DE102016209705A1 - Calibration device for inertial sensors - Google Patents

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Veit Albrecht
Roland Burghardt
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Abstract

Kalibrierungsvorrichtung (100) in einer bewegbaren Vorrichtung, mit: einem Inertialsensor (102), der ausgebildet ist, Messwerte einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung zu erfassen; mindestens einem Heizelement (106) und/oder einem Kühlelement (108), wobei der Inertialsensor (102) derart relativ zu dem Heizelement (106) und/oder dem Kühlelement (108) angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors (102) im Wesentlichen konstant gehalten wird; einem Prozessor (110), der mit dem Inertialsensor (102) verbunden ist. Der Prozessor (110) ist ausgebildet: Messwerte des Inertialsensors (102) zu erfassen; mindestens einen Offsetfehler des Inertialsensors (102) anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors (102) zu bestimmen; und den Inertialsensor (102) anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors (102) zu kalibrieren.A calibration device (100) in a movable device, comprising: an inertial sensor (102) configured to detect measurements of movement of the movable device; at least one heating element (106) and / or a cooling element (108), wherein the inertial sensor (102) is arranged relative to the heating element (106) and / or the cooling element (108) such that an internal temperature of the inertial sensor (102) in Is kept substantially constant; a processor (110) connected to the inertial sensor (102). The processor (110) is designed to detect measured values of the inertial sensor (102); determine at least one offset error of the inertial sensor (102) on the basis of the detected measured values of the inertial sensor (102); and to calibrate the inertial sensor (102) based on the at least one particular offset error of the inertial sensor (102).

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalibrierungsvorrichtung und ein Verfahren zur Kalibrierung von Sensoren, insbesondere zur Kalibrierung von Inertialsensoren in einer bewegbaren Vorrichtung, wie beispielsweise in einem Fahrzeug.The present invention relates to a calibration device and a method for calibrating sensors, in particular for calibrating inertial sensors in a movable device, such as in a vehicle.

TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND

Das Bestimmen von Position und Orientierung ist in vielen Bereichen notwendig. Die Positionsbestimmung oder Lokalisierung einer bewegbaren Vorrichtung, wie beispielsweise eines Fahrzeuges oder eines Smartphones, kann durch verschiedene Geräte, z.B. inertiale Navigationssysteme oder ein Globales Positionsbestimmungssystem (GPS), erfolgen. Mit der Verfügbarkeit von GPS-Empfängern hat sich die satellitengestützte Navigation als Standardverfahren durchgesetzt. Sobald der Empfang des GPS-Signals nicht sicher gewährleistet werden kann, sind die Grenzen der satellitengestützten Navigation erreicht. Insbesondere Anwendungen innerhalb von Gebäuden und Tunneln sind von dieser Einschränkung betroffen. Alternative Techniken, beispielsweise inertiale Navigationssysteme, müssen hier die Positionsbestimmung übernehmen. Inertiale Navigationssysteme bestehen aus Sensoren, insbesondere aus Inertialsensoren, beispielsweise aus Beschleunigungs- und Drehratensensoren und sie ermöglichen eine Positionsbestimmung und Orientierung einer bewegbaren Vorrichtung im Raum. Weiterhin werden heute die Drehratensensoren in Kraftfahrzeugen auch für das Elektronisches-Stabilitätsprogramm (ESP) verwendet, wobei ESP ein elektronisch gesteuertes Fahrassistenzsystem für Kraftfahrzeuge bezeichnet, das durch gezieltes Abbremsen einzelner Räder dem Ausbrechen des Wagens entgegenwirkt.Determining position and orientation is necessary in many areas. The location or location of a movable device, such as a vehicle or a smartphone, may be determined by various devices, e.g. inertial navigation systems or a Global Positioning System (GPS). With the availability of GPS receivers, satellite-based navigation has become standard practice. As soon as the reception of the GPS signal can not be guaranteed, the limits of satellite-based navigation are reached. In particular, applications within buildings and tunnels are affected by this restriction. Alternative techniques, for example inertial navigation systems, have to assume the position determination here. Inertial navigation systems consist of sensors, in particular of inertial sensors, for example of acceleration and yaw rate sensors, and they allow a position determination and orientation of a movable device in space. Furthermore, the yaw rate sensors in motor vehicles are also used today for the Electronic Stability Program (ESP), wherein ESP denotes an electronically controlled driver assistance system for motor vehicles, which counteracts the breaking out of the car through targeted braking of individual wheels.

Die Messwerte von Inertialsensoren sind von verschiedenen Messfehlern betroffen, die beispielsweise von der Umgebungstemperatur und der internen Temperatur des Inertialsensors abhängen. Um die Genauigkeit eines Inertialsensors zu beschreiben, wird oft der Begriff ,,Offsetstabilität ‘‘ benutzt. Im Allgemeinen entspricht ein kleiner Wert der Offsetstabilität einer höheren Genauigkeit der Messwerte, die von Inertialsensoren erfasst werden. Insbesondere hat ein Inertialsensor mit kleiner Offsetstabilität kleine Fehler bei der Positionsbestimmung. Zur Charakterisierung der Offsetstabilität werden auch die Parameter ‚,Bias-Stabilität‘‘ und ‚,Winkel-Zufallsbewegung‘‘ verwendet. Die Bias-Stabilität ist eine Form des elektronischen Rauschens und sie wird normalerweise als Zufallsbewegung beschrieben. Die Winkel-Zufallsbewegung ist eine Art von weißem Rauschen, das von thermischen und mechanischen Ereignissen erzeugt wird. The measured values of inertial sensors are affected by various measuring errors, which depend, for example, on the ambient temperature and the internal temperature of the inertial sensor. To describe the accuracy of an inertial sensor, the term "offset stability" is often used. In general, a small value of the offset stability corresponds to a higher accuracy of the measured values detected by inertial sensors. In particular, an inertial sensor with low offset stability has small errors in position determination. To characterize the offset stability, the parameters "bias stability" and "angular random motion" are also used. Bias stability is a form of electronic noise and is usually described as random motion. Angular random motion is a type of white noise generated by thermal and mechanical events.

Inertialsensoren haben im Allgemeinen eine für die ESP-Funktion ausreichende Offsetstabilität. Um diese Offsetstabilität über den in einem Kfz üblichen Temperaturbereich zu erreichen, verwenden diese Inertialsensoren ein Verfahren zur Temperaturkompensation. Da sich in den meisten Fällen die Temperatur des Inertialsensors nur nach dem Start des Fahrzeuges stark ändert, im Normalbetrieb aber nur in einem kleinen Bereich schwankt, ist es vorteilhaft das vorhandene Temperatursignal des Inertialsensors zur Erzeugung eines Signals zu verwenden, welches der Güte der Offsetstabilität entspricht. Ferner kann, zur Optimierung der Offsetstabilität der für die ESP-Funktion verwendeten Inertialsensoren, das sensorinterne Temperatursignal verwendet werden, um den Algorithmus zur Temperaturkompensation zu verbessern. Daher kann das sensorinterne Temperatursignal für eine Temperaturregelung des Inertialsensors verwendet werden. Inertial sensors generally have sufficient offset stability for the ESP function. In order to achieve this offset stability over the temperature range customary in a motor vehicle, these inertial sensors use a method for temperature compensation. Since in most cases the temperature of the inertial sensor changes greatly only after the start of the vehicle, but fluctuates only in a small range during normal operation, it is advantageous to use the existing temperature signal of the inertial sensor to generate a signal which corresponds to the quality of the offset stability , Further, to optimize the offset stability of the inertial sensors used for the ESP function, the sensor internal temperature signal may be used to improve the temperature compensation algorithm. Therefore, the sensor internal temperature signal can be used for a temperature control of the inertial sensor.

Für die Lokalisierungsfunktion werden aber Inertialsensoren mit größerer Offsetstabilität als für die ESP-Funktion benötigt. Weiterhin ist die in diesen Inertialsensoren verwendete Temperaturkompensation für die Lokalisierungsfunktion eher kontraproduktiv. Sie kann bei geringen Temperaturschwankungen Störungen auf dem Ausgangssignal erzeugen, die für die ESP-Funktion nicht relevant sind, wodurch aber die für die Lokalisierung notwendige Offsetstabilität nicht erfüllt wird.However, the localization function requires inertial sensors with greater offset stability than the ESP function. Furthermore, the temperature compensation used in these inertial sensors is rather counterproductive for the localization function. It can produce noise on the output signal that is not relevant to the ESP function at low temperature variations, but does not meet the offset stability required for localization.

Die am Markt verfügbaren Drehratensensoren mit hoher Offsetstabilität sind deutlich teurer als ESP-Inertialsensoren und zum Großteil nicht für den Kfz-Temperaturbereich geeignet (Ausnahme MIL Bauteile).The gyroscope sensors with high offset stability available on the market are significantly more expensive than ESP inertial sensors and, for the most part, are not suitable for the automotive temperature range (exception: MIL components).

Obwohl das oben genannte Verfahren zur Temperaturkompensation eine Kalibrierung der Inertialsensoren ermöglicht, wäre ein genaueres Kalibrierungsverfahren wünschenswert, um günstige Inertialsensoren mit großer Offsetstabilität (d. h. sehr genau) zu finden, die beispielsweise für die Verwendung der Lokalisierungsfunktion geeignet sind.Although the above-mentioned method of temperature compensation enables calibration of the inertial sensors, a more accurate calibration method would be desirable to find cheap inertial sensors with high offset stability (i.e., very accurate) that are suitable, for example, for using the localization function.

Es besteht somit ein Bedarf, eine verbesserte Kalibrierungsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren für Inertialsensoren in einer bewegbaren Vorrichtung, wie beispielsweise in Fahrzeugen oder Smartphones, zur Verfügung zu stellen. Thus, there is a need for an improved calibration device and method for inertial sensors in a moveable device, as in vehicles or smartphones, to provide.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kalibrierungsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Kalibrierung von Inertialsensoren in einer bewegbaren Vorrichtung, wie beispielsweise in Fahrzeugen oder Smartphones, zur Verfügung zu stellen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved calibration device and method for calibration of inertial sensors in a movable device, such as in vehicles or smartphones.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.This object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims, the description and the figures.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Kalibrierungsvorrichtung in einer bewegbaren Vorrichtung gelöst. Die Kalibrierungsvorrichtung umfasst einen Inertialsensor, der ausgebildet ist, Messwerte einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung zu erfassen, mindestens ein Heizelement und/oder ein Kühlelement, wobei der Inertialsensor derart relativ zu dem Heizelement und/oder dem Kühlelement angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors im Wesentlichen konstant gehalten wird und einen Prozessor, der mit dem Inertialsensor verbunden ist. Der Prozessor ist ausgebildet: Messwerte des Inertialsensors zu erfassen, mindestens einen Offsetfehler des Inertialsensors anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors zu bestimmen und den Inertialsensor anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors zu kalibrieren.According to one aspect of the invention, the object is achieved by a calibration device in a movable device. The calibration device comprises an inertial sensor configured to detect measured values of a movement of the movable device, at least one heating element and / or a cooling element, wherein the inertial sensor is arranged relative to the heating element and / or the cooling element such that an internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant and a processor which is connected to the inertial sensor. The processor is designed to detect measured values of the inertial sensor, to determine at least one offset error of the inertial sensor on the basis of the detected measured values of the inertial sensor and to calibrate the inertial sensor based on the at least one specific offset error of the inertial sensor.

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass, wenn die interne Temperatur des Inertialsensors im Wesentlichen konstant gehalten wird, auf die interne Temperaturkompensation des Inertialsensors verzichtet werden kann, was die Stabilität des Signals des Inertialsensors noch zusätzlich erhöht. Daher können Standard-Drehratensensoren in Applikationen, die eine große Offsetstabilität, d. h kleinen Offsetfehler, erfordern, verwendet werden. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that if the internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant, the internal temperature compensation of the inertial sensor can be dispensed with, which additionally increases the stability of the signal of the inertial sensor. Therefore, standard yaw rate sensors can be used in applications requiring high offset stability, i. h small offset errors, require to be used.

Weiterhin wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass, wenn die interne Temperatur des Inertialsensors während des Betriebs im Wesentlichen konstant gehalten wird, zusätzlich in der Fertigung des Inertialsensors auf eine Kalibration für einen größeren Temperaturbereich verzichtet werden kann. Der Inertialsensor muss nur noch bei seiner Betriebstemperatur kalibriert werden. Furthermore, for example, the technical advantage is achieved that, if the internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant during operation, in addition to the manufacture of the inertial sensor can be dispensed with a calibration for a wider temperature range. The inertial sensor only has to be calibrated at its operating temperature.

Der Inertialsensor kann auf einer oder auf mehreren Achsen eines Kombinationssensors angeordnet sein.The inertial sensor may be disposed on one or more axes of a combination sensor.

Die Kalibrierungsvorrichtung kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, oder in einem Smartphone angeordnet sein.The calibration device can be arranged in a vehicle, in particular in a motor vehicle, or in a smartphone.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist der Inertialsensor ein Drehratensensor oder ein Beschleunigungssensor.According to a preferred embodiment of the calibration device, the inertial sensor is a rotation rate sensor or an acceleration sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist das Heizelement durch einen Prozessor und/oder eine Leistungselektronik der bewegbaren Vorrichtung ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the calibration device, the heating element is formed by a processor and / or power electronics of the movable device.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist das Kühlelement durch ein Peltier-Element ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the calibration device, the cooling element is formed by a Peltier element.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist das Heizelement und/oder das Kühlelement in dem oder auf dem Inertialsensor ausgebildet.According to a further preferred embodiment of the calibration device, the heating element and / or the cooling element is formed in or on the inertial sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist das Heizelement durch einen Schaltkreis des Inertialsensors ausgebildet.According to another preferred embodiment of the calibration device, the heating element is formed by a circuit of the inertial sensor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung umfasst der Schaltkreis einen integrierten ohmschen Widerstand und/oder eine Halbleiterstruktur.According to a further preferred embodiment of the calibration device, the circuit comprises an integrated ohmic resistor and / or a semiconductor structure.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Kalibrierungsvorrichtung ist der Prozessor ausgebildet, den wenigstens einen Offsetfehler des Inertialsensors anhand einer Berechnung einer Allan-Deviation mittels der erfassten Messwerte des Inertialsensors zu bestimmen. According to a further preferred embodiment of the calibration device, the processor is designed to determine the at least one offset error of the inertial sensor on the basis of a calculation of an allan deviation by means of the acquired measured values of the inertial sensor.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Inertialsensors in einer bewegbaren Vorrichtung gelöst. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erfassen von Messwerten einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung mittels des Inertialsensors, wobei der Inertialsensor derart relativ zu einem Heizelement und/oder einem Kühlelement angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors im Wesentlichen konstant gehalten wird; Bestimmen von mindestens einem Offsetfehler des Inertialsensors anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors und Kalibrieren des Inertialsensors anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors.According to a further aspect of the invention, the object is achieved by a method for calibrating an inertial sensor in a movable device. The method comprises the following steps: detecting measured values of a movement of the movable device by means of the inertial sensor, wherein the inertial sensor is arranged relative to a heating element and / or a cooling element such that an internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant; Determining at least one offset error of the inertial sensor on the basis of the detected measured values of the inertial sensor and calibrating the inertial sensor on the basis of the at least one specific offset error of the inertial sensor.

Dadurch wird beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass, wenn die interne Temperatur des Inertialsensors im Wesentlichen konstant gehalten wird, auf die interne Temperaturkompensation des Inertialsensors verzichtet werden kann, was die Stabilität des Sensorsignals noch zusätzlich erhöht. As a result, the technical advantage is achieved, for example, that if the internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant, the internal temperature compensation of the inertial sensor can be dispensed with, which additionally increases the stability of the sensor signal.

Weiterhin wird dadurch beispielsweise der technische Vorteil erreicht, dass, wenn die interne Temperatur des Inertialsensors während des Betriebs im Wesentlichen konstant gehalten wird, zusätzlich in der Fertigung des Inertialsensors auf eine Kalibration für einen größeren Temperaturbereich verzichtet werden kann. Der Sensor muss nur noch bei seiner Betriebstemperatur kalibriert werden. Furthermore, this provides, for example, the technical advantage that, if the internal temperature of the inertial sensor is kept substantially constant during operation, in addition to the manufacture of the inertial sensor a calibration for a wider temperature range can be dispensed with. The sensor only has to be calibrated at its operating temperature.

Das Verfahren kann in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, oder in einem Smartphone verwendet werden.The method can be used in a vehicle, in particular in a motor vehicle, or in a smartphone.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist der Inertialsensor ein Drehratensensor oder ein Beschleunigungssensor.According to a preferred embodiment of the method, the inertial sensor is a yaw rate sensor or an acceleration sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Heizelement durch einen Prozessor und/oder eine Leistungselektronik der bewegbaren Vorrichtung ausgebildet.According to a preferred embodiment of the method, the heating element is formed by a processor and / or power electronics of the movable device.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Kühlelement durch ein Peltier-Element ausgebildet.According to a preferred embodiment of the method, the cooling element is formed by a Peltier element.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Heizelement und/oder das Kühlelement in dem oder auf dem Inertialsensor ausgebildet.According to a preferred embodiment of the method, the heating element and / or the cooling element is formed in or on the inertial sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist das Heizelement durch einen Schaltkreis des Inertialsensors ausgebildet.According to a preferred embodiment of the method, the heating element is formed by a circuit of the inertial sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schaltkreis einen integrierten ohmschen Widerstand und/oder eine Halbleiterstruktur.According to a preferred embodiment of the method, the circuit comprises an integrated ohmic resistor and / or a semiconductor structure.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der wenigstens eine Offsetfehler des Inertialsensors anhand einer Berechnung einer Allan-Deviation mittels der erfassten Messwerte des Inertialsensors bestimmt. According to a preferred embodiment of the method, the at least one offset error of the inertial sensor is determined on the basis of a calculation of an allan deviation by means of the detected measured values of the inertial sensor.

BESCHREIBUNG DER FIGURENDESCRIPTION OF THE FIGURES

Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert:Further exemplary embodiments are explained in more detail with reference to the enclosed figures:

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kalibrierungsvorrichtung zur Kalibrierung eines Inertialsensors; 1 shows a schematic representation of a calibration device for calibrating an inertial sensor;

2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer Kalibrierungsvorrichtung zur Kalibrierung eines Inertialsensors; 2 shows a further schematic representation of a calibration device for calibrating an inertial sensor;

3 zeigt die Ergebnisse einer Berechnung einer Allan-Deviation eines Sensors; und 3 shows the results of a calculation of an allan deviation of a sensor; and

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Kalibrierung eines Inertialsensors. 4 shows a schematic representation of a method for calibrating an inertial sensor.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGURENDETAILED DESCRIPTION OF THE FIGURES

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist. In the following detailed description, reference is made to the accompanying drawings, which form a part hereof, and in which is shown by way of illustration specific embodiments in which the invention may be practiced. It should be understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the concept of the present invention. The following detailed description is therefore not to be understood in a limiting sense. Further, it should be understood that the features of the various embodiments described herein may be combined with each other unless specifically stated otherwise.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.Aspects and embodiments will be described with reference to the drawings, wherein like reference numerals generally refer to like elements. In the following description, for purposes of explanation, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of one or more aspects of the invention. However, it will be apparent to one skilled in the art that one or more aspects or embodiments may be practiced with a lesser degree of specific details. In other instances, well-known structures and elements are shown in schematic form to facilitate describing one or more aspects or embodiments. It is understood that other embodiments may be utilized and structural or logical changes may be made without departing from the concept of the present invention.

Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten", „haben", „mit" oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen" einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt" und „verbunden" können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft" lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.Furthermore, while a particular feature or aspect of an embodiment may have been disclosed in terms of only one of several implementations, such feature or aspect may be combined with one or more other features or aspects of the other implementations, as for a given or particular one Application may be desirable and advantageous. Furthermore, to the extent that the terms "contain,""have,""with," or other variants thereof are used in either the detailed description or the claims, such terms are intended to include such terms in a manner similar to the term "comprising." The terms "coupled" and "connected" may be used together with derivatives thereof have been used. It should be understood that such terms are used to indicate that two elements independently cooperate or interact with each other, whether they are in direct physical or electrical contact or are not in direct contact with each other. In addition, the term "exemplary" is to be considered as an example only, rather than the term of best or optimum, and the following description is therefore not intended to be in a limiting sense.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalibrierungsvorrichtung 100 in einer bewegbaren Vorrichtung, wie beispielsweise in einem Fahrzeug oder Smartphone. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kalibrierungsvorrichtung 100 ein Heizelement 106, ein Kühlelement 108, einen Inertialsensor 102 und einen Prozessor 110. Der Inertialsensor 102 ist derart relativ zu dem Heizelement 106 und/oder dem Kühlelement 108 angeordnet, dass seine interne Temperatur im Wesentlichen konstant gehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Inertialsensor 102 in der Nähe vom Heizelement 106 und vom Kühlelement 108 angeordnet. Als Heizelement 106 kann beispielsweise eine Wärmequelle der bewegbaren Vorrichtung (wie z.B. ein Prozessor oder eine Leistungselektronik) benutzt werden. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a calibration device 100 in a movable device, such as in a vehicle or smartphone. In this embodiment, the calibration device comprises 100 a heating element 106 , a cooling element 108 , an inertial sensor 102 and a processor 110 , The inertial sensor 102 is so relative to the heating element 106 and / or the cooling element 108 arranged so that its internal temperature is kept substantially constant. In this embodiment, the inertial sensor 102 near the heating element 106 and the cooling element 108 arranged. As a heating element 106 For example, a heat source of the movable device (such as a processor or power electronics) may be used.

Wenn die interne Temperatur des Inertialsensors 102 im Wesentlichen konstant gehalten wird, kann eine deutlich höhere Stabilität des Signals des Inertialsensors 102 erreicht werden. When the internal temperature of the inertial sensor 102 is kept substantially constant, a much higher stability of the signal of the inertial sensor 102 be achieved.

2 zeigt eine weitere schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Kalibrierungsvorrichtung 100 in einer bewegbaren Vorrichtung. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Kalibrierungsvorrichtung 100 ein Heizelement 106, ein Kühlelement 108, einen Inertialsensor 102 und einen Prozessor 110. Der Inertialsensor 102 ist derart relativ zu dem Heizelement 106 oder dem Kühlelement 108 angeordnet, dass seine interne Temperatur in Betrieb im Wesentlichen konstant gehalten wird. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Heizelement 106 in den Inertialsensor 102 integriert und das Kühlelement 108 ist auf dem Inertialsensor 102 angeordnet. Insbesondere kann als Heizelement 106, um den Inertialsensor 102 im Wesentlichen auf konstanter Temperatur zu halten, eine interne Elektronik (ASIC) bzw. ein in den Inertialsensor 102 integrierter ohmscher Widerstand oder eine Halbleiterstruktur verwendet werden. Ebenso kann ein Peltier-Element als Kühlelement 108 verwendet werden. 2 shows a further schematic representation of an embodiment of a calibration device 100 in a movable device. In this embodiment, the calibration device comprises 100 a heating element 106 , a cooling element 108 , an inertial sensor 102 and a processor 110 , The inertial sensor 102 is so relative to the heating element 106 or the cooling element 108 arranged that its internal temperature in operation is kept substantially constant. In this embodiment, the heating element 106 into the inertial sensor 102 integrated and the cooling element 108 is on the inertial sensor 102 arranged. In particular, as a heating element 106 to the inertial sensor 102 essentially at a constant temperature, an internal electronics (ASIC) or an inertial sensor 102 integrated ohmic resistor or a semiconductor structure can be used. Similarly, a Peltier element as a cooling element 108 be used.

3 zeigt die Ergebnisse einer beispielhaften Berechnung einer Allan-Deviation eines Inertialsensors 102 gemäß einer Ausführungsform, die ein Maß für die Stabilität des Inertialsensors 102 darstellt. Es handelt sich um einen Inertialsensor 102, der aus einem Drehtatensensor auf der x-Achse und aus zwei Beschleunigungssensoren bzw. auf der y-Achse und auf der z-Achse besteht. Insbesondere wird in 3 die Allan-Deviation σ(τ) in °/s des Drehratensensors als Funktion der Sample-Zeit der vom Drehratensensor erfassten Messwerte τ in s gezeigt. 3 shows the results of an exemplary calculation of an allan deviation of an inertial sensor 102 according to one embodiment, which is a measure of the stability of the inertial sensor 102 represents. It is an inertial sensor 102 , which consists of a rotating data sensor on the x-axis and two acceleration sensors or on the y-axis and on the z-axis. In particular, in 3 the Allan deviation σ (τ) in ° / s of the rotation rate sensor as a function of the sample time of the measured values τ detected by the rotation rate sensor is shown in s.

In diesem Ausführungsbeispiel wurden die Messwerte des Inertialsensors 102 bei einer konstanten Umgebungstemperatur und bei einer konstanten internen Inertialsensortemperatur von 33 °C erfasst. Unter diesen Bedingungen hat der Inertialsensor 102 einen Bias-Stabilitätsfehler von 0,000497 °/s == 1,79 °/hr, die als der Tiefpunkt der Allan-Deviation definiert ist, während der Winkel-Zufallsbewegungsfehler dem Wert der Allan-Deviation beim Sample-Zeitpunkt τ = 1 s entspricht (~0.01 °/s). Insbesondere ist dieser Wert des Bias-Stabilitätsfehlers viel kleiner als die Werte von üblichen Drehratensensoren, die ungefähr 3,5 °/s betragen. In this embodiment, the measured values of the inertial sensor 102 detected at a constant ambient temperature and at a constant internal inertial sensor temperature of 33 ° C. Under these conditions, the inertial sensor has 102 a bias stability error of 0.000497 ° / s == 1.79 ° / hr, which is defined as the low point of the Allan deviation, while the angle random error is the value of the Allan deviation at the sample time τ = 1 s corresponds to (~ 0.01 ° / s). In particular, this value of the bias stability error is much smaller than the values of conventional yaw rate sensors, which are approximately 3.5 ° / s.

Wenn die interne Temperatur eines Inertialsensors 102 konstant gehalten wird, wird daher die Genauigkeit der Messwerte des Inertialsensors 102 deutlich erhöht und damit wird die Genauigkeit der Positionsbestimmung beispielsweise eines Fahrzeuges oder Smartphones wesentlich verbessert. Dies erlaubt eine Verwendung von Standard-Drehratensensoren in Applikationen, die eine größere Offsetstabilität erfordern.When the internal temperature of an inertial sensor 102 is kept constant, therefore, the accuracy of the measurements of the inertial sensor 102 significantly increased and thus the accuracy of the positioning of a vehicle or smartphone, for example, is significantly improved. This allows use of standard yaw rate sensors in applications that require greater offset stability.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 200 zur Kalibrierung eines Inertialsensors 102 in einer bewegbaren Vorrichtung. Das Verfahren 200 umfasst die folgenden Schritte:
Erfassen 202 von Messwerten einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung mittels des Inertialsensors 102, wobei der Inertialsensor 102 derart relativ zu einem Heizelement 106 und/oder einem Kühlelement 108 angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors 102 im Wesentlichen konstant gehalten wird;
Bestimmen 206 von mindestens einem Offsetfehler des Inertialsensors 102 anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors 102; und
Kalibrieren 208 des Inertialsensors 102 anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors 102. 4 shows a schematic representation of a method 200 for calibrating an inertial sensor 102 in a movable device. The procedure 200 includes the following steps:
To capture 202 of measured values of movement of the movable device by means of the inertial sensor 102 , wherein the inertial sensor 102 such relative to a heating element 106 and / or a cooling element 108 is arranged that an internal temperature of the inertial sensor 102 is kept substantially constant;
Determine 206 of at least one offset error of the inertial sensor 102 based on the measured values of the inertial sensor 102 ; and
Calibrate 208 of the inertial sensor 102 based on the at least one specific offset error of the inertial sensor 102 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Kalibrierungsvorrichtung calibration device
102102
Inertialsensor inertial sensor
106106
Heizelement  heating element
108108
Kühlelement  cooling element
110110
Prozessor processor
200200
Verfahren  method
202202
Erfassen  To capture
206206
Bestimmen  Determine
208208
Kalibrieren  Calibrate

Claims (16)

Kalibrierungsvorrichtung (100) in einer bewegbaren Vorrichtung, mit: einem Inertialsensor (102), der ausgebildet ist, Messwerte einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung zu erfassen; mindestens einem Heizelement (106) und/oder einem Kühlelement (108), wobei der Inertialsensor (102) derart relativ zu dem Heizelement (106) und/oder dem Kühlelement (108) angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors (102) im Wesentlichen konstant gehalten wird; einem Prozessor (110), der mit dem Inertialsensor (102) verbunden ist, wobei der Prozessor (110) ausgebildet ist: Messwerte des Inertialsensors (102) zu erfassen; mindestens einen Offsetfehler des Inertialsensors (102) anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors (102) zu bestimmen; und den Inertialsensor (102) anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors (102) zu kalibrieren.Calibration device ( 100 ) in a movable device, comprising: an inertial sensor ( 102 ) configured to detect measured values of movement of the movable device; at least one heating element ( 106 ) and / or a cooling element ( 108 ), wherein the inertial sensor ( 102 ) relative to the heating element ( 106 ) and / or the cooling element ( 108 ) is arranged such that an internal temperature of the inertial sensor ( 102 ) is kept substantially constant; a processor ( 110 ), with the inertial sensor ( 102 ), wherein the processor ( 110 ): measured values of the inertial sensor ( 102 ) capture; at least one offset error of the inertial sensor ( 102 ) based on the measured values of the inertial sensor ( 102 ) to determine; and the inertial sensor ( 102 ) based on the at least one specific offset error of the inertial sensor ( 102 ) to calibrate. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Inertialsensor (102) ein Drehratensensor oder ein Beschleunigungssensor ist.Calibration device ( 100 ) according to claim 1, wherein the inertial sensor ( 102 ) is a rotation rate sensor or an acceleration sensor. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (106) durch einen Prozessor und/oder eine Leistungselektronik der bewegbaren Vorrichtung ausgebildet ist. Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the heating element ( 106 ) is formed by a processor and / or power electronics of the movable device. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kühlelement (108) durch ein Peltier-Element ausgebildet ist.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the cooling element ( 108 ) is formed by a Peltier element. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (106) und/oder das Kühlelement (108) in dem oder auf dem Inertialsensor (102) ausgebildet ist.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the heating element ( 106 ) and / or the cooling element ( 108 ) in or on the inertial sensor ( 102 ) is trained. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (106) durch einen Schaltkreis des Inertialsensors (102) ausgebildet ist.Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the heating element ( 106 ) by a circuit of the inertial sensor ( 102 ) is trained. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei der Schaltkreis einen integrierten ohmschen Widerstand und/oder eine Halbleiterstruktur umfasst.Calibration device ( 100 ) according to claim 6, wherein the circuit comprises an integrated ohmic resistor and / or a semiconductor structure. Kalibrierungsvorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (110) ausgebildet ist, den wenigstens einen Offsetfehler des Inertialsensors (102) anhand einer Berechnung einer Allan-Deviation mittels der erfassten Messwerte des Inertialsensors (102) zu bestimmen. Calibration device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the processor ( 110 ) is formed, the at least one offset error of the inertial sensor ( 102 ) on the basis of a calculation of an Allan deviation by means of the measured values of the inertial sensor ( 102 ). Verfahren (200) zur Kalibrierung eines Inertialsensors (102) in einer bewegbaren Vorrichtung, mit: Erfassen (202) von Messwerten einer Bewegung der bewegbaren Vorrichtung mittels des Inertialsensors (102), wobei der Inertialsensor (102) derart relativ zu einem Heizelement (106) und/oder einem Kühlelement (108) angeordnet ist, dass eine interne Temperatur des Inertialsensors (102) im Wesentlichen konstant gehalten wird; Bestimmen (206) von mindestens einem Offsetfehler des Inertialsensors (102) anhand der erfassten Messwerte des Inertialsensors (102); und Kalibrieren (208) des Inertialsensors (102) anhand des mindestens einen bestimmten Offsetfehlers des Inertialsensors (102).Procedure ( 200 ) for calibration of an inertial sensor ( 102 ) in a movable device, comprising: detecting ( 202 ) of measured values of a movement of the movable device by means of the inertial sensor ( 102 ), wherein the inertial sensor ( 102 ) relative to a heating element ( 106 ) and / or a cooling element ( 108 ) is arranged such that an internal temperature of the inertial sensor ( 102 ) is kept substantially constant; Determine ( 206 ) of at least one offset error of the inertial sensor ( 102 ) based on the measured values of the inertial sensor ( 102 ); and calibration ( 208 ) of the inertial sensor ( 102 ) based on the at least one specific offset error of the inertial sensor ( 102 ). Verfahren (200) nach Anspruch 9, wobei der Inertialsensor (102) ein Drehratensensor oder ein Beschleunigungssensor ist.Procedure ( 200 ) according to claim 9, wherein the inertial sensor ( 102 ) is a rotation rate sensor or an acceleration sensor. Verfahren (200) nach Anspruch 9 oder 10, wobei das Heizelement (106) durch einen Prozessor und/oder eine Leistungselektronik der bewegbaren Vorrichtung ausgebildet ist.Procedure ( 200 ) according to claim 9 or 10, wherein the heating element ( 106 ) is formed by a processor and / or power electronics of the movable device. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 11, wobei das Kühlelement (108) durch ein Peltier-Element ausgebildet ist.Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims 9 to 11, wherein the cooling element ( 108 ) is formed by a Peltier element. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das Heizelement (106) und/oder das Kühlelement (108) in dem oder auf dem Inertialsensor (102) ausgebildet ist.Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims 9 to 12, wherein the heating element ( 106 ) and / or the cooling element ( 108 ) in or on the inertial sensor ( 102 ) is trained. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 13, wobei das Heizelement (106) durch einen Schaltkreis des Inertialsensors (102) ausgebildet ist.Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims 9 to 13, wherein the heating element ( 106 ) by a circuit of the inertial sensor ( 102 ) is trained. Verfahren (200) nach Anspruch 14, wobei der Schaltkreis einen integrierten ohmschen Widerstand und/oder eine Halbleiterstruktur umfasst.Procedure ( 200 ) according to claim 14, wherein the circuit comprises an integrated resistor and / or a semiconductor structure. Verfahren (200) nach einem der vorangehenden Ansprüche 9 bis 15, wobei der wenigstens eine Offsetfehler des Inertialsensors (102) anhand einer Berechnung einer Allan-Deviation mittels der erfassten Messwerte des Inertialsensors (102) bestimmt ist. Procedure ( 200 ) according to one of the preceding claims 9 to 15, wherein the at least one offset error of the inertial sensor ( 102 ) on the basis of a calculation of an Allan deviation by means of the measured values of the inertial sensor ( 102 ) is determined.
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