DE102006029545A1

DE102006029545A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Plausibilisierung eines Sonnensensorausgangssignals

Info

Publication number: DE102006029545A1
Application number: DE200610029545
Authority: DE
Inventors: Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-06-26
Filing date: 2006-06-26
Publication date: 2007-12-27

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Plausibilisierung eines von einem Sonnensensor (10) in einem Kraftfahrzeug (24) gelieferten Sonnensensorausgangssignals (A). Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer aktuellen Fahrzeugposition (P), einer aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) und eines die aktuelle Zeit enthaltenden aktuellen Datums (D) ein Sonnenstandssignal (S) berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal (A) verglichen wird. Weiterhin wird eine Vorrichtung (26) zur Plausibilisierung eines von einem Sonnensensor (10) in einem Kraftfahrzeug (24) gelieferten Sonnensensorausgangssignals (A) vorgeschlagen, wobei der Sonnensensor (10) das Sonnensensorausgangssignal (A) über ein Bussystem (28) an ein Steuergerät (30) sendet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung (26) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationssystem (34) zumindest eine aktuelle Fahzeugposition (P) und eine aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) über das Bussystem (28) an das Steuergerät (30) sendet, und das Steuergerät (30) anhand der aktuellen Fahrzeugposition (P), der aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) und eines die aktuelle Zeit enthaltenden aktuellen Datums (D) eine Sonnenstandssignal (S) berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal (A) vergleicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Plausibilisierung eines von einem Sonnensensor in einem Kraftfahrzeug gelieferten Sonnensensorausgangssignals nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Um eine möglichst komfortable Klimatisierung in Kraftfahrzeugen zur gewährleisten, weisen deren Klimaanlagen zunehmend Sonnensensoren auf. Mittels dieser ist es möglich, die Intensität und die Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen zu bestimmen, wobei die Einfallsrichtung zur Beschreibung der Intensitätsverteilung im Fahrzeuginnenraum dienen kann. Das Sonnensensorausgangssignal des Sonnensensors wird in der Regel über ein Bussystem, beispielsweise einen CAN- oder LIN-Daten-Bus, an ein Klimaanlagen-Steuergerät zur Steuerung der Luftmenge, -temperatur und -verteilung im Fahrzeuginnenraum übergeben. Weiterhin kann unter Berücksichtigung der Einfallsrichtung der Sonnenstrahlen zusätzlich eine individuelle Klimaregelung für Fahrer, Beifahrer und Fond-Insassen ermöglicht werden.
Sonnensensoren bestehen häufig aus einer Anordnung mehrerer optischer Sensoren, z.B. Fotodioden, in einer geeigneten Struktur. So ist aus der DE 10 2004 009 172 A1 ein Lichtsensor zum Erfassen der Position einer Lichtquelle mit einem Fotodetektor bekannt. Der Lichtsensor umfasst weiterhin einen Lichtmodulator zum Modulieren der auf den Fotodetektor einfallenden Lichtmenge in Abhängigkeit vom Einfallswinkel des Lichts der Lichtquelle auf den Sonsor, wobei von außen auf den Sensor eingestrahltes Licht im Wesentlichen ohne Streuung auf den Fotodetektor fällt, so dass auf Diffusorelemente verzichtet werden kann.
Aus der DE 10 2004 017 774 B3 ist darüber hinaus ein Sonnensensor zur Bestimmung des Sonnenstandes bekannt, der eine Vielzahl von entlang einer Längsachse angeordneten Lichtleitkammern aufweist, die zu zugeordneten Photodetektoren führen. Zwischen den Lichtleitkammern befindet sich eine sternförmige Blende, die bei Lichteinfall zu einem Schattenwurf auf Eintrittsflächen der Lichtleitkammern führt und eine Bestimmung des Sonnenstandes auch bei niedrigem Sonnestand ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Bei den bisher bekannten Sonnensensoren kann eine Degradation einzelner optischer Sensoren oder ein fehlerhaftes Verhalten der Signalverarbeitung im nachgeschalteten Steuergerät nicht unmittelbar erkannt und/oder korrigiert werden. Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Plausibilisierung des von dem Sonnensensor in einem Kraftfahrzeug gelieferten Sonnensensorausgangssignals, wobei in vorteilhafter Weise anhand einer aktuellen Fahrzeugposition, einer aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung und eines die aktuelle Zeit enthaltenden aktuellen Datums ein Sonnenstandssignal berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal verglichen wird. Zu diesem Zweck ist eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen, in der der Sonnensensor das Sonnensensorausgangssignal über ein Bussystem an ein Steuergerät sendet. Weiterhin sendet ein Navigationssystem zumindest die aktuelle Fahrzeugposition und die aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung über das Bussystem an das Steuergerät, das anhand dieser Daten und des aktuellen Datums das Sonnenstandssignal berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal vergleicht. Da die benötigten Informationen in der Regel bereits in modernen Kraftfahrzeugen vorhanden sind, ergibt sich durch die Kopplung der einzelnen Systeme über ein Bussystem der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung keine zusätzlichen Komponenten und Kosten für die Plausibilisierung des Sonnensensorausgangssignals erfordert.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale sowie aus der Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Sonnenstandssignal eine Information über die Sonnenposition enthält, die auf Grundlage eines aus einem Azimutwinkel und einem Elevationswinkel der Sonne bestehenden Wertepaars berechnet wird, das sich in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeugposition und des aktuellen Datums ergibt, wobei das aktuelle Datum von dem Navigationssystem oder von einem Zeitgeber, insbesondere einer Uhr oder einem Cockpit-Steuergerät des Kraftfahrzeugs geliefert wird. Weiterhin enthält das Sonnenstandssignal eine Information über die Lichteinfallsrichtung relativ zum Kraftfahrzeug, die auf Grundlage der aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung berechnet wird. In diesem Zusammenhang kann das Sonnenstandssignal in vorteilhafter Weise mittels eines mathematischen Algorithmus und/oder einer die Wertepaare enthaltenden Wertetabelle berechnet werden. Dazu weist das Steuergerät einen Speicher auf, in dem die Wertepaare in der Wertetabelle abgelegt sind und entsprechend der ermittelten Fahrzeugposition und des aktuellen Datums ausgewählt werden.
Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ergibt sich, wenn zur Plausibilisierung des Sonnensensorausgangssignals Abschattungen berücksichtigt werden, die auf topographische Erhebungen, insbesondere Gebäude, Berge oder dergleichen, zurückzuführen sind. Diese Informationen sind in dem Navigationssystem abgespeichert und werden über das Bussystem an das Steuergerät gesendet, wobei in besonders vorteilhafter Weise die Plausibilisierung nur in Fahrabschnitten erfolgt, in denen eine maximale Anzahl und/oder Strecke von Abschattungen nicht überschritten wird. Somit ist es möglich, Fehler im Sonnenstandssignal weitestgehend auszuschliessen bzw. zu minimieren und damit die Plausibilisierung zu optimieren.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 und 2 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen. Insbesondere wird ein Fachmann auch die Merkmale aus unterschiedlichen Ausführungsbeispielen zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen
1: eine Darstellung zur Verdeutlichung des Azimut- und Elevationswinkels zwischen der Sonne und einem Sonnensensor,
2: ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Plausibilisierung eines von dem Sonnensensor gelieferten Sonnensensorausgangssignals.
In 1 ist ein Sonnensensor 10 dargestellt, auf den der Lichtstrahl 14 einer Sonne 12 trifft. Der Winkel zwischen der Sonne 12 und einer Sensoroberfläche 16 des Sonnensensors 10 wird als Elevationswinkel α bezeichnet. Verdeutlicht wird dieser Zusammenhnag anhand einer durch eine erste Gerade 18 und eine zweite Gerade 20 aufgespannten Ebene 22, die parallel zur Sensoroberfläche 16 verläuft. Da der Sonnensensor 10 in der Regel derart in ein Kraftfahrzeug 24 verbaut wird, dass dessen Sensoroberfläche 16 im Wesentlichen parallel zum Horizont ausgerichtet ist, beschreibt der Elevationswinkel α demnach auch den Winkel zwischen der Sonne 12 und dem Horizont. Neben dem Elevationswinkel α wird noch ein Azimutwinkel γ benötigt, um die exakte Position der Sonne 12 relativ zum Sonnensensor 10 bestimmen zu können. Der Azimutwinkel γ ist der Winkel zwischen der geographischen Nordrichtung (in 1 durch die erste Gerade 18 angedeutet) und der senkrechten Projektion der Strecke Sonnensensor 10–Sonne 12 auf die Ebene 22 bzw. die Horizontale. Die Herleitung des Elevationswinkels α und des Azimutwinkels γ ist dem Fachmann bekannt und soll hier nur der Veranschaulichung der nachfolgenden Erfindung dienen.
2 zeigt das Kraftfahrzeug 24, in dem die erfindungsgemäße Vorrichtung 26 zur Plausibilisierung eines von dem Sonnensensor 10 gelieferten Sonnensensorausgangssignal A integriert ist. Der Sonnensensor 10 ist über ein Bussystem 28, beispielsweise einen CAN- oder LIN-Daten-Bus, mit einem Steuergerät 30 zur Übertragung des Sonnensensorausgangssignal A verbunden. Bei dem Steuergerät 30 handelt es sich um ein Klimasteuergerät 32 einer nicht gezeigten Fahrzeugklimaanlage. Es kann aber auch jedes andere, geeignete Steuergerät 30 des Kraftfahrzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden.
Ein Navigationssystem 34 empfängt beispielsweise mittels eines integrierten oder externen GPS-Empfängers (Global Positioning System) ein GPS-Signal und berechnet daraus eine aktuelle Fahrzeugposition P sowie eine aktuelle Fahrzeug- Bewegungsrichtung R (in 2 unter anderem durch den waagerechten Pfeil oberhalb des Kraftfahrzeugs 24 angedeutet). Diese Informationen werden über das Bussystem 28, mit dem das Navigationssystem 34 verbunden ist, an das Steuergerät 30 gesendet. Weiterhin ist an dem Bussystem 28 ein Zeitgeber 36, beispielsweise eine Uhr 38 oder ein Cockpit-Steuergerät 40, angeschlossen zur Übertragung eines aktuellen Datums D an das Steuergerät 30. Das Datum D enthält in vorteilhafter Weise die aktuelle Zeit und kann beispeilsweise aus der Ziffernfolge hh-mm-ss-dd-MM-yyyy bestehen, wobei hh die aktuelle Stunde, mm die aktuelle Minute, ss die aktuelle Sekunde, dd den aktuellen Tag, MM den aktuellen Monat und yyyy das aktuelle Jahr beschreiben (die Anzahl der Platzhalter charakterisiert dabei die entsprechende Anzahl der Ziffern). Ebenso ist es möglich, eine gänzlich andere Codierung für das Datum D zu wählen. Von Bedeutung ist lediglich, dass es im Steuergerät 30 für die Plausibilisierung auswertbar ist. Statt durch den Zeitgeber 36 kann das aktuelle Datum D auch durch das Navigationssystem 34 bereitgestellt werden, da beispielsweise ein GPS-Signal bereits eine entsprechende Information enthält, und anhand der aktuellen Fahrzeugposition P das Datum D ableitbar ist.
Dem Steuergerät 30 stehen nun das Sonnensensorausgangssignal A des Sonnensensors 10, die aktuelle Fahrzeugposition P sowie die aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung R des Navigationssystems 34 und das aktuelle Datum D des Zeitgebers 36 bzw. des Navigationssystems 34 zur weiteren Auswertung zur Verfügung. Anhand dieser Daten kann nun im Steuergerät 30 ein Sonnenstandssignal S nach der Funktion S = f(P, R, D) berechnet werden, wobei die Art der mathematischen Funktion f bzw. der dafür notwendige mathematische Algorithums dem Fachmann bekannt sind und daher nicht weiter beschrieben werden sollen.
Für jede geographische Fahrzeugposition P und für jedes aktuelle Datum D kann die Sonnenposition mit bekannten Gleichungen bzw. aus Wertetabellen, die in einem Speicher 42 des Steuergeräts 30 abgelegt sind, berechnet werden. So ist es beispielsweise möglich, die Sonnenposition durch das Wertepaar Elevationswinkel α und Azimutwinkel γ (vgl. 1), das sich gemäß der Beziehung α, γ = f(P, D) in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeugposition P und dem aktuellen Datum D ergibt, eindeutig zu beschreiben. Diese Information ist Bestandteil des Sonnenstandsignals S. Entsprechendes gilt für die Lichteinfallsrichtung E relativ zum Kraftfahrzeug 24, die sich nach E = f(R) unter Berücksichtigung der aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung R berechnen lässt. Beide Beziehungen, α, γ = f(P, D) und E = f(R), sind dem Fachmann bekannt und bedürfen daher keine weiteren Erläuterung.
Anhand der vorliegenden Daten des Sonnenstandsignals S ist nun eine Plausibilisierung des Sonnensensorausgangssignals A mit der Abfrage A ≈ S möglich. D.h., wenn das Sonnenstandssignal S in etwa dem Sonnensensorausgangssignal A entspricht, ist Letzteres plausibel, und das Klimasteuergerät 32 der Fahrzeugklimaanlage kann eine entsprechende Steuerung der Luftmenge, -temperatur und -verteilung für den Fahrzeuginnenraum vornehmen. Ist das Sonnensensorausgangssignal A dagegen nicht plausibel, erfolgt zunächst keine Änderung der Klimabedingungen im Fahrzeuginnenraum.
Das beschriebene Plausibilisierungsverfahren kann zu definierten Zeitpunkten (zyklisch oder unregelmäßig) oder in Abhängigkeit bestimmter Ereignisse (beispielsweise, wenn sich die Lichteinfallsrichtung oder die Lichtintensität stark verändern) durchgeführt werden.
Ergänzend ist es möglich, Informationen über Abschattungen durch topografische Erhebungen, wie Gebäude, Berge oder dergleichen, für die Plausibilisierung zu nutzen. Derartige Informationen sind beispielsweise in dem Navigationssystem 34 abgespeichert, insbesondere, wenn die Kartendaten auf einer 3D-Darstellung basieren, und werden vom Navigationssystem 34 an das Steuergerät 30 zur Berechnung des Sonnenstandsignals S gesendet. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Plausibilisierung des Sonnensensorausgangssignals A nur in Fahrabschnitten erfolgt, in denen eine maximale Anzahl N von Abschattungen nicht überschritten wird. So kann dies beispielsweise beim Durchfahren langer Häuserschluchten in Großstädten der Fall sein, da es hier mit großer Wahrscheinlichkeit zu einer starken Abweichung zwischen dem eigentlich korrekten Sonnensensorausgangssignal A und dem in dem Steuergerät 30 berechneten Sonnenstandssignal S kommen dürfte. Wird dem Steuergerät 30 nun vorgegeben, dass zum Beispiel ab einer Anzahl N von 20 Abschattungen, also ab 20 aufeinanderfolgenden Gebäuden, die Plausibilisierung auszusetzen ist, so können Fehler im Sonnenstandssignal S weitestgehend ausgeschlossen bzw. minimiert und damit die Plausibilisierung optimiert werden. Alternativ kann N auch die maximale Strecke von Abschattungen definieren. In diesem Fall würde die Plausibilisierung beispielsweise lediglich bis N = 200 m freigegeben. Ist die abgeschattete Strecke dagegen länger, erfolgt eine Aussetzung der Plausibilisierung bis zum Ende der abgeschatteten Strecke. Der Parameter N wird entweder, wie die aktuelle Fahrzeugposition P und die aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung R, von dem Navigationssystem 34 über das Bussystem 28 an das Steuergerät 30 gesendet oder alternativ anhand der vom Navigationsgerät 34 an das Steuergerät 30 übermittelten Informationen über die Abschattungen durch topografische Erhebungen in dem Steuergerät 30 bestimmt.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass das gezeigte Ausführungsbeispiel weder auf die 1 und 2 noch auf die genannten Werte für den Parameter N beschränkt ist. So ist es beispielsweise denkbar, N in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 24 zu verändern. Je schneller das Kraftfahrzeug 24 fährt, desto größer wird N gewählt. Auch dies ist ohne weiteren Aufwand machbar, da das Navigationssystem 34 in der Regel die Geschwindigkeit anhand des GPS-Signals berechnen kann. Weiterhin sei erwähnt, dass die Erfindung nicht auf ein GPS-Navigationssystem beschränkt ist. Ebenso kann sie ohne Einschränkung auch in Verbindung mit anderen Navigationssystemen, beispielsweise dem europäischen Galileo-System oder dergleichen, eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Plausibilisierung eines von einem Sonnensensor (10) in einem Kraftfahrzeug (24) gelieferten Sonnensensorausgangssignals (A), dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer aktuellen Fahrzeugposition (P), einer aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) und eines die aktuelle Zeit enthaltenden aktuellen Datums (D) ein Sonnenstandssignal (S) berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal (A) verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenstandssignal (S) eine Information über die Sonnenposition enthält, die auf Grundlage eines aus einem Azimutwinkel (α) und einem Elevationswinkel (γ) der Sonne (12) bestehenden Wertepaars berechnet wird, das sich in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeugposition (P) und des aktuellen Datums (D) ergibt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenstandssignal (S) eine Information über die Lichteinfallsrichtung relativ zum Kraftfahrzeug (24) enthält, die auf Grundlage der aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sonnenstandssignal (S) mittels eines mathematischen Algorithmus und/oder einer die Wertepaare enthaltenden Wertetabelle berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die aktuelle Fahrzeugposition (P) und die aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) von einem Navigationssystem (34) des Kraftfahrzeugs (24) geliefert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aktuelle Datum (D) von dem Navigationssystem (34) oder von einem Zeitgeber (36), insbesondere einer Uhr (38) oder einem Cockpit-Steuergerät (40), des Kraftfahrzeugs (24) geliefert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung des Sonnensensorausgangssignals (A) Abschattungen berücksichtigt werden, die auf topographische Erhebungen, insbesondere Gebäude, Berge oder dergleichen, zurückzuführen sind.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die topographischen Erhebungen in dem Navigationssystem (34) abgespeichert sind.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilisierung nur in Fahrabschnitten erfolgt, in denen eine maximale Anzahl von Abschattungen nicht überschritten wird.
Vorrichtung (26) zur Plausibilisierung eines von einem Sonnensensor (10) in einem Kraftfahrzeug (24) gelieferten Sonnensensorausgangssignals (A), wobei der Sonnensensor (10) das Sonnensensorausgangssignal (A) über ein Bussystem (28) an ein Steuergerät (30) sendet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Navigationssystem (34) zumindest eine aktuelle Fahrzeugposition (P) und eine aktuelle Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) über das Bussystem (28) an das Steuergerät (30) sendet, und das Steuergerät (30) anhand der aktuellen Fahrzeugposition (P), der aktuellen Fahrzeug-Bewegungsrichtung (R) und eines die aktuelle Zeit enthaltenden aktuellen Datums (D) ein Sonnenstandssignal (S) berechnet und mit dem Sonnensensorausgangssignal (A) vergleicht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitgeber (36), insbesondere eine Uhr (38) oder ein Cockpit-Steuergerät (40), oder das Navigationssystem (34) das aktuelle Datum (D) über das Bussystem (28) an das Steuergerät (30) sendet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) ein Klimasteuergerät (32) einer Fahrzeugklimaanlage ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) einen Speicher (42) aufweist, in dem Wertepaare in einer Wertetabelle abgelegt sind, wobei ein Wertepaar jeweils aus einem sich in Abhängigkeit von der aktuellen Fahrzeugposition (P) und des aktuellen Datums (D) ergebenden Azimutwinkel (α) und Elevationswinkel (γ) der Sonne (12) besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Navigationssystem (34) Informationen über Abschattungen durch topografische Erhebungen, insbesondere Gebäude, Berge oder dergleichen über das Bussystem (28) an das Steuergerät (30) sendet.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (30) die Plausibilisierung nur in Fahrabschnitten durchführt, in denen eine maximale Anzahl und/oder Strecke (N) von Abschattungen nicht überschritten wird.