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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Ausrichtung eines Fahrzeugs sowie ein elektronisches Steuerungsmodul und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium zum Ausführen eines solchen Verfahrens.
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Die Ausrichtung eines Fahrzeugs kann beispielsweise mittels eines Satellitennavigationssystems, auch als Global Navigation Satellite System (GNSS) bekannt, bestimmt werden. Allerdings ist hierfür typischerweise eine Bewegung des Fahrzeugs nötig, so dass eine Ausrichtungsbestimmung im Stillstand nicht möglich ist. Auch kann die Bestimmung der Ausrichtung in besonderen Situationen wie beispielsweise bei Multipfadeffekten in „Urban Canyons“ oder während einer Tunnelfahrt gestört sein.
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Mittels einer solchen satellitenbasierten Messung kann typischerweise die Bewegungsrichtung bestimmt werden, über welche mit Modellen die Ausrichtung bestimmt werden kann. In bestimmten Situationen, zum Beispiel bei einer Geradeausfahrt, kann damit auch ein absoluter Ausrichtungswinkel bestimmt werden. In anderen Situationen kann beispielsweise der Schwimmwinkel als Winkel zwischen bekannter Ausrichtung und aktueller Bewegungsrichtung bestimmt werden. Die bekannte Ausrichtung kann dabei beispielsweise über ein Modell bestimmt werden, während die aktuelle Bewegungsrichtung über Satellitennavigation bestimmt werden kann.
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Eine andere Möglichkeit zur Bestimmung einer Ausrichtung stellt ein Kompass dar. Dieser kann auch im Stillstand über das Erdmagnetfeld die Ausrichtung gegen Norden bestimmen. Ein Kompass ist jedoch verhältnismäßig störanfällig auf elektrische Felder und Metallansammlungen. Vorteilhaft liefert er jedoch einen absoluten Ausrichtungswinkel.
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Ebenso ist die Verwendung von Drehratensensoren möglich. Damit kann eine Änderung der Ausrichtung gut erkannt werden. Allerdings liefern Drehratensensoren typischerweise keine absolute Ausrichtung und unterliegen des Weiteren einem Sensordrift.
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Es ist auch möglich, ein Fahrzeugmodell zu verwenden, beispielsweise ein Einspurmodell. Damit kann eine Fahrzeugausrichtung anhand von Raddrehzahlen und Lenkwinkeln hinsichtlich einer Änderung bestimmt werden. Allerdings ist auch ein solches Modell empfindlich auf Sensordrift, Fahrbahnunebenheiten, unterschiedliche Reifenhalbmesser und andere Störeinflüsse, wodurch sich ein Drift in der Ausrichtung ergeben kann. Außerdem ist auch in diesem Fall nur eine Änderung der Ausrichtung bestimmbar, d.h. es wird keine absolute Ausrichtung gemessen.
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In der Navigation, insbesondere in der satellitengestützten Navigation, ist es üblich, eine ermittelte Fahrzeugposition mithilfe von Karteninformationen abzugleichen und daraus eine zu fahrende Trajektorie zu prädizieren. Das hierfür verwendete Verfahren zur Bestimmung von Position und Ausrichtung unter Verwendung von Kartendaten wird als Map Matching bezeichnet, da dabei die bestimmte Position und Bewegungsrichtung mit denen einer Karte abgeglichen wird. Damit ist es möglich, das Fahrzeug gut auf der Karte zu positionieren, die Fahrzeugposition und Ausrichtung wird unter der Annahme, dass sich das Fahrzeug auf der Straße befindet und dem Straßenverlauf folgt, optimiert. Darüber hinaus kann man diese Information nutzen, um zum Beispiel im Fall eines Ausfalls der Satellitennavigation, beispielsweise im Tunnel, Position und Bewegungsrichtung bzw. Fahrzeugausrichtung zu bestimmen oder zu plausibilisieren. Speziell bei Tunneleinfahrten und in anderen Multipath-Situationen entsteht leicht ein fehlerhaftes GNSS Heading bzw. eine fehlerhafte Fahrzeugausrichtung, die anhand des Abgleichs mit Karteninformationen leicht als fehlerhaft plausibilisiert werden können. Da die Ausrichtung der Karte im Gegensatz zur Ausrichtungsbestimmung der Odometrie oder Inertialsensorik driftfrei ist, kann ein weiterer Referenzwert zur Bestimmung der Ausrichtung geliefert werden. Eine gut vermessene Karte mit Höhenprofil und sogar Schräglagen kann damit für die Bestimmung einer dreidimensionalen Ausrichtung verwendet werden.
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Jedes dieser im Stand der Technik bekannten Verfahren ermöglicht für sich eine Bestimmung der Fahrzeugausrichtung oder der Änderung der Fahrzeugausrichtung. In Fahrzeugen, welche im Stand der Technik bekannt sind, nutzen typischerweise bestimmte Funktionalitäten wie beispielsweise Navigation oder Sicherheitsfunktionen jeweils nur eine Anzahl von im Fahrzeug verbauten Sensoren wie beispielsweise Inertialsensoren oder Satellitennavigationsmodule. Dabei wird jeweils nur auf die Realisierung der jeweils umzusetzenden Funktionalität, nicht jedoch auf eine Optimierung des Gesamtsystems Wert gelegt. Dies führt auch dazu, dass in typischen Fahrzeugen zahlreiche Sensoren mehrfach verbaut sind, da unterschiedliche Systeme unabhängig voneinander arbeiten.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Bestimmung der Ausrichtung eines Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein elektronisches Steuerungsmodul gemäß Anspruch 11 und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 12 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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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Ausrichtung eines Fahrzeugs, welches folgende Schritte aufweist:
- – Empfangen einer Mehrzahl von Sensordaten, wobei jedes Sensordatum von einem anderen aus einer Mehrzahl von Ausrichtungssensoren stammt und jeweils anzeigend ist für die Ausrichtung,
- – Ermitteln, ob die Sensordaten plausibel sind,
- – wenn die Sensordaten plausibel sind, Ermitteln einer fusionierten Ausrichtung auf den Sensordaten,
- – wenn die Sensordaten nicht plausibel sind, Ermitteln eines Fehlerzustands.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die gemeinsame Verwendung unterschiedlicher Ausrichtungssensoren zur Verbesserung der Bestimmung einer Fahrzeugausrichtung. Damit kann beispielsweise eine ASIL-Funktionalität erreicht werden, ohne dass dafür zusätzliche Hardware benötigt wird. Es kann vielmehr eine zusätzliche Funktionalität realisiert werden, insbesondere durch Ausnutzung, Plausibilisierung und Verwendung einer bestehenden Rückfallebene, nämlich bestehender redundanter Sensorinformationen in einem entsprechenden Fusionsfilter, insbesondere in einem ASIL-fähigen Fusionsfilter. ASIL steht für „Automotive Safety Integrity Level“ und bezeichnet ein Schema zur Risikoklassifizierung in der Automobilindustrie.
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Zudem ist es möglich, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einen Sensordrift oder einen Sensorausfall zu kompensieren und Störungen auszufiltern.
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Eine Ausrichtung kann insbesondere numerisch in Grad relativ zur magnetischen oder geographischen Nordrichtung angegeben werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden mindestens ein erstes Sensordatum, ein zweites Sensordatum und ein drittes Sensordatum empfangen und für das Ermitteln, ob die Sensordaten plausibel sind, sowie für das Ermitteln der fusionierten Ausrichtung verwendet. Damit kann stets eine Plausibilisierung der Gestalt durchgeführt werden, dass identifiziert wird, ob eines der Sensordaten andere Werte liefert als die anderen Sensordaten. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Sensordaten von unterschiedlichen Ausrichtungssensoren bzw. insbesondere von Ausrichtungssensoren stammen, welche auf unterschiedlichen Messverfahren basieren. In einem Fusionsalgorithmus können insbesondere Eingänge mit anderen, beispielsweise unsicheren Daten herabgewichtet werden. Hierüber kann ein ASIL-Ansatz realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführung wird ermittelt, dass die Sensordaten nicht plausibel sind, wenn zumindest ein Sensordatum eine Ausrichtung anzeigt, welche von den Ausrichtungen, welche die anderen Sensordaten anzeigen, mehr als um einen vorbestimmten Schwellenwert verschieden ist. Ein solcher Schwellenwert kann beispielsweise absolut oder relativ angegeben sein. In einem solchen Fall kann beispielsweise das abweichende Sensordatum ignoriert oder nur gering gewichtet werden.
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Es sei jedoch verstanden, dass dies nicht die einzig mögliche Art der Plausibilitätsprüfung darstellt. So ist es beispielsweise auch möglich, jeweilige Sensordaten auf eine intrinsische Plausibilität hin zu überprüfen. Beispielsweise kann ermittelt werden, ob ein Wert überhaupt vorkommen kann. Beispielsweise können auf diese Weise Werte außerhalb eines zulässigen Wertebereichs oder unrealistisch hohe Drehraten ausgefiltert werden. Diese ist nicht nur bei der Verwendung von drei Sensordaten, sondern bereits bei weniger Sensordaten möglich.
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Nachfolgend werden unterschiedliche Ausführungen von Ausrichtungssensoren beschrieben, wobei darauf hingewiesen sei, dass diese Ausrichtungssensoren beliebig zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kombiniert werden können. Es können auch jeweils mehrere der entsprechenden Sensoren bzw. der entsprechenden Daten vorgesehen sein. Alle solchen Kombinationen gelten als Bestandteil der Offenbarung dieser Anmeldung. Des Weiteren sei ausdrücklich auf die eingangs bei der Diskussion des Stands der Technik beschriebenen Merkmale verwiesen, welche hier entsprechend anwendbar sind.
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Ein Ausrichtungssensor kann als Satellitennavigationssensor ausgebildet sein. Dies ermöglicht die Bestimmung der Position und auch der Ausrichtung oder der Fahrtrichtung eines Fahrzeugs basierend auf Satellitennavigationsdaten.
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Ein Ausrichtungssensor kann ein Magnetkompass sein. Dieser kann die Ausrichtung des Fahrzeugs relativ zum Erdmagnetfeld bestimmen.
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Ein Ausrichtungssensor kann ein Inertialsensor sein, insbesondere ein Drehratensensor. Dieser liefert typischerweise lediglich einen relativen Wert, d.h. er zeigt nur eine Drehung, nicht jedoch eine absolute Ausrichtung an.
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Ein Ausrichtungssensor kann auch ein Modul zur odometrischen Ermittlung der Ausrichtung basierend auf einem Fahrzeugmodell sein. Auch dabei werden typischerweise lediglich relative Werte geliefert. Ein derartiger Ausrichtungssensor wertet typischerweise Daten wie beispielsweise Lenkwinkel, Raddrehzahlen oder Reifenhalbmesser und Geschwindigkeit aus, um eine Änderung der Ausrichtung des Fahrzeugs zu berechnen.
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Ein Ausrichtungssensor kann auch ein Kartenmodul sein, welches die Ausrichtung durch Anpassung an eine gespeicherte Karte bestimmt. Dabei kann beispielsweise auf Informationen von den anderen Ausrichtungssensoren, beispielsweise auf Informationen von einem Satellitennavigationsmodul, zurückgegriffen werden Die Karte gibt typischerweise vor, in welche Richtung sich das Fahrzeug überhaupt bewegen kann. Beispielsweise kann entlang einer in der Karte gespeicherten Straße gefahren werden, wobei in diesem Fall grundsätzlich nur zwei Richtungen möglich sind, welche sich bereits bei Vorliegen grober Informationen typischerweise unterscheiden lassen.
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Die fusionierte Ausrichtung kann insbesondere mittels eines Fusionsfilters ermittelt werden. Bevorzugt kann dabei ein Kalmann-Filter, eine Mittelwertbildung, ein Interactive Multiple Model Filter oder ein Partikelfilter verwendet werden. Dies ermöglicht eine vorteilhafte und zuverlässige Bestimmung einer fusionierten Ausrichtung.
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Wenn ein Fehlerzustand ermittelt wird, kann gemäß einer Ausführung eine fusionierte Ausrichtung unter Auslassung von als fehlerhaft erkannten Sensordaten ermittelt werden. Dies ermöglicht die Bestimmung der Ausrichtung selbst dann noch, wenn ein Sensordatum oder auch mehrere Sensordaten als fehlerhaft erkannt wurden.
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Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein höherer Sicherheitslevel (ASIL) realisiert werden, indem beispielsweise redundante Messverfahren miteinander kombiniert werden. Hierfür wird keine zusätzliche Hardware benötigt, sondern es wird lediglich die Redundanz der ohnehin typischerweise im Fahrzeug verbauten Sensoren zur Steigerung der Ausfallsicherheit genutzt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektronisches Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Hierbei kann auf alle beschriebenen Varianten und Ausführungen zurückgegriffen werden.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung ein Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt. Auch hierbei kann auf alle beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt 1 ein System, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
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1 zeigt ein elektronisches Steuerungsmodul 10, an welchem insgesamt vier Ausrichtungssensoren angeschlossen sind.
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Bei einem ersten Ausrichtungssensor handelt es sich um ein Satellitennavigationsmodul 20. Bei einem zweiten Ausrichtungssensor handelt es sich um ein Kartenmodul 30. Bei einem dritten Ausrichtungssensor handelt es sich um einen Drehratensensor 40. Bei einem vierten Ausrichtungssensor handelt es sich um einen Magnetkompass 50.
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Das Satellitennavigationsmodul 20 kann eine Bewegungsrichtung eines Fahrzeugs, in welchem das in 1 dargestellte System verbaut ist, bestimmen, wobei es insbesondere in bestimmten Situationen möglich ist, mittels Modellen auch auf die Fahrzeugausrichtung zu schließen.
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Das Kartenmodul 30 ist wie gezeigt auch kommunikativ mit dem Satellitennavigationsmodul 20 verbunden und empfängt somit die jeweiligen Positionsdaten von dem Satellitennavigationsmodul 20. Das Kartenmodul 30 hat eine elektronische Karte gespeichert und gleicht die Positionsdaten mit dieser Karte ab. Auf diese Weise kann eine Ausrichtung ermittelt werden, da sich das Fahrzeug auf typischen Straßen lediglich in zwei möglichen Richtungen bewegen kann, welche bereits beim Vorhandensein grober Anhaltspunkte eindeutig identifiziert werden können.
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Der Drehratensensor 40 kann eine Drehrate des Fahrzeugs basierend auf physikalischen Messungen berechnen. Eine absolute Bestimmung der Ausrichtung ist allein mithilfe des Drehratensensors 40 jedoch nicht möglich, vielmehr liefert dieser lediglich relative Werte, welche jedoch Rückschlüsse auf die Änderung der Ausrichtung ermöglichen.
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Der Magnetkompass 50 bestimmt eine Ausrichtung des Fahrzeugs anhand seiner Orientierung zum Erdmagnetfeld. Dies erlaubt eine absolute Messung der Ausrichtung.
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Das Satellitennavigationsmodul 20, das Kartenmodul 30 und der Kompass 50 können insbesondere Bestandteil einer Navigationseinheit sein. Der Drehratensensor 40 kann insbesondere Bestandteil einer elektronischen Stabilitätskontrolle (ESC) sein. Das Steuerungsmodul 10 kann beispielsweise ein separates Modul sein, oder es kann Teil eines ohnehin vorhandenen Steuergeräts wie beispielsweise eines Steuergeräts für Fahrzeug-zu-X-Kommunikation sein.
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Alle absoluten und relativen Ausrichtungsdaten, welche in den Ausrichtungssensoren 20, 30, 40, 50 ermittelt werden, werden laufend an das Steuerungsmodul 10 geliefert. Dort werden die Daten in einem adaptiven Filter zusammengeführt. Hierbei erlaubt beispielsweise der Magnetkompass 50 die Initialisierung der Ausrichtung im Stand. Die Überbestimmtheit der Größen Ausrichtung und Bewegungsrichtung während der Fahrt erlaubt die Detektion von Sensorstörungen und erhöht damit die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit von Daten. Insbesondere ist auf diese Weise auch eine Verwendung der Ausrichtung in sicherheitskritischen Anwendungen möglich.
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Es ist des Weiteren möglich, die im Fahrzeug verbaute, nicht näher dargestellte elektronische Stabilitätskontrolle mittels der in dem Steuerungsmodul 10 ermittelten fusionierten Ausrichtung zu verbessern. Eine elektronische Stabilitätskontrolle stellt hohe Zuverlässigkeitsanforderungen an Sensorgrößen wie Gierrate, Querbeschleunigung, Raddrehzahlen und Lenkradwinkel. Durch die Nutzung von im Fahrzeug vorhandenen Messgrößen insbesondere aus dem Satellitennavigationsmodul 20 und dem Magnetkompass 50 lassen sich die Anforderungen an einzelne der Sensoren bei gleicher Güte der Ausgangssignale senken. Damit können Kosten gespart werden. Des Weiteren können alternativ zur Kostenersparnis auch die Güten der Ausgangssignale erhöht werden, was beispielsweise neuartige Funktionen ermöglicht.
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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. Es können jedoch grundsätzlich auch weitere Schritte ausgeführt werden, auch solche welche nicht erwähnt sind.
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Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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Sofern sich im Laufe des Verfahrens herausstellt, dass ein Merkmal oder eine Gruppe von Merkmalen nicht zwingend nötig ist, so wird anmelderseitig bereits jetzt eine Formulierung zumindest eines unabhängigen Anspruchs angestrebt, welcher das Merkmal oder die Gruppe von Merkmalen nicht mehr aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs oder um eine durch weitere Merkmale eingeschränkte Unterkombination eines am Anmeldetag vorliegenden Anspruchs handeln. Derartige neu zu formulierende Ansprüche oder Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Es sei ferner darauf hingewiesen, dass Ausgestaltungen, Merkmale und Varianten der Erfindung, welche in den verschiedenen Ausführungen oder Ausführungsbeispielen beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigt sind, beliebig untereinander kombinierbar sind. Einzelne oder mehrere Merkmale sind beliebig gegeneinander austauschbar. Hieraus entstehende Merkmalskombinationen sind als von der Offenbarung dieser Anmeldung mit abgedeckt zu verstehen.
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Rückbezüge in abhängigen Ansprüchen sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Diese Merkmale können auch beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.
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Merkmale, die lediglich in der Beschreibung offenbart sind oder Merkmale, welche in der Beschreibung oder in einem Anspruch nur in Verbindung mit anderen Merkmalen offenbart sind, können grundsätzlich von eigenständiger erfindungswesentlicher Bedeutung sein. Sie können deshalb auch einzeln zur Abgrenzung vom Stand der Technik in Ansprüche aufgenommen werden.
