DE19728109C2

DE19728109C2 - Sensor arrangement of a vehicle and use thereof in a navigation device

Info

Publication number: DE19728109C2
Application number: DE1997128109
Authority: DE
Inventors: Guenter Noetzel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-09-16
Anticipated expiration: 2017-07-03
Also published as: DE19728109A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sensoranordnung zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Beschleunigungssensor, dessen Ausgangssignal in einer Auswertungseinrichtung integriert wird und mit einer Korrektureinrichtung für die ermittelten Werte aufgrund zusätzlicher Informationen.The invention relates to a sensor arrangement for determining the Speed and / or the distance traveled Vehicle with at least one acceleration sensor, the Output signal is integrated in an evaluation device and with a correction device for the determined values due to additional information.

Derartige Sensoranordnungen werden insbesondere in Naviga tionseinrichtungen des Fahrzeugs verwendet, um die von einem Startpunkt ausgehend zurückgelegte Wegstrecke zu ermitteln, so daß die Navigationseinrichtung die aktuelle Position des Fahr zeugs kennt und daraus die zur Erreichung eines gewünschten Endpunktes zweckmäßigen Navigationshilfen für den Führer des Fahrzeugs ermitteln kann. Derartige Navigationssysteme sind häufig mit einem Satellitenempfänger ausgestattet, der aller dings aufgrund der bei der zivilen Satellitennavigation ein gestellten Ungenauigkeit eine fehlerreduzierende Funktion im wesentlichen für Langstreckenfahrten ausübt. Die Wegstrecken ermittlung wird bei Automobilen häufig durch Auswertung von sowieso vorhandenen Radsensoren für ein automatisches Brems system (ABS) oder eines elektronischen Tachometers vorgenom men. Nachteilig ist dabei, daß bei einer nachträglichen In stallation des Navigationssystems ein erheblicher Aufwand we gen der erforderlichen Eingriffe in die Bordelektronik ent steht. Such sensor arrangements are used particularly in Naviga tion devices of the vehicle used by a To determine the starting point covered distance, see above that the navigation device the current position of the drive Stuff knows and from it the required to achieve a desired Endpoint appropriate navigation aids for the leader of the Vehicle can determine. Such navigation systems are often equipped with a satellite receiver that everyone dings due to the in civil satellite navigation posed inaccuracy an error-reducing function in the exercises essential for long-distance journeys. The routes In automobiles, determination is often carried out by evaluating anyway existing wheel sensors for automatic braking system (ABS) or an electronic tachometer men. The disadvantage here is that with a subsequent In installation of the navigation system a considerable effort against the necessary interventions in the on-board electronics stands.

Beispielsweise zeigt Patent Abstracts of Japan 09086361 A vom 31.03.1997 ein Verfahren zur Ausblendung von Störungen bei der Bestimmung einer Drehgeschwindigkeit eines Rades. Dieses ist mit einem Inkrementalmaßstab versehen, wobei die Inkremente mittels eines fest angeordneten elektromagnetischen Aufnehmers bei Drehung des Rades erfaßt werden. Störungen bei der Inkrementerfassung werden in einer Korrekturschaltung ausgeblendet, und die ermittelte Drehgeschwindigkeit des Rades wird entsprechend korrigiert.For example, Patent Abstracts of Japan shows 09086361 A. from March 31, 1997 a procedure for the suppression of faults when determining a rotational speed of a wheel. This is provided with an incremental scale, the Increments using a fixed arrangement electromagnetic sensor detected when the wheel rotates become. Disorders of increment detection are in one Correction circuit hidden, and the determined The speed of rotation of the wheel is corrected accordingly.

Weiter ist aus DE 42 21 998 A1 eine fahrgeräuschabhängige Lautstärkesteuerung für ein Autoradio bekannt. Dieser liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei einem bestimmten Fahrzeugtyp das im Innenraum des Fahrzeugs herrschende Fahrgeräusch und auch dessen spektrale Zusammensetzung primär von der Fahrgeschwindigkeit abhängt. Zur Korrektur des Frequenzganges und der Lautstärke eines im Fahrzeuginnenraum wiedergegebenen Audiosignals wird dieses über einen Equalizer geleitet, dessen Verstärkungswerte in Abhängigkeit der Fahrgeschwindigkeit unter Zuhilfenahme von fahrzeugtypspezifischen Frequenzgängen verstellt werden.Furthermore, DE 42 21 998 A1 describes a driving noise dependent Volume control for a car radio known. This lies based on the knowledge that in a particular Vehicle type that prevails in the interior of the vehicle Driving noise and also its spectral composition depends primarily on the driving speed. For correction the frequency response and the volume of an im Audio signal reproduced in the vehicle interior becomes this passed through an equalizer, whose gain values in Dependence of the driving speed with the help of vehicle-specific frequency responses can be adjusted.

Aus DE 195 09 711 A1 ist ein Unfalldatenschreiber für ein Fahrzeug bekannt, der über Beschleunigungssensoren verfügt, aus deren Ausgangssignal durch Integration die Geschwindigkeit des Fahrzeugs und die vom Fahrzeug zurückgelegte Wegstrecke ermittelt wird, wobei zur Korrektur etwaiger Meßfehler in den Ausgangssignalen der Beschleunigungssensoren, die sich bei der Integration aufsummieren, die von einem GPS-Empfänger gelieferten Daten als Korrekturgrößen mitberücksichtigt werden. Dabei wird davon ausgegangen, daß trotz einer hohen absoluten Ungenauigkeit der aus dem GPS-Signal ermittelbaren Fahrzeugposition, über einen kurzen Zeitraum die relative Genauigkeit der durch das GPS-Signal ermittelbaren Fahrzeugposition sehr hoch ist, so daß die GPS-basiert ermittelte Fahrzeugposition zur Korrektur der durch Summation von Meßfehlern im Zuge der Integration der gemessenen Beschleunigungswerte fehlerbehaftet bestimmten Fahrzeugposition oder -geschwindigkeit herangezogen werden kann.DE 195 09 711 A1 describes an accident data recorder for a Known vehicle that has acceleration sensors, from their output signal through integration the Vehicle speed and that of the vehicle distance traveled is determined, for correction possible measurement errors in the output signals of the Accelerometers involved in the integration sum up the data supplied by a GPS receiver are taken into account as correction values. Doing so assumed that despite a high absolute Inaccuracy of those determined from the GPS signal Vehicle position, the relative over a short period of time Accuracy of those determined by the GPS signal Vehicle position is very high, so the GPS is based determined vehicle position to correct the by Summation of measurement errors in the course of integrating the measured measured acceleration values with errors Vehicle position or speed are used can.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, Beschleunigungssensoren durch einfach zu realisierende Korrekturen als Bestandteil einer autarken Sensorik einsetzbar zu machen.The problem underlying the invention is Acceleration sensors through easy to implement Corrections as part of a self-sufficient sensor system to make it usable.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß eine Sensoranordnung der eingangs erwähnten Art durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gekennzeichnet. Im Patentanspruch 8 ist eine Verwendung dieser Sensoranordnung angegeben.Based on this problem, the invention a sensor arrangement of the type mentioned by the Features of independent claim 1 characterized. In claim 8, use of this sensor arrangement is specified.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei der Erfassung von Parametern, die von der Fahrzeugbewegung abhängen, Erscheinungen auftreten, die geschwindigkeitsabhängig sind. Fährt beispielsweise ein Automobil über eine Bodenwelle, führt dies zu einer Erschütterung des Fahrzeugs beim Überfahren der Bodenwelle mit der Vorderachse und gleich darauf mit der Hinterachse. Die entsprechenden Erschütterungen folgen in einem zeitlichen Abstand, der vom konstanten Achsabstand des Fahrzeugs und von der aktuellen Geschwindigkeit des Fahrzeugs abhängig ist. Aus der Erkennung der Erschütterungen und der Er mittlung des zeitlichen Abstandes kann somit die aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt werden. Ähnliches gilt für periodisch während der Fahrt auftretende Erscheinungen, wie beispielsweise geringe Unwuchten eines oder mehrerer Räder o. ä.. Da das Auftreten dieser Erscheinungen ebenfalls ge schwindigkeitsabhängig ist, läßt sich aus der Detektion der Erscheinungen die Geschwindigkeit ermitteln und so die zurück gelegte Wegstrecke durch Integration errechnen.The invention is based on the knowledge that the Acquisition of parameters related to vehicle movement depend, appearances occur are speed dependent. For example, pulls in Automobile over a bump, this leads to a Vibration of the vehicle when driving over the bump with the front axle and immediately afterwards with the rear axle. The corresponding tremors follow in one temporal distance from the constant center distance of the Vehicle and the current speed of the vehicle Vehicle is dependent. From the detection of the Shocks and the he The current interval can thus be averaged Vehicle speed can be determined. The same applies to phenomena occurring periodically while driving, such as for example slight imbalance of one or more wheels or similar. Since the occurrence of these phenomena also ge is speed dependent, can be determined from the detection of the Apparitions determine the speed and so the back Calculate the distance traveled by integration.

Als Sensor für den bewegungsabhängigen Parameter kommt in er ster Linie der Beschleunigungssensor selbst in Frage. Es ist daher möglich, das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors selbst auf geschwindigkeitsabhängig auftretende Signalanteile zu untersuchen. Die erwähnten geschwindigkeitsabhängigen Er schütterungen des Fahrzeuges lassen sich auch mit anderen Sen soren, beispielsweise mit einem Mikrophon oder einem Drehra tensensor erfassen. Ein Drehratensensor würde auf eine Nickbe wegung des Fahrzeugs reagieren, die jeweils beim Überfahren einer Bodenwelle zunächst mit der Vorderachse und dann mit der Hinterachse auftritt.It comes in as a sensor for the motion-dependent parameter line the acceleration sensor itself in question. It is therefore possible the output signal of the acceleration sensor even on speed-dependent signal components to investigate. The speed-dependent Er mentioned The vehicle can also be vibrated with other sensors sensors, for example with a microphone or a rotary Detect tensensor. A rotation rate sensor would be on a nick movement of the vehicle react each time it is run over a bump first with the front axle and then with the Rear axle occurs.

Als Auswertungsverfahren kommen Spektralanalysen der Ausgangs signale sowie die Bildung einer Autokorrelationsfunktion mit einer auf jeweils maximales Ausgangssignal geregelten Verzöge rung in erster Linie in Frage.Spectral analyzes of the output are used as evaluation methods signals as well as the formation of an autocorrelation function a delay regulated to the maximum output signal primarily in question.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Sensoranordnung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:Embodiments of the sensor arrangement according to the invention are shown schematically in the drawing and serve the further explanation of the invention. Show it:

Fig. 1 eine Sensoranordnung ausschließlich mit Be schleunigungssensoren Fig. 1 shows a sensor arrangement exclusively with Be acceleration sensors

Fig. 2 eine Sensoranordnung mit einem Beschleunigungs sensor und einem Drehratensensor Fig. 2 shows a sensor arrangement with an acceleration sensor and a rotation rate sensor

Fig. 3 eine Sensoranordnung mit einem Beschleunigungs sensor und einem Mikrophon. Fig. 3 shows a sensor arrangement with an acceleration sensor and a microphone.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs gemäßen Sensoranordnung, die für ein Automobil geeignet ist. Ein erster Beschleunigungssensor 1 ist für die Erfassung ins besonderer horizontaler Beschleunigungen ausgerichtet und ist daher geeignet, durch Integration seines Ausgangssignals in einer Auswertungseinrichtung 2 zumindest eine ungefähre Infor mation über die aktuelle Geschwindigkeit zu liefern. Ein zwei ter Beschleunigungssensor 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel im wesentlichen in der Lotrechten empfindlich und detektiert daher in erster Linie Erschütterungen des Fahrzeugs, die zu Beschleunigungsanteilen in der Lotrechten führen. Da die Er schütterungen auch horizontale Beschleunigungskomponenten ent halten, kann der zweite Beschleunigungssensor 3 grundsätzlich entfallen. Seine Empfindlichkeit in der Lotrechten erleichtert jedoch die Auswertung von Geschwindigkeitsabhängigen Erschüt terungen. Fig. 1 shows a first embodiment of a sensor arrangement according to the Invention, which is suitable for an automobile. A first acceleration sensor 1 is designed for the detection of horizontal accelerations in particular and is therefore suitable for supplying at least approximate information about the current speed by integrating its output signal in an evaluation device 2 . A second ter acceleration sensor 3 is in this embodiment essentially sensitive to the vertical and therefore primarily detects vibrations of the vehicle, which lead to acceleration components in the vertical. Since the vibrations also contain horizontal acceleration components, the second acceleration sensor 3 can basically be omitted. However, its vertical sensitivity makes it easier to evaluate speed-dependent vibrations.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Beschleunigungssensor 1 mit einem Drehratensensor 4 kom biniert, der Nickbewegungen des Automobils erfaßt, die eben falls geschwindigkeitsabhängig auftreten können.In the embodiment shown in FIG. 2, the first acceleration sensor 1 is combined with a rotation rate sensor 4 , which detects pitching movements of the automobile, which can also occur depending on the speed.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Beschleunigungssensor 1 mit einem Mikrophon 5 kombi niert. Im Geräuschspektrum des Fahrgeräusches können geschwin digkeitsabhängige Erschütterungen beim Überfahren von Boden wellen und anderen Straßenunebenheiten sowie durch unrunde Räder analysiert und ausgewertet werden, insbesondere durch Bildung der Autokorrelationsfunktion oder Frequenzanalyse des Ausgangssignals der Sensoren 1, 3, 4 und/oder 5.In the embodiment shown in FIG. 3, the first acceleration sensor 1 is combined with a microphone 5 . In the noise spectrum of the driving noise, speed-dependent vibrations when driving over bumps and other road bumps as well as out of round wheels can be analyzed and evaluated, in particular by forming the auto-correlation function or frequency analysis of the output signal of sensors 1 , 3 , 4 and / or 5 .

Die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erlauben eine Geschwindigkeits- bzw. Wegstreckenermittlung mit einer autarken Sensoranordnung für ein Navigationssystem.The exemplary embodiments shown in the figures allow a speed or distance determination with a self-sufficient sensor arrangement for a navigation system.

Die erfindungsgemäße Sensoranordnung ist nicht auf die Verwen dung bei Landfahrzeugen beschränkt. Bei Luft- und Wasserfahr zeugen lassen sich insbesondere periodisch auftretende Signal anteile auswerten, die aufgrund der Antriebseinheiten (Wasser- oder Luftpropeller, Turbinen o. ä.) oder durch Strömungsvorgän ge geschwindigkeitsabhängig entstehen.The sensor arrangement according to the invention is not intended for use limited to land vehicles. In aviation and water travel In particular, periodic signals can be generated evaluate parts that are due to the drive units (water or air propellers, turbines or similar) or by flow processes arise depending on the speed.

Claims

1. Sensoranordnung zur Ermittlung der Geschwindigkeit und/oder der zurückgelegten Wegstrecke eines Fahrzeugs mit

1. wenigstens einem Beschleunigungssensor (1), dessen Ausgangssignal in einer Auswertungseinrichtung (2) integriert wird, und
2. einer Korrektureinrichtung für die ermittelten Werte aufgrund zusätzlicher Informationen, wobei die Korrektureinrichtung zur Erkennung von geschwindigkeitsabhängig auftretenden Signalanteilen im Ausgangssignal wenigstens eines einen durch die Fahrzeugbewegung verursachten Parameter erfassenden Sensors (1, 3, 4, 5) und zur Ermittlung von Geschwindigkeitswerten aus den erkannten Signalanteilen eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Sensor (1, 3, 4, 5) derart ausgebildet ist, daß er Schwingungen des Fahrzeugs erfaßt.

1. Sensor arrangement for determining the speed and / or the distance traveled by a vehicle

1. at least one acceleration sensor ( 1 ), the output signal of which is integrated in an evaluation device ( 2 ), and
2. A correction device for the determined values on the basis of additional information, the correction device for detecting speed-dependent signal components in the output signal of at least one sensor ( 1 , 3 , 4 , 5 ) caused by the movement of the vehicle and for determining speed values from those detected Signal components is set up, characterized in that the at least one sensor ( 1 , 3 , 4 , 5 ) is designed such that it detects vibrations of the vehicle.

2. Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung zur Erfassung von geschwin digkeitsabhängig auftretenden Signalanteilen im Ausgangs signal des Beschleunigungssensors (1, 3) eingerichtet ist. 2. Sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the correction device for detecting speed-dependent signal components occurring in the output signal of the acceleration sensor ( 1 , 3 ) is set up.

3. Sensoranordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch wenigstens zwei in verschiedenen Richtungen empfindlichen Beschleunigungssensoren (1, 3).3. Sensor arrangement according to claim 2, characterized by at least two acceleration sensors ( 1 , 3 ) sensitive in different directions.

4. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn zeichnet durch ein Mikrophon (5) als Sensor für einen durch die Fahrgeschwindigkeit verursachten Parameter.4. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 3, marked by a microphone ( 5 ) as a sensor for a parameter caused by the driving speed.

5. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch einen Drehratensensor (4) als Sensor für einen durch die Fahrgeschwindigkeit verursachten Parame ter.5. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized by a rotation rate sensor ( 4 ) as a sensor for a parameter caused by the driving speed ter.

6. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung zur Bildung einer Autokorrelationsfunktion des Ausgangssignals des Sensors (1, 3, 4, 5) eingerichtet ist.6. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the correction device for forming an autocorrelation function of the output signal of the sensor ( 1 , 3 , 4 , 5 ) is set up.

7. Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung zur Spek tralanalyse des Ausgangssignals des Sensors (1, 3, 4, 5) eingerichtet ist.7. Sensor arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the correction device for spectral analysis of the output signal of the sensor ( 1 , 3 , 4 , 5 ) is set up.

8. Verwendung der Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Navigationsvorrichtung des Fahrzeugs.8. Use of the sensor arrangement according to one of claims 1 to 7 in a navigation device of the vehicle.