DE10054154A1 - Verfahren zum Minimieren von Fehlern bei SEnsoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle eingesetzt werden - Google Patents
Verfahren zum Minimieren von Fehlern bei SEnsoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle eingesetzt werdenInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zum Minimieren von Fehlern bei Sensoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle verwendet werden, werden zuerst durch die Sensoren Daten gemessen, welche die Beschleinigung, die Gierrate, die im Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel umfassen, und dann wird der Fehler bezüglich der Vorwärtsbeschleunigung auf der Grundlage der am Getriebe gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert. Daraufhin wird der Fehler der Querbeschleunigung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels korrigiert, der von einem Lenkwinkel-Sensor gemessen wird, und daraufhin wird der Fehler bezüglich der Drehwinkelgeschwindigkeit auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert. Schließlich werden Daten als korrigierte Werte aufgezeichnet.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Minimieren von Fehlern bei Sensoren, die bei einer
Aufzeichnungseinrichtung (etwa einem sogenannten
Fahrtenschreiber) für Fahrzeugunfälle verwendet werden, und
betrifft insbesondere ein Verfahren, welches eine exakte
Aufzeichnung von Fahrzeugunfällen durch Minimieren von bei
Sensoren auftretenden Fehlern ermöglicht.
Eine Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle wird zu dem
Zweck vorgesehen, die Ursache und den Verlauf eines
Fahrzeugunfalls wissenschaftlich untersuchen zu können.
Die Einrichtung kann Sensoren dazu verwenden, den Beginn
eines Zusammenstoßes eines Fahrzeugs festzustellen, oder kann
einen Unfall gegenüber einem Schaltvorgang des Fahrers oder
einem Signal der Betätigung eines Airbags unterscheiden.
Während eines Zeitraums um den Zeitpunkt des Unfalls herum
zeichnet die Einrichtung die Straßenzustände der Straße auf,
auf welcher der Unfall aufgetreten ist, sowie die von dem
Fahrer vorgenommenen Betätigungsvorgänge, die Bewegung des
Fahrzeugs, und andere Umstände der Bewegung.
Daher muss die Aufzeichnungseinrichtung so ausgelegt sein,
dass sie Daten gegen Wärmeeinwirkung und das Eintauchen ins
Wasser schützt, nämlich für derartige Situationen, in denen
das Fahrzeug bei einem Zusammenstoß Feuer fängt, oder es im
Wasser versinkt.
Weiterhin muss die Aufzeichnungseinrichtung, die bei einem
Fahrzeug vorgesehen ist, das auf der Straße fährt, so
ausgelegt sein, dass Sensorfehler infolge des Straßenzustands
und der Begleitumstände beim Fahren so klein wie möglich
sind. In bezug auf die bei der Aufzeichnungseinrichtung
eingesetzten Sensoren spielen Daten von dem
Beschleunigungssensor und dem
Drehwinkelgeschwindigkeitssensor eine wesentliche Rolle beim
Rekonstruieren des Unfalls. Ein
Drehwinkelgeschwindigkeitssensor ist auch als Gierratensensor
bekannt. Allerdings zeigen diese beiden Sensoren den Effekt
eines Offsetdrifts des Nullpunkts, der darin besteht, dass
der Nullpunkt der Sensoren eine Drift aufweist.
Fig. 1 zeigt die Beziehung zwischen Nullpunktoffsetfehlern
und dem durch sie hervorgerufenen Gesamtfehler.
Wenn der Beschleunigungssensor einen Wert von Null G anzeigt,
wobei G die Gravitationskonstante ist, oder wenn der
Gierratensensor einen Wert von Null Grad pro Sekunde anzeigt,
so bedeutet dies, für das Ausgangssignal des Sensors, dass
dieses einen Offset von Null aufweist oder ein Ausgangssignal
von Null abgibt, was auch als systematischer Fehler von Null
bezeichnet wird. Im Verlaufe der Zeit ändert sich der Offset
von Null des Sensors zu einem anderen Wert, infolge von
Umgebungseinflüssen, wie beispielsweise der Temperatur,
welche einen Sensorfehler hervorrufen, so dass der
voranstehend geschilderte Nulloffsetdriftfehler oder der
Driftfehler in bezug auf einen systematischen Fehler von Null
auftritt.
Der Nulloffsetfehler akkumuliert sich, wenn integriert wird,
so dass der Gesamtfehler in den meisten Fällen fatal wird,
insbesondere beim Rekonstruieren der Trajektorie eines
Fahrzeugs, da zum Rekonstruieren der Trajektorie eine
Integration zweiter Ordnung erforderlich ist. Daher kann ein
sehr kleiner Nulloffsetfehler zu einem fatalen Fehler bei der
Berechnung einer Position auf der Trajektorie führen.
Es wurden verschiedene Verfahren zum Korrektur des
Nulloffsetfehlers überlegt, beispielsweise ein Verfahren
unter Verwendung einer Hochfrequenzröhre und eines Filters,
oder ein Verfahren unter Verwendung einer
Wärmeisoliervorrichtung. Allerdings können derartige
Verfahren nicht perfekt Fehler ausschalten, die durch die
Nulloffsetdrifteffekte hervorgerufen werden. Daher muss eine
ordnungsgemäße Korrektur zum Zeitpunkt der Unfalluntersuchung
durchgeführt werden, und muss die Korrektur von Hand während
des Vorgangs des Einsatzes eines Computerprogramms zum
Rekonstruieren des Unfalls vorgenommen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde zu dem Zweck entwickelt, die
voranstehend geschilderten, beim Stand der Technik
auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der
Bereitstellung eines Verfahrens zum Minimieren von Fehlern
bei Sensoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung für
Fahrzeugunfälle verwendet werden, und welches automatisch die
Daten korrigiert, die von einem Beschleunigungssensor und
einem Gierratensensor gemessen werden, auf der Grundlage der
am Getriebe gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit, und des von
einem Lenkwinkelsensor gemessenen Lenkwinkels.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Minimieren von
Fehlern von Sensoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung
für Fahrzeugunfälle eingesetzt werden, werden zuerst von
Sensoren Daten gemessen, welche die Beschleunigung, die
Gierrate, die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit,
und den Lenkwinkel umfassen, und dann wird der Fehler im
bezug auf die Vorwärtsbeschleunigung auf der Grundlage der am
Getriebe gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit korrigiert. Als
nächstes wird der Fehler der Querbeschleunigung auf der
Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Lenkwinkels
korrigiert, der von einem Lenkwinkelsensor gemessen wird, und
dann wird der Fehler der Drehwinkelgeschwindigkeit auf der
Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit
korrigiert. Zum Schluß werden die Daten als korrigierte Werte
aufgezeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch
dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, aus
welchen weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Darstellung von Nulloffsetfehlern, wobei die
Vergrößerung der Fehler infolge einer Integration dargestellt
ist;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Aufzeichnungseinrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung; und
Fig. 3 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Minimieren von
Fehlern bei Sensoren, die bei einer Aufzeichnungseinrichtung
für Fahrzeugunfälle eingesetzt werden, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt als Blockschaltbild eine
Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei
zumindest ein Beschleunigungssensor 20 zur Messung der
Beschleunigung vorgesehen ist, zumindest ein Gierratensensor
21 zum Messung der Drehwinkelgeschwindigkeit, zumindest ein
Tachometer (Geschwindigkeitsmeßgerät) 22, der am Getriebe
angebracht ist, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu messen,
zumindest ein Lenkwinkelsensor 23 zur Messung des
Lenkwinkels, ein Steuerteil 24 zur Berechnung und Korrektur
von Nulloffsetfehlern des Beschleunigungssensors und des
Gierratensensors auf der Grundlage der vom Tachometer
gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und des vom
Lenkwinkelsensor gemessene Lenkwinkels, sowie ein
Speicherteil 25 zum Speichern von Ausgangswerten des
Steuerteils.
Fig. 3 zeigt als Flußdiagramm ein Verfahren zum Minimieren
von Fehlern bei Sensoren, die bei einer
Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle eingesetzt
werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Schritt 30 werden beim Fahren eines Fahrzeugs
Daten durch Sensoren 21 bis 23 gemessen, und in dem
Speicherteil 25 gespeichert, wobei die Daten die
Beschleunigung, die Drehwinkelgeschwindigkeit, die
Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel umfassen.
Die Daten im bezug auf die Beschleunigung und die
Drehwinkelgeschwindigkeit, die in dem ersten Schritt gemessen
wurden, müssen korrigiert werden, da der
Beschleunigungssensor 30 und der
Drehwinkelgeschwindigkeitssensor 21 dazu neigen, den Effekt
einer Nulloffsetdrift zu zeigen.
Die Beschleunigung ist definiert als die Summe der
Vorwärtsbeschleunigung und der Querbeschleunigung.
In einem zweiten Schritt 31 wird der Fehler bezüglich der
Vorwärtsbeschleunigung korrigiert, und als nächstes wird eine
Vorgehensweise zum Korrigieren des Fehlers bezüglich der
Vorwärtsbeschleunigung geschildert.
Es gibt folgende Beziehung zwischen der
Vorwärtsbeschleunigung Gx, die von dem Beschleunigungssensor
gemessen wird, und der Fahrzeuggeschwindigkeit Vx in
Vorwärtsrichtung, nämlich
Gx
= (XA/D
- offset) . S
Vx
= ∫Gx
dt
= ∫(XA/D
= ∫(XA/D
- offset) . Sdt = VTM '
wobei XA/D ein Ausgangssignal des Sensors ist, Offset den
Nulloffset bezeichnet, S ein Skalenfaktor ist, und VTM die
Fahrzeuggeschwindigkeit ist, gemessen von dem Tachometer, der
am Getriebe angebracht ist. Der Skalenfaktor S wird vorher
entsprechend dem jeweiligen Beschleunigungsmeßgerät
festgelegt.
Dann wird der Nulloffset der Vorwärtsbeschleunigung
folgendermaßen berechnet
wobei N eine vorher festgelegte, ausreichend große ganze Zahl
ist, um die numerische Integration in der ersten Zeile der
Formel zu berechnen, Ts = T/N ist, und Mean den Mittelwert
bezeichnet.
Der Nulloffset der Vorwärtsbeschleunigung, der gemäß
Gleichung 3 berechnet wurde, wird zum Korrigieren des Fehlers
der Vorwärtsbeschleunigung Gx in Gleichung 1 verwendet.
In einem dritten Schritt 32, der nach Beendigung des zweiten
Schrittes 31 durchgeführt wird, wird der Fehler bezüglich der
Querbeschleunigung korrigiert, und als nächstes wird eine
Vorgehensweise zum Korrigieren des Fehlers der
Querbeschleunigung geschildert.
Es gibt folgende Beziehung zwischen der Querbeschleunigung
Gy, die durch den Beschleunigungssensor gemessen wird, der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkwinkel δ, nämlich
wobei YA/D ein Ausgangssignal des Sensors ist, Offset den
Nulloffset bezeichnet, S ein Skalenfaktor ist, A ein
Stabilitätsfaktor, und L den Radstand des Fahrzeugs
bezeichnet. Der Skalenfaktor S wird vorher entsprechend dem
jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt, der
Radstand L hängt von dem jeweiligen Fahrzeug ab.
Dann wird der Nulloffset der Querbeschleunigung
folgendermaßen berechnet
Der Nulloffset der Querbeschleunigung, der gemäß Gleichung 5
berechnet wurde, wird zur Korrektur des Fehlers der
Querbeschleunigung Gy in Gleichung 4 verwendet.
In einem vierten Schritt 33, der nach Beendigung des dritten
Schrittes 32 durchgeführt wird, wird die Gierrate auf der
Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit V und des Lenkwinkels δ
korrigiert, und als nächstes wird eine Vorgehensweise zum
Korrigieren des Fehlers bezüglich der Gierrate erläutert.
Beim normalen Fahren eines Fahrzeugs entlang einer Kurve ist
folgende Beziehung zwischen der Gierrate r, der
Fahrzeuggeschwindigkeit V und dem Lenkwinkel δ vorhanden,
nämlich
wobei RA/D ein Ausgangssignal des Sensors ist, Offset den
Nulloffset bezeichnet, S ein Skalenfaktor ist, A ein
Stabilitätsfaktor, und L den Radstand des Fahrzeugs
bezeichnet. Der Skalenfaktor S wird vorher entsprechend den
jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt, und
der Radstand L hängt von dem jeweiligen Fahrzeug ab.
Dann wird der Nulloffset der Gierrate folgendermaßen
berechnet
Der Nulloffset der Gierrate, der gemäß Gleichung 7 berechnet
wurde, wird zur Korrektur des Fehlers der Gierrate r in
Gleichung 6 verwendet.
In einem fünften Schritt 34, der nach Beendigung des vierten
Schrittes 33 durchgeführt wird, werden die korrigierten Werte
für die Beschleunigung und die Drehwinkelgeschwindigkeit des
Fahrzeugs in dem Speicherteil 25 aufgezeichnet.
Bei dem voranstehend geschilderten, erfindungsgemäßen
Verfahren können die exakten Werte für die Beschleunigung und
die Drehwinkelgeschwindigkeit dadurch aufgezeichnet werden,
dass Nulloffsetfehler des Beschleunigungssensors und des
Gierratensensors auf der Grundlage der am Getriebe gemessenen
Fahrzeuggeschwindigkeit und des vom Lenkwinkelsensor
gemessene Lenkwinkels korrigiert werden. Die exakte
Aufzeichnung ermöglicht eine genaue Rekonstruktion eines
Unfalls.
Claims (7)
1. Verfahren zum Minimieren von Fehlern bei Sensoren, die
bei einer Aufzeichnungseinrichtung für Fahrzeugunfälle
verwendet werden, mit folgenden Schritten:
Messen von Daten durch Sensoren, wobei die Daten die Beschleunigung, die Gierrate, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel umfassen;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Vorwärtsbeschleunigung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Querbeschleunigung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkels;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Gierrate auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und
Aufzeichnung von Daten als korrigierte Werte.
Messen von Daten durch Sensoren, wobei die Daten die Beschleunigung, die Gierrate, die Fahrzeuggeschwindigkeit und den Lenkwinkel umfassen;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Vorwärtsbeschleunigung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Querbeschleunigung auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit und Lenkwinkels;
Korrektur von Fehlern bezüglich der Gierrate auf der Grundlage des Lenkwinkels und der Fahrzeuggeschwindigkeit; und
Aufzeichnung von Daten als korrigierte Werte.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt der Korrektur von Fehlern bezüglich der
Vorwärtsbeschleunigung weiterhin den Schritt der
Korrektur der Vorwärtsbeschleunigung Gx aus einem
Ausgangssignal XA/D des Beschleunigungssensors auf der
Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit umfaßt, die am
Getriebe gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorwärtsbeschleunigung Gx berechnet wird aus Gx =
(XA/D - Offset) . S.
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend dem jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, und
Offset, nämlich der Nulloffset der Vorwärtsbeschleunigung, folgendermaßen berechnet wird
wobei VTM die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend dem jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, und
Offset, nämlich der Nulloffset der Vorwärtsbeschleunigung, folgendermaßen berechnet wird
wobei VTM die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt der Korrektur von Fehlern bezüglich der
Querbeschleunigung weiterhin den Schritt der Korrektur
der Querbeschleunigung Gy aus einem Ausgangssignal YA/D
des Beschleunigungssensors auf der Grundlage der am
Getriebe gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und des
durch einen Lenkwinkelsensor gemessenen Lenkwinkels
umfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
die Querbeschleunigung Gy folgendermaßen berechnet wird
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend dem jeweiligen Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, A ein Stabilitätsfaktor ist, L den Radstand des Fahrzeugs bezeichnet, V die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, δ der von dem Lenkwinkelsensor gemessene Lenkwinkel ist, und Offset, nämlich der Nulloffset der Querbeschleunigung, folgendermaßen berechnet wird
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend dem jeweiligen Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, A ein Stabilitätsfaktor ist, L den Radstand des Fahrzeugs bezeichnet, V die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, δ der von dem Lenkwinkelsensor gemessene Lenkwinkel ist, und Offset, nämlich der Nulloffset der Querbeschleunigung, folgendermaßen berechnet wird
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt der Korrektur von Fehlern bezüglich der
Gierrate weiterhin den Schritt der Korrektur der
Gierrate r aus einem Ausgangssignal RA/D des
Gierratensensors auf der Grundlage der am Getriebe
gemessenen Fahrzeuggeschwindigkeit und des vom
Lenkwinkelsensor gemessenen Lenkwinkels umfaßt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
die Gierrate berechnet wird aus
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend den jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, A ein Stabilitätsfaktor ist, L den Radstand des Fahrzeugs bezeichnet, V die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, δ der von dem Lenkwinkelsensor gemessene Lenkwinkel ist, und Offset, nämlich der Nulloffset der Gierrate, folgendermaßen berechnet wird
wobei S ein Skalenfaktor ist, der vorher entsprechend den jeweils verwendeten Beschleunigungsmeßgerät festgelegt wird, A ein Stabilitätsfaktor ist, L den Radstand des Fahrzeugs bezeichnet, V die am Getriebe gemessene Fahrzeuggeschwindigkeit ist, δ der von dem Lenkwinkelsensor gemessene Lenkwinkel ist, und Offset, nämlich der Nulloffset der Gierrate, folgendermaßen berechnet wird
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