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Stand der Technik
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Inertialsensoreinheiten erfassen Inertialsensordaten, d.h. Beschleunigungs- und Drehratendaten. Prinzipiell können Inertialsensoreinheiten die Inertialsensordaten einer beliebigen Raumrichtung erfassen. Typischerweise werden die Inertialsensordaten in die drei klassischen Raumrichtungen gemäß der Drei-Finger-Regel oder Rechte-Hand-Regel angelegt. Daraus ergibt sich das Koordinatensystem des Inertialsensors.
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Wird eine Inertialsensoreinheit in einem Fahrzeug verbaut, gibt es mannigfaltige Gründe, aufgrund derer das Koordinatensystem nicht mit dem Koordinatensystem des Fahrzeugs oder mit den Zielkoordinatensystemen der weiteren Fahrzeugsysteme übereinstimmt.
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Daher ist es nicht unüblich die Inertialsensordaten mittels vorgegebener Vorschriften in das oder die gewünschten Zielkoordinatensysteme zu transformieren.
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Wird diese Vorschrift zur Entwicklungszeit in die Verarbeitungssoftware der Inertialsensoreinheit berücksichtigt können sich dabei Fehler oder Unschärfen ergeben, die teilweise nur aufwändig behoben werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund wird mit vorliegender Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Inertialsensoreinheit für ein Fahrzeug vorgeschlagen.
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Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:
- a) Erfassen von Inertialsensordaten, Fahrtrichtungsdaten bzw. Lenkwinkeldaten bzw. Raddrehzahlen während der Fahrt des Fahrzeugs;
- b) Ermitteln einer Korrekturmatrix für die Inertialsensordaten abhängig von den Fahrtrichtungs- bzw. Lenkwinkeldaten;
- c) Ermitteln einer Transformationsmatrix für die Inertialsensordaten für ein Zielkoordinatensystem abhängig von den Fahrtrichtungs- bzw. Lenkwinkeldaten;
- d) Transformieren der Inertialsensordaten mittels der Korrekturmatrix bzw. der Transformationsmatrix;
- e) Ausgeben der transformierten Inertialsensordaten.
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Unter Fahrtrichtungsdaten sind vorliegenden Daten zu verstehen, die eine Information über die Fahrtrichtung des Fahrtzeugs umfassen.
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Unter Lenkwinkeldaten sind vorliegenden Daten zu verstehen, die eine Information über den Lenkwinkel oder die Kurvenfahrt des Fahrzeugs umfassen.
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Aus den Raddrehzahlen lässt sich zusammen mit dem Lenkwinkel die Gierrate (Yaw-Rate) ableiten.
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Eine Korrekturmatrix ist eine Vorschrift zum Transformieren von Inertialsensordaten mit dem Ziel Einbautoleranzen des Inertialsensorsystems beim Einbau in das Fahrzeug auszugleichen.
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Eine Transformationsmatrix ist eine Vorschrift zum Transformieren von Inertialsensordaten von dem Koordinatensystem der Inertialsensoreinheit in ein Zielkoordinatensystem. Ein solches Zielkoordinatensystem kann dabei eine Drehung des Koordinatensystems der Inertialsensoreinheit um 180° umfassen. Denkbar sind auch oder zusätzlich die Richtungsänderung einer Raumrichtung, sodass eine Achse, die gemäß der Drei-Finger-Regel mit positiven Werten belegt wäre, nunmehr mit negativen Werten belegt ist. Die Transformationsmatrix kann ebenso Skalierungen aufweisen, die von dem ursprünglichen Koordinatensystem abweichen.
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Der Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist darin zu suchen, dass eine vorgegebene Vorschrift zur Transformation der Inertialsensordaten entfallen kann.
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So kann bspw. im Schritt des Ermittelns der Transformationsmatrix die Transformationsmatrix durch den Abgleich der erfassten Inertialsensor-, Fahrrichtungs- bzw. Lenkwindeldaten mit dem Zielkoordinatensystem ermittelt werden.
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Dazu kann das Zielkoordinatensystem in einem Speicher, bspw. nichtflüchtigen Speicher, der der Inertialsensoreinheit zugeordnet ist, abgelegt werden.
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Der Speicher ist der Inertialsensoreinheit zugeordnet, dies bedeutet, dass die Ineratialsensoreinheit auf den Speicher zugreifen kann. Der Speicher selbst muss dazu nicht zwingend Teil der Inertialsensoreinheit sein. So kann bspw. der Speicher Teil eines Fahrzeugsystems sein, mit dem die Inertialsensoreinheit gekoppelt ist.
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Die Ermittlung der Transformationsmatrix erfolgt dann mittels des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Damit kann Design- und Programmierfehlern vorgebeugt werden.
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Ferner muss nicht eine explizite Vorschrift für jedes vorgegebene Zielkoordinatensystem entwickelt werden, sondern es genügt das Vorgeben bzw. das Ablegen des gewünschten Zielkoordinatensystems. Die Ermittlung der Transformationsmatrix erfolgt dann automatisch mittels des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Damit wird der Betrieb einer Inertialsensoreinheit bzw. von Einheiten, die Daten einer Inertialsensoreinheit verarbeiten, wie bspw. einer Vorrichtung zur hochgenauen Positionsbestimmung, sicherer gestaltet.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt der Schritt des Ermittelns einer Korrekturmatrix bzw. der Schritt des Ermittelns einer Transformationsmatrix nur in einer Lernphase des Betriebs der I nertialsensorei nheit.
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Für eine Inertialsensoreinheit kann vorgesehen werden, dass die erste Lebenszeit nach dem Einbau der Inertialsensoreinheit in ein Fahrzeug eine Lernphase darstellt. In dieser Zeit erfolgt die im Wesentlichen automatisch erfolgenden Konfiguration und Feinjustierung er Inertialsensoreinheit. Einstellungen, die während der Lernphase veränderbar sind, sind nach Beenden der Lernphase fix und können nicht oder nur mit erheblichen Aufwand verändert werden.
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Denkbar wäre zudem, dass eine Änderung nur im Rahmen von Wartungs- oder Austauscharbeiten erfolgen kann. Denkbar wäre dabei eine Änderung oder Löschung mittels einer Diagnosevorrichtung bspw. mittels eines Diagnosesteckers.
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Für die Lernphase kann eine bestimmte Zeit oder eine bestimmte Strecke festgelegt werden, die das Fahrzeug zurückgelegt haben muss. Ein typischer Wert sind dabei 20 km. Je nach Aufwand und Umfang der Konfigurationstätigkeiten kann die Zeit oder die Strecke angepasst werden. Klar ist, dass eine Abwägung zwischen Genauigkeit der Konfiguration und vollem Einsatz der Inertialsensoreinheit bzw. der mit der Inertialsensoreinheit verbunden bzw. gekoppelten weiteren Fahrzeugsysteme. Es ist vorstellbar, dass während der Lernphase die Inertialsensoreinheit bzw. die weiteren Fahrzeugsysteme einen eingeschränkten Funktionsumfang bereitstellen.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Kombinierens auf, wobei in dem Schritt die Korrekturmatrix und die Transformationsmatrix zu einer Korrekturtransformationsmatrix kombiniert werden.
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Nach dieser Ausführungsform werden im Schritt des Transformierens die Inertialsensordaten dann mittels der kombinierten Korrekturtransformationsmatrix transformiert.
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Der Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass anstelle von mehreren Transformationen, nämlich zunächst einer Korrekturtransformation und dann der Transformation in das Zielkoordinatensystem, bzw. vice versa, eine einzige Transformation mittels der Korrekturtransformationsmatrix ausreicht. Dies spart Rechenressourcen ein und kann somit zur Beschleunigung des Verfahrens beitragen.
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Ferner kann Speicherplatz eingespart werden, da es ausreichend wäre nur noch die Korrekturtransformationsmatrix in dem nichtflüchtigen Speicher der Inertialsensoreinheit abzulegen.
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Vorteilhaft ist, wenn der Schritt des Kombinierens mit dem Beenden der Lernphase erfolgt.
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Während der Lernphase können insbesondere an der Korrekturmatrix stetig Anpassungen erfolgen. Demnach ist es vorteilhaft die Korrekturmatrix und die Transformationsmatrix erst beim Beenden der Lernphase zu kombinieren.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Korrekturtransformationsmatrix in einem nichtflüchtigen Speicher, der der Inertialsensoreinheit zugeordnet ist, abgelegt
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Diese Ausführungsform birgt den Vorteil, dass die Korrekturtransformationsmatrix nicht erneut bei jedem Neustarten der Inertialsensoreinheit erstellt werden muss, sondern abrufbar in einem Speicher vorliegt.
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Der Speicher ist der Inertialsensoreinheit zugeordnet, dies bedeutet, dass die Ineratialsensoreinheit auf den Speicher zugreifen kann. Der Speicher selbst muss dazu nicht zwingend Teil der Inertialsensoreinheit sein. So kann bspw. der Speicher Teil eines Fahrzeugsystems sein, mit dem die Inertialsensoreinheit gekoppelt ist.
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Denkbar ist zudem die Korrekturtransformationsmatrix zu Prüf- oder Nachweiszwecken aus dem Speicher auszulesen.
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Ferner ist denkbar, dass die Korrekturtransformationsmatrix zu Diagnose- oder Wartungszwecken geändert oder gelöscht zu werden.
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Vorteilhaft ist, wenn die Ablage beim Beenden der Lernphase erfolgt.
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Alternativ ist denkbar, dass die Ablage fortlaufend während der Lernphase erfolgt und beim Beenden der Lernphase die weitere Ablage ausgeschlossen oder verhindert wird. Bspw. dadurch, dass auf den Speicher ein sogenannter Lock, d.h. eine Verriegelung, gelegt wird.
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Während der Lernphase können insbesondere an der Korrekturtransformationsmatrix stetig Anpassungen erfolgen. Demnach ist es vorteilhaft die Korrekturtransformationsmatrix erst beim Beenden der Lernphase in dem nichtflüchtigen Speicher abzulegen.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Korrekturmatrix in einem nichtflüchtigen Speicher der Inertialsensoreinheit abgelegt
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Diese Ausführungsform birgt den Vorteil, dass die Korrekturmatrix nicht erneut bei jedem Neustarten der Inertialsensoreinheit erstellt werden muss, sondern abrufbar in einem Speicher vorliegt.
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Vorteilhaft ist, wenn die Ablage beim Beenden der Lernphase erfolgt.
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Alternativ ist denkbar, dass die Ablage fortlaufend während der Lernphase erfolgt und beim Beenden der Lernphase die weitere Ablage ausgeschlossen oder verhindert wird. Bspw. dadurch, dass auf den Speicher ein sogenannter Lock, d.h. eine Verriegelung, gelegt wird.
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Während der Lernphase können insbesondere an der Korrekturmatrix stetig Anpassungen erfolgen. Demnach ist es vorteilhaft die Korrekturmatrix erst beim Beenden der Lernphase in dem nichtflüchtigen Speicher abzulegen.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Transformationsmatrix in einem nichtflüchtigen Speicher der Inertialsensoreinheit abgelegt
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Diese Ausführungsform birgt den Vorteil, dass die Transformationsmatrix nicht erneut bei jedem Neustarten der Inertialsensoreinheit erstellt werden muss, sondern abrufbar in einem Speicher vorliegt.
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Vorteilhaft ist, wenn die Ablage beim Beenden der Lernphase erfolgt.
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Während der Lernphase können auch an der Transformationsmatrix stetig Anpassungen erfolgen. Demnach ist es vorteilhaft die Transformationsmatrix erst beim Beenden der Lernphase in dem nichtflüchtigen Speicher abzulegen.
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Nach einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist das Verfahren den zusätzlichen Schritt des Skalierens der Inertialsensordaten mittels einer Skalierungsmatrix auf.
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Hierbei ist es denkbar dass eine Auflösungsänderung der Inertialsensordaten in die Transformationen aufzunehmen. Ferner ist es denkbar, dass die Skalierungsmatrix in die kombinierte Korrekturtransformationsmatrix aufgenommen wird, wodurch für die Ausgabe im Schritt des Ausgebens auf einen Datenbus keine weitere Konversion, d.h. Datenumrechnung notwendig wird.
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Dadurch können die Verarbeitungsschritte vom Erfassen bis zum Ausgeben reduziert werden, dies spart insbesondere Rechenressourcen und Zeit.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektronische Steuereinheit, die eingerichtet ist, alle Schritte des Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Eine Ausführungsform der elektronischen Steuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung weist mindestens einen nichtflüchtigen Speicher zum Ablegen einer Korrekturmatrix bzw. einer Transformationsmatrix bzw. einer Korrekturtransformationsmatrix auf.
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Nachfolgend werden Einzelheiten und Ausführungsformen der Erfindung anhand einer Figur näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 Ablaufdiagramm des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das Verfahren 100 erfolgt während der Fahrt eines Fahrzeugs aufweisend eine Inertialsensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
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In Schritt 101 werden Inertialsensordaten sowie Fahrtrichtungsdaten bzw. Lenkwinkeldaten und Raddrehzahlen erfasst. Fahrtrichtungsdaten bzw. Lenkwinkeldaten können über entsprechende Sensoren des Fahrzeugs erfasst werden. Denkbar ist dabei auch, dass bspw. Fahrtrichtungsdaten über die Stellung des Ganghebels bzw. die Einstellung des Antriebsstrangs, insbesondere des Getriebes, des Fahrzeugs erfasst werden.
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In Schritt 102 wird eine Korrekturmatrix für die Inertialsensordaten abhängig von den erfassten Fahrtrichtungsdaten bzw. Lenkwinkeldaten ermittelt. Die Korrekturmatrix kann zur Korrektur von kleinen Winkelfehlern dienen, die durch Einbautoleranzen der Inertialsensoreinheit in dem Fahrzeug bzw. als Teil weiterer Fahrzeugsysteme in diesen Fahrzeugsystemen entstehen. Insbesondere in Fällen, in denen die Inertialsensoreinheit Teil eines Fahrzeugsystems zur hochgenauen Positionsbestimmung ist, ist es vorteilhaft, dass selbst kleinste Winkelfehler möglichst früh in der Signalkette korrigiert werden.
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Die Ermittlung basiert dabei auf dem Abgleich der Erfassten Inertialsensordaten, Fahrtrichtungsdaten und Lenkwinkeldaten. Denkbar ist dabei eine Korrektur durch Soll-Ist-Vergleiche.
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In Schritt 103 wird eine Transformationsmatrix für ein Zielkoordinatensystem abhängig von den Fahrtrichtungsdaten bzw. Lenkwinkeldaten bzw. Raddrehzahlen ermittelt.
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Dieser Schritt kann in zwei Ausprägungen stattfinden.
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Zum einen kann anhand der Inertialsensordaten, der Fahrtrichtungsdaten bzw. der Lenkwinkeldaten bzw. der Raddrehzahlen ein Abgleich des Koordinatensystems der Inertialsensoreinheit und des Zielkoordinatensystems erfolgen. Dabei kann es zunächst um die Grobbestimmung gehen. Bspw. darum, ob das Zielkoordinatensystem nach der Drei-Finger-Regel aufgebaut ist oder ob durch den Einbau in das Fahrzeug das Koordinatensystem der Inertialsensoreinheit mit dem Koordinatensystem des Fahrzeugs übereinstimmt (Vorzeichencheck).
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Hilfreich für diese Ausprägung der Ermittlung ist das Vorliegen des Zielkoordinatensystems bspw. abgelegt in einem der Inertialsensoreinheit zugeordneten Speichereinheit bspw. einem nichtflüchtigen Speicher.
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Der Speicher ist der Inertialsensoreinheit zugeordnet, dies bedeutet, dass die Ineratialsensoreinheit auf den Speicher zugreifen kann. Der Speicher selbst muss dazu nicht zwingend Teil der Inertialsensoreinheit sein. So kann bspw. der Speicher Teil eines Fahrzeugsystems sein, mit dem die Inertialsensoreinheit gekoppelt ist.
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Zum anderen können Feinabstimmung erfolgen, bspw. wenn das Zielkoordinatensystem nicht lediglich um Vielfache von 90° zu dem Koordinatensystem der Inertialsensoreinheit verdreht ist oder einzelne Achsen der Koordinatensysteme ihre positiven Werte in unterschiedliche Richtungen auftragen, sondern, wenn die Transformationen komplexer ausfallen.
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Wie für die erste Ausprägung ist auch für die zweite Ausprägung das Vorliegen des Zielkoordinatensystems hilfreich.
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In Schritt 104 werden die Inertialsensordaten mittels der Korrekturmatrix bzw. der Transformationsmatrix transformiert.
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Die Anwendung ist dabei auch variabel. Bspw. ist es denkbar, dass nichtkorrigierte und nichttransformierte Inertialsensordaten für gekoppelte, weiterverarbeitenden Fahrzeugsysteme genauso notwendig sind, wie korrigierte und transformierte Inertialsensordaten. Ebenso denkbar ist, dass mehrere Transformationsmatrizen je nach gekoppeltem, weiterverarbeitendem Fahrzeugsystem vorliegen. Sodass nach der Korrektur der Inertialsensordaten, um Einbau- oder Temperaturtoleranzen auszugleichen, mehrere Transformationen mit unterschiedlichen Transformationsmatrizen erfolgen.
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In Schritt 105 werden die transformierten Inertialsensordaten ausgegeben. Die Inertialsensordaten können dabei über ein Fahrzeugkommunikationssystem, wie bspw. ein Bussystem, wie bspw. CAN, Flexray oder Ethernet ausgegeben werden. Denkbar ist auch eine Ausgabe über drahtlose Kommunikationsmittel bzw. -kanäle.
