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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen relativer Messdaten für einen Fusionssensor, eine Steuervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und ein Fahrzeug mit der Steuervorrichtung.
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Aus der
WO 2011/ 098 333 A1 ist bekannt, in einem Fahrzeug verschiedene Sensorgrößen heranzuziehen, um bereits vorhandene Sensorgrößen basierend auf einer Fusion zu verbessern oder neue Sensorgrößen zu generieren und somit die erfassbare Information zu steigern.
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DE 10 2012 216 205 A1 bezieht sich auf die Fusion von Chassis-Sensordaten mit Fahrdynamikdaten. Fahrdynamikdaten und Chassis-Sensor Daten werden erfasst, und die erfassten Daten werden gefiltert.
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DE 10 2006 029 148 A1 bezieht sich auf die Überprüfung einer initialen Meßeinheit, insbesondere von Luftfahrzeugen. Messwerte von Beschleunigung und Drehratenssensoren werden verwendet und verarbeitet, eine aktuelle Position und Orientierung bereitzustellen, und es werden Fehlerwerte und Korrekturwerte ermittelt.
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DE 10 2012 216 218 A1 bezieht sich auf ein Sensorsystem mit einem Fusionsfilter. Das Fusionsfilter wertet Sensorsignale aus und liefert Informationen, die die Datenqualität angeben.
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DE 10 2012 216 194 A1 bezieht sich auf die Bestimmung einer Messgröße wie Geschwindigkeit oder Höhe. Zwei Größen werden gemessen, die jeweiligen Fehler werden bestimmt, es wird eine Filterung zur Abschätzung vorgenommen und eingefädelt der Wert bereitgestellt.
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DE 10 2012 216 213 A1 bezieht sich auf die Schätzung von Reifenparametern, eine Referenzbewegung wird gemessen, eine Modellbewegung wird modelliert und Reifenparameter werden basierend auf einer Gegenüberstellung der Referenzbewegung und der Modellbewegung geschätzt.
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Es ist Aufgabe die Nutzung mehrerer Sensorgrößen zur Informationssteigerung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Bereitstellen relativer Messdaten für einen Fusionssensor, der eingerichtet ist, einen Ausgabewert für eine physikalische Größe durch Filtern zu den relativen Messdaten korrespondierender absoluter Messdaten basierend auf den relativen Messdaten zu erzeugen die Schritte Erfassen den relativen Messdaten zugrundeliegender Sensordaten und Erzeugen der relativen Messdaten durch Mischen der Sensordaten mit Korrekturdaten die von einer Verschiebung zwischen einer Istbezugsbasis auf die sich die relativen Messdaten beziehen und einer Sollbezugsbasis für die relativen Messdaten abhängig sind.
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Dem angegebenen Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass hinter dem Fusionssensor die Idee steht, Messdaten aus unterschiedlichen Sensoren oder Informationsquellen zu verknüpfen und so neues und präziseres Wissen über die Messdaten und/oder andere Ereignisse zu gewinnen. Stehen dem Fusionssensor für ein und dieselbe physikalische Größe, wie beispielsweise die Lagedynamik eines Fahrzeuges, relative und absolute Messdaten zur Verfügung, so setzt die Fusion oder Verknüpfung der relativen und absoluten Messdaten zur Gewinnung neuer oder präziserer Messwerte voraus, dass die relativen und absoluten Messdaten widerspruchsfrei sind. Das heißt, dass die relativen Messdaten und die absoluten Messdaten rauschbefreit dieselben Messinformationen tragen müssen.
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Im Rahmen dieser Überlegung wird jedoch erkannt, dass diese Widerspruchsfreiheit jedoch nicht immer gegeben ist, was anhand der zuvor genannten Lagedynamik eines Fahrzeuges als physikalische Größe verdeutlicht werden soll. Die Erfassung der relativen Lagedynamik des Fahrzeugs, beispielsweise mittels Odometrie, könnte beispielsweise auf einer sich gegenüber dem Erdboden bewegenden Fähre (Schiff) während des Anfahrens an einen Schiffsanleger basierend auf dem Schiffsboden als Bezugsbasis gestartet werden. Die auf der Fähre gestartete Fusion der sich auf den Schiffsboden beziehenden relativen Lagedynamik und der beispielsweise mittels einem Inertialsensor erfassten und sich auf den Erdboden beziehenden absoluten Lagedynamik als Bezugsbasis führt zu einer bestimmten präzisierten Lagedynamik für das Fahrzeug. Fährt das Fahrzeug von der Fähre herunter bezieht sich die relative Lagedynamik nicht mehr auf den Schiffsboden, sondern auf den Erdboden, der sich gegenüber dem Schiffsboden nicht bewegt. Diese Änderung der Bezugsbasis für die relative Lagedynamik des Fahrzeuges führt dazu, dass der Fusionssensor aus der relativen Lagedynamik des Fahrzeuges eine absolute Lagedynamik herleitet, als die eigentliche absolute Lagedynamik, die mit dem Inertialsensor gemessen wird. Der resultierende Widerspruch kann beispielsweise zu einer dauerhaften Messabweichung (Offset) im aus dem Fusionssensor ausgegebenen Ausgabewert für die Lagedynamik des Fahrzeuges führen. Wird beispielsweise eine Gierrate des Fahrzeuges aus der Lagedynamik des Fahrzeuges mit der dauerhaften Messwertabweichung zur Ansteuerung einer Fahrdynamikregelung verwendet, kann dieser Offset zu nicht beabsichtigten und vor allem verkehrsgefährdenden Bremseingriffen führen. Dieselbe Situation könnte sich beispielsweise auch ergeben, wenn das Fahrzeug in einem Parkhaus auf einer Drehscheibe gestartet wird, von dem es im Anschluss daran herunterfährt.
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Letztendlich liegt die Ursache für zuvor genannten Widerspruch in einer Verschiebung der Bezugsbasis, auf die sich die relativen Messdaten für den Fusionssensor beziehen. Zur Befreiung dieses Widerspruchs liegt dem angegebenen Verfahren die Idee zugrunde, diese Verschiebung bei der Fusion der relativen Messdaten und der absoluten Messdaten zu berücksichtigen. Diese Berücksichtigung kann in beliebiger Weise erfolgen.
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Beispielsweise kann eine Sollbezugsbasis als Standardbezugsbasis gewählt, und versucht werden, die relativen Messdaten durch die Korrekturdaten auf die Sollbezugsbasis zu beziehen. Auf diese Weise kann eine ausreichend hohe Präzision der Ausgabewerte aus dem Fusionssensor erreicht werden. Alternativ könnte, falls die Istbezugsbasis und damit die Verschiebung zur Sollbezugsbasis unbekannt ist, eine das Rauschen beschreibende Variable in den relativen Messdaten, wie beispielsweise die Varianz, so hoch gesetzt werden, dass die Verschiebung in das Rauschband der relativen Messdaten fällt. Diese beiden Möglichkeiten können auch miteinander in geeigneter Weise kombiniert werden.
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Der große Vorteil des angegebenen Verfahrens ist, dass die Ausgebewerte aus dem Fusionssensor nicht weiter plausibilisiert werden müssen, weil der durch die Verschiebung der Bezugsbasis entstandene Fehler bereits eingangsseitig berücksichtigt und gegebenenfalls automatisch durch den Fusionssensor beseitigt wird. Rechenressourcenintensive Algorithmen zum Überwachen der Ausgabewerte aus dem Fusionssensor werden zumindest für Fehler, die aus der Verschiebung der Bezugsbasis her rühren, hinfällig.
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Zum Filtern könnte beispielsweise ein Beobachter verwendet werden, der die absoluten Messdaten den relativen Messdaten gegenüberstellt und aus dieser Gegenüberstellung die oben genannten neuen Erkenntnisse oder die präzisierten Messdaten ermittelt. Unter einen solchen Beobachter kann jedes Filter fallen, das eine analoge oder digitale Zustandsbeobachtung für ein System zulässt, in dem die physikalische Größe erfasst werden soll. So kann beispielsweise ein Luenberger Beobachter herangezogen werden. Soll das Rauschen mit berücksichtigt werden, käme ein Kalman-Filter in Betracht. Soll auch noch die Form des Rauschens berücksichtigt werden, so könnte ggf. ein Partikelfilter herangezogen werden, der eine Grundmenge an verfügbaren Rauschszenarien besitzt und das bei der Elimination zu berücksichtigende Rauschszenario beispielsweise durch eine Monte-Carlo-Simulation auswählt. Der Beobachter ist vorzugsweise ein Kalman-Filter, der hinsichtlich seiner notwendigen Rechenressourcen ein optimales Ergebnis liefert.
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Das Filtern kann beliebig ausgestaltet sein. So kann das Filtern beispielsweise das Gegenüberstellen zweier über einen Proportionalfaktor, wie einen Materialparameter miteinander verbundener Größen umfassen, wobei dann Abweichungen zwischen diesen beiden Größen dem Proportionalfaktor zugeordnet werden können. Auf diese Weise können durch das Filter derartige Proportionalfaktoren, wie die Materialparameter gefunden werden. Voraussetzung ist jedoch, dass die Bezugsbasis der relativen Messdaten richtig gewählt ist, was durch das angegebene Verfahren jedoch sichergestellt ist. In einer Weiterbildung des angegebenen Verfahrens umfasst das Filtern der absoluten Messdaten basierend auf den relativen Messdaten jedoch einen Abgleich der absoluten Messdaten und der relativen Messdaten aufeinander umfasst. Durch diesen Abgleich können Messdaten präzisiert und zuverlässiger ausgegeben werden.
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In einer besonderen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens erfolgt der Abgleich basierend auf Messvarianzwerten in den relativen Messdaten, die eine Messunsicherheit von die physikalische Größe beschreibenden Messwerten beschreibt. Auf diese Weise kann durch Erhöhen der Messvarianzwerte in den relativen Messdaten die Messunsicherheit der physikalischen Größe größer gesetzt werden, als die Verschiebung der Istbezugsbasis der relativen Messdaten zur Sollbezugsbasis, so dass diese Verschiebung der Istbezugsbasis vom Fusionssensor noch als Rauschen wahrgenommen wird.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Verfahrens umfassen die Korrekturdaten von einer Integrität der Verschiebung abhängige Korrekturvarianzwerte und die Sensordaten Sensorvarianzwerte, die die Messunsicherheit von den die physikalische Größe beschreibenden Messwerten beschreibt, wobei die Sensorvarianzwerte und die Korrekturvarianzwerte beim Erzeugen der relativen Messdaten zum Bilden der Messvarianzwerte überlagert werden. Unter der Integrität der Verschiebung der Bezugsbasis soll nachstehend ein Maß verstanden werden, das beschreibt, wie gesichert und genau die Verschiebung der Bezugsbasis angegeben werden kann. Dies hängt insbesondere davon ab, ob und in welcher Weise Randbedingungen zum Schätzen oder Modellieren der Verschiebung der Bezugsbasis und/oder die Verschiebung beschreibende Messungen aus Sensoren vorhanden sind. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des angegebenen Verfahrens ist die Integrität der Verschiebung von einer sensortechnischen und/oder modelbasierten Bestimmbarkeit der Verschiebung abhängig.
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Durch das Überlagern der Sensorvarianzwerte und der Korrekturvarianzwerte kann die oben genannte Erhöhung der Messunsicherheit der relativen Messwerte in technisch einfacher Weise umgesetzt werden.
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Die Verschiebung der Bezugsbasis selbst kann in beliebiger Weise beispielweise basierend auf einem Modell und/oder einem von der Sollbezugsbasis abhängigen Sensor bestimmt werden.
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Bei der Modellierung der Verschiebung der Bezugsbasis können beispielsweise Randbedingungen herangezogen werden, aus die die Dynamik der Bezugsbasis einschränken. So kann beispielsweise im Falle der eingangs genannten Lagedynamik eines Fahrzeuges davon ausgegangen werden, dass Sollbezugsbasis und Istbezugsbasis gleich sind, wenn das Fahrzeug mit einer hohen Geschwindigkeit fährt, da es nahezu ausgeschlossen ist, dass das Fahrzeug mit der hohen Geschwindigkeit auf einer Istbezugsbasis fährt, die von der Erdoberfläche als Sollbezugsbasis verschieden ist. Hält ein Fahrzeug nach einer Fahrt mit einer hohen Geschwindigkeit, so kann beispielsweise in einem bestimmten Zeitintervall nach dem Anhalten davon ausgegangen werden, dass sich das Fahrzeug auf dem Erdboden beispielsweise an einer Ampel befindet, weil alternative Szenarien unplausibel sind. Entsprechend kann in einem derartigen Zustand ein die Verschiebung zwischen der Sollbezugsbasis und der Istbezugsbasis gesichert zu Null gesetzt werden. Auch können bei der Modellierung bestimmte Freiheitsgrade mit einem vorbestimmten Wert versehen werden, deren Inhalt für die weitere Verarbeitung der physikalischen Größe unwichtig ist. In der zuvor genannten Lagedynamik des Fahrzeuges im Zusammenhang mit der oben genannten Fahrdynamikregelung und dem Inertialsensor könnte dies beispielsweise eine Wankrate, eine Nickrate und eine Hochachsenbeschleunigung sein, die für die Fahrdynamikregelung uninteressant sind und im Fehlerfall nicht zu den oben genannten unzulässigen Bremseingriffen führen.
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Bei der Erfassung durch einen von der Sollbezugsbasis abhängigen Sensor kann jeder beliebige Sensor gewählt werden, bei dem gesichert davon ausgegangen werden kann, dass aus ihm die Verschiebung zwischen der Sollbezugsbasis in der Istbezugsbasis hergeleitet werden kann. Auf der oben genannten Fähre könnte dies beispielsweise ein globales Navigationssatellitensignal sein, das von der Fähre bereitgestellt wird. Im Falle des Beispiels mit dem Parkhaus, in dem das Fahrzeug auf einer Drehplattform gedreht wird, könnte der Sensor ein beispielsweise an der Drehplattform vorhandener Sensor sein, der die Drehrate der Drehplattform erfasst und an das Fahrzeug weiterleitet.
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In einer besonderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Bestimmen der Verschiebung basierend auf dem Modell, wenn kein von der Sollbezugsbasis abhängiger Sensor verfügbar ist. Auf diese Weise werden den als zuverlässiger einstufbaren Sensordaten Vorrang vor den Schätzdaten aus der Modellierung eingeräumt.
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In einer noch anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Verfahren den Schritt Überlagern der Sensordaten mit den Korrekturdaten zum Mischen der Sensordaten mit den von der Verschiebung abhängigen Korrekturdaten. Auf diese Weise wird die Istbezugsbasis korrigiert und an die Sollbezugsbasis angeglichen, so dass die Verschiebung beseitigt, zumindest aber verringert wird, was die Integrität der relativen Messdaten steigert und so eine geringere Erhöhung der Varianz in den relativen Messdaten notwendig macht.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung des angegebenen Verfahrens beschreiben die relativen Messdaten eine Lageänderung eines Fahrzeuges auf einem Boden und die Korrekturdaten eine Lageänderung einer virtuellen Trägerplattform, auf der das Fahrzeug über den Boden getragen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Steuervorrichtung eingerichtet, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Steuervorrichtung weist die angegebene Vorrichtung einen Speicher und einen Prozessor auf. Dabei ist das angegebene Verfahren in Form eines Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Computerprogramm Programmcodemittel, um alle Schritte eines der angegebenen Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer der angegebenen Vorrichtungen ausgeführt wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält ein Computerprogrammprodukt einen Programmcode, der auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert ist und der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt wird, eines der angegebenen Verfahren durchführt.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine angegebene Steuervorrichtung.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem Fusionssensor,
- 2 eine Prinzipdarstellung des Fusionssensors aus 1 mit einem Trägerplattformmodell; und
- 3 eine Prinzipdarstellung des Trägerplattformmodells aus 2 zeigen.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges 2 mit einem Fusionssensor 4 zeigt.
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In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 einen Inertialsensor 6 auf, die Fahrdynamikwerte 8 des Fahrzeuges 2 erfasst. Unter die Fahrdynamikwerte 8 fallen bekanntermaßen eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung sowie eine Vertikalbeschleunigung und eine Wankrate, eine Nickrate sowie eine Gierrate des Fahrzeuges 2. Diese Fahrdynamikwerte 8 werden in einer noch zu beschreibenden Weise in Lagewerte 10 umgewandelt, die dann von einer Fahrdynamikregelung 12 verwendet werden kann, um während der Fahrt des Fahrzeuges 2 auf einer Straße 13 das Fahrzeug 2 gemäß einer Solltrajektorie zu stabilisieren. Zu Hintergrundinformationen hierzu wird beispielsweise auf die
DE 10 2011 080 789 A1 verwiesen.
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In der vorliegenden Ausführung sollen die Lagewerte 10 die Lage des Fahrzeuges statisch und dynamisch beschreiben. Daher umfassen sie nicht nur lokalisierende Ortswerte, sondern auch Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte.
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Um die Lagewerte 10 so präzise wie möglich zu bestimmen, empfängt der Fusionssensor in der vorliegenden Ausführung aus Raddrehzahlsensoren 14 Raddrehzahlwerte 16, die eine Drehgeschwindigkeit der Räder 18 des Fahrzeuges 2 gegenüber der Straße 13 beschreiben. Diese Raddrehzahlwerte 16 werden in der vorliegenden Ausführung in einer noch zu beschreibenden Weise mit den Fahrdynamikwerten 8 aus dem Inertialsensor 6 fusioniert, wodurch Messstörungen in den ausgegebenen Lagewerten 10 und damit Messunsicherheiten unterdrückt werden.
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Zur weiteren Unterdrückung von Messunsicherheiten empfängt der Fusionssensor 4 in der vorliegenden Ausführungsform über einen an sich bekannten GNSS-Empfänger 20 Lokalisierungswerte 22 für das Fahrzeug 2, die eine absolute Position des Fahrzeuges 2 sowie seine Geschwindigkeit auf der Straße 13 beschreiben. Die Lokalisierungswerte 22 aus dem GNSS-Empfänger 20 werden in der vorliegenden Ausführung in einer dem Fachmann bekannten Weise aus einem GNSS-Signal 24 in dem GNSS-Empfänger 20 abgeleitet, das über eine GNSS-Antenne 26 empfangen wird. Für Details dazu wird auf die einschlägige Fachliteratur dazu verwiesen.
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Es wird auf 2 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung Fusionssensors 4 aus 1 zeigt.
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Kern des Fusionssensors 4 ist in der vorliegenden Ausführung ein als Kalman-Filter 28 ausgebildetes Filter, das in an sich bekannter Weise eingerichtet ist, die bereits erwähnten Messunsicherheiten aus Sensoren, wie dem Inertialsensor 6, den Raddrehzahlsensoren 16 und/oder dem GNSS-Empfänger 20 entfernen.
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Dazu empfängt das Kalman-Filter 28 absolute Lagedaten und relative Lagedaten des Fahrzeuges 2. In diesen Daten sind die oben genannten Fahrdynamikwerte 8, Raddrehzahlwerte 16 und Lokalisierungswerte 22 enthalten. Ferner werden in das Kalman-Filter 28 auch die ausgegebenen Lagedaten 10 zurückgeführt. Daneben enthalten die absoluten und relativen Lagedaten auch Varianzwerte, die die zuvor genannten Messunsicherheiten beschreiben. Diese Varianzwerte für die zuvor genannten Fahrdynamikwerte 8, Raddrehzahlwerte 16 und Lokalisierungswerte 22 sind in 2 der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellt.
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Die absoluten Lagedaten umfassen im Rahmen der vorliegenden Ausführung die Werte 8, 22, die die statische und/oder dynamische Lage des Fahrzeuges 2 hinsichtlich Ort, Bewegung und Beschleunigung gegenüber einer erdunabhängigen Bezugsbasis beschreiben. Aus diesen Daten lässt sich demnach auch die Erdbeschleunigung entnehmen. Demgegenüber umfassen relative Lagedaten im Rahmen der vorliegenden Ausführung Werte 16, die die statische und/oder dynamische Lage des Fahrzeuges 2 gegenüber einer erdabhängigen Bezugsbasis, wie beispielsweise der Straße 13 beschreiben.
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Die absoluten Lagedaten umfassen daher die Fahrdynamikwerte 8 und die Lokalisierungswerte 22. Die Lokalisierungswerte 8 beschreiben eine absolute statische und dynamische Lage des Fahrzeuges 2, da sie basierend auf erdunabhängigen Satelliten erfasst werden. Auch die Fahrdynamikwerte 8 werden erdunabhängig erfasst, da der Inertialsensor 6 nicht nur die Bewegung des Fahrzeuges 2 sondern auch die Bewegung der Erde, also beispielsweise die Erddrehung erfasst. Demgegenüber handelt es sich bei den Raddrehzahlwerten 16 um in den relativen Lagedaten enthaltene Werte, weil diese gegenüber der Erdoberfläche erfasst werden und somit die Bewegung der Erde nicht enthalten.
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Die Raddrehzahlwerte 16 werden vor der Verarbeitung im Kalman-Filter 28 noch in einem Odometriemodell 32 in Odomoetriewerte 34 umgewandelt, die die Fahrdynamik des Fahrzeuges 2 auf der Straße 13 beschreiben. In derartigen Odometriewerten 34 ist beispielsweise die sogenannte Übergrundgeschwindigkeit enthalten, die die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 2 gegenüber der Straße 13 beschreibt. Neben den Odometriewerten 34 werden aus dem Odometriemodell 32 in der vorliegenden Ausführung auch Odometrievarianzwerte 36 ausgegeben, die die Messunsicherheit der Odometriewerte 34 beschreiben. Die Odometriewerte 34 und deren Odometrievarianzwerte 36 werden nachstehend unter dem Begriff Odometriedaten 38 zusammengefasst.
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Die Odometriedaten 38 werden in einem Überlagerungsglied 40 mit Korrekturdaten 42 überlagert, die in der vorliegenden Ausführung Korrekturwerte 44 und Korrekturvarianzwerte 46 umfassen. Auf die Korrekturdaten 42 wird an späterer Stelle näher eingegangen.
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Die so entstandenen überlagerten und damit korrigierten Odometriedaten 48, die in der vorliegenden Ausführung aus den Odometriewerten 34 und den Korrekturwerten 44 überlagerte Odometriewerte 50 sowie aus den Odometrievarianzwerten 36 und Korrekturvarianzwerten 46 überlagerte Odometrievarianzwerte 52 umfassen, werden in der vorliegenden Ausführung ebenfalls dem Kalman-Filter 30 zugeführt.
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Der Kalman-Filter 30 verarbeitet die ihm zugeführten absoluten und relativen Lagedaten in einer an sich bekannten Weise. Hintergrundinformationen hierzu können der einschlägigen Literatur, wie beispielsweise der
DE 38 503 47 T2 entnommen werden. Als Ergebnis gibt der Kalman-Filter 30 für die einzelnen absoluten und relativen Lagedaten Fehlerdaten aus, auf deren Grundlage die absoluten und relativen Lagedaten präzisiert werden können. Soweit im Folgenden nicht anders erwähnt, werden diese Fehlerdaten nachstehend mit dem Bezugszeichen 54 versehen, da eine detaillierte Erläuterung dieser zum Verständnis der vorliegenden Ausführung nicht erforderlich ist.
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Am Beispiel der Fahrdynamikwerte 8 ist zu sehen, dass die entsprechenden Fehlerdaten 54 in einem Subtraktionsglied 56 den Fahrdynamikdaten 8 und den nicht weiter dargestellten, zugehörigen Varianzwerten gegengekoppelt werden, bevor aus ihnen in einem an sich aus der
DE 10 2006 029 148 A1 bekannten Strapdown-Algorithmus 58 die Lagedaten 10 berechnet werden.
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Voraussetzung dafür, dass durch die vom Kalman-Filter 28 ausgegebenen Fehlerdaten 54 tatsächlich die Lagedaten 10 präzisiert werden ist, dass die oben genannten Werte 8, 16, 22 im Mittel, also rauschbefreit, alle dieselbe Lage des Fahrzeuges 2 beschreiben. Mit anderen Worten dürfen sich die einzelnen von den Sensoren 6, 14, 20 ausgegebenen und die Lage des Fahrzeuges 2 beschreibenden Werte 8, 22, 16 im Kalman-Filter 28 nicht oder zumindest nur vernachlässigbar widersprechen.
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Die relativen Odometriedaten 38 sind jedoch, wie bereits erwähnt, in einem anderen Bezugsystem erfasst, als beispielsweise die die Fahrdynamikwerte 8 enthaltenden Fahrdynamikdaten. Solange sich die Bezugsbasis des Bezugssystems, in denen die Odometriedaten 38 erfasst werden, nicht ändert, können diese Widersprüche durch den Fusionssensor 4 ausgeblendet werden. Ändert sich die Bezugsbasis für die Odometriedaten 38 mitten im Betrieb des Fahrzeuges 2, dann entstehen hier Widersprüche, die nicht mehr durch den Fusionssensor 4 ausblendbar sind und zu fehlerhaften Lagedaten 10 führen.
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Eine derartige Änderung der Bezugsbasis könnte beispielsweise auftreten, wenn das Fahrzeug 2 auf einem sich gegenüber der Straße 13 bewegenden Transportfahrzeug, wie beispielsweise einer Fähre getragen und in Betrieb genommen wird. In diesem Fall sollten sich die Odometriedaten 38 eigentlich auf die fest mit der Erde verbundene Straße 13 als Sollbezugsbasis beziehen. Jedoch beziehen sich die Odometriedaten 38 als Istbezugsbasis auf den Fährenboden, der sich gegenüber der fest mit der Erde verbundenen Straße 13 bewegt. Sobald das Fahrzeug die Fähre verlässt würde im Fusionssensor 4, der in diesem fahrenden Zustand den Stillstand des Fahrzeuges 2 annimmt während der tatsächlichen Fahrt des Fahrzeuges 2 auf der Straße 13 eine Abweichung zwischen den Lagedaten aus den Odometriedaten 38 und den Lagedaten aus beispielsweise den Fahrdynamikwerten 8 auftreten, die zu einem Offsetfehler in den vom Fusionssensor 4 ausgegebenen Lagedaten 10 führen würde. Die Fahrdynamikregelung 12, würde auf diesen dauerhaften Offsetfehler mit entsprechenden falschen Bremseingriffen in das Fahrzeug 2 reagieren, um diesem Offsetfehler entgegenzuwirken und das Fahrzeug auf eine andere Fahrtrajektorie zu zwingen. Eine derartige Situation wäre äußerst verkehrskritisch.
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Um diese verkehrskritische Situation zu vermeiden, wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung vorgeschlagen, die Odometriedaten 38 basierend auf den Korrekturdaten 42 zu korrigieren und so entweder an die Bezugsbasis der absoluten Lagedaten anzugleichen oder dem Kalman-Filter 28 anzuzeigen, dass die Odometriedaten 38 eine hohe Messunsicherheit aufweisen.
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Hierzu wird in den Fusionssensor 4 ein Trägerplattformmodell 56 einer in 3 gezeigten Trägerplattform 57 implementiert. Diese Trägerplattform 57 soll sich mit einer Trägerplattformdynamik 58 gegenüber dem Untergrund unter dem Fahrzeug 2 und damit der Straße 13 bewegen. Das Fahrzeug 2 selbst bewegt sich auf der Trägerplattform 57 mit einer Fahrzeugdynamik 59.
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Der Trägerplattform 57 liegt die Überlegung zugrunde, dass die Fahrzeugdynamik 59 des Fahrzeuges 2 durch die Odometriewerte 42 beschrieben wird. Demgegenüber wird die Überlagerung aus der Trägerplattformdynamik 58 und der Fahrzeugdynamik 59 durch die Fahrdynamikwerte 8 beschrieben. Folglich kann ein Fehler zwischen den Odometriewerten 34 und den in den Fahrdynamikwerten 8 basierend auf der Trägerplattformdynamik 58 korrigiert werden. Daher wird im Rahmen der vorliegenden Ausführung versucht, die in den Korrekturdaten 42 enthaltenen Korrekturwerte 44 basierend auf der Trägerplattformdynamik 58 zu bestimmen. Ist dies möglich, werden die Odometriewerte 34 so durch die Überlagerung mit den Korrekturwerten 44 in der oben beschriebenen Weise durch die Überlagerung 40 korrigiert.
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Das in 2 gezeigte Trägerplattformmodell 56 dient in der vorliegenden Ausführung zum Bestimmen der Trägerplattformdynamik 58 der in 3 gezeigten Trägerplattform 57. Hierzu kann das Trägerplattformmodell 56 mit bestimmten, als Randbedingungen dienenden Modellannahmen 60 eingeschränkt werden. Mit derartigen Modellannahmen 60 können beispielsweise die für die Fahrdynamikregelung 12 uninteressanten Nick- und Wankbewegungen des Fahrzeuges 2 ausblenden werden.
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Zudem können spezielle, in 3 gezeigte Spezialmodellannahmen 61, 62 getroffen werden.
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Fährt das Fahrzeug 2 beispielsweise mit hoher Geschwindigkeit, so kann gesichert davon ausgegangen werden, dass sich die Trägerplattform 57 wie einem Schiff gegenüber ihrem Untergrund bewegt, weil derartige bewegte Untergründe verhältnismäßig klein sind und eine Fahrt mit einer hohen Geschwindigkeit auf diesen ausgeschlossen werden kann. Deshalb kann als erste Spezialmodellannahme 61 eine feste Verbindung zwischen der Trägerplattform 57 und dem Untergrund, also der in 3 gezeigten Straße 13 angenommen werden, wenn eine aus dem Odometriemodell 32 abgeleitete und oben bereits erwähnte Übergrundgeschwindigkeit 63 für das Fahrzeug 2 einen vorbestimmten Maximalgeschwindigkeitswert 64 überschreitet. Diese Messung kann beispielsweise im Rahmen einer Gültigkeitsprüfung 65 erfolgen, in der die Übergrundgeschwindigkeit 63 dem Maximalgeschwindigkeitswert 64 gegenübergestellt wird. Ist die das Überschreiten des Maximalgeschwindigkeitswertes 64 durch die Übergrundgeschwindigkeit 63 erfüllt, kann das Trägerplattformmodell 56 mit der ersten Spezialmodellannahme 61 eingeschränkt werden.
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In derselben Weise kann als zweite Spezialmodellannahme 62 von einer festen Kopplung des Fahrzeuges 2 mit der Trägerplattform 57 ausgegangen werden, wenn das Fahrzeug 2 still steht. Hierzu kann die zuvor genannte Übergrundgeschwindigkeit 63 einem Minimalgeschwindigkeitswert 66 gegenübergestellt werden. Ist die eine Unterschreitung des Minimalgeschwindigkeitswertes 66 durch die Übergrundgeschwindigkeit 63 erfüllt, kann das Trägerplattformmodell 56 mit der zweiten Spezialmodellannahme 62 eingeschränkt werden.
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Optional kann auch ein Zeitwert 67 gesetzt werden, mit dem nach Wegfall der zuvor genannten Bedingungen die zuvor genannten Einschränkungen am Trägerplattformmodell 56 eine bestimmte, durch den Zeitwert 67 beschriebene Zeit gehalten wird. Auf diese Weise können beispielsweise Situationen berücksichtigt werden, in denen das Fahrzeug kurzzeitig aus einer hohen Geschwindigkeit heraus anhält, wie es an einer Ampel auftritt. Auch hier kann davon ausgegangen werden, dass sich die Trägerplattform 57 über den in 3 als Straße 13 dargestellten Untergrund weiterhin nicht bewegt. Erst nachdem das Fahrzeug 2 eine längere als durch den Zeitwert 67 beschriebene Zeit stillsteht, werden die getroffenen Einschränkungen am Trägerplattformmodell 56 wieder aufgehoben.
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Die zuvor genannten Spezialmodellannahmen 61, 62 können beispielsweise in einem Speicher 68 hinterlegt und als Modellannahmen 60 abgerufen werden, wenn aus der Gültigkeitsprüfung 65 eine Einschränkung des Trägerplattformmodells 56 durch wenigstens eine der Spezialmodellannahmen 61, 62 notwendig wird.
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Alternativ oder zusätzlich können auch Sensorwerte 69 aus externen Sensoren 70 herangezogen werden, um das Trägerplattformmodell 56 zu modellieren. Hierzu wäre es beispielsweise möglich, die Bewegung des Untergrundes durch derartige externe Sensoren 70 zu erfassen, die diese Bewegung beschreiben. Auf dem oben genannten Schiff könnte dies beispielsweise basierend auf einem globalen Satellitennavigationssystem des Schiffes durchgeführt werden. Auch das fahrzeugeigene GNSS-Signal 24 und damit die Lokalisierungsdaten 22 könnten prinzipiell zur Modellierung des Trägerplattformmodells 56 herangezogen werden, wobei das GNSS-Signal 24 in den meisten Situationen, in denen die oben genannte Verschiebung zwischen den Bezugsbasen der absoluten und relativen Lagedaten auftreten kann, nicht verfügbar ist. So auch in einem Parkhaus, in dem das beispielsweise auf einer Drehplattform getragen an eine bestimmte Parkposition rangiert werden kann. Hier könnten die Daten der Drehplattform zum Korrigieren der Verschiebung zwischen den Bezugsbasen der absoluten und relativen Lagedaten verwendet werden.
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In 2 wird mittels eines Schalters 71 zwischen den Sensorwerten 69 und den Modellannahmen 60 umgeschaltet. Diese Umschaltung kann auch entfallen und das Trägerplattformmodell 56 stets basierend auf beiden verfügbaren Informationen modelliert werden.
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Solange die Trägerplattformdynamik 58 verlässlich nachgebildet werden kann, können die Korrekturwerte 44 entsprechend dieser Trägerplattformdynamik 58 gesetzt werden. Durch Überlagerung der Odometriewerte 34 mit der Trägerplattformdynamik 58 können die durch die korrigiert und an die zuvor genannte Bezugsbasis angeglichen werden.
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Stehen jedoch nur ungenügend Informationen zur Modellierung der Trägerplattformdynamik 58 beispielsweise nach dem Start des Fahrzeuges 2 zur Verfügung kann keine Aussage über die Trägerplattformdynamik 58 getroffen werden. In diesem Fall müssen die entsprechenden, zu korrigierenden Odometriewerte 34 für den Kalman-Filter 28 als unzuverlässig gekennzeichnet werden. Dafür sind die Korrekturvarianzwerte 46 vorhanden, die in diesem Fall auf einen vergleichsweise hohen Wert gesetzt und mit den Odometrievarianzwerten 36 überlagert werden. Auf diese Weise wird für die korrigierten Odometriewerte 50 in den korrigierten Odometriedaten 48 eine hohe Unsicherheit durch die Odometrievarianzwerte 52 angedeutet.
