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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Position und / oder Bewegung eines Fahrzeugs sowie eine zugehörige elektronische Steuerungsvorrichtung.
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Zur Bestimmung der Position und / oder Bewegung eines Fahrzeugs sind aus dem Stand der Technik verschiedene Vorgehensweisen bekannt. Beispielsweise kann mittels Satellitennavigation, auch Global Navigation Satellite System, kurz GNSS genannt, über einen entsprechenden Empfänger ein Fahrzeug lokalisiert werden. Ebenso kann die Odometrie des Fahrzeugs genutzt werden. Beispielsweise lassen sich für odometrische Messungen die Impulse der Radwinkelencoder aller Räder eines Fahrzeugs sowie die Radlenkwinkel nutzen und beispielsweise eine Längsgeschwindigkeit sowie ein Drehwinkel um die Hochachse ableiten. Beschleunigungs- und Drehratensensoren, beispielsweise einer inertialen Messeinheit, können in einem sogenannten Strapdown-Algorithmus zur Bestimmung von Ort und Orientierung herangezogen werden. Eine ausreichend präzise und zuverlässige Bestimmung von Position bzw. Bewegung des Fahrzeugs lässt sich oft erst durch Kombination bzw. Fusion mehrerer solcher und ähnlicher Messinformationen erreichen. Dabei wird ein Modell verwendet, das Rechenvorschriften definiert, nach denen aus den verschiedenen Eingangsgrößen die Position und / oder Bewegung des Fahrzeugs zumindest näherungsweise ermittelt wird.
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Aus der Schrift
WO 2011/098 333 A1 ist bekannt, in einem Fahrzeug verschiedene Sensorgrößen heranzuziehen, um bereits vorhandene Sensorgrößen zu verbessern oder neue Sensorgrößen zu generieren und somit die erfassbare Information zu steigern.
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Das Modell, das für die Vielzahl an Sensoreingangsgrößen zur Schätzung der Fahrzeugbewegung bzw. Position verwendet wird, ist meist so gut wie möglich an das jeweilige Fahrzeug angepasst und parametrisiert. Dabei wird von normalen Fahrbedingungen, eventuell unter Berücksichtigung des fahrdynamischen Grenzbereichs ausgegangen.
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Mittlerweile gibt es jedoch in Fahrzeugen eine größer werdende Anzahl an Systemen, die nach einem Unfall oder einer Kollision wirksam werden und ihre Funktion verrichten. Typischerweise gilt dann die Annahme des verwendeten Modells nicht mehr, dass normale Fahrbedingungen vorliegen. Ausgerechnet in der kritischen Phase nach einem Unfall kann daher die Positions- bzw. Bewegungsinformation mangelhaft sein.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, das auch in kritischen Situationen ein zuverlässiges und / oder präzises Ermitteln von Position und / oder Bewegung eines Fahrzeugs erlaubt.
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Dies wird erfindungsgemäß durch Verfahren sowie eine Steuerungsvorrichtung gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Erfindungsgemäß ist für ein Verfahren zum Ermitteln der Position und / oder Bewegung eines Fahrzeugs vorgesehen, dass das Fahrzeug eine elektronische Verarbeitungseinrichtung, einen Zustandsdetektor, sowie wenigstens einen zum Erfassen von fahrdynamischen Messwerten und zum Ausgeben von Sensordaten ausgebildeten Sensor aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass
- - die elektronische Verarbeitungseinrichtung aus den Sensordaten auf Basis eines Fahrdynamikmodells eine Position und / oder Bewegung des Fahrzeugs ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass
- - der Zustandsdetektor einen Fahrzustand des Fahrzeugs erfasst und
- - die Verarbeitungseinrichtung abhängig von dem erfassten Fahrzustand ein erstes oder ein zweites Fahrdynamikmodell zum Ermitteln der Position und / oder Bewegung des Fahrzeugs verwendet.
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Erwähnte Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt werden. Sie können jedoch auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer seiner Ausführungen, beispielsweise mit einer bestimmten Zusammenstellung von Schritten, in der Weise ausgeführt werden, dass keine weiteren Schritte ausgeführt werden. Unbeschadet der genannten Schritte des Verfahrens können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche, die in dieser Schrift nicht erwähnt sind.
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Vorzugsweise wird unter dem Begriff Sensor ein einzelner Sensor oder ein System von mehreren Sensoren verstanden. Zu den Sensordaten können bevorzugt eine oder mehrere Größen gehören, wie Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Richtung, Schwimmwinkel, also der Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs im Schwerpunkt und der Fahrzeuglängsachse bei Kurvenfahrt, Drehrate und / oder Offsetkompensation von Sensorgrößen.
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Das Fahrdynamikmodell bezeichnet vorzugsweise eine oder mehrere Ablaufpläne und / oder Rechenvorschriften, wie bestimmte Eingangsdaten, Sensordaten oder aus Sensordaten gewonnene weiterverarbeitete Daten zu Ausgangsdaten verarbeitet werden, die eine Information zu Position und / oder Bewegung des Fahrzeugs enthalten. Das Fahrdynamikmodell hängt dabei vorzugsweise auch von bestimmten Eigenschaften, wie beispielsweise Abmessungen, Steifigkeiten, Massen des Fahrzeugs oder seiner Komponenten ab.
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Das angegebene Verfahren hat den Vorteil, dass durch unterschiedliche Fahrdynamikmodelle eine Anpassung der Position- bzw. Bewegungsbestimmung an unterschiedliche Fahr- bzw. Bewegungszustände ermöglicht wird, so dass die Positions- bzw. Bewegungsbestimmung unabhängig vom aktuellen Fahr- bzw. Bewegungszustand präzise und zuverlässig ist. Im Folgenden wird vereinfachend nur noch von Fahrzustand gesprochen.
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Es ist bevorzugt, dass der Zustandsdetektor beim Erfassen des Fahrzustands zwischen einem unfallfreien Fahrzustand und einem Fahrzustand bei oder nach einem Unfall unterscheidet und die Verarbeitungseinrichtung bei einem unfallfreien Fahrzustand das erste Fahrdynamikmodell und bei einem Fahrzustand bei oder nach einem Unfall das zweite Fahrdynamikmodell verwendet. Durch die Verwendung eines auf den Fahrzustand bei oder nach einem Unfall zugeschnittenen Fahrdynamikmodells ist es möglich, dass auch in dieser kritischen Phase eine hohe Informationsgüte zur Verfügung steht. Dies liefert beispielsweise genauere Positionsinformationen für ein satellitengestütztes, vorzugsweise fest im Fahrzeug installiertes Notrufsystem (eCall). Darüber hinaus stehen Systemen, die beispielsweise eine automatische bzw. assistierte Bremsung oder Lenkung nach einem Unfall bereitstellen somit bessere Bewegungsinformationen zur Verfügung.
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Nachfolgend sind bezüglich der verwendeten Fahrdynamikmodelle verschiedene Ausführungsformen genannt. Dabei ist zu beachten, dass diese Ausführungsformen beliebig kombinierbar sind, also sowohl zueinander alternativ als auch ergänzend verwendet werden können. Entsprechend können für das zweite Fahrdynamikmodell auch mehrere abrufbare Varianten parallel zur Verfügung stehen.
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Vorzugsweise unterscheidet sich das zweite Fahrdynamikmodell von dem ersten Fahrdynamikmodell zumindest dadurch, dass Teile, insbesondere bestimmte fahrdynamische Messwerte, des ersten Fahrdynamikmodells im zweiten Fahrdynamikmodell nicht berücksichtigt werden. Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden adaptive Teile des ersten Fahrdynamikmodells im zweiten nicht mehr berücksichtigt, um Fehlanpassungen zu vermeiden.
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Nach einer zusätzlichen Weiterbildung ist das zweite Fahrdynamikmodell derart ausgebildet, dass für einen bestimmten Zeitraum nach dem Wechsel des Fahrdynamikmodells das Ermitteln der Position und / oder der Bewegung des Fahrzeugs ausgesetzt wird, gegebenenfalls unter der Voraussetzung, dass keine plausiblen Sensordaten vorliegen. Somit lässt sich verhindern, dass das Fahrdynamikmodell dejustiert wird.
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Bevorzugt erfasst der Zustandsdetektor die Unterscheidung der Fahrzustände anhand der Messwerte zumindest eines Unfallsensors . Unter einem Unfallsensor sei dabei bevorzugt ein einzelner oder eine Gruppe von Sensoren verstanden, ausgebildet zur Aufnahme von Messwerten, die in irgendeiner Form einen Rückschluss auf eine unerwünschte Fahrsituation ermöglichen, beispielsweise einen bevorstehenden, gerade eintretenden oder schon eingetretenen Aufprall bzw. eine Kollision zwischen einem fahrzeugfremden Objekt und dem Fahrzeug. Neben nachfolgend genannten Typen von Unfallsensoren können auch andere aus dem Stand der Technik bekannte Unfallsensoren zweckmäßig sein, wie sie häufig als Entscheidungsbasis für die Auslösung eines Airbags oder Gurtstraffers verwendet werden.
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Der Unfallsensor umfasst vorzugsweise
- - einen Kollisionssensor, der ausgebildet ist, eine Berührung mit einem fahrzeugfremden Objekt bzw. eine dadurch hervorgerufene Beschleunigung zu erfassen und / oder
- - einen Überschlagssensor, der ausgebildet ist, eine Drehung um die Fahrzeuglängs- oder Querachse zu erfassen, die ausreichend hoch ist um einen Überschlag des Fahrzeugs zu ermöglichen und / oder
- - einen Beschleunigungssensor, der ausgebildet ist, Beschleunigungen oberhalb eines, insbesondere unfalltypischen, Schwellwertes zu erfassen und / oder
- - einen Umfeld- oder Näherungssensor, der ausgebildet ist, eine bevorstehende Kollision des Fahrzeugs mit einem Objekt zu erfassen. Ein solcher Umfeld- oder Näherungssensor kann beispielsweise als Ultraschallsensor ausgebildet sein.
Zusätzlich oder alternativ zu dem genannten Überschlagssensor kann der Unfallsensor einen bzw. den ohnehin vorhandenen GNSS-Empfänger umfassen, wobei auf Basis der sich schlagartig ändernden Empfangssituation des GNSS-Empfängers ein Überschlag des Fahrzeugs erkannt bzw. die Erfassung durch den Überschlagssensor bestätigt wird.
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Vorzugsweise ist eines der Fahrdynamikmodelle, insbesondere das zweite Fahrdynamikmodell, auf Basis von Fahrzeugdaten, insbesondere Achsabstand, Achsbreite, Rollwiderstand der Räder, modelliert, die von einer aus den Messwerten des Unfallsensors abgeleiteten Deformation des Fahrzeugs abhängig sind. Somit wird einer Verfälschung beim Ermitteln der Position und / oder der Bewegung des Fahrzeugs durch Fahrzeugdeformation entgegengewirkt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst, dass eines der Fahrdynamikmodelle, insbesondere das zweite Fahrdynamikmodell, auf kinematischen Größen basiert, die aus den Messwerten des Unfallsensors abgeleitet sind.
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Beispielsweise kann ein entsprechend ausgebildeter Kollisionssensor Beschleunigungswerte liefern.
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Es ist bevorzugt, dass eines der Fahrdynamikmodelle, insbesondere das zweite Fahrdynamikmodell, Bewegungsgleichungen umfasst, in denen das Fahrzeug mathematisch als Punktmasse modelliert ist. Die Punktmasse beschreibt entsprich einer starken Idealisierung eines realen Körpers, in diesem Fall des Fahrzeugs. Die Punktmasse wird vorzugsweise als ein physikalisches Modell verstanden, das den Körper ausschließlich hinsichtlich seines Ortes und seiner Masse vertritt und zur vereinfachten Beschreibung der Bewegung des Körpers dient. Äußere Eigenschaften wie Volumen und Form werden vernachlässigt. Der Körper wird als mathematischer Punkt angesehen, der somit keine Ausdehnung, aber eine endliche Masse besitzt. Insbesondere besitzt eine Punktmasse vorzugsweise keine Rotationsfreiheitsgrade. Dadurch, dass Rotationsbewegung und Verteilung der Masse im Körpervolumen des Fahrzeugs mit der Idealisierung als Punktmasse außer Acht gelassen werden, fließen Größen, die in einem bestimmten Fahrzustand, wie nach einem Unfall, ohnehin unsicher bzw. fehlerbehaftet sind, nicht in die Positions/Bewegungsermittlung mit ein.
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Es ist bevorzugt, dass eines der Fahrdynamikmodelle, insbesondere das zweite Fahrdynamikmodell, ausschließlich auf fahrdynamischen Größen basiert, die die Bewegung des Fahrzeugs unabhängig von einer Straßenberührung abbilden, insbesondere dabei Raddrehzahlen außer Acht lassen. Bei einem Fahrzustand, in dem nicht sicher ist, ob die Räder überhaupt den Boden berühren, wird somit eine unsichere Größe bei der Berechnung außer Acht gelassen.
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Es ist bevorzugt, dass sich das zweite Fahrdynamikmodell von dem ersten Fahrdynamikmodell dadurch unterscheidet, dass ein oder mehrere Schwellwerte zur Fehlererkennung, insbesondere Schwellwerte zur Fehlererkennung in Beschleunigungsmessdaten, aus dem ersten Fahrdynamikmodell im zweiten Fahrdynamikmodell nicht berücksichtigt werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass sich das zweite Fahrdynamikmodell von dem ersten Fahrdynamikmodell dadurch unterscheidet, dass GNSS-Daten als Eingangsgröße des ersten Fahrdynamikmodells im zweiten Fahrdynamikmodell nicht als Eingangsgröße berücksichtigt werden. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn zu erwarten ist, dass der GNSS-Empfänger beschädigt ist oder die normalen Annahmen für die Ausbreitung der GNSS-Signale nicht mehr zutreffen.
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Es ist bevorzugt, dass sich das zweite Fahrdynamikmodell von dem ersten Fahrdynamikmodell dadurch unterscheidet, dass Daten einer inertialen Messeinheit als Eingangsgröße des ersten Fahrdynamikmodells im zweiten Fahrdynamikmodell nicht als Eingangsgröße berücksichtigt werden. Dies ist vor allem dann vorteilhaft, wenn zu erwarten ist, dass die inertiale Messeinheit außerhalb ihres normalen Arbeitsbereichs betrieben wird. Vorzugsweise wird unter dem Begriff der inertialen Messeinheit ein Beschleunigungs- oder Drehratensensor verstanden, besonders bevorzugt eine Mehrzahl davon, insbesondere in Form einer sensorischen Messeinheit eines Trägheitsnavigationssystems.
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Es ist bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung während der Verwendung des ersten oder zweiten Fahrdynamikmodells zum Ermitteln der Position und / oder der Bewegung des Fahrzeugs Berechnungen gemäß des jeweils anderen Fahrdynamikmodells vornimmt und auf diese bei einem Wechsel des Fahrdynamikmodells zurückgreift. Mit anderen Worten werden ein oder mehrere von dem ersten Fahrdynamikmodell verschiedene Fahrdynamikmodelle schon während der Normalfahrt mitgerechnet. Deren Ausgangsdaten stehen damit jederzeit zur Verfügung und ein Umschalten des von der Verarbeitungseinrichtung verwendeten Fahrdynamikmodells bedeutet lediglich, dass der Ausgang eines anderen Fahrdynamikmodells genutzt wird. Somit kann das Fahrdynamikmodell zügig gewechselt werden, ohne dass Einschwingzeiten für das neu verwendete Fahrdynamikmodell notwendig sind.
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Nach einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens speichert die Verarbeitungseinrichtung die bei der Verwendung des ersten oder zweiten Fahrdynamikmodells zum Ermitteln der Position und / oder der Bewegung des Fahrzeugs verwendeten Sensordaten in einem Datenspeicher zwischen und verwendet bei einem Wechsel des Fahrdynamikmodells die zwischengespeicherten Sensordaten für einen gewissen Zeitraum als Eingangsgröße. Somit kann das Fahrdynamikmodell zügig gewechselt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine elektronische Steuerungsvorrichtung gelöst, die dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen, wobei die Steuerungsvorrichtung vorzugsweise einen zum Erfassen von fahrdynamischen Messwerten und zum Ausgeben von Sensordaten ausgebildeten Sensor und einen Zustandsdetektor zum Erfassen eines Fahrzustands des Fahrzeugs umfasst beziehungsweise bevorzugt dazu ausgebildet ist, Sensordaten von dem Sensor und einen Fahrzustand von dem Zustandsdetektor zu empfangen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung kann der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen.
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1 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
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Dabei wird davon ausgegangen, dass ein Fahrzeug eine elektronische Verarbeitungseinrichtung 20, einen Zustandsdetektor 10, sowie wenigstens einen zum Erfassen von fahrdynamischen Messwerten und zum Ausgeben von Sensordaten ausgebildeten Sensor aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegen mehrere Sensoren vor. Zum einen eine inertiale Messeinheit, die in der Lage ist, Beschleunigungen und Drehraten des Fahrzeugs in allen Raumrichtungen zu erfassen. Zum anderen eine Odometrie-Sensorik sowie ein GNSS-Empfänger zum Empfangen von Satellitensignalen eines Satellitennavigationssystems. Die verschiedenen von diesen Sensoren stammenden Sensordaten werden in der Verarbeitungseinrichtung 20 fusioniert bzw. gefiltert, so dass die jeweiligen Vorzüge der verschiedenen Sensoren für die Bestimmung der Position bzw. Bewegung des Fahrzeugs zum Tragen kommen.
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Die Verarbeitungseinrichtung 20 empfängt in der vorliegenden Ausführungsform über den GNSS-Empfänger Lagedaten des Fahrzeugs, die eine absolute Position des Fahrzeuges auf einer Fahrbahn umfassen. Neben der absoluten Position umfassend die Lagedaten aus dem GNSS-Empfänger auch eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Die Lagedaten aus dem GNSS-Empfänger werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer dem Fachmann bekannten Weise aus einem GNSS-Signal in dem GNSS-Empfänger abgeleitet, das über eine GNSS-Antenne empfangen wird und daher nachstehend GNSS-Lagedaten genannt. Für Details dazu wird auf die einschlägige Fachliteratur dazu verwiesen.
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Durch die Fusion mit den weiteren Sensordaten ist die Verarbeitungseinrichtung 20 in der Lage, den Informationsgehalt der aus dem GNSS-Signal abgeleiteten GNSS-Lagedaten zu steigern. Dies ist sinnvoll, da das GNSS-Signal nicht ständig verfügbar ist. Die weiteren Sensordaten umfassen im vorliegenden Fall Fahrdynamikdaten aus einer inertialen Messeinheit in Form einer Längsbeschleunigung, einer Querbeschleunigung sowie einer Vertikalbeschleunigung und einer Wankrate, einer Nickrate sowie einer Gierrate des Fahrzeugs.
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Zur weiteren Steigerung des Informationsgehaltes der GNSS-Lagedaten wird in der vorliegenden Ausführung eine Odometrie-Sensorik verwendet. Diese umfasst Raddrehzahlsensoren, die die Raddrehzahlen der einzelnen Räder des Fahrzeugs erfassen. Ebenso kann sie zur weiteren Steigerung des Informationsgehalts der GNSS-Lagedaten ein Lenkwinkelsignal umfassen.
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Zum einen werden über einen Strapdown-Algorithmus aus den Fahrdynamikdaten der inertialen Messeinheit Lagedaten des Fahrzeugs generiert. Bei der Fusion der Sensordaten werden außerdem Vergleichsdaten für die gleichen Größen verwendet, die den GNSS-Lagedaten bzw. auch den Daten der Odometrie-Sensorik entstammen. Wie die Lagedaten bzw. Vergleichsdaten berechnet werden, kann von dem verwendeten Fahrdynamikmodell abhängen.
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Das für die Fusion verwendete Filter berechnet basierend auf den Lagedaten und den Vergleichsdaten einen Fehlerhaushalt für die Lagedaten und einen Fehlerhaushalt für die Vergleichsdaten. Die Fehlerhaushalte werden dann entsprechend dem Strapdown-Algorithmus und dem verwendeten Fahrdynamikmodell zur Korrektur der Lagedaten beziehungsweise der Vergleichsdaten zugeführt. Das heißt, dass die Lagedaten und die Vergleichsdaten iterativ um ihre Fehler bereinigt werden.
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Das verwendete Fahrdynamikmodell kann abhängig von einem erfassten Fahrzustand 1 geändert werden. Dazu ist ein Zustandsdetektor 10 vorgesehen, der dazu ausgebildet ist, eine Veränderung des Fahrzustands 1 über einen Unfallsensor zu detektieren. Der Fahrzustand 1 wird vom Zustandsdetektor 10 über ein entsprechendes Detektorsignal 2 an die Verarbeitungseinrichtung 20 weitergeleitet, wobei das Detektorsignal 2 zumindest eine Unterscheidung erlaubt zwischen einem Fahrzustand 1, der einer Normalfahrt entspricht und einem Fahrzustand 1, der einem Fahrzustand 1 bei oder nach einem Unfall entspricht.
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Die Verarbeitungseinrichtung 20 ermittelt die Position und / oder Bewegung des Fahrzeugs auf Grundlage des verwendeten Fahrdynamikmodells. Erhält sie ein Detektorsignal 2, das einem Fahrzustand 1 bei oder nach einem Unfall entspricht, so greift sie statt des zuvor verwendeten ersten Fahrdynamikmodells 21 auf ein zweites Fahrdynamikmodell 22 zurück, um daraus ein Positions-/Bewegungssignal 3 zu erzeugen, das mittels des zweiten Fahrdynamikmodells 22 die Besonderheiten des geänderten Fahrzustands 1 berücksichtigt.
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Für das zweite Fahrdynamikmodell 22 sind dabei verschiedene Varianten denkbar. Entsprechend kann auch das Detektorsignal 2 in Verbindung mit dem Unfallsensor bzw. den Unfallsensoren feinere Unterscheidungen erlauben, so dass die jeweils passende Variante des zweiten Fahrdynamikmodells 22 ausgewählt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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