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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufzeichnen und
Verarbeiten von Fahrtdaten eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann
dieses Verfahren zu Trainingszwecken verwendet werden.
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Bislang
war man darauf angewiesen, Fahrzeugdaten mit speziellen Messgeräten aufzuzeichnen
und die aufgezeichneten Daten per Funk an einen Leitstand zu übermitteln.
Solche Geräte
sind allerdings nur von Experten zu bedienen und sie erfordern einen
hohen Vorbereitungsaufwand.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, mit möglichst
einfachen Mitteln Fahrtdaten aufzuzeichnen und diese für eine komfortable
Analyse zur Verfügung
zu stellen.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe gelöst durch
ein Verfahren nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen
definiert.
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Erfindungsgemäß werden
demnach Fahrtdaten eines Kraftfahrzeugs dadurch aufgezeichnet, dass
zunächst
eine Position und Orientierung des Kraftfahrzeugs mithilfe eines
satellitengestützten
Positioniersystems und einer in das Kraftfahrzeug eingebauten Stereokamera
kontinuierlich während
einer Fahrt ermittelt werden. Daneben werden Bilder der Fahrt des
Kraftfahrzeugs auf einer vorbestimmten Strecke mithilfe der Stereokamera
oder einer anderen Kamera aufgezeichnet. Ferner werden Streckendaten
der Strecke bereitgestellt. Schließlich wird eine auf der Basis
der Positionen und Orientierungen während der Fahrt sowie der Streckendaten
gewonnene Fahrtlinie in die aufgezeichneten Bilder projiziert. Mit
der Stereokamera können
gegebenenfalls Fahrbahnbegrenzungen ermittelt werden. Weiterhin ist
es vorteilhaft, wenn das Überfahren
einer Start-/Ziel-Linie automatisch erkannt wird, um das Aufzeichnen
der Fahrtdaten zu steuern. Darüber
hinaus ist es vorteilhaft, wenn die aufgezeichneten Bilder mit der
Fahrtlinie für
die gesamte gefahrene Strecke sequentiell wiedergegeben werden können. Außerdem ist
es günstig,
wenn neben der Fahrtlinie eine weitere vorgegebene Linie in die
aufgezeichneten Bilder projiziert wird. Gegebenenfalls lassen sich Abweichungen
zwischen der Fahrtlinie und der vorgegebenen Linie, die ein vorbestimmtes
Maß überschreiten,
optisch bei der Wiedergabe der Bilder markieren.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in
denen zeigen:
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1 das
Bild einer Fahrtstrecke mit Fahrtlinie und Ideallinie;
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2 ein
linkes Bild und ein rechtes Bild einer Stereokamera;
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3 eine
Prinzipskizze zum Aufzeichnen von Bildern der Fahrtstrecke;
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4 ein
Signalflussdiagramm einer Datenverarbeitung mit Nightview-Kamera;
und
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5 ein
Signalflussdiagramm der Datenverarbeitung ohne Nightview-Kamera.
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Die
nachfolgend näher
geschilderten Ausführungsbeispiele
stellen bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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Erfindungsgemäß wird eine
Möglichkeit
bereitgestellt, den genauen Verlauf einer Fahrt auf einer Test-
oder Rennstrecke mit serienmäßig verbauter Sensorik
(Kamera, Stereo-Kamera,
Beschleunigungssensoren, Lenkradwinkelsensoren etc.) aufzuzeichnen,
so dass der Fahrer die aufgezeichneten Daten später analysieren kann. Die Aufzeichnung und
Auswertung der Daten ist besonders einfach und intuitiv und daher
auch von technischen Laien durchführbar. Damit kann ein Fahrer
seine Fahrzeugführung
auf Renn- bzw. Teststrecken analysieren und gezielt verbessern.
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Gemäß dem vorgestellten
Beispiel wird mithilfe einer Nightview-Kamera (NV) ein Film der
Fahrt auf einer Head-Unit (HU) aufgezeichnet und mit Daten zum Fahrzustand
des Fahrzeugs kombiniert. Direkt nach der Fahrt kann der Fahrer
in einer Auswerteeinheit (COMAND) die Fahrt Bild für Bild analysieren
und seine Fahrt- bzw. Fahrlinie mit der Ideallinie oder Linien von
Rennfahrern vergleichen. Die Rennstrecke, die Überfahrt der Start-/Ziel-Linie
sowie die Position des Fahrzeugs auf der Strecke werden über GPS
ermittelt und mithilfe der Stereokamera (SMPC) präzisiert.
Dazu wird in den Stereo-Bildern
Lage und Verlauf der Fahrbahnbegrenzungen ermittelt und im Abgleich
mit einer Strecken-Datenbank die genaue Position und Orientierung
des Fahrzeugs berechnet. Die Datenaufzeichnung kann auf bestimmte
Test- bzw. Rennstrecken begrenzt sein. Außerdem sollte aus Sicherheitsgründen die
Analyse nur nach der Fahrt bei stehendem Fahrzeug möglich sein.
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In
dem vorliegenden Beispiel sind von der Fahrt zur Analyse nur fünf Schritte
notwendig. Zunächst
wird die Trainingsvorrichtung, die die Daten aufzeichnet und mit
der die Daten analysierbar sind, in einem ersten Schritt auf der
Rennstrecke aktiviert. Die Software erkennt selbständig den
Streckenverlauf und die Fahrzeugposition. Komfortablerweise wird
sie direkt auf einem Bildschirm angezeigt (z. B.: „Nürburgring
Nordschleife”).
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In
einem zweiten Schritt wird die Aufnahme gestartet. Hierzu aktiviert
der Fahrer die Aufnahme über
ein Menü.
Die Aufzeichnung der Fahrt- bzw. Fahrdaten erfolgt automatisch,
sobald das Fahrzeug auf die Strecke einbiegt. Gegebenenfalls wird
der verfügbare
Speicher in Zeiteinheiten angegeben.
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In
dem dritten Schritt wird die Strecke abgefahren. Die Film- und Fahrzeugdaten
werden aufgezeichnet. Die Überfahrten
der Start-/Ziel-Linie werden automatisch erkannt. Auf dem Bildschirm
wird gegebenenfalls die gesamte Rennstrecke in einer Vogelperspektive
dargestellt. In dieser Darstellung ist auch die Start-/Ziel-Linie
markiert und die aktuelle Position des Fahrzeugs wird ständig aktualisiert
eingezeichnet. Ebenso wird eine Aufnahmezeit und gegebenenfalls
eine Zeit seit Rennbeginn angezeigt. Optional kann die Aufnahme
manuell gestoppt werden.
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In
Schritt 4 wird die Analyse gestartet. Hierzu wird die letzte Aufnahme
als neu abgespeichert. Dabei kann auch der Name der Rennstrecke,
das Datum, die aktuelle Uhrzeit, die Renndauer, die Rundennummer
und dergleichen abgespeichert werden. Wie bereits erwähnt, ist
aus Sicherheitsgründen die
Analyse nur bei stehendem Fahrzeug möglich.
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In
Schritt 5 folgt die tatsächliche
Analyse der Fahrt mithilfe des Bildschirms der Trainingsvorrichtung.
Die Trainingsvorrichtung kann eine eigene Auswerteeinheit und einen
eigenen Bildschirm umfassen. Alternativ können auch die serienmäßig im Fahrzeug
verbauten Komponenten wie Bordcomputer und Displays verwendet werden.
Zur Analyse wechselt das Trainingsprogramm in den Vollbildmodus und
spielt die Fahrt in dem Display ab. Die Wiedergabe kann über eine
Steuereinheit manuell gesteuert werden.
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1 zeigt
ein Bild der Wiedergabe einer Fahrt auf einem Display. In der linken
oberen Ecke ist hier die gesamte Rennstrecke 1 in Vogelperspektive klein
eingeblendet. Die Start-/Ziel-Linie 2 ist markiert. Außerdem ist
die aktuelle Analyseposition 3 auf der Rennstrecke 1 markiert.
Ebenso ist die bereits zurückgelegte
Strecke 4 gekennzeichnet.
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Das
von der Fahrzeugkamera an der Position 3 aufgenommene Bild 5 wird
auf dem Bildschirm im Hintergrund wiedergegeben. Es ist dort die
tatsächliche
Fahrbahn zu erkennen und außerdem
ist die Fahrlinie 6, die das Kraftfahrzeug während der Fahrt
(Schritt 3) eingenommen hat, in das Bild 5 projiziert.
Ebenfalls ist hier eine Ideallinie 7 in das Bild projiziert,
die beispielsweise von einem erfolgreichen Rennfahrer stammt. Die
Abweichung 8 zwischen Fahrlinie 6 und Ideallinie 7 wird
für die
aktuelle Position 3 in den Bildschirm eingeblendet. Abschnitte 9 der
Rennstrecke, an denen Fahrlinie 6 und Referenz- bzw. Ideallinie 7 besonders
weit auseinanderliegen, werden farblich markiert.
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Auf
dem Bildschirm können
weitere Informationen, die dem Fahrer bzw. Analysator von Bedeutung
sein können,
angegeben werden. Beispielsweise werden hier auch die Rundenzahl,
Rundenzeit, Fahrtgeschwindigkeit während der Testfahrt, Orientierung,
Beschleunigung und Drehzahl wiedergegeben. Gegebenenfalls kann die
eine oder andere Information auch ausgeblendet werden.
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Das
Analyseprogramm kann Statistikfunktionen aufweisen. So können beispielsweise
in einer Tabelle mehrere aufgenommene Runden übersichtlich miteinander verglichen
werden. Dabei kann in der Tabelle die Rundennummer, die jeweilige
Rundenzeit, eine Durchschnittsgeschwindigkeit und eine Maximalgeschwindigkeit
angegeben sein.
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Außerdem kann
das Programm Mittel aufweisen, um mehrere Aufnahmen zu organisieren. Damit
können
beispielsweise Aufnahmen im Speicher abgelegt und aus diesem für die Analyse
ausgewählt
werden. Weiterhin können
damit Aufnahmen gelöscht oder
beispielsweise für
einen Hometrainer auf einen USB-Stick exportiert werden. Beispielhaft lassen
sich die einzelnen Aufnahmen tabellarisch auf einem Bildschirm mit
Streckennamen, Datum, Uhrzeit, Renndauer, Rundenanzahl und dergleichen
wiedergeben. Die jeweilige Aufnahme kann dann aus der Tabelle ausgewählt und
weiter verarbeitet werden.
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Gegebenenfalls
können
mit dem Hometrainer die aufgezeichneten Fahrten auch am PC/Mac eventuell
sogar umfangreicher als im Fahrzeug analysiert werden. So ist der
Vergleich von Fahrlinien verschiedener Fahrten/Runden möglich und
Fahrten und Analysen können
auch als kompletter Film exportiert werden, z. B. für eine eigene
Homepage.
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Nachfolgend
wird die technische Umsetzung der Vorrichtung bzw. des Verfahrens
zum Aufzeichnen und Verarbeiten der Fahrtdaten beschrieben. Ein wesentlicher
Aspekt dabei ist die Bestimmung von Fahrzeugposition und -orientierung.
Hierzu sind in einer Streckendatenbank in 3D-GPS-Koordinaten die genauen
Trajektorien der Fahrbahnbegrenzungen und der Ideallinie abgelegt.
Sofern verfügbar,
können hier
auch Fahrlinien von bekannten Rennfahrern gespeichert werden. Zusätzlich sind
die Positionen der Start-/Ziel-Linie, der Boxengasse und mögliche Streckenvarianten
hinterlegt.
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Die
Position des Fahrzeugs auf der Strecke wird über GPS geschätzt und
mithilfe einer Stereokamera (SMPC) präzisiert. Dazu werden gemäß 2 Stereo-Bilder
der Rennstrecke aufgenommen. In den Stereo-Bildern werden Lage und
Verlauf der Fahrbahnbegrenzungen (linke Fahrbahnbegrenzung 10 und
rechte Fahrbahnbegrenzung 11) ermittelt. Im Abgleich mit
der Strecken-Datenbank wird die genaue Position und Orientierung
des Fahrzeugs berechnet. Die Fahrbahnbegrenzungen 10, 11 sind
meist durch farbige Linien, Randsteine, Leitplanken oder Ähnliches
markiert. Insbesondere vor bzw. in Kurvendurchfahrten, wo es auf
eine gute Fahrlinie ankommt, sind die Fahrbahnbegrenzungen in der
Regel deutlich hervorgehoben.
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Für die Datenverarbeitung
kann die Trainingsvorrichtung Ressourcen von Funktionen nutzen,
die während
einer Fahrt auf der Rennstrecke nicht gebraucht werden bzw. hinderlich
sind: Nightview Plus, Intelligent Headlight Control, Verkehrszeichenerkennung,
Advanced Lateral Support, Collision Mitigation Quer, Kreuzungsassistent
etc.
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Die
NV-Bilder einer NV-Kamera 12 (vgl. 3) werden – wie bekannt – über eine
LVDS-Verbindung
zur Head-Unit (HU) geschickt. Parallel werden auf der SMPC zusammen
mit einem GPS-System 13 die genaue Fahrzeugposition und
-orientierung bestimmt. Zusätzlich
wird auf dem SMPC die Fahrzeugbewegung ermittelt und zur HU übermittelt. Dazu
werden GPS-Daten, Quer- und Längsbeschleunigung,
Gierrate, Lenkwinkel und anderes mit einer Bewegungsschätzung über den
optischen Fluss kombiniert. Diese Metadaten werden zeitsynchron
zu den NV-Bildern auf der HU gespeichert. Bei der späteren Analyse
werden die NV-Bilder mit den Metadaten überlagert. Bei bekannter Position
und Orientierung des Fahrzeugs kann die Fahrlinie korrekt in das
NV-Bild projiziert werden. Wenn eine ausreichend schnelle Datenleitung
von der SMPC zur HU zur Verfügung
steht, kann auf die NV-Kamera verzichtet und direkt auf der SMPC
ein vergleichbares Farb- oder Graustufenbild erzeugt werden.
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Anhand
von 4 wird nun die Datenverarbeitung bei einem Ausführungsbeispiel
mit Nightview-Kamera näher
erläutert.
Mit der Nightview-Kamera werden Monobilder 20 aufgenommen.
Sie werden einer Videokompression 21 unterzogen, woraus Bilddaten 22 resultieren.
Die Bilddaten werden an die HU geschickt.
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Gleichzeitig
werden mit der Stereokamera Stereo-Bilder 23 erzeugt. Aus
Daten einer Streckendatenbank 24 der HU und den Stereo-Bildern 23 wird in
einer Begrenzungserkennungseinheit 25 der Verlauf der Fahrbahnbegrenzungen
erkannt. Aus GPS-Daten 26 und dem Verlauf der Fahrbahnbegrenzungen
wird in einer Positionsbestimmungseinheit 27 die Fahrzeug-Position
und -orientierung bestimmt. Eine Bewegungsbestimmungseinheit 28 bestimmt
aus den GPS-Daten 26, einem optischen Fluss 29 aus
den Stereo-Bildern 23 und weiteren Sensordaten 30 (Quer-
und Längsbeschleunigung, Geschwindigkeit,
Lenkwinkel etc.) Fahrzeugbewegungsdaten. Diese Fahrzeugbewegungsdaten
werden mit den Positions- und Orientierungsdaten der Positionsbestimmungseinheit 27 zu
Metadaten 31 kombiniert. Diese Metadaten 31 werden
an die HU übermittelt
und dort zusammen mit den Bilddaten 22 der Nightview-Kamera zu einem Bild-
und Metadatensatz 32 kombiniert bzw. synchronisiert. Dieser Bild- und Metadatensatz 32 wird
auf einer Speichereinheit 33 der HU aufgezeichnet. Gegebenenfalls wird
daraus die Streckendatenbank 24 gespeist.
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Gemäß der alternativen
Ausführungsform von 5 kann
auf eine Nightview-Kamera verzichtet werden. Dann werden in der
Stereokamera aus den Stereo-Bildern 23 mithilfe einer Einzelbildeinheit 34 Einzelbilder 35 erzeugt.
Dabei handelt es sich jeweils beispielsweise um ein Farbbild, das
wie in dem Beispiel von 4 einer Videokompression 21 unterzogen
wird, wodurch Bilddaten 22 erhalten werden. Der übrige Datenfluss
entspricht dem Beispiel von 4. Es wird
hierzu auf die dortige Beschreibung hingewiesen. Auch hier werden
in der HU die Bild- und Metadaten gespeichert. Die spätere Aufbereitung
der Daten bei der Analyse sowie ihre Ablage und Organisation erfolgen
komplett auf der HU.
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Aus
dem Speicher der HU können
Aufnahmen für
die Analyse ausgewählt,
gelöscht
oder, wie oben bereits angedeutet wurde, beispielsweise für einen
Hometrainer auf einen USB-Stick
exportiert werden.
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Während der
Analyse kann die Bildwiedergabe über
eine Steuereinheit gesteuert werden. Die Steuereinheit kann ein
für übliche Bedienzwecke
im Fahrzeug genutztes Multifunktions-Betätigungselement sein. Beispielsweise
lässt sich
durch kurzes Drücken
dieses Betätigungselements
die Bildwiedergabe starten bzw. pausieren. Durch Drehen oder Schieben
des Betätigungselements
lässt sich
bei laufendem Film die Wiedergabegeschwindigkeit und -richtung einstellen
bzw. lassen sich bei pausierendem Film Einzelbilder vor- oder zurückblättern.
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Die
Aufzeichnung und Analyse von Fahrten auf Test- oder Rennstrecken
kann mit dem vorgestellten Verfahren ohne weitreichende technische
Kenntnisse und ohne separate Messgeräte durchgeführt werden.
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- 1
- Rennstrecke
- 2
- Start-/Ziel-Linie
- 3
- aktuelle
Analyseposition
- 4
- bereits
zurückgelegte
Strecke
- 5
- Bild
- 6
- Fahrlinie
- 7
- Ideallinie
- 8
- Abweichung
- 9
- Abschnitte
- 10
- linke
Fahrbahnbegrenzung
- 11
- rechte
Fahrbahnbegrenzung
- 12
- Nightview-Kamera
- 13
- GPS-System
- 20
- Monobilder
- 21
- Videokompression
- 22
- Bilddaten
- 23
- Stereo-Bilder
- 24
- Streckendatenbank
- 25
- Begrenzungserkennungseinheit
- 26
- GPS-Daten
- 27
- Positionsbestimmungseinheit
- 28
- Bewegungsbestimmungseinheit
- 29
- optischer
Fluss
- 30
- Sensordaten
- 31
- Metadaten
- 32
- Bild-
und Metadatensatz
- 33
- Speichereinheit
- 34
- Einzelbildeinheit
- 35
- Einzelbilder