ES2577328T3 - Registrador de datos de vehículo - Google Patents
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Abstract
Un registrador de datos de vehículo, que comprende: un receptor de RF de sistema frontal (32) para recibir datos de señales de posicionamiento por satélite y producir señales de frecuencia intermedia muestreadas de los datos de señales de posicionamiento por satélite recibidos; un dispositivo de memoria (36) para almacenar las señales de frecuencia intermedia muestreadas procedentes del receptor de sistema frontal (32); y un controlador de memoria (37) configurado para controlar el dispositivo de memoria para almacenar un bloque de las señales de frecuencia intermedia muestreadas correspondientes a un período de tiempo previo al momento de un incidente en el que está implicado el vehículo (70).
Description
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DESCRIPCION
Registrador de datos de vetnculo
La presente invencion se refiere a un registrador de datos de vetnculo para su uso, por ejemplo, en el analisis de las circunstancias previas a un accidente.
El dispositivo mas conocido de este tipo es la caja negra de los aviones, que registra toda la informacion de sistema disponible durante el vuelo.
Se ha propuesto adoptar un enfoque similar para los vehnculos de carretera, con el sistema registrando tal informacion, como datos de activacion ABS, informacion de gestion de control electronico, informacion de activacion del pedal de freno etc., para ayudar a obtener las causas de un accidente.
Tambien se ha propuesto usar un receptor GPS para facilitar los calculos de velocidad y posicion a realizar, y las mediciones de tiempo a obtener. A continuacion, esta informacion puede almacenarse con otra informacion de sistema de vetnculo interna.
El uso de un receptor GPS para proporcionar la informacion de velocidad y de posicion para complementar la otra informacion de sistema de control aumenta significativamente el coste del sistema.
Un receptor GPS comprende un receptor de radio que recibe senales procedentes de, habitualmente, cuatro o mas satelites GPS. Se usan ecuaciones por parte del receptor GPS para obtener las coordenadas del receptor, asf como una desviacion de reloj a partir del conocimiento de las posiciones de satelite y sus pseudorrangos respectivos. La velocidad del receptor puede obtenerse a partir del conocimiento de las velocidades de satelite y sus respectivas desviaciones Doppler que se miden por el receptor.
Los datos transmitidos por cada satelite consisten, en terminos generales, en tres conjuntos de informacion, las efemerides, el almanaque y los parametros de correccion de reloj. Las efemerides consisten en una informacion detallada sobre el curso propio del satelite durante las proximas horas, el almanaque consiste en una informacion menos detallada sobre la constelacion de satelites completa durante un penodo mas largo y los parametros de correccion de reloj permiten al usuario corregir los errores propios del reloj del satelite GPS. Las transmisiones por satelite consisten en una senal de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS) que contiene las efemerides, el almanaque, y la informacion de correccion de reloj a una velocidad de 50 bits por segundo (bps). En el caso del servicio de posicionamiento estandar (SPS), se usa una senal de ruido pseudoaleatorio (PRN), que tiene una velocidad de chip de 1,023 MHz y que es unica para cada satelite, para ensanchar el espectro de la informacion, que se transmite, a continuacion, en una frecuencia central de 1575,42 MHz. La senal PRN se conoce como un codigo de adquisicion grueso (C/A), ya que proporciona las marcas de temporizacion requeridas para una rapida adquisicion de senales GPS y la navegacion en curso. Para recuperar los datos GPS y medir el tiempo de propagacion de las senales del satelite, el receptor GPS debe suspender o permitir la desviacion de frecuencia Doppler y generar el codigo C/A pertinente para cada satelite.
Esto puede ser computacionalmente muy intenso, ya que para desexpandir las senales DSSS, los codigos PRN entrantes y localmente generados deben sincronizarse con precision.
La potencia de procesamiento requerida para procesar una senal GPS recibida es, por lo tanto, significativa, y el coste resultante de una caja negra de vetnculo que usa un receptor GPS puede ser, por lo tanto, prohibitivo, especialmente si el sistema GPS de caja negra debe ser independiente de cualquier sistema de navegacion GPS del vetnculo. Esto puede ser deseable para que puedan tomarse medidas de seguridad adicionales para que el sistema GPS de caja negra evite la falsificacion de datos.
El documento US2004189454 desvela un dispositivo sensor que esta dispuesto en un compartimento cerca del centro de un vetnculo, y transmite los datos de movimiento que representan el movimiento del vetnculo obtenidos a partir de sensores de otras ECU y dispositivos conectados a una LAN en el vetnculo a traves de un controlador de bus. El dispositivo sensor tiene la funcion de un registrador que almacena los datos de funcionamiento (estados de funcionamiento del pedal del acelerador, el volante, el pedal de freno, etc.) junto con los datos de movimiento en una memoria. En caso de colision del vetnculo, se detecta por un sensor G de colision, impide la escritura en la memoria despues de que ha pasado un penodo de espera, y retiene los datos de movimiento y los datos de funcionamiento antes y despues de la colision almacenada en la memoria.
El sistema TlDGET ™ Mayday para motoristas se describio en el Simposio de localizacion de posicion y navegacion de 1994, presentado en ISBN 0-7803-1435-02, y se propuso para proporcionar un metodo eficaz de localizacion de vetnculos con necesidad de asistencia.
De acuerdo con la invencion, se proporciona un registrador de datos de vetnculo, que comprende: un receptor de RF de sistema frontal para recibir datos de senales de posicionamiento por satelite y producir senales de frecuencia intermedia muestreadas de los datos de senales de posicionamiento por satelite recibidos; un dispositivo de memoria para almacenar las senales de frecuencia intermedia muestreadas procedentes del receptor de sistema frontal; y un controlador de memoria (37) configurado para controlar el dispositivo de memoria para almacenar un bloque de las senales de frecuencia intermedia muestreadas correspondientes a un penodo de tiempo previo al momento de un incidente en el que esta implicado el vetnculo.
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Este sistema facilita los datos requeridos para analizar una posicion de vetnculo previa a un incidente a almacenar, sin necesidad de una capacidad de procesamiento de datos de senales por satelite. El registrador de datos tambien hace que no se requiera ninguna capacidad de transmision. Esto permite un sistema de bajo coste a implementar.
El sistema puede ser un sistema GPS, en el que las senales de posicionamiento por satelite son datos GPS. Los datos GPS incluiran datos GPS de efemerides, almanaque y correccion de reloj, antes de cualquier procesamiento de senales digitales computacionalmente intenso, tal como calculos de correlacion. Los datos GPS estan en forma de una senal de IF digitalizada.
El dispositivo de memoria esta adaptado, preferentemente, por el medio de control para operar con una funcion primero en entrar-primero en salir circular. De esta manera, se almacena el conjunto de datos previos a un incidente. Esto puede ser al menos 5 minutos de datos, 10 minutos, 1 hora o mas. Preferentemente, el dispositivo de memoria almacena los datos como muestras de las senales de RF recibidas digitalizadas y de conversion descendente de frecuencia.
Preferentemente, se proporciona un detector para detectar el incidente, para suspender cualquier sustitucion posterior de los datos de memoria. Para este fin, puede usarse una senal de accionamiento de airbag o un acelerometro y/o un boton de emergencia.
El dispositivo de memoria puede controlarse para operar con una funcion primero en entrar-primero en salir circular solo cuando se activa el contacto de un vetnculo.
En una realizacion, se proporciona una pluralidad de antenas y el dispositivo de memoria esta adaptado para almacenar los datos muestreados procedentes de cada una de las antenas.
La invencion tambien proporciona un sistema de registrador de datos de vetnculo, que comprende:
un registrador de datos de vetnculo de la invencion; y
un sistema de procesamiento para procesar los datos muestreados del dispositivo de memoria para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica.
El sistema de procesamiento permite que el procesamiento se realice usando las tecnicas de procesamiento de datos mas modernas, y sin que se requiera ninguna potencia de procesamiento en el registrador de datos en el vetnculo. El sistema puede comprender una pluralidad de registradores de datos de vetnculo, y el sistema de procesamiento esta adaptado, ademas, para procesar conjuntamente los datos muestreados de los dispositivos de memoria de una pluralidad de registradores de datos de vetnculo para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica. Esto mejora la precision de la informacion de posicion relativa obtenida.
Preferentemente, el sistema de procesamiento comprende un dispositivo de memoria para almacenar la informacion de posicionamiento por satelite historica para permitir el procesamiento de los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados historicos.
La invencion tambien proporciona un metodo de analisis de datos de vetnculo relativos a un vetnculo implicado en un incidente, que comprende:
antes del incidente, almacenar los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados procedentes de un receptor de sistema frontal de RF dispuesto a bordo del vetnculo en un dispositivo de memoria a bordo del vetnculo;
y
despues del incidente, procesar los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados del dispositivo de memoria en un sitio de procesamiento alejado del vetnculo para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica.
A continuacion, se describira la presente invencion, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquematicos adjuntos en los que:
la figura 1 muestra una arquitectura de receptor GPS convencional en forma esquematica;
la figura 2 muestra un ejemplo del receptor de sistema frontal en mayor detalle; y
la figura 3 muestra un registrador y una estacion de procesamiento de datos de vetnculo de la invencion.
La invencion es de especial interes para los denominados “GPS de software”, es decir, un sistema GPS en el que todo el procesamiento de datos se implementa en software, con los datos recibidos almacenados en un bufer de memoria. Esto permite romper el enlace en tiempo real del receptor, y reduce la cantidad de hardware dedicado requerido (tal como correlacionadores).
La arquitectura basica de un receptor GPS de software 30 esta representada en la figura 1.
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El receptor comprende un receptor de sistema frontal 32, que recibe las senales inalambricas usando una antena 34. El receptor de sistema frontal 32 recibe senales de RF moduladas procedentes de uno o mas satelites.
La senal recibida se amplifica, se filtra, se somete a una conversion descendente, y se digitaliza por el receptor de sistema frontal 32 para producir una senal de banda base 33 obtenida de la senal recibida, y en la forma de muestras digitalizadas de los datos GPS de conversion descendente.
Las muestras digitalizadas se proporcionan a un bufer de memoria 36, y los datos almacenados en la memoria 36 se procesan por una CPU de proposito general, es decir, un procesador de senales digital (DSP) 38. Se proporciona una interfaz de usuario por el sistema de entrada/salida 40. Las muestras digitalizadas se procesan para extraer la informacion y los datos de las senales del satelite. Habitualmente, las muestras de datos estan en forma de uno o dos datos de bits, y en un equivalente muy superior a la velocidad de muestreo digital que la velocidad de datos de las senales recibidas desde los satelites.
El DSP 38 implementa las funciones de mas sistemas convencionales de hardware dedicado, de correlacion, multiplexacion y transformaciones de Fourier, de manera conocida.
La figura 2 muestra con mayor detalle un ejemplo de receptor de sistema frontal 32, de manera que pueden explicarse las senales presentes en el receptor.
Las senales recibidas desde la antena se filtran por un filtro de onda acustica de superficie (SAW) 50 antes de su amplificacion por un amplificador de bajo ruido (LNA) 52. Las senales se mezclan en el mezclador 54 con la salida de un oscilador controlado por tension (VCO) 56. Este hace una conversion descendente de las senales a una banda base de frecuencia intermedia, donde se someten a un filtrado adicional por el filtro 60 y la amplificacion con un control automatico de ganancia (AGC) en el amplificador 62. Un equivalente a la conversion digital tiene lugar en el conversor 63, que tambien proporciona un control de retroalimentacion para el ajuste de AGC. El receptor de sistema frontal tambien incluye un oscilador 64 y un sintetizador de frecuencia 66, como se muestra, controlando el sintetizador de frecuencia una unidad de reloj 68 para generar una senal de reloj CLK.
La invencion usa el receptor de sistema frontal y el dispositivo de memoria solo como un registrador de datos, funcionando la memoria como una memoria primero en entrar-primero en salir. De esta manera, la memoria puede almacenar los datos GPS requeridos para analizar los sucesos previos a un accidente, aunque el registrador de datos no necesita la potencia de procesamiento para interpretar los datos.
El sistema de la invencion se muestra en la figura 3.
Como se muestra, un vehfculo 70 esta provisto de un registrador de datos, que comprende solo el receptor de RF de sistema frontal GPS 32 y el dispositivo de memoria 36 para almacenar los datos GPS de banda base procedentes del receptor de sistema frontal. El dispositivo de memoria 36 es una memoria de primero en entrar-primero en salir circular, de manera que almacena un bloque de los datos GPS mas recientes. Un controlador de memoria 37 proporciona el control de memoria requerido. Los satelites GPS se muestran como 72.
El dispositivo de registro de datos esta conectado a los componentes electronicos del resto del vehfculo, de manera que los datos solo se registran (por ejemplo) cuando se activa el contacto. El registro de datos se detiene cuando se detecta un incidente, y esto puede basarse en la deteccion del despliegue del airbag, aunque podnan usarse otros detectores, tales como un acelerometro u otro sensor para detectar un incidente, en lugar del despliegue del airbag. El conductor tambien podna tener un boton de emergencia para implementar un bloqueo de memoria para retener los datos de memoria recientes.
Todas estas posibilidades se representan por el sensor esquematico 73 mostrado en la figura 3.
La forma exacta del dispositivo de memoria dependera de que dispositivos de memoria esten disponibles. Evidentemente, cuanto mayor es la RAM, mas largo es el penodo de tiempo que puede almacenarse por el dispositivo. En el lfmite, si esta disponible una tecnologfa lo suficientemente barata, podna registrarse toda la historia del coche. Esto evitana la necesidad de operar en la memoria como un bufer circular.
La antena se monta con una buena visibilidad de cielo. La figura 3 muestra dos antenas 34a, 34b, ofreciendo, cada una de las mismas, registros por separado para proporcionar informacion adicional, tal como la orientacion del coche, y/o para proporcionar redundancia.
Una tercera antena permitina determinar la orientacion 3D completa, incluyendo la inversion del vehfculo.
Por lo tanto, la idea basica es implementar un dispositivo de almacenamiento de datos que comprenda una antena, un sistema frontal de RF y una memoria, capaz de registrar datos GPS en forma de senales de frecuencia intermedia muestreadas (es decir, una conversion descendente de frecuencia muestreada de las transmisiones originales). Ninguno de estos registros se procesa hasta que se produce un incidente, momento en el que los datos
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registrados en y justo antes del incidente pueden extraerse y procesarse con el fin de determinar la posicion/velocidad del vetuculo en el que se ha instalado el dispositivo.
Una estacion de procesamiento, que se muestra como 74, incluye el procesador requerido 38 para obtener la informacion de posicion y de velocidad historica.
Habitualmente, en un incidente esta involucrado mas de un vetuculo, y si los multiples vetuculos estan equipados con un dispositivo de este tipo, los datos de cada vetuculo pueden procesarse conjuntamente para proporcionar una informacion de posicion/velocidad relativa mas precisa de lo que normalmente sena posible usando tecnicas tales como el GPS diferencial y/o el seguimiento de fase de portador.
Por lo tanto, el procesamiento de los datos GPS procedentes de multiples vetuculos en paralelo sena mas preciso que simplemente proporcionar un receptor GPS convencional en cada vetuculo, y sena mas diffcil manipular los datos.
El dispositivo de registro de datos tendra un coste reducido en comparacion con un receptor GPS completo.
Ademas, como las tecnicas de procesamiento evolucionan, estas pueden usarse cuando se procesan los datos, ya que el registrador de datos funciona solo para registrar los datos de RF (despues de la conversion descendente de frecuencia y el muestreo). Los procesos implementados en la estacion de procesamiento 74 pueden actualizarse para usar los ultimos enfoques sofisticados, sin limitar la cantidad de potencia de procesamiento que podna desplegarse. Por lo tanto, pueden obtenerse resultados mas fiables a lo largo del tiempo, sin la necesidad de actualizar el receptor en cada vetuculo.
La interpretacion de los datos en la estacion de procesamiento 74 tambien puede tener en cuenta la entrada de datos humana para ayudar en casos diffciles, por ejemplo, cuando se disponga de datos GPS limitados (por ejemplo, como resultado de una mala visibilidad del cielo).
Con el fin de procesar los datos, es preferible que la memoria 36 se retire ffsicamente del vetuculo, de manera que en el caso de un incidente, la parte de memoria del dispositivo (al menos) se recupere y este disponible para la organizacion del post-procesamiento. Obviamente, esto sena mas facil si se proporcionara una simple interfaz enchufable en el dispositivo, pero dado que la gran mayona de dispositivos nunca necesitara un post- procesamiento, se justifica la necesidad de un equipo especializado para extraer los datos registrados.
Sena necesario que hubiera una o mas organizaciones para proporcionar el servicio de post-procesamiento de los datos, que se proporciona en la estacion 74. Dichas organizaciones senan necesarias para registrar y almacenar informacion importante relacionada con el GPS, tal como efemerides de vetuculos espaciales (SV), correcciones de reloj de SV para todos los SV y momentos de interes. Una memoria para este fin se muestra como 75. Tambien sena deseable informacion de salud de SV y datos sobre los efectos atmosfericos, tales como los datos ionosfericos transmitidos, con el fin de facilitar dicho post-procesamiento. Tambien pueden almacenarse mensajes de datos en bruto (por ejemplo, 50 bpb) procedentes de los SV.
La invencion es de especial interes para el uso particular del automovil, en relacion con los accidentes de trafico. Sena igualmente aplicable a otros vetuculos (incluyendo los aviones), asf como a otros incidentes, por ejemplo para el seguimiento de activos despues de que se ha producido un incidente. De hecho, el dispositivo puede ser capaz de usar un sistema de navegacion que no este en funcionamiento en el momento de la instalacion, ya que todo el post- procesamiento se realiza fuera de lmea despues de cualquier incidente.
Anteriormente, solo se ha descrito un ejemplo de un diseno de receptor de sistema frontal, pero hay muchas variaciones posibles. La invencion almacena esencialmente los datos recibidos de los satelites sin un procesamiento de senales significativo, por ejemplo, solo despues de una conversion descendente de frecuencia (a una frecuencia intermedia) y el muestreo. Por lo tanto, debe entenderse que las expresiones “datos de senales de posicionamiento por satelite” y “datos GPS”, usadas en la descripcion y las reivindicaciones, comprenden los datos por satelite transmitidos con el fin de permitir que se realicen calculos de posicion, y no la informacion de posicion o de velocidad obtenida a partir del procesamiento de los datos por satelite.
La descripcion detallada anterior se refiere a una implementacion de GPS pero, por supuesto, la invencion es aplicable a cualquier sistema de posicionamiento basado en satelite, por ejemplo, el sistema de navegacion por satelite Galileo propuesto.
A partir de una lectura de la presente divulgacion, otras modificaciones seran evidentes para los expertos en la materia y podnan implicar otras caractensticas que ya son conocidas en el diseno, la fabricacion y el uso de GPS u otros receptores de senales por satelite y partes componentes de los mismos, y que podnan usarse en lugar de o ademas de las caractensticas ya descritas en el presente documento.
Claims (14)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Un registrador de datos de vehnculo, que comprende:un receptor de RF de sistema frontal (32) para recibir datos de senales de posicionamiento por satelite y producir senales de frecuencia intermedia muestreadas de los datos de senales de posicionamiento por satelite recibidos; un dispositivo de memoria (36) para almacenar las senales de frecuencia intermedia muestreadas procedentes del receptor de sistema frontal (32); yun controlador de memoria (37) configurado para controlar el dispositivo de memoria para almacenar un bloque de las senales de frecuencia intermedia muestreadas correspondientes a un penodo de tiempo previo al momento de un incidente en el que esta implicado el vehnculo (70).
- 2. Un registrador de datos de vehnculo de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que los datos de senales de posicionamiento por satelite comprenden datos GPS.
- 3. Un registrador de datos de vehnculo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que el dispositivo de memoria (36) esta adaptado por el controlador de memoria (37) para operar con una funcion primero en entrar-primero en salir circular.
- 4. Un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el dispositivo de memoria (36) esta adaptado para almacenar muestras de las senales de RF recibidas de conversion descendente de frecuencia.
- 5. Un registrador de datos de vehnculo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende ademas un detector (73) para detectar el incidente y suspender cualquier sustitucion posterior de los datos de memoria.
- 6. Un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el detector (73) es para recibir una senal de accionamiento de airbag.
- 7. Un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con la reivindicacion 5, en el que el detector (73) comprende un acelerometro y/o un boton de emergencia.
- 8. Un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el dispositivo de memoria (36) esta adaptado por el controlador de memoria (37) para operar con una funcion primero en entrar- primero en salir circular solo cuando se activa el contacto de un vehfculo.
- 9. Un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, que comprende una pluralidad de antenas (34a, 34b), y en el que el dispositivo de memoria (36) esta adaptado para almacenar los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados de cada una de las antenas.
- 10. Un sistema de registro de datos de vehfculo, que comprende:un registrador de datos de vehfculo de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior; yun sistema de procesamiento (74) para procesar los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados del dispositivo de memoria para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica.
- 11. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 10, que comprende una pluralidad de registradores de datos de vehfculo, cada uno de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,en el que el sistema de procesamiento (74) esta adaptado para procesar conjuntamente los datos muestreados de los dispositivos de memoria de una pluralidad de registradores de datos de vehfculo de los vehfculos implicados en el mismo incidente para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica.
- 12. Un sistema de acuerdo con la reivindicacion 10 u 11, en el que el sistema de procesamiento (74) comprende un segundo dispositivo de memoria (75) para almacenar la informacion de posicionamiento por satelite historica para permitir el procesamiento de los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados historicos.
- 13. Un metodo de analisis de datos de vehfculo relativos a un vehfculo implicado en un incidente, que comprende:antes del incidente, almacenar las senales de frecuencia intermedia muestreadas de los datos de senales de posicionamiento por satelite procedentes de un receptor de sistema frontal de RF (32) dispuesto a bordo del vehfculo (70) en un dispositivo de memoria (36) a bordo del vehfculo; ydespues del incidente, procesar las senales de frecuencia intermedia muestreadas de los datos de senales de posicionamiento por satelite del dispositivo de memoria en un sitio de procesamiento (74) alejado del vehfculo para obtener la informacion de velocidad y de posicion historica.
- 14. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que el procesamiento de las senales de frecuencia intermedia muestreadas comprende procesar conjuntamente las senales de frecuencia intermedia muestreadas de los dispositivos de memoria de una pluralidad de vehfculos implicados en el mismo incidente.5 15. Un metodo de acuerdo con la reivindicacion 13 o 14, en el que el procesamiento de las senales de frecuenciaintermedia muestreadas comprende usar la informacion de posicionamiento por satelite historica almacenada para permitir el procesamiento de los datos de senales de posicionamiento por satelite muestreados historicos.
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