CN103576173B - 一种用于均衡在车辆中的传感器的传感器信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于均衡在车辆(300)中的传感器(104)的传感器信号(102)的方法(200)。所述方法(200)包括比较步骤(202)和提供步骤(204)。在所述比较步骤(202)中将所述传感器信号(102)的信号走向与在车辆(300)的位置(302)上的传感器信号(102)的参考值(112)进行比较(202)，以便得到差(118)。所述信号走向被显示在到所述位置(302)的行驶上。在所述提供步骤(206)中使用所述传感器信号(102)和所述差(118)提供经均衡的传感器信号(122)。

Description

一种用于均衡在车辆中的传感器的传感器信号的方法

技术领域

本发明涉及一种用于均衡在车辆中的传感器的传感器信号的方法，一种相应的信息系统以及一种相应的计算机程序产品。

背景技术

文献DE4415993A1描述了一种用于地图支持的导航系统的修正方法，其中将检查和修正机动车的通过双重定位发现的位置。为了修正跟踪的位置建立一个误差范围，通过车辆传感器的公差确定该误差范围的大小。

车辆中的传感器常规情况下在制造时被校准。为此，使传感器经受限定的测量变量并且分析造成的测量信号。由此计算修正变量，其被直接写入到传感器中。为此，所述传感器至少在出厂状态下正确地显示该测量变量。当该传感器被安装在车辆中之后，该传感器受到老化过程并且其测量信号在精度上发生变化。

发明内容

在该背景下，通过本发明提出了用于均衡在车辆中传感器的传感器信号的方法、使用该方法的相应的信息系统以及最后提出相应的计算机程序产品。

本发明基于的认识在于，借助于假设能够警惕传感器信号，并且因此能够识别并且平衡在传感器信号中的系统的误差，如漂移和/或偏离。该假设能够基于位置确定，该位置确定能够提供用于参考值的范围条件。例如能够在一个确定的位置上基于在所述位置上的已知的地形坡度期望一个确定的车辆坡度。如果该传感器信号显示了一个偏差的车辆坡度，那么很可能的是所述传感器信号带有误差或者该假设是错误的。同样能够根据位置确定进行一个假设，即车辆纵轴线指向一个预订的方向。如果一个转速传感器输出一个与之偏差的信号，那么在此也很有可能的是所述传感器信号带有误差或者该假设是错误的。通过假设的正确性的高的概率能够获取信号的偏差。如果该偏差是已知的，那么能够改变该信号，以便重新正确地显示测量变量。

本发明完成了一种用于均衡在车辆中的传感器的传感器信号的方法，其中所述方法包括以下步骤：

将所述传感器信号的信号走向与在车辆的位置上的传感器信号的参考值进行比较，以便得到差，其中，所述信号走向被显示在到所述位置的行驶上；

使用所述传感器信号和所述差来提供经均衡的传感器信号。

将传感器理解为一个位置传感器，例如一个坡度角传感器或转速传感器。所述传感器提供传感器信号，其模拟或数字地表示一个变量的值，其由所述传感器测量。该传感器信号能够有干扰的影响或测量误差，例如噪音、偏差或漂移。该车辆能够具有定位装置，例如GPS接收器。该车辆也能够具有导航装置。该车辆的位置能够在一个预先的读入步骤中由接收器或导航装置读入。该位置能够作为坐标值被读入。传感器信号能够直接被处理。传感器信号也能够被时间上延迟地处理。为此，能够存储传感器信号。位置相关的参考值能够表示在该位置车辆的可能的和/或期望的位置。经均衡的传感器信号能够表示没有测量误差或干扰的影响的传感器信号。例如能够将调节偏差从传感器信号中减去，以便得到经均衡的传感器信号。

所述信号走向能够表示在所述行驶期间所述传感器信号的积分。所述信号走向能够被显示在离开出发点和到达位置之间。传感器信号能够被积分。在此，例如正值能够增大所述积分而负值能够减小所述积分。如果所述车辆重新位于在(出发)位置上，那么例如在方向信号的情况下积分是整圆角的多倍。在该车辆在相同的位置重新具有相同的位置和/或取向的假设下，能够识别到传感器信号中的变化，以便补偿该变化。由此能够将具有大的可靠性的传感器信号用于安全相关的应用。

能够使用在所述位置上存储的地形模型获取所述参考值。所述参考值能够基于数据库来确定。例如能够存储地形定向和/或地形高度和/或地形情况。例如能够基于地形定向确定地形坡度和布局；并且由此确定车辆的期望的倾斜位置。所述差能够表示所述地形模型与所述传感器信号之间的区别。

所述传感器信号能够表示在所述位置所述车辆在空间上的定向。例如，所述传感器信号能够表示所述车辆关于所述车辆的主轴系统的一个角。例如，所述车辆能够为此具有一个纵向定向和横向定向的加速度传感器并且具有一个绕所述车辆的竖轴定向的转速传感器。所述存储的值能够表示传感器的值，其在过去显示在该位置上。

能够将在所述位置所述地形模型的数据与在所述位置所述车辆的定向和/或在所述位置的位置信号进行比较，以便得到地形偏差值。能够将所述地形偏差值存储在用于所述位置的导航系统中。如果所述差大于一个公差范围，那么能够例如在所述地形模型中存在错误。随后能够中断调节偏差的确定，以便不导致传感器信号的错误的均衡。通过地形偏差值的确定能够改善地形模型。如果例如GNSS的弱的信号强度增加了位置确定的难度，那么能够获取具有不足的精度的位置。其中，信号强度较小的范围同样能够存储在地形偏差值中。

所述方法能够具有确定用于所述传感器信号的调节偏差的步骤，其中，在所述提供步骤中使用所述调节偏差还提供所述经均衡的传感器信号。调节偏差能够是偏离或漂移补偿。能够使用来自偏差或来自多个偏差的处理规程确定调节偏差。调节偏差能够例如表示多个差的平均值。

能够使用用于所述调节偏差的期望的公差范围来确定所述调节偏差。调节偏差能够大于调节偏差的最小值并且小于调节偏差的最大值。所述最小值也能够是负的。同样能够将一个公差范围应用于所述差。如果获取一个在公差范围之外的调节偏差，能够存在错误。例如能够将在在公差范围之外的调节偏差不考虑用于提供经均衡的传感器信号。

所述差能够在预定的时间空间/距离上平均，以便得到调节偏差。通过求平均能够过滤掉所述差的极端值。例如能够确定所述差的平均值。能够通过求平均更鲁棒地构造所述均衡。

所述传感器信号能够表示重力加速度的测量的方向。在所述比较步骤中能够获取在所述位置与另一位置之间的期望的斜度确定为所述参考值。能够将所述重力加速度的测量的方向与所述期望的斜度进行比较。所述另一位置能够是所述车辆的未来的位置。同样，所述另一位置能够是所述车辆的过去的位置。所述位置能够具有例如一个第一高度值，而所述另一位置能够具有一个第二高度值。在所述位置与所述另一位置之间能够存在距离。通过所述距离与所述高度值能够确定期望的地形坡度。能够将所述期望的地形坡度与沿车辆纵向所述车辆的坡度的平均值进行比较，以便均衡所述传感器。

本发明还提出了一种信息系统，其被构造为在相应的装置中实施或实现依据本发明的方法的步骤。通过以信息系统形式的本发明的实施变型能够快速和有效地解决作为本发明的基础的任务。

在此，能够将信息系统理解为一种电气装置，其处理传感器信号并且根据所述传感器信号输出控制和/或数据信号。所述信息系统能够具有接口，其能够以硬件和/或软件方式来构造。在以硬件方式的构造中所述接口能够是例如所谓的系统专用集成电路的一部分，其包含信息系统的不同的功能。然而也可能的是，所述接口是自身的集成的电路或者至少部分地由离散的构件组成。在以软件方式构造中所述接口能够是软件模块，其例如除其他软件模块之外存在于例如一个微处理器上。

一种具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，其能够被存储在机器可读的介质如半导体存储器、硬盘存储器或光盘存储器上并且用于当在计算机或装置上执行所述程序产品时实施根据上述实施形式的方法。

附图说明

随后根据所附附图示例性地对本发明进一步进行阐明。其中：

图1示出了依据本发明的一个实施例的用于均衡在车辆中传感器的传感器信号的信息系统的方框图；

图2示出了依据本发明的一个实施例的用于均衡在车辆中传感器的传感器信号的方法的路程图；

图3示出了在到达以前已经到达一次的位置时具有依据本发明的一个实施例的信息系统的车辆的图示；

图4示出了具有依据本发明的一个实施例的信息系统的车辆的图示，其中使用地形模型的一个值作为参考值。

在本发明的优选的实施例的随后的说明中对于在不同的附图中示出的并且作用相似的元件使用相同或相似的附图标记，其中不再对这些元件进行重复的描述。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的一个实施例的用于均衡在车辆中传感器的传感器信号的信息系统100的方框图。信息系统100具有一个用于比较的装置106、用于获取的装置108以及用于提供的装置110。传感器104提供传感器信号102。传感器信号102表示未示出的车辆的空间上的位置。为此传感器信号102具有沿车辆纵向x的加速度的部分、沿车辆横向y的加速度的部分、沿车辆竖直方向z的加速度的部分以及绕车辆竖轴的转速ω。如果车辆静止，仅仅重力加速度作用于所述车辆。传感器信号102那么在x、y和z分量上分配地具有重力加速度。传感器104能够具有信号漂移和/或信号偏差，由此传感器信号102被歪曲。用于比较的装置106将传感器信号102与一个参考值112进行比较，该参考值由用于提供参考值112的装置反应于所述车辆的位置信号116地被提供。参考值112是涉及位置的并且表示在所述位置与传感器信号102的比较值。用于比较的装置106提供所述值的差118。所述差118应用在用于获取的装置108中，以便提供调节偏差120。使用来自差118的处理规程获取调节偏差120。用于提供的装置110接收传感器信号102以及调节偏差120并且输出一个经均衡的传感器信号122，其具有较少的或者没有信号漂移和/或信号偏差。

在图1中的方框图示出了依据本发明的一个实施例的借助于导航的传感器的校准方法。

对于在车辆的车内的不同的系统经准确校准的传感器104是正确的，例如用于斜度确定(此外用于坡道保持、ESP、...)沿车辆纵向x的加速度传感器、用于ESP车轮直径和陀螺仪ω。通过应用导航系统能够相比于常规的方法更快地进行校准。

除了来自地图的信息能够借助于导航确定，车辆又停止在一个其已经位于过一次的位置。如果是这样的情况，那么在所述位置在这两个时间点之间没有区别，这实现了非常准确的校准。

图2示出了一种按照本发明的一个实施例的用于均衡在车辆中传感器的传感器信号的方法的流程图。所述方法具有比较步骤202、获取步骤204以及提供步骤206。在比较步骤202中将在车辆的一个位置显示的传感器信号102与在该位置传感器信号102的位置相关的参考值112进行比较，以便得到差118。在获取步骤204中使用差118获取用于传感器信号的调节偏差120。在提供步骤中使用调节偏差120和传感器信号102提供一个经均衡的传感器信号122。

图3示出了在到达以前已经到达一次的位置302时具有依据本发明的一个实施例的信息系统100的车辆300的图示。车辆300具有一个传感器104和一个用于定位的未示出的单元。传感器104提供一个传感器信号，其表示在位置302车辆300的位置。位置302是一个位置，车辆300至少两次位于在该位置。所述用于定位的单元提供当前车辆位置302的坐标。例如位置302是用于车辆300的租用的停车位。在车辆300保存可变的行驶路线304之后，车辆300能够总是到达位置302。因为车辆300又返回到位置302，所以车辆300在那儿具有一个能复现的位置。在所述传感器信号在位置302应该是相同的假设下，能够将车辆300在位置302的最后一次的传感器信号与当前的传感器信号进行比较。在此能够获得一个差，其例如表示传感器信号的信号漂移。通过所述差的再处理能够获取传感器信号的调节偏差。借助于调节偏差能够均衡原来的传感器信号，从而经均衡的传感器信号在位置302总是又为在于在公差范围内。由此车辆300的安全相关的系统能够利用具有高的可靠性的经均衡的传感器信号。

在车辆300中存在不同的安全系统和舒适功能，例如ESP、坡道保持、安全气囊，...。这对于其正确的功能需要好的经校准的传感器104。仅仅由此所述系统能充分利用正确的描绘并且正确地工作。如果传感器104被较差地校准，那么减少或完全切断所属的功能。

因此好的校准是非常重要的。随后提出用于校准的不同的方法。

传感器104在生产期间经受了不同的准确限定的情况并且将传感器104的输出直接存储在具有相应的所属的情况的传感器104中。也就是直接在制造期间将传感器104进行训练。(传感器104例如旋转地通过热炉被推动或诸如此类)

可以使用启发学，以便在运行期间对传感器104进行校准。因此将车辆300平均地(也就是超过非常多的公里数)直地并且水平地行驶。因此启发学对于在100和更多公里的数量级上的非常长的路程是非常准确的。

传感器104能够根据另外的传感器104被校准。因此陀螺仪和车轮直径的校准借助于GNSS(全球导航卫星系统)测量值是可能的。

在在此提出的应用中显示了传感器104的另外的校准可能，其产生于导航系统的应用。

例如同样的位置302的使用，如其在图3中所示出的那样。在具有车辆300的多次行驶304中车辆300在大多非常短的时间之后又在其已经在那一次的点302上。车辆300例如在晚上大多在相同的车库中。例如在每天的在工作地点和居住地之间的往返304中，用于购买的行驶304等等。其总是又停在相同的路口，以便保证先行或诸如此类。

如果车辆300又准确地位于在其已经在一次的一个位置上，那么限制导航装置能够检测到。此外导航为此提供时间点或自那时起行驶的路线304。

该信息能够用于传感器104的校准。

如果忽略了在陡曲线中的坡度，那么所有的方向改变的总和在在该位置302的最后一次到达为360°的多倍。因此转速传感器104的偏移被非常准确地校准，因为积分的转速准确地相应于该多倍。所述偏移在陀螺仪中是一个重要的校准变量。

如果陀螺仪104具有偏移Z、尺度因子S并且G表示陀螺仪的测量值，并且完成了N个圆周，那么能够适用的是：

2πNS＝∫(G-Z)dt

由此能够非常准确地确定所述偏移，即使仅仅以较小的精度确定尺度因子。

在准确地回复到相同的位置302时能够不产生高度差。通过该信息能够非常准确地校准沿车辆纵向加速度传感器104的偏差，因为所有沿车辆纵向方向的加速度的积分在行驶的路线304上是零。

如果在行驶的圆上自从最后停止在该位置302上的数量是已知的，那么由车轮保存的路线的差等于圆周的数量(2π)乘以轴间隔。通过该应用能够非常精确地相互相对地校准所述车轮，如果所述车轮没有滑转。

图4示出了具有依据本发明的一个实施例的信息系统100的车辆300的图示，其中使用地形模型400的一个值作为参考值112。如在图3中一样车辆300具有传感器104。传感器104提供传感器信号，其表示重力加速度g相对于车辆300的定向。信息系统100能够访问数据存储器402，其中存储有地形模型400。地形模型400形成地形特征，例如地形坡度和布局。在信息系统100中将在车辆300的当前的位置上的地形模型400的数据域传感器104的传感器信号进行比较，并且由所述差获取修正因子或修正值。借助于该修正因子或修正值均衡所述传感器信号，以便获得用于再处理的经均衡的或经调节的传感器信号。传感器104具有一个工作区域，所述传感器信号必须设置在该工作区域内。如果与地形模型400的差大于所述工作区域，那么能够例如地形模型400是有错误的。随后能够产生一个地形修正值，其例如示出地形模型400的修正的必要性。同样地形修正值能够禁止在该位置未来的比较，以便阻止传感器104的错误的均衡。

例如图4示出了用于比较传感器104的斜度数据的使用。增加地也将斜度数据记入到地图400中。这此外对于生态意义上的行驶路线是重要的。借助于该信息能够校准加速度传感器104。如果车辆300例如位于在由地图400已知的坡度上，那么传感器104沿车辆纵向方向在保持原状的情况下测量重力加速度的正弦部分。由此能够校准加速度传感器104。在移动的车辆的情况下能够由刹车/加速计算出由例如里程表已知的切线加速度。

另一例子是高度数据400的使用。导航借助于全球导航卫星系统(GNSS)获取当前的高度或者在地图数据400中发现这些信息(例如由数字地带模型400)。高度输入大多不是特别准确的，但是可以以大约20至50m的精度确定。如果在两个测量之间存在足够的距离，那么即使较小的质量由此也能够非常好地校准加速度测量装置104在例如6公里的路程之后能够由此将加速度传感器104的偏移准确地校准到1°。这相比于在启发学的应用中需要的多于100公里总是非常少的路程。

该原理不仅仅限于在开始的测量和在校准路程的末端的第二测量。GNSS和高度模型400连续地提供独立的测量值，从而由此能够实施连续的校准。

上述的应用能够部分安全相关的。在高的安全标准下能够是，必须警惕所述均衡。地图数据400能够例如是错误的，GNSS能够通过多种路径提供错误的数据等等。

传感器104在安全相关的应用中具有准确限定的特征。也准确地已知的是，在哪个间隔中例如偏移能够移动。

通过这些认识能够拒绝明显的错误测量。其余的可信的测量值用于校准。在此但是从不仅仅通过一次测量设置校准值。而是将新的测量值缓慢地通过滤波过程滤波到所述已知的校准值中。

如果同时存在独立的测量值(例如一次地来自地图400的斜度数据和一次来自GNSS的斜度)，那么能够将这些在应用之前相互进行可信度测试。

通过具有偏差但是独立以及无偏的测量值的多重组合依据概率原理总地产生非常可靠的测量值。

另一实施例是导航的保护等级的使用。导航能够对于每个位置输出一个安全区域，例如其99.999％安全地位于在其中。这也称为保护等级。例如能够使用SBAS(基于卫星的扩大系统)在用于飞机的纯GNSS定位中使用保护等级。连同该精度说明那么导航也满足安全相关的要求。这样的测量值两桶给出的误差间隔可以没有另外的求平均地直接用于校准。

对于另外的改善能够使用一个到导航的返回通道。在校准期间控制装置100分析，是否测量值或地图数据400对于导航是可信的。如果现在在导航组件中确定了错误，那么控制装置100可以关于此通知所述导航。随后将相应的地图数据标记为和/或修正为错误。或者将该地区分级为糟糕的GNSS地区。

如果车辆300现在在具有标记为错误的地图数据400的位置上或者在一个标记为糟糕的GNSS地区中行驶，那么这些值完全不能首先被用于校准。导航能够也以这样的方式和方法知道地图错误或糟糕的GNSS地区。

这些信息能够被转录到一个中间服务器402。由此不仅仅在自身的导航中修正本地的数据。该认识由此能够被提供给数据服务器402的所有使用者。

车辆控制装置100能够需要导航的数据。这些数据通过通道典型地为CAN被发送。所述CAN消息被准确地特定化。由此这些数据能够被容易地共同读取并因此被说明，哪些信息呗交换。例如能够传输“在已知的位置停止”的类型的消息。

所述的和在附图中示出的实施例仅仅示例地被选择。不同的实施例能够完全地或关于单个特征相互组合。而且能够通过另外的实施例的特征补充一个实施例。

此外能够重复以及以与所述的顺序不同的顺序执行依据本发明的方法步骤。

如果一个实施例包括在第一特征与第二特征之间的“和/或”连接，那么这应该解读为，该实施例依据一个实施形式不仅具有第一特征而起具有第二特征，并且依据一个第二实施形式或者仅仅具有第一特征或者仅仅具有第二特征。

Claims (8)

1.一种用于均衡在车辆(300)中的传感器(104)的传感器信号(102)的方法(200)，其中，所述方法(200)包括以下步骤：

将所述传感器信号(102)的信号走向与在所述车辆(300)的位置(302)上的所述传感器信号(102)的参考值(112)进行比较(202)，以便得到差(118)，其中，所述信号走向被显示在到所述位置(302)的行驶上，并且使用在所述位置(302)上存储的地形模型(400)来获取所述参考值(112)；

使用所述传感器信号(102)和所述差(118)来提供(206)经均衡的传感器信号(122)。

2.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，在所述比较步骤(202)中，所述信号走向表示在所述行驶期间的所述传感器信号(102)的积分。

3.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述传感器信号(102)表示在所述位置(302)上所述车辆(300)在空间上的定向。

4.根据权利要求3所述的方法(200)，其中，在所述比较步骤(202)中，将在所述位置(302)上的所述地形模型(400)的数据与在所述位置(302)上的所述车辆(300)的定向和/或在所述位置(302)上的位置信号(116)进行比较，以便得到地形偏差值，其中，将所述地形偏差值存储在用于所述位置(302)的导航系统中。

5.根据上述权利要求之一所述的方法(200)，具有确定(204)用于所述传感器信号(102)的调节偏差(120)的步骤，其中，在所述提供(206)步骤中使用所述调节偏差来提供所述经均衡的传感器信号。

6.根据权利要求5所述的方法(200)，其中，在所述确定步骤(204)中使用用于所述调节偏差(120)的期望的公差范围来确定所述调节偏差(120)。

7.根据权利要求1所述的方法(200)，其中，所述传感器信号(102)表示重力加速度(g)的测量的方向，并且在所述比较步骤(202)中，所述参考值(112)表示在所述位置(302)与另一位置之间的期望的斜度，其中，将所述重力加速度(g)的测量的所述方向与所述期望的斜度进行比较。

8.一种信息系统(100)，其被构造为实施依据权利要求1至7之一所述的方法(200)的步骤。