DE102014211178A1

DE102014211178A1 - Verfahren und System zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems

Info

Publication number: DE102014211178A1
Application number: DE102014211178.1A
Authority: DE
Inventors: Nico Steinhardt
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Aumovio Germany De GmbH
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-06-25

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems (103, 203), wobei das erste Sensorsystem (103, 203) und/oder ein zweites Sensorsystem (104, 204) und ein Sensorbasissystem (101, 201) eng gekoppelt sind, wobei das erste Sensorsystem (103, 203), das zweite Sensorsystem (104, 204) und das Sensorbasissystem (101, 201) jeweils unterschiedliche Messdaten erfassen, wobei die Messdaten jeweils direkt und/oder indirekt Navigationsdaten beschreiben, wobei die indirekt beschriebenen Navigationsdaten aus den Messdaten und/oder aus bekannten physikalischen und/oder mathematischen Zusammenhängen berechnet werden, wobei die Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) erste Fehlerwerte aufweisen, wobei die ersten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des zweiten Sensorsystems (104, 204) und/oder von Messdaten des Sensorbasissystems (101, 201) beobachtbar sind und wobei die ersten Fehlerwerte korrigiert werden, wenn sie beobachtbar sind und dass die ersten Fehlerwerte als konstant angenommen werden, wenn sie nicht beobachtbar sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes System sowie eine Verwendung des Systems.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein System zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems gemäß Oberbegriff von Anspruch 14 sowie eine Verwendung des Systems.
Alle Messdaten sind prinzipiell fehlerbehaftet und in vielen Fällen ist eine durchgängige Verfügbarkeit der Messdaten nicht gegeben. Zusätzlich sind die Messdaten häufig abhängig von Umgebungsbedingungen. Sensorfehler bzw. Messfehler lassen sich dabei in quasistationäre, über mehrere Messungen konstante Anteile, wie z.B. einen Offset, und stochastische, von Messung zu Messung zufällige Anteile, wie z.B. Rauschen, unterteilen. Während die zufälligen Anteile prinzipiell nicht deterministisch korrigierbar sind, lassen sich quasistationäre Fehler im Allgemeinen bei gegebener Beobachtbarkeit korrigieren. Nicht korrigierbare signifikante Fehler lassen sich bei gegebener Erkennbarkeit üblicherweise zumindest vermeiden.
Im Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang bereits Sensorfusionsverfahren bekannt, welche üblicherweise auch dazu geeignet sind, Messdaten von unterschiedlichen Sensoren bzw. Sensorsystemen zu korrigieren bzw. zu filtern. Insbesondere im Automotive-Bereich sind dabei besondere Anforderungen zu berücksichtigen, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren eine gemeinsame Umfeldsituation bzw. einen Kraftfahrzeugzustand mittels unterschiedlicher Messprinzipien erfasst und diese Umfeldsituation bzw. diesen Kraftfahrzeugzustand mittels einer Vielzahl unterschiedlicher Messdaten beschreibt. Für eine im Automotive-Bereich anwendbare Sensorfusion ist somit eine möglichst große Robustheit gegen zufällige Störungen sowie eine Erkennung und Kompensation von systematischen Fehlern gefordert. Ebenso sind zeitliche Einflüsse auf die Messdaten zu korrigieren und temporäre Ausfälle oder die Nichtverfügbarkeit von Sensoren zu überbrücken.
Die DE 10 2012 216 215 A1 beschreibt ein Sensorsystem, welches mehrere Sensorelemente und eine Signalverarbeitungseinrichtung umfasst. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist dabei so ausgebildet, dass sie die Sensorsignale der Sensorelemente zumindest teilweise gemeinsam auswertet. Weiterhin ist die Signalverarbeitungseinrichtung so ausgebildet, dass den Messdaten physikalischer Größen jeweils eine Zeitinformation zugeordnet wird, welche eine Information über den Zeitpunkt der jeweiligen Messung direkt oder indirekt umfasst, wobei die Signalverarbeitungseinrichtung diese Zeitinformation zumindest bei der Erzeugung eines Fusionsdatensatzes in einem Fusionsfilter berücksichtigt. Für die Erzeugung des Fusionsdatensatzes werden Messdaten herangezogen, die entweder eine übereinstimmende Zeitinformation aufweisen oder aber – sofern keine Messdaten mit übereinstimmenden Zeitinformationen vorliegen – es wird ein entsprechender Messwert mit der benötigten Zeitinformation mittels Interpolation erstellt. Weiterhin geht das Fusionsfilter davon aus, dass sich Fehlerwerte der Messdaten über eine definierte Zeitspanne nur vernachlässigbar ändern.
Aus der DE 10 2010 063 984 A1 ist ein mehrere Sensorelemente umfassendes Sensorsystem bekannt. Die Sensorelemente sind so ausgebildet, dass sie zumindest teilweise unterschiedliche primäre Messgrößen erfassen und zumindest teilweise unterschiedliche Messprinzipien nutzen. Aus der primären Messgröße der Sensorelemente werden dann zumindest teilweise weitere Messgrößen abgeleitet. Weiterhin umfasst das Sensorsystem eine Signalverarbeitungseinrichtung, eine Schnittstelleneinrichtung sowie mehrere Funktionseinrichtungen. Die Sensorelemente sowie sämtliche Funktionseinrichtungen sind dabei mit der Signalverarbeitungseinrichtung verbunden. Die primären Messgrößen liefern also redundante Informationen, die in der Signalverarbeitungseinrichtung miteinander verglichen werden bzw. sich gegenseitig stützen können. Aus dem Vergleich der auf verschiedenem Weg berechneten Observablen können Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Observablen gezogen werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung qualifiziert die Genauigkeit der Observablen und stellt die Observablen zusammen mit einer Genauigkeitsangabe über eine Schnittstelleneinrichtung verschiedenen Funktionseinrichtungen zur Verfügung.
Die DE 10 2012 219 478 A1 beschreibt ein Sensorsystem zur eigenständigen Bewertung der Integrität seiner Daten. Das Sensorsystem wird bevorzugt in Kraftfahrzeugen verwendet und umfasst mehrere Sensorelemente, die derart ausgebildet sind, dass sie zumindest teilweise unterschiedliche primäre Messgrößen erfassen bzw. zumindest teilweise unterschiedliche Messprinzipien nutzen. Das Sensorsystem umfasst weiterhin eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche die Sensorsignale zumindest teilweise gemeinsam auswertet und gleichzeitig die Informationsqualität der Sensorsignale bewertet. Die Signalverarbeitungseinrichtung stellt außerdem eine Information über die Widerspruchsfreiheit zumindest eines Datums einer physikalischen Größe bereit, wobei das Datum der physikalischen Größe auf Basis der Sensorsignale von Sensorelementen berechnet wird, welche die physikalische Größe entweder direkt erfassen oder aus deren Sensorsignalen die physikalische Größe berechenbar ist. Die Information über die Widerspruchsfreiheit des Datums wird nun auf Basis von direkt oder indirekt redundant vorliegenden Sensorinformationen berechnet.
Die im Stand der Technik bekannten Verfahren und Sensorsysteme sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass das Auftreten einer zwischenzeitlichen Nicht-Beobachtbarkeit von Fehlern, die gewöhnlich beobachtbar sind, fälschlicherweise zur Anbringung von Korrekturen an anderen Zuständen führt. Instabiles und unplausibles Verhalten des Fusionsfilters bzw. des stochastischen Modells ist die Folge.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Korrektur von Messdaten vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems, wobei das erste Sensorsystem und/oder ein zweites Sensorsystem und ein Sensorbasissystem eng gekoppelt sind, wobei das erste Sensorsystem, das zweite Sensorsystem und das Sensorbasissystem jeweils unterschiedliche Messdaten erfassen, wobei die Messdaten jeweils direkt und/oder indirekt Navigationsdaten beschreiben, wobei die indirekt beschriebenen Navigationsdaten aus den Messdaten und/oder aus bekannten physikalischen und/oder mathematischen Zusammenhängen berechnet werden, wobei die Messdaten des ersten Sensorsystems erste Fehlerwerte aufweisen, wobei die ersten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des zweiten Sensorsystems und/oder von Messdaten des Sensorbasissystems beobachtbar sind und wobei die ersten Fehlerwerte korrigiert werden, wenn sie beobachtbar sind und dass die ersten Fehlerwerte als konstant angenommen werden, wenn sie nicht beobachtbar sind.
Die Erfindung zeigt somit einen Weg auf, die ersten Fehlerwerte auch in denjenigen Situationen zu sinnvoll zu handhaben, in denen sie nicht beobachtbar bzw. bestimmbar sind. Für die gängigen Sensorfusionssysteme ist es nämlich notwendig, die den Messdaten zugehörigen Fehlerwerte zu bestimmen bzw. zu kennen, um sie mit weiteren Messdaten fusionieren zu können. Andernfalls können instabile Zustände eines entsprechenden Fusionsfilters auftreten.
Die Erfindung eignet sich daher besonders für Fehlerwerte bzw. Messdaten eines Sensorsystems, die andere Messwerte mindestens eines weiteren Sensorsystems für ihre Beobachtbarkeit benötigen. Dies ist beispielsweise der Rollradius von Fahrzeugrädern eines Odometrienavigationssystems eines Fahrzeugnavigationssystems. Der Rollradius von Fahrzeugrädern beschreibt dabei die Navigationsdaten nur indirekt, weil z.B. eine Positionsfortschreibung sowie eine Geschwindigkeit über den Rollradius von Fahrzeugrädern berechnet werden können. Fehlerwerte von anderen Messdaten bzw. Navigationsdaten wie z.B. des Schlupfs oder des Schräglaufs von Fahrzeugreifen, sind hingegen alleine über Messdaten des Odometrienavigationssystems beobachtbar und daher nicht auf das erfindungsgemäße Verfahren angewiesen.
Die Navigationsdaten beschreiben bevorzugt eine Position bzw. eine Geschwindigkeit bzw. eine Ausrichtung bzw. eine Beschleunigung.
Der Begriff „eng gekoppelt“ ist auch als „tightly coupling„ bekannt.
Bevorzugt weisen die Messdaten des zweiten Sensorsystems zweite Fehlerwerte auf, wobei die zweiten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des ersten Sensorsystems bzw. von Messdaten des Sensorbasissystems beobachtbar sind und insbesondere korrigiert werden.
Bevorzugt weisen die Messdaten des Sensorbasissystems dritte Fehlerwerte auf, wobei die dritten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des ersten Sensorsystems bzw. von Messdaten des zweiten Sensorsystems beobachtbar sind und insbesondere korrigiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Vorliegen der ausreichenden Anzahl von Messdaten anhand des Erreichens oder Überschreitens einer Schwellenbedingung bewertet wird. Die Schwellenbedingung kann dabei z.B. eine Anzahl von Messungen anderer Sensorsysteme sein, die eine Beobachtbarkeit des ersten Fehlers mit einer vorgebbaren Zuverlässigkeit bzw. einer vorgebbaren Genauigkeit ermöglicht. Hierzu kann etwa eine Tabelle angelegt werden, die jeweils abhängig von der Art der Messdaten, die mit den ersten Fehlerwerten behaftet sind, unterschiedliche Schwellenbedingungen vorgibt. Dies ist ein vergleichsweise rechenzeiteffizientes Verfahren zur Bestimmung der Beobachtbarkeit der ersten Fehlerwerte.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schwellenbedingung einmalig nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram bestimmt und in einem Speicher abgelegt wird und für jede Überprüfung des Vorliegens der ausreichenden Anzahl von Messdaten aus dem Speicher abgerufen wird. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Rechenzeitaufwand reduziert wird, da die Schwellenbedingung nicht ständig erneut bestimmt werden muss.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Schwellenbedingung für jede Überprüfung des Vorliegens der ausreichenden Anzahl von Messdaten bedarfsweise nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram erneut bestimmt wird.
Erfindungsgemäß ebenfalls möglich ist es, dass die Schwellenbedingung regelmäßig in vorgebbaren zeitlichen Abständen und nach einer vorgebbaren Anzahl von Abfragen erneut bestimmt wird, insbesondere nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram erneut bestimmt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ersten Fehlerwerte nach Maßgabe einer Abweichung der Messdaten des ersten Sensorsystems von den Messdaten des Sensorbasissystems bestimmt werden, wobei Fehlerwerte des Sensorbasissystems mittels der Messdaten des zweiten Sensorsystems korrigiert werden. Das das Sensorbasissystem üblicherweise dasjenige Sensorsystem ist, welches die höchste Verfügbarkeit aufweist, ist somit mit vergleichsweise hoher Zuverlässigkeit gewährleistet, dass stets ausrechende Messwerte zur Beobachtbarkeit des ersten Fehlers zur Verfügung stehen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ersten Fehlerwerte nach Maßgabe einer Abweichung der Messdaten des ersten Sensorsystems von den Messdaten des zweiten Sensorsystems bestimmt werden. Dies ermöglicht ebenfalls eine zuverlässige Beobachtbarkeit des ersten Fehlers.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Sensorsystem ein Odometrienavigationssystems ist, dass das zweite Sensorsystem ein globales Satellitennavigationssystem ist und dass das Sensorbasissystem ein Trägheitsnavigationssystem ist. Damit ist die vorliegende Erfindung insbesondere zu Navigationszwecken und für Navigationssysteme, bevorzugt in Kraftfahrzeugen, geeignet. Das Sensorbasissystem und die weiteren Sensorsysteme, also das Satellitennavigationssystem bzw. das Odometrienavigationssystem, bestimmen somit also die Position, insbesondere die Position eines Kraftfahrzeugs, aus den Ausgabedaten. Bei dem globalen Satellitennavigationssystem kann es sich beispielsweise um ein sog. GPS-Navigationssystem handeln. Das Odometrienavigationssystem bestimmt zunächst die Geschwindigkeit z.B. über den bekannten Rollradius der Kraftfahrzeugreifen und ermöglicht somit eine Positionsbestimmung unter Berücksichtigung des Lenkwinkels im Rahmen einer Koppelnavigation. Besonders zweckmäßig ist es, dass das Satellitennavigationssystem mindestens zwei Satellitensignalempfänger umfasst. Dadurch verbessert sie die Qualität der erfassten Satellitensignale und somit die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Satellitennavigationssystems.
Außerdem ist es insbesondere bevorzugt, dass das Trägheitsnavigationssystem das Sensorbasissystem ist. Das Trägheitsnavigationssystem als Sensorbasissystembietet den Vorteil, dass es die vergleichsweise höchste Verfügbarkeit aufweist, da es eine vergleichsweise hohe Ausgaberate der erfassten Eingangsdaten aufweist und zudem weitgehend unabhängig von äußeren Störeinflüssen arbeitet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ersten Fehlerwerte Fehlerwerte von Rollradien von Fahrzeugrädern sind. Wie bereits beschrieben, ergeben sich hier besondere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass mittels der Messdaten und/oder der Navigationsdaten des ersten Sensorsystems und/oder des zweiten Sensorsystems eine Bestimmung von Fehlerwerten der Messdaten und/oder der Navigationsdaten des Sensorbasissystems erfolgt, wobei die Fehlerwerte des Sensorbasissystems mittels einer Anbringung von Korrekturen korrigiert werden. Daraus ergibt sich also der Vorteil, dass die Fehlerwerte des Sensorbasissystems, welches in der Regel die vergleichsweise höchste Verfügbarkeit aufweist, korrigiert werden und somit im Wesentlichen fehlerfrei zur Verfügung stehen. Somit stehen also die Messdaten bzw. Navigationsdaten mit der vergleichsweise höchsten Verfügbarkeit Wesentlichen fehlerfrei zur Verfügung. Dies verbessert und präzisiert eine Navigationsführung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Korrekturen fortlaufend aufaddiert werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass die jeweils korrigierten Messdaten bzw. Navigationsdaten einfach weiterkorrigiert werden können.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Messdaten des ersten Sensorsystems unabhängig von einer Beobachtbarkeit der ersten Fehlerwerte zur Bestimmung der Fehlerwerte des Sensorbasissystems herangezogen werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auch dann eine Bestimmung der Fehlerwerte des Sensorbasissystems bzw. eine Korrektur der Fehlerwerte bzw. der Messdaten des Sensorbasissystems möglich ist, wenn eine Beobachtbarkeit der ersten Fehlerwerte nicht gegeben ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Navigationsdaten des Sensorbasissystems, des ersten Sensorsystems und/oder des zweiten Sensorsystems zu einem Fusionsdatensatz fusioniert werden. Ein gemeinsamer Fusionsdatensatz ist gegenüber den einzelnen Navigationsinformationen in der Regel zuverlässiger und präziser und insbesondere erlaubt er mittels einer Fehlerschätzung eine vergleichsweise zuverlässige Bewertung der Genauigkeit bzw. Zuverlässigkeit der fusionierten Messdaten bzw. Navigationsdaten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die ersten Fehlerwerte und die Fehlerwerte des Sensorbasissystems mittels eines Error-State-Space-Filters, insbesondere mittels eines Error-State-Space-Kalman-Filters, bestimmt werden. Das Error-State-Space-Filter stellt dabei ein Fusionsfilter zur Fusion der Messdaten bzw. Navigationsdaten dar, insbesondere zur Fusion von normalverteilten Messdaten bzw. Navigationsdaten. Gleichzeitig schätzt bzw. bestimmt das Error-State-Space-Filter bevorzugt die Fehlerwerte zumindest des Basissystems. Mittels des ersten bzw. des zweiten Sensorsystems können dann die Fehlerwerte und ggf. auch unbekannte Größen des Trägheitsnavigationssystems geschätzt bzw. bestimmt werden. Eine Besonderheit des Error-State-Space-Filters ist es also, dass anstelle der Sensorsignale bzw. der Eingangsdaten lediglich Fehlerwerte inkrementell geschätzt bzw. bestimmt werden und anschließend korrigiert werden. Die Fehlerwerte haben nämlich eine signifikant niedrigere zeitliche Dynamik als die Ausgabedaten selbst, wodurch eine weitgehende Entkopplung der Dynamik des Error-State-Space-Filters von den Eigenschaften des Sensorbasissystems bzw. des ersten bzw. des zweiten Sensorsystems erreicht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass zusätzlich auch zweite Fehlerwerte von zweiten Messdaten des zweiten Sensorsystems korrigiert werden, wenn sie beobachtbar sind und als konstant angenommen werden, wenn sie nicht beobachtbar sind.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems, umfassend ein erstes Sensorsystem und/oder ein zweites Sensorsystem und/oder ein Sensorbasissystem und ein Fusionsfilter, wobei das erste Sensorsystem und/oder das zweite Sensorsystem und/oder das Sensorbasissystem eng gekoppelt sind, wobei das erste Sensorsystem, das zweite Sensorsystem und das Sensorbasissystem dazu ausgebildet sind, jeweils unterschiedliche Messdaten zu erfassen, wobei die Messdaten jeweils direkt und/oder indirekt Navigationsdaten beschreiben, wobei das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, indirekt beschriebenen Navigationsdaten aus den Messdaten und/oder aus bekannten physikalischen und/oder mathematischen Zusammenhängen zu berechnen, wobei die Messdaten des ersten Sensorsystems erste Fehlerwerte aufweisen, wobei das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des zweiten Sensorsystems und/oder von Messdaten des Sensorbasissystems zu beobachten und wobei das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte zu korrigieren, wenn das Fusionsfilter die ersten Fehlerwerte beobachtet und dass das Fusionsfilter weiterhin dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte als konstant anzunehmen, wenn das Fusionsfilter die ersten Fehlerwerte nicht beobachtet. Das erfindungsgemäße System umfasst somit alle zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Vorrichtungen.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das System dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Dies führt zu den bereits beschriebenen Vorteilen.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
1 beispielhaft eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems, welches zur Positionsbestimmung ausgebildet ist, in einem Kraftfahrzeug und
2 beispielhaft eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems, welches ebenfalls zur Positionsbestimmung ausgebildet ist, in einem Kraftfahrzeug.
1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems, das zur Anordnung und Verwendung in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Das dargestellte System ist beispielsgemäß zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems ausgebildet, wobei das erste Sensorsystem Odometrienavigationssystem 103 ist. Dabei sind alle vom System umfassten Elemente bzw. Bestandteile bzw. Sensorsysteme als Funktionsblöcke veranschaulicht und deren Zusammenwirken untereinander dargestellt.
Das Navigationssystem umfasst Trägheitsnavigationssystem 101, das so ausgebildet ist, dass es zumindest die Beschleunigungen entlang einer ersten, einer zweiten und einer dritten Achse sowie wenigstens die Drehraten um die erste, um die zweite und um die dritte Achse erfassen kann. Die erste Achse entspricht dabei beispielsgemäß der Längsachse des Kraftfahrzeugs, die zweite Achse entspricht der Querachse des Kraftfahrzeugs und die dritte Achse entspricht der Hochachse des Kraftfahrzeugs. Diese drei Achsen bilden ein kartesisches Koordinatensystem, das sog. Kraftfahrzeugkoordinatensystem.
Trägheitsnavigationssystem 101 bildet beispielsgemäß das sog. Sensorbasissystem, dessen Messdaten mittels der im Folgenden beschriebenen weiteren Sensorsysteme, der sog. Korrektursysteme, korrigiert werden. Die Korrektursysteme sind dabei Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennavigationssystems 104.
Das erfindungsgemäße System weist weiterhin eine sog. Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 auf, in welcher ein sog. Strapdown-Algorithmus durchgeführt wird, mittels dessen die Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 u.a. in Positionsdaten umgerechnet werden. Dazu werden die Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101, welche naturgemäß Beschleunigungen beschreiben, zweimal über die Zeit integriert. Mittels einer Einfachintegration über die Zeit werden weiterhin die Ausrichtung und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt. Außerdem kompensiert Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 eine auf Trägheitsnavigationssystem 101 wirkende Corioliskraft.
Die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 umfassen folglich die folgenden Navigationsdaten: die Geschwindigkeit, die Beschleunigung sowie die Drehrate des Kraftfahrzeugs, beispielsgemäß bezüglich der genannten drei Achsen des Kraftfahrzeugkoordinatensystems und beispielsgemäß zusätzlich jeweils bezogen auf ein Weltkoordinatensystem, das zur Beschreibung der Ausrichtung bzw. von dynamischen Größen des Kraftfahrzeugs auf der Welt geeignet ist. Beispielsgemäß handelt es sich bei dem genannten Weltkoordinatensystem um ein GPS-Koordinatensystem. Außerdem umfassen die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 die Position bezüglich des Kraftfahrzeugkoordinatensystems und die Ausrichtung hinsichtlich des Weltkoordinatensystems. Zusätzlich weisen die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 die Varianzen als Information über die Datenqualität der oben genannten Navigationsdaten auf. Diese Varianzen werden beispielgemäß nicht in Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 berechnet, sondern nur von dieser verwendet und weitergeleitet. Die von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 berechneten o.g. Navigationsdaten werden über Ausgabemodul 112 ausgegeben und anderen Kraftfahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt.
Das erfindungsgemäße System umfasst außerdem Odometrienavigationssystem 103 in Form von Raddrehzahlsensoren für jedes Rad des Kraftahrzeugs. Beispielgemäß handelt es sich um ein vierrädriges Kraftfahrzeug mit vier Raddrehzahlsensoren, die jeweils die Drehzahl des ihnen zugeordneten Rads sowie dessen Drehrichtung erfassen. Weiterhin umfasst Odometrienavigationssystem 103 ein Lenkwinkelsensorelement, das den Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs erfasst.
Darüber hinaus weist das beispielhaft dargestellte System Satellitennavigationssystem 104 auf, welches so ausgebildet ist, dass es die Entfernung jeweils zwischen einem zugeordneten Satelliten und dem Kraftahrzeug sowie die Geschwindigkeit jeweils zwischen dem zugeordneten Satelliten und dem Kraftfahrzeug bestimmt.
Das System umfasst außerdem Fusionsfilter 105. Fusionsfilter 105 stellt im Zuge der gemeinsamen Auswertung der Messdaten von Odometrienavigationssystem 103, von Satellitennavigationssystems 104 und von Trägheitsnavigationssystem 101 einen Fusionsdatensatz 106 bereit. Fusionsdatensatz 106 weist die erfassten Messdaten der unterschiedlichen Sensorsysteme auf, wobei Fusionsdatensatz 106 beispielsgemäß zusätzlich Fehlerwerte und den Fehlerwerten zugeordnete Varianzen, welche die Datenqualität beschreiben, umfasst.
Die Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 werden während des Betriebs des Kraftfahrzeugs in einem hierfür vorgesehenen elektronischen Datenspeicher 113 von Fusionsfilter 105 für einen vorgegebenen Zeitraum gespeichert. Trägheitsnavigationssystems 101 stellt dabei das sog. Basissystem dar, während Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennavigationssystem 104 die sog. Korrektursysteme darstellen, deren Messdaten zur Korrektur der Ausgabedaten des Basissystems herangezogen werden. Somit ist sichergestellt, dass stets Messdaten, die zumindest scheinbar zu einem identischen Zeitpunkt erfasst wurden, dem Vergleich unterworfen werden können.
Von Fusionsfilter 105 bereitgestellter Fusionsdatensatz 106 umfasst beispielsgemäß die mittels der plausibilisierten Messdaten der Korrektursysteme bestimmten quantitativen Fehler des Basissystems.
Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 korrigiert nun mittels Fusionsdatensatz 106 die Messdaten des Basissystems.
Fusionsdatensatz 106 wird von Fusionsfilter 105 aus den Messdaten von Odometrienavigationssystem 103, Satellitennavigationssystems 104 und Trägheitsnavigationssystem 101 berechnet.
Fusionsfilter 105 ist beispielsgemäß als Error-State-Space-Kalman Filter ausgebildet ist, also als Kalman-Filter, das insbesondere eine Linearisierung der Messdaten bzw. Navigationsdaten ausführt und in welchem die quantitativen Fehlerwerte der Messdaten bzw. Navigationsdaten berechnet bzw. geschätzt werden und welches sequentiell arbeitet und dabei die in dem jeweiligen Funktionsschritt der Sequenz verfügbaren Messdaten bzw. Navigationsdaten korrigiert.
Fusionsfilter 105 ist so ausgebildet, dass es stets asynchron die aktuellsten von Trägheitsnavigationssystem 101, Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennavigationssystem 104 verfügbaren Messdaten erfasst. Beispielsgemäß werden die Messdaten bzw. Navigationsdaten dabei über Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 und Ausrichtungsmodelleinheit 109 geführt.
Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 ist so ausgebildet, dass sie aus den Messdaten von Odometrienavigationssystem 103 zumindest die Geschwindigkeit entlang einer ersten Achse, die Geschwindigkeit entlang einer zweiten Achse sowie die Drehrate um eine dritte Achse berechnet und diese Fusionsfilter 105 bereitstellt.
Das beispielsgemäße System umfasst außerdem Reifenparameterschätzungseinheit 110, welche so ausgebildet ist, dass sie zumindest die Rollradien der Fahrzeugräder, beispielgemäß die dynamischen Rollradien der Fahrzeugräder, berechnet und zusätzlich die Schräglaufsteifigkeit und die Schlupfsteifigkeit aller Räder berechnet und diese Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 als zusätzliche Eingangsgrößen bereitstellt. Reifenparameterschätzungseinheit 110 ist weiterhin so ausgebildet, dass sie ein im Wesentlichen lineares Reifenmodell zur Berechnung der Reifengrößen verwendet.
Die beispielgemäßen Eingangsgrößen von Reifenparameterschätzungseinheit 110 sind dabei die Raddrehzahlen und den Lenkwinkel beschreibende Messdaten, zumindest teilweise die Ausgangswerte von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 sowie die von Fusionsfilter 105 bestimmten Varianzen.
Das beispielsgemäße System umfasst außerdem GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111, welche so ausgebildet ist, dass sie beispielsgemäß als Eingangsdaten die Messdaten von Satellitennavigationssystem 104 sowie zumindest teilweise Ausgabedaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 erhält und in ihren Berechnungen berücksichtigt. GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111 prüft die Messdaten bzw. Navigationsdaten gegen ein an Satellitennavigationssystem 104 angepasstes stochastisches Modell. Sofern die Messdaten bzw. Navigationsdaten im Rahmen einer dem Rauschen Rechnung tragenden Toleranz dem Modell entsprechen, werden sie plausibilisiert.
Dabei ist GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111 zusätzlich mit Fusionsfilter 105 auf Datenebene verbunden und übermittelt die plausibilisierten Messdaten bzw. Navigationsdaten an Fusionsfilter 105.
GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111 ist beispielhaft so ausgebildet, dass sie ein Verfahren zum Auswählen eines Satelliten u.a. mittels der folgenden Verfahrensschritte durchführt:

– Messen von Positionsdaten des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Satelliten basierend auf den Sensorsignalen von Satellitennavigationssystems 104,
– Bestimmen von zu den basierend auf den Sensorsignalen von Satellitennavigationssystems 104 bestimmten Positionsdaten redundanten Referenzpositionsdaten des Kraftfahrzeugs,
– Auswählen des Satelliten, wenn eine Gegenüberstellung der Positionsdaten und der Referenzpositionsdaten einer vorbestimmten Bedingung genügt,
– wobei zur Gegenüberstellung der Positionsdaten und der Referenzpositionsdaten eine Differenz zwischen den Positionsdaten und den Referenzpositionsdaten gebildet wird,
– wobei die vorbestimmte Bedingung eine maximal zulässige Abweichung der Positionsdaten von den Referenzpositionsdaten ist,
– wobei die maximal zulässige Abweichung von einer Standardabweichung abhängig ist, die basierend auf einer Summe aus einer Referenzvarianz für die Referenzpositionsdaten und einer Messvarianz für die Positionsdaten berechnet wird und
– wobei die maximal zulässige Abweichung einem Vielfachen der Standardabweichung derart entspricht, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die Positionsdaten in ein von der Standardabweichung abhängiges Streuintervall fallen, einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.

Das beispielsgemäße System weist außerdem Stillstandserkennungseinheit 108 auf, welche so ausgebildet ist, dass sie einen Stillstand des Kraftfahrzeugs erkennen kann und im Falle eines erkannten Stillstands des Kraftfahrzeugs zumindest Fusionsfilter 105 Informationen aus einem Stillstandsmodell bereitstellt. Die Informationen aus einem Stillstandsmodell beschreiben dabei, dass die Drehraten um alle drei Achsen den Wert Null aufweisen und die Geschwindigkeiten entlang aller drei Achsen den Wert Null aufweisen. Stillstandserkennungseinheit 108 ist dabei beispielgemäß so ausgebildet, dass sie als Eingangsdaten die Messdaten der Raddrehzahlsensoren von Odometrienavigationssystem 103 sowie die Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 nutzt.
Das beispielsgemäße System verwendet eine erste Gruppe von Messdaten bzw. Navigationsdaten, die sich auf ein Kraftfahrzeugkoordinatensystem beziehen und zusätzlich eine zweite Gruppe von Messdaten bzw. Navigationsdaten, die sich auf ein Weltkoordinatensystem beziehen, wobei das Weltkoordinatensystem zur Beschreibung der Ausrichtung und von dynamischen Größen des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Mittels Ausrichtungsmodelleinheit 109 wird ein Ausrichtungswinkel zwischen dem Kraftfahrzeugkoordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem bestimmt.
Der von Ausrichtungsmodelleinheit 109 bestimmte Ausrichtungswinkel zwischen dem Kraftfahrzeugkoordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem wird dabei bestimmt auf Basis folgender physikalischer Größen:

– der vektoriellen Geschwindigkeit bezüglich des Weltkoordinatensystems,
– der vektoriellen Geschwindigkeit bezüglich des Kraftfahrzeugkoordinatensystems,
– des Lenkwinkels und
– der jeweiligen quantitativen Fehler der die genannten Größen beschreibenden Ausgabedaten.

Ausrichtungsmodelleinheit 109 greift dabei auf sämtliche der Ausgabedaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 zurück.
Ausrichtungsmodelleinheit 109 ist beispielgemäß so ausgebildet, dass sie zusätzlich zu dem Ausrichtungswinkel noch eine Information über die Datenqualität des Ausrichtungswinkels in Form einer Varianz berechnet und Fusionsfilter 105 bereitstellt.
Fusionsfilter 105 verwendet den Ausrichtungswinkel und die Varianz des Ausrichtungswinkels bei seinen Berechnungen, deren Ergebnisse es über Fusionsdatensatz 106 an Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 weiterleitet.
Fusionsfilter 105 erfasst also die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 101, dem Basissystem, sowie von Odometrienavigationssystem 103 und von Satellitennavigationssystem 104, den Korrektursystemen.
Das beispielhaft dargestellte System korrigiert wie beschrieben die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 sowie von Odometrienavigationssystem 103 und von Satellitennavigationssystem 104. Insbesondere die Fehlerwerte der Messdaten von Odometrienavigationssystem 103, welche die Rollradien der Fahrzeugräder beschreiben, sind jedoch nur dann beobachtbar und somit nur dann korrigierbar, wenn die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt ist. Diese wiederum kann, wie beschrieben, mittels der Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 oder von Satellitennavigationssystem 104 bestimmt werden. Beispielsgemäß wird eine Schwellenbedingung aus einem elektronischen Speicher abgerufen, welche angibt, ob eine ausreichende Anzahl von Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 101 oder von Satellitennavigationssystem 104 vorliegt, um die Fehlerwerte der Reifenrollradien, also die ersten Fehlerwerte im Sinne der Erfindung, zu beschreiben. Diese Schwellenbedingung wurde dabei nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram bestimmt. Sofern die solcherart bestimmte Schwellenbedingung erreicht oder überschritten wird, sind die ersten Fehlerwerte beobachtbar und werden korrigiert. Sofern die Schwellenbedingung jedoch nicht erreicht wird, werden die ersten Fehlerwerte solange als konstant angenommen, bis die Schwellenbedingung wieder erreicht oder überschritten wird.
2 zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Das dargestellte System ist beispielsgemäß zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems ausgebildet, wobei das erste Sensorsystem Odometrienavigationssystem 102 ist.
Das System umfasst beispielsgemäß Trägheitsnavigationssystem 201, Satellitennavigationssystem 204 und Odometrienavigationssystem 203 als unterschiedliche Sensorsysteme. Trägheitsnavigationssystem 201, Satellitennavigationssystem 204 und Odometrienavigationssystem 203 geben Messdaten, die direkt bzw. indirekt Navigationsdaten, nämlich eine Position, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Ausrichtung, eine Gierrate bzw. eine Gierbeschleunigung beschreiben, an Fusionsfilter 205 aus. Die Ausgabe der Messdaten erfolgt dabei über einen Fahrzeugdatenbus, beispielsgemäß über einen sog. CAN-Bus. Beispielsgemäß gibt Satellitennavigationssystem 204 seine Messdaten in Rohdatenform an aus.
Als zentrales Element bei einer Positionsbestimmung des Kraftfahrzeugs wird Trägheitsnavigationssystem 201, bei dem es sich um eine sog. MEMS-IMU (Micro-Electro-Mechanical-System-Inertial Measurement Unit) handelt in Kombination mit Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 verwendet, da dieses als fehlerfrei angenommen wird, d.h., es wird angenommen, dass die Werte von Trägheitsnavigationssystem 201 stets ihrem stochastischen Modell entsprechen, dass sie lediglich Rauscheinflüsse aufweisen und somit frei von äußeren bzw. zufälligen Fehlern bzw. Störungen sind. Das Rauschen sowie verbleibende, nicht modellierte Fehler von Trägheitsnavigationssystem 201, wie z.B. Nichtlinearität, werden dabei über den Messbereich als mittelwertfrei, stationär und normalverteilt (sog. Gaußsches Weißes Rauschen) angenommen.
Trägheitsnavigationssystem 201 umfasst drei zueinander jeweils orthogonal erfassende Drehratensensoren und drei zueinander jeweils orthogonal erfassende Beschleunigungssensoren.
Satellitennavigationssystem 204 umfasst einen GPS-Empfänger, welcher über die Satellitensignallaufzeit zunächst Entfernungsmessungen zu den empfangbaren GPS-Satelliten vornimmt und außerdem aus der Änderung der Satellitensignallaufzeit sowie zusätzlich aus der Änderung der Anzahl der Wellenlängen der Satellitensignale eine vom Kraftfahrzeug zurückgelegte Wegstrecke bestimmt. Odometrienavigationssystem 203 umfasst jeweils einen Raddrehzahlsensor an jedem Rad des Kraftfahrzeugs sowie einen Lenwinkelsensor. Die Raddrehzahlsensoren bestimmen jeweils die Raddrehgschwindigkeit des ihnen zugeordneten Rads und der Lenkwinkelsensor bestimmt den eingeschlagenen Lenkwinkel.
Trägheitsnavigationssystem 201 gibt seine Messdaten bzw. Navigationsdaten an Vorverarbeitungseinheit 206 von Trägheitsnavigationssystem 201 aus. Vorverarbeitungseinheit 206 korrigiert nun die Messdaten bzw. die darin beschriebenen Navigationsdaten mittels Korrekturen, die Vorverarbeitungseinheit 206 von Fusionsfilter 205 erhält. Die solcherart korrigierten Messdaten bzw. Navigationsdaten werden weitergeführt an Strapdown-Algorithmus-Einheit 207.
Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 nimmt anhand der korrigierten Messdaten bzw. Navigationsdaten von Vorverarbeitungseinheit 206 nun eine Positionsbestimmung vor. Diese Positionsbestimmung ist dabei eine sog. Koppelnavigation auf Basis von Trägheitsnavigationssystem 201. Dazu werden die von Vorverarbeitungseinheit 206 ausgegebenen korrigierten Messdaten bzw. Navigationsdaten fortlaufend über die Zeit aufintegriert bzw. aufaddiert. Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 kompensiert weiterhin eine auf Trägheitsnavigationssystem 201 wirkende Corioliskraft, welche sich auf die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 auswirken kann. Zur Positionsbestimmung führt Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 eine zweifache Integration der von Trägheitsnavigationssystem 201 erfassten Messdaten, welche Beschleunigungen beschreiben, über die Zeit durch. Dies ermöglicht eine Fortschreibung einer zuvor bekannten Position sowie eine Fortschreibung einer zuvor bekannten Ausrichtung des Kraftfahrzeugs. Zur Bestimmung einer Geschwindigkeit bzw. einer Drehrate des Kraftfahrzeugs führt Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 eine einfache Integration der von Trägheitsnavigationssystem 201 erfassten Messdaten über die Zeit durch. Weiterhin korrigiert Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 auch die bestimmte Position mittels entsprechender Korrekturwerte von Fusionsfilter 205. Fusionsfilter 205 führt in diesem Beispiel die Korrektur also nur mittelbar über Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 aus. Die von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bestimmten und korrigierten Messdaten bzw. Navigationsdaten, also die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Ausrichtung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs werden nun an Ausgabemodul 212 und an Fusionsfilter 205 geführt.
Der von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 ausgeführte sog. Strapdown-Algorithmus ist dabei rechnerisch nur wenig komplex und lässt sich daher als echtzeitfähiges Basissystem realisieren. Er stellt einen Verfahrensablauf zur Integration der Eingangsdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 zu Geschwindigkeit, Ausrichtung und Position dar und beinhaltet keine Filterung, so dass sich eine annähernd konstante Latenzzeit und Gruppenlaufzeit ergibt.
Der Begriff Basissystem beschreibt dabei dasjenige Sensorsystem, dessen Messdaten bzw. Navigationsdaten mittels der Messdaten bzw. Navigationsdaten der anderen Sensorsysteme, der sog. Korrektursysteme, korrigiert werden. Beispielsgemäß handelt es sich, wie bereits ausgeführt, bei den Korrektursystemen um Odometrienavigationssystem 203 und um Satellitennavigationssystem 204.
Trägheitsnavigationssystem 201, Vorverarbeitungseinheit 206 von Trägheitsnavigationssystem 201 und Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bilden beispielsgemäß zusammen das sog. Basissystem, zu welchem zusätzlich anteilig auch Fusionsfilter 205 gezählt wird.
Ausgabemodul 212 gibt die von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bestimmten und korrigierten Navigationsinformationen an beliebige weitere Systeme des Kraftfahrzeugs weiter.
Die von Satellitennavigationssystem 204 erfassten Messdaten werden beispielsgemäß in Form von Sensorsignalen über eine sog. UART-Datenverbindung zunächst an Vorverarbeitungseinheit 208 von Satellitennavigationssystem 204 weitergeführt. Vorverarbeitungseinheit 208 bestimmt nun aus den von Satellitennavigationssystem 204 ausgegebenen Messdaten bzw. Navigationsdaten, welche GPS-Rohdaten darstellen und auch eine Beschreibung der Umlaufbahn des jeweils die GPS-Signale sendenden GPS-Satelliten umfassen, eine Position und eine Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs im GPS-Koordinatensystem. Außerdem bestimmt Satellitennavigationssystem 204 eine relative Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu den GPS-Satelliten, von denen GPS-Signale empfangen werden. Weiterhin korrigiert Vorverarbeitungseinheit 208 einen in den Messdaten bzw. Navigationsdaten enthaltenen Zeitfehler einer Empfängeruhr von Satellitennavigationssystem 204, welcher durch eine Drift der Empfängeruhr entsteht, sowie mittels eines Korrekturmodells die durch atmosphärische Einwirkungen auf die von den GPS-Satelliten gesendeten GPS-Signale verursachten Veränderungen in der Signallaufzeit und dem Signalweg. Die Korrektur des Zeitfehlers sowie der atmosphärischen Einwirkungen erfolgen mittels von Fusionsfilter 205 über den CAN-Bus erhalten Korrekturwerten.
Satellitennavigationssystem 204 ist weiterhin Plausibilisierungsmodul 209 zugeordnet, welches die von Vorverarbeitungseinheit 208 ausgegebenen Messdaten bzw. Navigationsdaten, also die Position und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, plausibilisiert. Die von Plausibilisierungsmodul 209 plausibilisierten Messdaten bzw. Navigationsdaten werden dann an Fusionsfilter 205 ausgegeben.
Das System umfasst weiterhin Vorverarbeitungseinheit 210 von Odometrienavigationssystem 203, welche über den CAN-Bus die von Odometrienavigationssystem 203 erfassten Messdaten erhält. Die erfassten Messdaten sind in diesem Fall die Messdaten der einzelnen Raddrehzahlsensoren sowie die Messdaten des Lenkwinkelsensors. Vorverarbeitungseinheit 210 bestimmt nun aus den von Odometrienavigationssystem 203 ausgegebenen Messdaten bzw. Navigationsdaten gemäß einem sog. Koppelnavigationsverfahren die Position und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs im Kraftfahrzeugkoordinatensystem. Weiterhin werden die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs bestimmt, ebenfalls im Kraftfahrzeugkoordinatensystem. Außerdem korrigiert Vorverarbeitungseinheit 210 die von Odometrienavigationssystem 203 erhaltenen Messdaten mittels von Fusionsfilter 205 erhaltenen Korrekturwerten.
Odometrienavigationssystem 203 ist weiterhin Plausibilisierungsmodul 211 zugeordnet, welches die von Vorverarbeitungseinheit 210 ausgegebenen Messdaten bzw. Navigationsdaten, also die Position, die Ausrichtung, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, plausibilisiert. Da die Fehlerwerte der Ausgabedaten von Odometrienavigationssystem 203 häufig zufällige, umweltbedingte Störungen sind, die nicht Weißem Rauschen entsprechen, z.B. bei vergleichsweise großem Radschlupf, werden die mittels Trägheitsnavigationssystem 201 und mittels Satellitennavigationssystem 204 bestimmten Messdaten bzw. Navigationsdaten genutzt, um die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Odometrienavigationssystem 203 zu plausibilisieren. Zunächst werden auch hier aber die Messdaten bzw. Navigationsdaten gegen ein ihnen zugeordnetes, sensorindividuelles Modell abgeglichen, welches Messunsicherheiten wie Rauscheinflüsse berücksichtigt. Sofern die Messdaten bzw. Navigationsdaten dem Modell innerhalb der gegebenen Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche entsprechen, erfolgt hier eine erste Plausibilisierung und die solcherart plausibilisierten Messdaten bzw. Navigationsdaten werden weiterverarbeitet. Die plausibilisierten Messdaten bzw. Navigationsdaten werden dann an Fusionsfilter 205 weitergeführt. Sofern eine Plausibilisierung dieser Messdaten bzw. Navigationsdaten nicht erfolgen kann, werden die entsprechenden Messdaten bzw. Navigationsdaten verworfen und nicht weiter verarbeitet.
Fusionsfilter 205 ist beispielsgemäß als Error-State-Space-Kalman-Filter ausgebildet. Die Hauptaufgabe von Fusionsfilter 205 ist es beispielsgemäß, die Messdaten bzw. Navigationsdaten des Basissystems, also von Trägheitsnavigationssystem 201, mittels Messdaten bzw. Navigationsdaten von Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204, welche die Korrektursysteme darstellen, zu korrigieren, bzw. entsprechende Korrekturwerte an Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 auszugeben. Da Trägheitsnavigationssystem 201 beispielsgemäß als frei von zufälligen Fehlern und äußeren Störungen angenommen wird, unterliegen die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 ausschließlich Weißem Rauschen.
Da es sich bei Fusionsfilter 205 um einen sog. Error-State-Space-Kalman-Filter handelt, werden ausschließlich die quantitativen Fehlerwerte der Messdaten bzw. Navigationsdaten bestimmt und entsprechende Korrekturen ausgeführt. Dies vereinfacht und beschleunigt die von Fusionsfilter 205 vorgenommene Fusion der Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 201, Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204 zu einem gemeinsamen Fusionsdatensatz. Somit wird eine echtzeitfähige Positionsbestimmung und Korrektur der Positionsbestimmung ermöglicht.
Das in 2 dargestellte System stellt einen sog. virtuellen Sensor dar, wobei Trägheitsnavigationssystem 201, Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204 jedoch nicht Bestandteile des virtuellen Sensors sind. Ein virtueller Sensor ist ein System, welches unabhängig von der Art der eingebundenen Sensorsysteme – hier also Trägheitsnavigationssystem 201, Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204 – stets die gleichen Ausgangsdaten bzw. Ausgaben erzeugt. Anhand der Ausgangsdaten bzw. Ausgaben ist nicht ersichtlich, welche Sensorsysteme in das System eingebunden sind.
Auch das in 2 beispielhaft dargestellte System korrigiert wie beschrieben die Messdaten bzw. Navigationsdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 sowie von Odometrienavigationssystem 203 und von Satellitennavigationssystem 204. Insbesondere die Fehlerwerte der Messdaten von Odometrienavigationssystem 203, welche die Rollradien der Fahrzeugräder beschreiben, sind jedoch nur dann beobachtbar und somit nur dann korrigierbar, wenn die tatsächliche Fahrzeuggeschwindigkeit bekannt ist. Diese wiederum kann, wie beschrieben, mittels der Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 oder von Satellitennavigationssystem 204 bestimmt werden. Beispielsgemäß wird bei Bedarf eine Schwellenbedingung nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram bestimmt, welche angibt, ob eine ausreichende Anzahl von Messdaten von Trägheitsnavigationssystem 201 oder von Satellitennavigationssystem 204 vorliegt, um die Fehlerwerte der Reifenrollradien, also die ersten Fehlerwerte im Sinne der Erfindung, zu beschreiben. Sofern die solcherart bestimmte Schwellenbedingung erreicht oder überschritten wird, sind die ersten Fehlerwerte beobachtbar und werden korrigiert. Sofern die Schwellenbedingung jedoch nicht erreicht wird, werden die ersten Fehlerwerte solange als konstant angenommen, bis die Schwellenbedingung wieder erreicht oder überschritten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012216215 A1 [0004]
DE 102010063984 A1 [0005]
DE 102012219478 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems (103, 203), wobei das erste Sensorsystem (103, 203) und/oder ein zweites Sensorsystem (104, 204) und ein Sensorbasissystem (101, 201) eng gekoppelt sind, wobei das erste Sensorsystem (103, 203), das zweite Sensorsystem (104, 204) und das Sensorbasissystem (101, 201) jeweils unterschiedliche Messdaten erfassen, wobei die Messdaten jeweils direkt und/oder indirekt Navigationsdaten beschreiben, wobei die indirekt beschriebenen Navigationsdaten aus den Messdaten und/oder aus bekannten physikalischen und/oder mathematischen Zusammenhängen berechnet werden, wobei die Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) erste Fehlerwerte aufweisen und wobei die ersten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des zweiten Sensorsystems (104, 204) und/oder von Messdaten des Sensorbasissystems (101, 201) beobachtbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fehlerwerte korrigiert werden, wenn sie beobachtbar sind und dass die ersten Fehlerwerte als konstant angenommen werden, wenn sie nicht beobachtbar sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorliegen der ausreichenden Anzahl von Messdaten anhand des Erreichens oder Überschreitens einer Schwellenbedingung bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenbedingung einmalig nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram bestimmt und in einem Speicher abgelegt wird und für jede Überprüfung des Vorliegens der ausreichenden Anzahl von Messdaten aus dem Speicher abgerufen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenbedingung für jede Überprüfung des Vorliegens der ausreichenden Anzahl von Messdaten bedarfsweise nach dem Beobachtbarkeitskriterium nach Gram erneut bestimmt wird.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fehlerwerte nach Maßgabe einer Abweichung der Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) von den Messdaten des Sensorbasissystems (101, 201) bestimmt werden, wobei Fehlerwerte des Sensorbasissystems (101, 201) mittels der Messdaten des zweiten Sensorsystems korrigiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fehlerwerte nach Maßgabe einer Abweichung der Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) von den Messdaten des zweiten Sensorsystems (104, 204) bestimmt werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Sensorsystem (103, 203) ein Odometrienavigationssystems (103, 203) ist, dass das zweite Sensorsystem (104, 204) ein globales Satellitennavigationssystem (104, 204) ist und dass das Sensorbasissystem (101, 201) ein Trägheitsnavigationssystem (101, 201) ist.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fehlerwerte Fehlerwerte von Rollradien von Fahrzeugrädern sind.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messdaten und/oder der Navigationsdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) und/oder des zweiten Sensorsystems (104, 204) eine Bestimmung von Fehlerwerten der Messdaten und/oder der Navigationsdaten des Sensorbasissystems (101, 201) erfolgt, wobei die Fehlerwerte des Sensorbasissystems (101, 201) mittels einer Anbringung von Korrekturen korrigiert werden.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturen fortlaufend aufaddiert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) unabhängig von einer Beobachtbarkeit der ersten Fehlerwerte zur Bestimmung der Fehlerwerte des Sensorbasissystems (101, 201) herangezogen werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Navigationsdaten des Sensorbasissystems, des ersten Sensorsystems (103, 203) und/oder des zweiten Sensorsystems (104, 204) zu einem Fusionsdatensatz (106) fusioniert werden.
Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Fehlerwerte und die Fehlerwerte des Sensorbasissystems (101, 201) mittels eines Error-State-Space-Filters, insbesondere mittels eines Error-State-Space-Kalman-Filters (105, 205), bestimmt werden.
System zur Korrektur von Messdaten eines ersten Sensorsystems (103, 203), umfassend ein erstes Sensorsystem (103, 203) und/oder ein zweites Sensorsystem (104, 204) und/oder ein Sensorbasissystem (101, 201) und ein Fusionsfilter, wobei das erste Sensorsystem (103, 203) und/oder das zweite Sensorsystem (104, 204) und/oder das Sensorbasissystem (101, 201) eng gekoppelt sind, wobei das erste Sensorsystem (103, 203), das zweite Sensorsystem (104, 204) und das Sensorbasissystem (101, 201) dazu ausgebildet sind, jeweils unterschiedliche Messdaten zu erfassen, wobei die Messdaten jeweils direkt und/oder indirekt Navigationsdaten beschreiben, wobei das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, indirekt beschriebenen Navigationsdaten aus den Messdaten und/oder aus bekannten physikalischen und/oder mathematischen Zusammenhängen zu berechnen, wobei die Messdaten des ersten Sensorsystems (103, 203) erste Fehlerwerte aufweisen und wobei das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte bei Vorliegen einer ausreichenden Anzahl von Messdaten des zweiten Sensorsystems (104, 204) und/oder von Messdaten des Sensorbasissystems (101, 201) zu beobachten, dadurch gekennzeichnet, dass das Fusionsfilter dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte zu korrigieren, wenn das Fusionsfilter die ersten Fehlerwerte beobachtet und dass das Fusionsfilter weiterhin dazu ausgebildet ist, die ersten Fehlerwerte als konstant anzunehmen, wenn das Fusionsfilter die ersten Fehlerwerte nicht beobachtet.
System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Verwendung des Systems nach mindestens einem der Ansprüche 14 und 15 in einem Kraftfahrzeug.