IT202300003666A1

IT202300003666A1 - DEVICE FOR DETECTING ONE OR MORE DRIVING PARAMETERS OF A VEHICLE

Info

Publication number: IT202300003666A1
Application number: IT102023000003666A
Authority: IT
Inventors: Stefano FREDELLA; Mattia GUIDETTI; Manuel Aschero; CRISTINA Marco DI; Tommasi Claudio De; Rodrigo SENOFIENI; Matteo Corno; Silvia Carla Strada; Sergio Matteo Savaresi
Original assignee: Unipoltech S P A; Milano Politecnico
Priority date: 2023-03-01
Filing date: 2023-03-01
Publication date: 2024-09-01

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo Attached to a patent application for an INDUSTRIAL INVENTION having as its title

DISPOSITIVO DI RILEVAMENTO DI UNO O PIU? PARAMETRI DI GUIDA DI UN VEICOLO DEVICE FOR DETECTING ONE OR MORE DRIVING PARAMETERS OF A VEHICLE

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo di rilevamento di uno o pi? parametri di guida di un veicolo. The present invention relates to a device for detecting one or more driving parameters of a vehicle.

Tale dispositivo di rilevamento ? definito nel linguaggio comune come scatola nera. This detection device is commonly referred to as a black box.

All?interno di un veicolo, la scatola nera viene solitamente installata in una posizione qualsiasi rispetto al telaio del veicolo, e di conseguenza in una posizione non coerente rispetto all?orientamento del veicolo. Inside a vehicle, the black box is usually installed in any position relative to the vehicle chassis, and consequently in a position that is not consistent with the vehicle's orientation.

La scatola nera ? impiegata per rilevare/determinare uno o pi? parametri di guida del veicolo per diversi fini, come ad esempio determinare il comportamento di guida del conducente del veicolo oggetto di sinistro e/o in maniera indiretta anche di un altro veicolo coinvolto. The black box is used to detect/determine one or more vehicle driving parameters for various purposes, such as determining the driving behavior of the driver of the vehicle involved in the accident and/or indirectly also of another vehicle involved.

Tali parametri ad esempio sono posizione, velocit? e orientamento del veicolo, velocit? angolare e accelerazioni lineari. Such parameters include, for example, position, velocity and orientation of the vehicle, angular velocity and linear accelerations.

Da qui ? intuibile come sia particolarmente importante e rilevante la determinazione dei parametri di guida desiderati e l?affidabilit? del parametro rilevato. From this it is clear how particularly important and relevant the determination of the desired driving parameters and the reliability of the detected parameter is.

Nella prassi la scatola nera viene installata nel veicolo in una posizione qualsiasi, nel senso che pu? essere disposta in una posizione tale da definire un orientamento non corrispondente con l?orientamento del veicolo nello spazio e, conseguentemente, anche le misurazioni rilevate dalla scatola nera presentano un orientamento differente rispetto all?orientamento del veicolo. In practice, the black box is installed in the vehicle in any position, in the sense that it can be placed in a position that defines an orientation that does not correspond to the orientation of the vehicle in space and, consequently, the measurements detected by the black box also have a different orientation compared to the orientation of the vehicle.

Per calibrare le misurazioni della scatola nera rispetto all?orientamento del veicolo ? ad oggi noto l'impiego anche di un segnale di tipo GPS/GNSS. Un ricevitore GPS/GNSS fa uso di costellazioni satellitari per geolocalizzare la propria posizione e per dedurre informazioni sul movimento (velocit?, angolo di prua ed altre). To calibrate the black box measurements with respect to the orientation of the vehicle, a GPS/GNSS signal is also known to be used today. A GPS/GNSS receiver uses satellite constellations to geolocalize its position and to deduce information on movement (speed, heading angle and others).

Tuttavia tale segnale pu? non essere affidabile, in quanto il sistema di geolocalizzazione in alcune situazioni opera con poca accuratezza oppure non riesce ad operare affatto, si pensi ad esempio all?interno di una galleria, e da qui l?esigenza di potere calibrare le misurazioni della scatola nera mediante un sistema di auto calibrazione indipendente rispetto al segnale di tipo GPS/GNSS, evitando quindi eventuali rilevazioni errate o non effettuate, in accordo con quanto riportato nella rivendicazione indipendente 1. However, this signal may not be reliable, as the geolocalisation system in some situations operates with little accuracy or fails to operate at all, for example inside a tunnel, and hence the need to be able to calibrate the black box measurements using a self-calibration system that is independent of the GPS/GNSS signal, thus avoiding any incorrect or missed detections, in accordance with what is reported in independent claim 1.

Ulteriori aspetti della presente invenzione vengono conseguiti dalle caratteristiche riportate nelle rivendicazioni dipendenti. Further aspects of the present invention are achieved by the features set forth in the dependent claims.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly evident from the content of the claims reported below, and the advantages of the same will be more evident in the detailed description that follows, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplifying and non-limiting embodiment thereof, in which:

- la figura 1 illustra uno schema a blocchi del sistema secondo una o pi? forme di realizzazione; - Figure 1 illustrates a block diagram of the system according to one or more embodiments;

- la figura 2 illustra una rappresentazione schematica del sistema di riferimento di un veicolo concorde con un sistema di riferimento del dispositivo di rilevamento di uno o pi? parametri di guida; - Figure 2 shows a schematic representation of the reference system of a vehicle in agreement with a reference system of the device for detecting one or more driving parameters;

- la figura 3 illustra schematicamente un sistema di riferimento del dispositivo di rilevamento di uno o pi? parametri di guida discorde con un sistema di riferimento del veicolo sul quale ? installato. - Figure 3 schematically illustrates a reference system of the device for detecting one or more driving parameters which is discordant with a reference system of the vehicle on which it is installed.

La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo di rilevamento 1 di uno o pi? parametri di guida di un veicolo 2, o scatola nera 1, comprendente un processore 3, almeno un accelerometro 4 ed un giroscopio 5 configurati per inviare i dati rilevati al processore 3. The present invention relates to a device 1 for detecting one or more driving parameters of a vehicle 2, or black box 1, comprising a processor 3, at least one accelerometer 4 and a gyroscope 5 configured to send the detected data to the processor 3.

Il dispositivo di rilevamento 1 ? configurato per essere installato nel veicolo 2. The sensing device 1 is configured to be installed in the vehicle 2.

Con il termine veicolo 2 si intende qualsiasi mezzo di movimentazione su strada a quattro, oppure a pi? ruote. The term vehicle 2 refers to any four- or multi-wheeled road transport vehicle.

L?accelerometro 4 ? configurato per inviare un dato relativo alle accelerazioni lineari. Accelerometer 4 is configured to send data relating to linear accelerations.

Il giroscopio 5 ? configurato per inviare un dato relativo alle velocit? angolari. Gyroscope 5 is configured to send data relating to angular velocities.

Dato un sistema di riferimento cartesiano x?, y?, z? associato al dispositivo di rilevamento 1, il processore ? configurato per rilevare i dati dall?accelerometro e determinare l?accelerazione lungo l?asse x, ?ax?, lungo l?asse y, ?ay?, e lungo l?asse z, ?az? e per rilevare i dati dal giroscopio e determinare la velocit? angolare attorno all?asse x, ??x?, attorno all?asse y, ??y?, e attorno all?asse z, ??z?. Given a Cartesian reference system x?, y?, z? associated with the sensing device 1, the processor is configured to sense data from the accelerometer and determine the acceleration along the x-axis, ?ax?, along the y-axis, ?ay?, and along the z-axis, ?az? and to sense data from the gyroscope and determine the angular velocity about the x-axis, ??x?, about the y-axis, ??y?, and about the z-axis, ??z?.

Secondo la presente invenzione, il processore comprende un modulo software configurato per ripetere una successione passaggi logici, con una determinata frequenza, preferibilmente di 13 Hz, al fine di derivare le misure dei dati dell?accelerometro 4 e del giroscopio 5 rispetto ad un sistema di riferimento cartesiano x, y, z del veicolo a partire esclusivamente dalle misure riferite al sistema di riferimento x?, y?, z? del dispositivo di rilevamento 1. According to the present invention, the processor comprises a software module configured to repeat a succession of logical steps, with a given frequency, preferably 13 Hz, in order to derive the measurements of the data of the accelerometer 4 and the gyroscope 5 with respect to a Cartesian reference system x, y, z of the vehicle starting exclusively from the measurements referred to the reference system x?, y?, z? of the detection device 1.

Con calibrazione delle misurazioni effettuate dal dispositivo di rilevamento 1 si intende la determinazione delle misurazioni riferite al sistema di riferimento cartesiano x, y, z del veicolo. Calibration of the measurements taken by the detection device 1 means the determination of the measurements referred to the Cartesian reference system x, y, z of the vehicle.

Il sistema di riferimento x, y, z del veicolo prevede che l?asse x si riferisca alla direzione di avanzamento dritta del veicolo, l?asse y si riferisca ad una direzione trasversale e laterale rispetto all?asse x e l?asse z si riferisca ad una direzione verticale. The vehicle's x, y, z reference system provides that the x-axis refers to the straight direction of travel of the vehicle, the y-axis refers to a transverse and lateral direction with respect to the x-axis and the z-axis refers to a vertical direction.

Si tenga presente che il dispositivo di rilevamento 1 comprende un sistema di geolocalizzazione 6, in via preferita di tipo satellitare, tuttavia, secondo la presente invenzione, i dati di tale sistema non vengono impiegati dal processore 3 per calibrare le misurazioni derivate dall?accelerometro 4 e dal giroscopio 5 rispetto al sistema di riferimento del veicolo. It should be noted that the detection device 1 comprises a geolocalisation system 6, preferably of the satellite type, however, according to the present invention, the data from this system are not used by the processor 3 to calibrate the measurements derived from the accelerometer 4 and the gyroscope 5 with respect to the vehicle's reference system.

Il modulo software prevede i seguenti passaggi in sequenza, di cui il primo passaggio ? di derivare e trattare i dati grezzi dell?accelerometro 4 e del giroscopio 5 da elaborare, filtrando i dati dell?accelerometro 4 ed eliminando l?offset dei dati del giroscopio 5 nella condizione in cui il veicolo ? fermo o avanza dritta a velocit? costante. The software module includes the following steps in sequence, the first step of which is to derive and process the raw data of the accelerometer 4 and the gyroscope 5 to be processed, filtering the data of the accelerometer 4 and eliminating the offset of the data of the gyroscope 5 in the condition in which the vehicle is stationary or moving straight ahead at constant speed.

Per determinare se il veicolo ? fermo o se avanza a velocit? costante, il modulo software prevede di verificare che il modulo dell'accelerazione complessiva sia compreso tra determinati valori di soglia. To determine whether the vehicle is stationary or moving at a constant speed, the software module checks whether the overall acceleration is between certain threshold values.

Il secondo passaggio eseguito dal modulo software ? il calcolo del valore dell?angolo di rollio e dell?angolo di beccheggio del dispositivo, , rispetto al sistema di riferimento x, y, z del veicolo, a partire dai dati filtrati dall?accelerometro e giroscopio. The second step performed by the software module is the calculation of the roll angle and pitch angle value of the device, with respect to the x, y, z reference system of the vehicle, starting from the data filtered by the accelerometer and gyroscope.

Il terzo passaggio eseguito dal modulo software ? la rotazione planare di rollio e beccheggio delle misure dei dispositivi 4 e 5. The third step performed by the software module is the planar roll and pitch rotation of the measurements of devices 4 and 5.

Il quarto passaggio eseguito dal modulo software ? di applicare un filtro elettronico passa alto e di verificare se i valori determinati degli angoli di rollio e di beccheggio sono minori di un valore di soglia di convergenza. Il quinto passaggio eseguito dal modulo software ? il calcolo del valore dell?angolo di imbardata nella condizione in cui il veicolo stia accelerando (o decelerando) su una linea retta senza girare o ruotare. The fourth step performed by the software module is to apply a high-pass electronic filter and check whether the determined values of the roll and pitch angles are less than a convergence threshold value. The fifth step performed by the software module is to calculate the yaw angle value in the condition where the vehicle is accelerating (or decelerating) on a straight line without turning or rotating.

Tale condizione si verifica se l?accelerazione planare risulta maggiore rispetto ad una certa soglia e se la velocit? angolare attorno all?asse z ? inferiore rispetto ad un valore di soglia. This condition occurs if the planar acceleration is greater than a certain threshold and if the angular velocity around the z-axis is less than a threshold value.

Per determinare l?angolo di imbardata vengono elaborati i dati delle accelerazioni lineari ruotati degli angoli di rollio e beccheggio precedentemente stimati, i quali vengono riportati in un sistema di riferimento cartesiano per determinare il coefficiente angolare della retta passante per tali punti. To determine the yaw angle, the data of the rotated linear accelerations of the previously estimated roll and pitch angles are processed and transferred to a Cartesian reference system to determine the angular coefficient of the straight line passing through these points.

Per stimare correttamente l?angolo di imbardata ? necessario conoscere il verso di marcia del veicolo, che nell?arte nota veniva determinato mediante il segnale GNSS. To correctly estimate the yaw angle, it is necessary to know the direction of travel of the vehicle, which in the prior art was determined using the GNSS signal.

Se il segnale dell?accelerazione laterale ?ay??? e il segnale della velocit? angolare ??z?? hanno lo stesso segno, il verso dell?asse x? del dispositivo di rilevamento 1 ? concorde con il verso di avanzamento del veicolo altrimenti se i segni sono discordi l?angolo di imbardata ? sfalsato di 180?. Il rilevamento di tali segnali viene effettuato quando il veicolo percorre un tratto curvo del suo tragitto. If the lateral acceleration signal ?ay??? and the angular velocity signal ?z??? have the same sign, the direction of the ?x? axis of the detection device 1 is in accordance with the direction of travel of the vehicle, otherwise if the signs are discordant the yaw angle is offset by 180?. These signals are detected when the vehicle travels along a curved section of its path.

Una funzione conta la media delle occorrenze dei punti del tragitto in cui il segno ? concorde e discorde, di fatto due funzioni una nominale o di riferimento e l?altra funzione prevede l?aggiunta di 180?. One function counts the average of the occurrences of the points on the path where the sign is the same and the same, in fact two functions, one nominal or reference and the other function involves the addition of 180?.

Se la funzione nominale scatta a 1 e supera una certa soglia, l?angolo di imbardata stimato ? quello giusto, altrimenti se la funzione che prevede la rotazione di 180? scatta a 1 prima della funzione nominale, il verso ? discorde, ovvero il verso di orientamento degli assi x?, y? del dispositivo di rilevamento 1 ? opposto al verso x, y degli assi del veicolo 2. If the nominal function snaps to 1 and exceeds a certain threshold, the estimated yaw angle is the correct one, otherwise if the function that provides for the 180? rotation snaps to 1 before the nominal function, the direction is discordant, that is, the direction of orientation of the x?, y? axes of the detection device 1 is opposite to the x, y direction of the axes of the vehicle 2.

Il modulo software prevede di determinare se la calibrazione ? ultimata stimando almeno se il valore degli angoli di rollio e beccheggio rimangono al di sotto di un valore di soglia, dopo avere applicato un filtro passa alto. In aggiunta, se il valore della funzione dipendente dall?angolo di imbardata ? al di sotto di un valore di soglia, dopo avere applicato un filtro passa alto. Il modulo software ? configurato per mantenere in memoria i valori degli angoli di calibrazione e per ripetere la calibrazione al fine di rilevare modifiche dell'orientamento. The software module is designed to determine whether the calibration is complete by at least estimating whether the roll and pitch angle values remain below a threshold value, after applying a high-pass filter. Additionally, whether the yaw-dependent function value is below a threshold value, after applying a high-pass filter. The software module is configured to store the calibration angle values and to repeat the calibration to detect changes in orientation.

Il dispositivo di rilevamento 1 ? configurato per dialogare con una centrale operativa al fine di inviare i dati e i passaggi logici processati dal modulo software, in particolare gli angoli di calibrazione ottenuti e lo stato di calibrazione. The sensing device 1 is configured to communicate with an operations centre in order to send the data and logical steps processed by the software module, in particular the calibration angles obtained and the calibration status.

Con stato di calibrazione si intende se il sistema di riferimento del dispositivo di rilevamento 1 non ? calibrato, se ? calibrato per due dimensioni (2D), se ? calibrato per tre dimensioni (3D). Calibration status means whether the reference system of the sensing device 1 is not calibrated, whether it is calibrated for two dimensions (2D), or whether it is calibrated for three dimensions (3D).

Claims

1. Device for detecting one or more driving parameters of a vehicle (2) comprising a processor (3), at least one accelerometer (4) and a gyroscope (5) configured to send the detected data to the processor (3);

the processor (3) is configured to determine one or more measurements derived from the data detected by the accelerometer (4) and the gyroscope (5), referred to the orientation of the device (1), and to derive such measurements with respect to the orientation of the vehicle (2) by means of a software module configured to repeat a succession of logical steps, with a certain frequency, which exclusively involve the use of the data derived from the accelerometer (4) and the gyroscope (5).

2. Device according to independent claim 1, characterized in that, to perform the logical calibration steps of the device (1), the software module is configured to derive the raw data of the accelerometer (4) and the gyroscope (5) to be processed, filtering the data of the accelerometer (4) and eliminating the offset of the data of the gyroscope (5) in the condition in which the vehicle is stationary or if it is moving at constant speed; the software module is configured to derive the value of the roll angle and the pitch angle from the data filtered by the accelerometer (5) and to calculate the value of the roll angle and the pitch angle with respect to a vertical reference axis (z) of the vehicle (2); the software module is configured to estimate the value of the roll angle and the pitch angle calculated by means of electronic filters; the software module is configured to calculate the yaw angle and to determine the direction of travel of the vehicle (2); ... configured to estimate roll, pitch and yaw angle values calculated using electronic filters.

3. Device according to any of the preceding claims, characterised in that, in order to verify whether the data of the accelerometer (4) and the gyroscope (5) correspond to the condition of a stationary vehicle or in rectilinear motion at constant speed, the software module of the processor (3) provides for verifying that the module of the high-pass filtered angular velocities is included between certain threshold values and for applying a digital filter to verify the convergence of the gyroscope data values.

4. Device according to any of the preceding claims, characterised in that the software module is configured to calculate the value of the roll and pitch angle of the device (1) with respect to the vehicle reference (2).

5. A device according to any preceding claim, characterized in that the software module is configured to apply a high-pass filter applied to the estimates of the roll, pitch and yaw angles and determine whether the magnitude of such values has converged.

6. Device according to any of the preceding claims, characterised in that the software module is configured to determine the value of the pitch angle in conditions in which the vehicle (2) is accelerating along a straight trajectory.

7. Device according to any of the preceding claims, characterised in that the software module is configured to determine the direction of travel of the vehicle (2) by analysing the sign of the lateral acceleration and the angular velocity around the vertical axis.

8. A device according to any of the preceding claims, characterised in that the software module determines whether the calibration is complete by estimating at least whether the roll, pitch and yaw angles are below a threshold value, after applying a high pass filter;

9. A device according to any of the preceding claims, characterised in that the software module is configured to store in memory the calibrated values of the roll, pitch and yaw angles with respect to a Cartesian reference system of vehicle orientation and to repeat the calibration in order to detect changes in the orientation of the device (1).