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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Abgleichen eines Sensorsignals eines Sensors in einem Fahrzeug, auf ein entsprechendes Informationssystem sowie auf ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.
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Die
DE 44 15 993 A1 beschreibt ein Korrekturverfahren für ein kartengestütztes Navigationssystem, bei dem die durch Koppelortung gefundene Position eines Kraftfahrzeugs überprüft und korrigiert wird. Zur Korrektur der mitgekoppelten Position wird ein Fehlerbereich aufgestellt, dessen Größe durch die Toleranzen der Fahrzeugsensoren bestimmt ist.
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Sensoren in Fahrzeugen werden herkömmlicherweise bei der Herstellung kalibriert. Dazu wird ein Sensor definierten Messgrößen ausgesetzt und das resultierende Messsignal analysiert. Daraus wird eine Korrekturgröße berechnet, die unmittelbar in den Sensor eingeschrieben wird. Damit bildet der Sensor zumindest im Auslieferungszustand die Messgröße richtig ab. Nachdem der Sensor im Fahrzeug verbaut ist, unterliegt der Sensor einem Alterungsprozess und sein Messsignal verliert an Genauigkeit.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Abgleichen eines Sensorsignals eines Sensors in einem Fahrzeug, ein entsprechendes Informationssystem, das dieses Verfahren verwendet sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogrammprodukt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass ein Sensorsignal mithilfe von Annahmen abgesichert werden kann, und so systematische Fehler im Sensorsignal, wie Drift und/oder Offset erkannt und ausgeglichen werden können. Die Annahmen können auf eine Positionsbestimmung gegründet sein, die Rahmenbedingungen für einen Referenzwert bereitstellen kann. Beispielsweise kann an einer bestimmten Position aufgrund einer bekannten Geländeneigung an der Position eine bestimmte Fahrzeugneigung erwartet werden. Wenn das Sensorsignal eine abweichende Fahrzeugneigung anzeigt, ist es wahrscheinlich, dass entweder das Sensorsignal fehlerbehaftet ist, oder die Annahme falsch ist. Ebenso kann aufgrund der Positionsbestimmung eine Annahme getroffen werden, dass eine Fahrzeuglängsachse in eine bestimmte Richtung weist. Wenn ein Drehratensensor ein davon abweichendes Signal ausgibt, ist es auch hier wahrscheinlich, dass entweder das Signal fehlerbehaftet ist, oder die Annahme falsch ist. Durch eine hohe Wahrscheinlichkeit der Richtigkeit der Annahme kann eine Abweichung des Signals ermittelt werden. Wenn die Abweichung bekannt ist, kann das Signal verändert werden, um die Messgröße erneut richtig abzubilden.
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Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Abgleichen eines Sensorsignals eines Sensors in einem Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Vergleichen eines Signalverlaufs des Sensorsignals mit einem Referenzwert des Sensorsignals an einer Position des Fahrzeugs um eine Differenz zu erhalten, wobei der Signalverlauf auf einer Fahrt zu der Position aufgezeichnet wurde;
Bereitstellen eines abgeglichenen Sensorsignals unter Verwendung des Sensorsignals und der Differenz.
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Unter einem Sensor kann ein Lagesensor, beispielsweise ein Neigungswinkelsensor oder ein Drehratensensor verstanden werden. Der Sensor stellt ein Sensorsignal bereit, das analog oder digital einen Wert einer Größe repräsentiert, die von dem Sensor gemessenen wird. Das Sensorsignal kann störende Einflüsse oder Messfehler aufweisen, beispielsweise ein Rauschen, einen Versatz oder eine Drift. Das Fahrzeug kann ein Positionsbestimmungsgerät aufweisen, beispielsweise einen GPS-Empfänger. Das Fahrzeug kann auch ein Navigationsgerät aufweisen. Die Position des Fahrzeugs kann in einem vorausgehenden Schritt des Einlesens von dem Empfänger bzw. dem Navigationsgerät eingelesen werden. Die Position kann als Koordinatenwert eingelesen werden. Das Sensorsignal kann unmittelbar verarbeitet werden. Das Sensorsignal kann auch zeitverzögert verarbeitet werden. Dazu kann das Sensorsignal gespeichert werden. Ein positionsbezogener Referenzwert kann eine wahrscheinliche und/oder zu erwartende Lage des Fahrzeugs an der Position repräsentieren. Ein abgeglichenes Sensorsignal kann das Sensorsignal befreit von dem Messfehler oder den störenden Einflüssen repräsentieren. Beispielsweise kann die Regelabweichung von dem Sensorsignal abgezogen werden, um das abgeglichene Sensorsignal zu erhalten.
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Der Signalverlauf kann ein Integral des Sensorsignals während der Fahrt repräsentieren. Der Signalverlauf kann zwischen einem Verlassen eines Ausgangspunkts und einem Erreichen der Position aufgezeichnet werden. Das Sensorsignal kann aufintegriert werden. Dabei können beispielsweise positive Werte das Integral vergrößern und negative Werte das Integral verringern. Bei einem Richtungssignal kann beispielsweise das Integral ein Vielfaches eines Vollkreiswinkels sein, wenn sich das Fahrzeug erneut an der (Ausgangs-)Position befindet. Unter der Annahme, dass das Fahrzeug an der gleichen Position erneut die gleiche Lage und/oder Ausrichtung aufweist, kann eine Änderung im Sensorsignal erkannt werden, um diese zu kompensieren. Dadurch kann das Sensorsignal mit einer größeren Sicherheit für sicherheitsrelevante Anwendungen verwendet werden.
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Der Referenzwert kann unter Verwendung eines hinterlegten Geländemodells an der Position ermittelt werden. Der Referenzwert kann basierend auf einer Datenbank ermittelt werden. Beispielsweise kann eine Geländeausrichtung und/oder eine Geländehöhe und/oder eine Geländebeschaffenheit hinterlegt sein. Beispielsweise kann basierend auf der Geländeausrichtung eine Geländeneigung und Exposition bestimmt werden, und daraus eine zu erwartende Schräglage des Fahrzeugs ermittelt werden. Die Differenz kann einen Unterschied zwischen dem Geländemodell und dem Sensorsignal repräsentieren.
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Das Sensorsignal kann eine Ausrichtung des Fahrzeugs im Raum an der Position repräsentieren. Beispielsweise kann das Sensorsignal einen Winkel des Fahrzeugs bezogen auf ein Hauptachsensystem des Fahrzeugs repräsentieren. Beispielsweise kann das Fahrzeug dazu einen längs gerichteten und einen quer gerichteten Beschleunigungssensor und einen um eine Hochachse des Fahrzeugs gerichteten Drehratensensor aufweisen. Der hinterlegte Wert kann Werte der Sensoren repräsentieren, die in der Vergangenheit an der Position aufgezeichnet worden sind.
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Daten des Geländemodells können an der Position mit der Ausrichtung des Fahrzeugs an der Position und/oder einem Positionssignal an der Position verglichen werden, um einen Geländeabweichungswert zu erhalten. Der Geländeabweichungswert kann im Navigationssystem zu der Position hinterlegt werden. Wenn die Differenz größer als ein Toleranzbereich ist, kann beispielsweise ein Fehler im Geländemodell vorhanden sein. Dann kann die Ermittlung der Regelabweichung unterbrochen werden, um keinen falschen Abgleich des Sensorsignals zu bewirken. Durch ein Ermitteln eines Geländeabweichungswerts kann das Geländemodell verbessert werden. Wenn beispielsweise eine schwache Signalstärke des GNSS die Positionsbestimmung erschwert, kann die Position mit ungenügender Genauigkeit ermittelt werden. Ein Bereich, in dem die Signalstärke gering ist, kann ebenfalls in dem Geländeabweichungswert hinterlegt werden.
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Das Verfahren kann einen Schritt des Ermittelns einer Regelabweichung für das Sensorsignal aufweisen, wobei im Schritt des Bereitstellens das abgeglichene Sensorsignal ferner unter Verwendung der Regelabweichung bereitgestellt wird. Eine Regelabweichung kann ein Offset oder eine Driftkompensation sein. Die Regelabweichung kann unter Verwendung einer Verarbeitungsvorschrift aus der Differenz bzw. aus einer Mehrzahl von Differenzen ermittelt werden. Die Regelabweichung kann beispielsweise einen Mittelwert mehrerer Differenzen repräsentieren.
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Die Regelabweichung kann unter Verwendung eines erwarteten Toleranzbereichs für die Regelabweichung ermittelt werden. Die Regelabweichung kann größer als ein Minimalwert der Regelabweichung sein und kleiner als ein Maximalwert der Regelabweichung sein. Der Minimalwert kann auch negativ sein. Ebenso kann ein Toleranzbereich auf die Differenz angewandt werden. Wenn eine Regelabweichung ermittelt würde, die außerhalb des Toleranzbereichs liegen würde, kann ein Fehler vorliegen. Beispielsweise kann eine Regelabweichung außerhalb des Toleranzbereichs für das Bereitstellen des abgeglichenen Sensorsignals unberücksichtigt bleiben.
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Die Differenzen können über einen vorbestimmten Zeitraum/Distanz gemittelt werden, um die Regelabweichung zu erhalten. Durch ein Mitteln können Extremwerte der Differenzen gefiltert werden. Beispielsweise kann ein Durchschnittswert der Differenzen ermittelt werden. Der Abgleich kann durch das Mitteln robuster ausgeführt werden.
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Das Sensorsignal kann eine gemessene Richtung der Erdbeschleunigung repräsentieren. Im Schritt des Vergleichens kann als Referenzwert eine zu erwartende Steigung zwischen der Position und einer weiteren Position ermittelt werden. Die gemessene Richtung der Erdbeschleunigung kann mit der erwarteten Steigung verglichen werden. Eine weitere Position kann eine zukünftige Position des Fahrzeugs sein. Ebenso kann die weitere Position eine zurückliegende Position des Fahrzeugs sein. Die Position kann beispielsweise einen ersten Höhenwert und die weitere Position kann einen zweiten Höhenwert aufweisen. Zwischen der Position und der weiteren Position kann eine Entfernung liegen. Über die Entfernung und die Höhenwerte kann eine zu erwartende Geländeneigung bestimmt werden. Die zu erwartende Geländeneigung kann mit einem Mittelwert einer Neigung des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung verglichen werden, um den Sensor abzugleichen.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner ein Informationssystem, das ausgebildet ist, um die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens in entsprechenden Einrichtungen durchzuführen bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Informationssystems kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
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Unter einem Informationssystem kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuerund/oder Datensignale ausgibt. Das Informationssystem kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Informationssystems beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, wenn das Programmprodukt auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines Informationssystems zum Abgleichen eines Sensorsignals eines Sensors in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Abgleichen eines Sensorsignals eines Sensors in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Informationssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beim Erreichen einer zuvor bereits einmal erreichten Position; und
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4 eine Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Informationssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Wert eines Geländemodells als Referenzwert verwendet wird.
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In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt ein Blockschaltbild eines Informationssystems 100 zum Abgleichen eines Sensorsignals 102 eines Sensors 104 in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Informationssystem 100 weist eine Einrichtung 106 zum Vergleichen, eine Einrichtung 108 zum Ermitteln und eine Einrichtung 110 zum Bereitstellen auf. Der Sensor 104 stellt das Sensorsignal 102 bereit. Das Sensorsignal 102 repräsentiert eine Lage des nicht dargestellten Fahrzeugs im Raum. Dazu weist das Sensorsignal 102 einen Anteil einer Beschleunigung in Fahrzeuglängsrichtung x, einen Anteil einer Beschleunigung in Fahrzeugquerrichtung y, einen Anteil einer Beschleunigung in Fahrzeughochrichtung z sowie eine Drehrate um die Fahrzeughochachse ω auf. Wenn das Fahrzeug ruht, wirkt lediglich die Erdbeschleunigung auf das Fahrzeug. Das Sensorsignal 102 weist dann anteilig in den x-, y- und z Komponenten die Erdbeschleunigung auf. Der Sensor 104 kann eine Signaldrift und/oder einen Signalversatz aufweisen, wodurch das Sensorsignal 102 verfälscht würde. Die Einrichtung 106 zum Vergleichen vergleicht das Sensorsignal 102 mit einem Referenzwert 112, der von einer Einrichtung zum Bereitstellen des Referenzwerts 112 ansprechend auf ein Positionssignal 116 des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Der Referenzwert 112 ist positionsbezogen und repräsentiert einen Vergleichswert zu dem Sensorsignal 102 an der Position. Die Einrichtung 106 zum Vergleichen stellt eine Differenz 118 der Werte bereit. Die Differenz 118 wird in der Einrichtung 108 zum Ermitteln verwendet, um eine Regelabweichung 120 bereitzustellen. Die Regelabweichung 120 wird unter Anwendung einer Verarbeitungsvorschrift aus der Differenz 118 ermittelt. Die Einrichtung 110 zum Bereitstellen empfängt das Sensorsignal 102 und die Regelabweichung 120 und gibt ein abgeglichenes Sensorsignal 122 aus, das weniger oder keine Signaldrift und/oder Signalversatz aufweist.
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Das Blockschaltbild in 1 zeigt Kalibrierungsmöglichkeiten von Sensoren mittels Navigation gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Für die verschiedensten Systeme an Bord eines Fahrzeuges sind genau kalibrierte Sensoren 104 wichtig, z. B. für die Steigungsbestimmung (u. a. für HillHold, ESP, ...) ein Beschleunigungssensor in Fahrzeuglängsrichtung x, für ESP die Reifendurchmesser und ein Gyroskop ω. Durch die Verwendung eines Navigationsgerätes kann die Kalibrierung im Vergleich zu herkömmlichen Methoden schneller geschehen.
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Neben Informationen aus der Karte kann mittels einer Navigation festgestellt werden, dass ein Fahrzeug wieder an einer Position steht, an der es sich schon einmal befand. Wenn dies der Fall ist, so gibt es zwischen diesen beiden Zeitpunkten keine Unterschiede in der Position, was eine sehr genaue Kalibrierung ermöglicht.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Abgleichen eines Sensorsignals 102 eines Sensors in einem Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren weist einen Schritt 202 des Vergleichens, einen Schritt 204 des Ermittelns und einen Schritt 206 des Bereitstellens auf. Im Schritt 202 des Vergleichens wird das an einer Position des Fahrzeugs aufgezeichnete Sensorsignal 102 mit einem positionsbezogenen Referenzwert 112 des Sensorsignals 102 an der Position verglichen, um eine Differenz 118 zu erhalten. Im Schritt 204 des Ermittelns wird eine Regelabweichung 120 für das Sensorsignal unter Verwendung der Differenz 118 ermittelt. Im Schritt des Bereitstellens wird ein abgeglichenes Sensorsignal 122 unter Verwendung der Regelabweichung 120 und des Sensorsignals 102 bereitgestellt.
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3 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 300 mit einem Informationssystem 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beim Erreichen einer zuvor bereits erreichten Position 302. Das Fahrzeug 300 weist einen Sensor 104 und eine nicht dargestellte Einheit zur Positionsbestimmung auf. Der Sensor 104 stellt ein Sensorsignal bereit, das eine Lage des Fahrzeugs 300 an der Position 302 repräsentiert. Die Position 302 ist eine Position, an der sich das Fahrzeug 300 zumindest zum zweiten Mal befindet. Die Einheit zur Positionsbestimmung stellt die Koordinaten der aktuellen Fahrzeugposition 302 bereit. Beispielsweise kann die Position 302 ein gemieteter Stellplatz für das Fahrzeug 300 sein. An die Position 302 kann das Fahrzeug 300 immer wieder kommen, nachdem das Fahrzeug 300 veränderliche Fahrtstrecken 304 zurückgelegt hat. Da das Fahrzeug 300 wieder an die Position 302 zurückgekehrt ist, weist das Fahrzeug 300 dort eine reproduzierbare Lage auf. Das Sensorsignal sollte wieder nahezu gleich sein. Unter der Annahme, dass das Sensorsignal an der Position 302 gleich sein sollte, kann das Sensorsignal eines der letzten Male, an denen das Fahrzeug 300 an der Position 302 war, mit dem aktuellen Sensorsignal verglichen werden. Dabei kann eine Differenz gewonnen werden, die beispielsweise eine Signaldrift des Sensorsignals repräsentiert. Durch eine Weiterverarbeitung der Differenz kann eine Regelabweichung des Sensorsignals ermittelt werden. Mittels der Regelabweichung kann das originale Sensorsignal abgeglichen werden, sodass das abgeglichene Sensorsignal an der Position 302 immer wieder innerhalb eines Toleranzbereichs liegt. Damit können sicherheitsrelevante Systeme des Fahrzeugs 300 das abgeglichene Sensorsignal mit einer hohen Verlässlichkeit nutzen.
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In Fahrzeugen 300 sind verschiedene Sicherheitssysteme und Komfortfunktionen vorhanden. z. B. ESP, HillHold, Airbag, ... Diese benötigen für ihre korrekte Funktion gut kalibrierte Sensoren 104. Nur damit können sich die Systeme ein korrektes Abbild von der Außenwelt machen und richtig funktionieren. Sind die Sensoren 104 schlecht kalibriert, werden die zugehörigen Funktionen reduziert oder ganz abgeschaltet.
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Eine gute Kalibrierung ist somit ganz wesentlich. Es werden nachfolgend verschiedene Methoden zur Kalibrierung vorgestellt.
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Sensoren 104 werden während der Produktion den verschiedensten, genau definierten Situationen ausgesetzt und es wird die Ausgabe der Sensoren 104 direkt im Sensor 104 mit der jeweiligen zugehörigen Situation abgespeichert. Es wird also direkt während der Herstellung der Sensor 104 angelernt. (Die Sensoren 104 werden z. B. drehend durch Wärmeöfen geschoben o. ä.)
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Es können Heuristiken verwendet werden, um die Sensoren 104 während des Betriebes zu kalibrieren. So wird ein Fahrzeug 300 im Mittel (also über sehr viele Kilometer hinweg) geradeaus und horizontal fahren. So eine Heuristik ist für sehr lange Strecken in der Größenordnung von 100 und mehr Kilometern sehr genau.
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Sensoren 104 können an Hand anderer Sensoren 104 kalibriert werden. So ist die Kalibrierung von Gyroskopen und Reifendurchmessern mittels GNSS(globales Navigations Satelliten System)-Messwerten möglich.
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Im hier vorgestellten Ansatz werden weitere Kalibriermöglichkeiten von Sensoren 104 aufgezeigt, die sich aus der Verwendung eines Navigationssystems ergeben.
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Beispielsweise eine Nutzung einer identischen Position 302, wie sie in 3 dargestellt ist. Bei vielen Fahrten 304 mit einem Fahrzeug 300 befindet sich das Fahrzeug 300 nach meist recht kurzer Zeit wieder an einem Punkt 302, an dem es schon einmal war. So parkt ein Fahrzeug 300 z. B. nachts meist in der gleichen Garage. Beispielsweise bei einem täglichen Pendeln 304 zwischen Arbeitsplatz und Wohnort, Fahrten 304 zum Einkaufen usw. Es wird immer wieder an der gleichen Kreuzung gestoppt, um die Vorfahrt zu gewähren oder Ähnliches.
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Ein Navigationsgerät kann nun detektieren, wenn sich das Fahrzeug 300 wieder genau an einer Stelle befindet, an der es schon einmal war. Außerdem liefert die Navigation dazu den Zeitpunkt bzw. die seitdem gefahrene Strecke 304.
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Diese Information kann zur Kalibrierung von Sensoren 104 benutzt werden.
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Wird die Neigung in Steilkurven vernachlässigt, so ist die Summe aller Richtungsänderungen seit dem letzten Besuch an dieser Position 302 ein Vielfaches von 360°. Damit kann der Offset eines Drehratensensors 104 sehr genau kalibriert werden, denn die aufintegrierte Drehrate wird genau diesem Vielfachen entsprechen. Der Offset ist bei einem Gyro die kritische Kalibriergröße.
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Hat der Gyro 104 einen Offset Z, einen Scalefaktor S und G repräsentiert die Messwerte des Gyros, und es wurden N Vollkreise absolviert, dann kann 2πNS = ∫(G – Z)dt gelten, woraus der Offset sehr genau bestimmen werden kann, selbst wenn der Scalefaktor nur mit einer geringen Genauigkeit bestimmt ist.
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Bei einer Rückkehr an genau die gleiche Stelle 302 kann es keine Höhendifferenz geben. Mit dieser Information kann der Offset eines Beschleunigungssensors 104 in Fahrzeug-Längsrichtung sehr genau kalibriert werden, denn das Integral aller Beschleunigungen in Fahrzeuglängsrichtung über die gefahrene Strecke 304 ist Null.
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Ist die Anzahl an gefahrenen Kreisen seit dem letzten Stopp an dieser Stelle 302 bekannt, so ist die Differenz der von den Rädern zurückgelegten Strecken gleich der Anzahl an Vollkreisen (2π) mal Achsabstand. Mit diesem Ansatz können die Räder sehr genau relativ zueinander kalibriert werden, wenn die Räder ohne Schlupf bewegt wurden.
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4 zeigt eine Darstellung eines Fahrzeugs 300 mit einem Informationssystem 100 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Wert eines Geländemodells 400 als Referenzwert 112 verwendet wird. Wie in 3 weist das Fahrzeug 300 einen Sensor 104 auf. Der Sensor 104 stellt ein Sensorsignal bereit, das eine Ausrichtung der Erdbeschleunigung g relativ zum Fahrzeug 300 repräsentiert. Das Informationssystem 100 kann auf einen Datenspeicher 402 zugreifen, in dem das Geländemodell 400 hinterlegt ist. Das Geländemodell 400 bildet Geländeeigenschaften, wie beispielsweise eine Geländeneigung und Exposition ab. In dem Informationssystem 100 werden Daten des Geländemodells 400 an einer aktuellen Position des Fahrzeugs 300 mit dem Sensorsignal des Sensors 104 verglichen, und aus der Differenz ein Korrekturfaktor oder Korrekturwert ermittelt. Mit dem Korrekturwert oder Korrekturfaktor wird das Sensorsignal abgeglichen, um ein abgeglichenes oder justiertes Sensorsignal zur Weiterverarbeitung zu erhalten. Der Sensor 104 weist einen Arbeitsbereich auf, innerhalb dessen das Sensorsignal angeordnet sein müsste. Wenn die Differenz zu dem Geländemodell 400 größer als der Arbeitsbereich ist, dann kann beispielsweise das Geländemodell 400 fehlerhaft sein. Dann kann ein Geländekorrekturwert erzeugt werden, der beispielsweise eine Notwendigkeit der Korrektur des Geländemodells 400 anzeigt. Ebenso kann der Geländekorrekturwert einen zukünftigen Vergleich an der Position unterbinden, um einen falschen Abgleich des Sensors 104 zu verhindern.
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Beispielsweise zeigt 4 eine Nutzung von Steigungsdaten zum Abgleich des Sensors 104. Es werden zunehmend auch Steigungsdaten in die Karten 400 eingetragen. Diese sind u. a. für ökologische Fahrrouten wichtig. Mit diesen Informationen können Beschleunigungssensoren 104 kalibriert werden. Befindet sich das Fahrzeug 300 z. B. auf einer aus der Karte 400 bekannten Steigung, dann wird ein Beschleunigungssensor 104 in Fahrzeug-Längsrichtung im Stand den Sinus-Anteil der Gravitationsbeschleunigung g messen. Damit kann der Beschleunigungssensor 104 kalibriert werden. Bei bewegtem Fahrzeug kann die aus z. B. den Odometerwerten bekannte Tangentialbeschleunigung aus Bremsen/Beschleunigen herausgerechnet werden.
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Ein weiteres Beispiel ist eine Nutzung von Höhendaten 400. Die Navigation ermittelt mittels eines globalen Navigationssatelliten Systems (GNSS) die aktuelle Höhe oder findet diese Information in den Kartendaten 400 (z. B. aus einem digitalen Terrain-Modell 400). Höhenangaben sind meist nicht besonders exakt, können aber mit einer Genauigkeit von ca. 20 bis 50 m bestimmt werden. Trotz dieser geringen Güte kann damit ein Beschleunigungs-Messer 104 sehr gut kalibriert werden, wenn genügend Strecke zwischen den beiden Messungen liegt. Nach einer Strecke von beispielsweise 6 km kann damit der Offset eines Beschleunigungssensors 104 bis auf 1° genau kalibriert werden. Dies ist immer noch wenig Strecke im Vergleich zu den, bei der Verwendung von Heuristiken benötigten mehr als 100 km.
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Dieses Prinzip ist nicht nur auf eine Messung am Anfang und eine zweite Messung am Ende der Kalibrierstrecke begrenzt. Das GNSS und das Höhenmodell 400 liefern fortlaufend unabhängige Messwerte, sodass damit eine kontinuierliche Kalibrierung durchgeführt werden kann.
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Die oben genannten Anwendungen können teilweise sicherheitsrelevant sein. Bei hohen Sicherheitsstandards kann es sein, dass der Abgleich abgesichert werden muss. Kartendaten 400 können beispielsweise falsch sein, ein GNSS kann durch Multipath falsche Daten liefern usw.
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Die Sensoren 104 in den sicherheitsrelevanten Anwendungen haben genau definierte Charakteristika. Es ist also genau bekannt, in welchem Intervall sich zum Beispiel ein Offset bewegen kann.
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Durch dieses Wissen können offensichtliche Fehlmessungen verworfen werden. Die restlichen, plausiblen Messwerte werden zur Kalibrierung verwendet. Dabei wird aber niemals der Kalibrierwert nur durch eine einzelne Messung gesetzt. Es werden vielmehr die neuen Messwerte langsam über einen Filterprozess in die schon bekannten Kalibrierwerte eingefiltert.
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Liegen gleichzeitig unabhängige Messwerte vor (z. B. einmal Steigungsdaten aus der Karte 400 und einmal Steigung aus GNSS), so können diese untereinander vor der Verwendung plausibilisiert werden.
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Durch die vielfache Kombination von streuungsbehafteten aber unabhängigen und erwartungstreuen Messwerten ergibt sich gemäß der Wahrscheinlichkeitstheorie in Summe ein sehr verlässlicher Messwert.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist eine Nutzung eines Protection-Level der Navigation. Die Navigation kann zu jeder Position einen Sicherheitsbereich ausgeben, in dem sie sich z. B. zu 99,999% Sicherheit befindet. Dies wird als Protection-Level bezeichnet. Beispielsweise kann das Protection-Level bei der reinen GNSS-Ortung für Flugzeuge unter Verwendung von SBAS (Satellite Based Augmentation System) verwendet werden. Zusammen mit dieser Genauigkeitsangabe genügt dann auch die Navigation den sicherheitsrelevanten Ansprüchen. Solche Messwerte zusammen mit den angegebenen Fehlerintervallen können direkt zur Kalibrierung ohne weitere Mittelungen benutzt werden.
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Für eine weitere Verbesserung kann ein Rückkanal an die Navigation verwendet werden. Während der Kalibrierung bewertet das Steuergerät 100, ob die Messwerte bzw. die Kartendaten 400 der Navigation plausibel sind. Werden nun Fehler in der Navigationskomponente festgestellt, kann das Steuergerät 100 die Navigation darüber informieren. Es werden dann die entsprechenden Kartendaten 400 als fehlerhaft markiert und/oder korrigiert. Oder es wird die Gegend als schlechte GNSS-Gegend eingestuft.
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Fährt das Fahrzeug 300 nun an einer Stelle mit als fehlerhaft markierten Kartendaten 400 oder in einer als schlecht markierten GNSS Gegend, werden diese Werte gar nicht erst zur Kalibrierung benutzt. Die Navigation kann also auf diese Art und Weise Kartenfehler oder schlechte GNSS-Gegenden lernen.
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Diese Information kann an einen zentralen Server 402 überspielt werden. Damit werden nicht nur die lokalen Daten in der eigenen Navigation korrigiert. Das Wissen kann damit allen Nutzern des Daten-Servers 402 zur Verfügung gestellt werden.
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Fahrzeug-Steuergeräte 100 können Daten von der Navigation anfordern. Diese Daten werden über einen Kanal, typischerweise ein CAN, versendet. Die CAN-Nachrichten sind genau spezifiziert. Somit können diese Daten leicht mitgelesen werden und somit nachgewiesen werden, welche Informationen ausgetauscht werden. Beispielsweise kann eine Nachricht der Art „Stopp an bekannter Position” übertragen werden.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können erfindungsgemäße Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder”-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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