt mit abnehmender Dichte aufgezeichnet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameterwerte mit diskret abnehmender Aufzeichnungshäufigkeit (f1, f2, f3, usw.) aufgezeichnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus den erfassten Parameterwerten repräsentative Daten, wie Extrem- oder Mittelwerte, insbesondere für Aufzeichnungsintervalle mit geringer Aufzeichnungshäufigkeit, berechnet und aufgezeichnet werden.
4. Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Rekonstruktion von Fahrzeugunfällen mittels der aufgezeichneten Daten.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgezeichneten Daten nach einem Fahrzeugunfall parallel in einen nicht-flüchtigen Speicher übertragen werden.
6. Speichereinrichtung zum Aufzeichnen von Daten aus in einem Fahrzeug erfassten oder ermittelten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, gekennzeichnet durch ein erstes Speichermittel, insbesondere ein RAM (Random Access Memory), zur Aufzeichnung der Daten jeweils über einen bestimmten Zeitraum und durch ein zweites nicht-flüchtiges Speichermittel, in den die aufgezeichneten Daten aus dem ersten Speichermittel parallel übertragbar sind, oder andere geeignete Speichertechnologiemittel, die es erlauben, Datenmengen, insbesondere mehrere Kbytes, in kurzer Zeit, insbesondere wenigen ms, nichtflüchtig abzuspeichern, wobei die Aufzeichnungsdichte variabel, abhängig von einem Erfassungs- oder Ermittlungszeitpunkt ist
7. Verwendung eines ASICS (8) (Application Specific Integrated Circuit) im Steuergerät eines Fahrzeugs zum Aufzeichnen von Daten aus mittels Sensoren in einem Fahrzeug erfassten Parameterwerten zur Rekonstruktion von Unfällen, insbesondere mit einer integrierten Speichereinrichtung nach Anspruch 6.
8. Vorrichtung zum Aufzeichnen von Daten aus in einem Fahrzeug erfassten oder ermittelten Parameterwerten, insbesondere zur Rekonstruktion von Unfällen, welche wenigstens ein Speichermittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel enthalten sind, die die Parameterwerte und/oder aus diesen berechnete Daten mit zunehmendem zeitlichen Abstand zum momentanen Erfassungs- oder Ermittlungszeitpunkt mit abnehmender Dichte aufzeichnen.
9. Computerprogramm auf einem Speichermittel, durch welches bei Ablauf auf einem Computer, insbesondere einem Steuergerät, ein Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5 durchgeführt wird.
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