DE102016206497B4

DE102016206497B4 - Sensorsystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102016206497B4
Application number: DE102016206497.5A
Authority: DE
Inventors: Holger Faisst; Tim Kaczmarek; Burkhard Kessler; Ronald Winter
Original assignee: Continental Automotive GmbH; Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2016-04-18
Filing date: 2016-04-18
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2036-04-19
Also published as: DE102016206497A1

Abstract

Sensorsystem (100) für ein Fahrzeug, wobei das Sensorsystem (100) mit einer externen Trägheitssensoreinrichtung (101) verbindbar ist, mit:
- einer Kommunikationsschnittstelle (103), welche ausgebildet ist, eine Kommunikationsverbindung (105) mit der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) herzustellen, wobei die Kommunikationsschnittstelle (103) ausgebildet ist, ein erstes Messsignal der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) über die Kommunikationsverbindung (105) zu empfangen;
- einer internen Trägheitssensoreinrichtung (107), wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung (107) ausgebildet ist, ein zweites Messsignal zu erzeugen; und
- einem Prozessor (109), welcher ausgebildet ist, eine Fahrzeugbewegung auf der Basis des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals zu erfassen,
wobei das erste Messsignal von der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) erfasste erste Sensordaten umfasst, und wobei das zweite Messsignal von der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) erfasste zweite Sensordaten umfasst, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen,
wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) mit den ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) zu ergänzen, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der mit den ersten Sensordaten ergänzten zweiten Sensordaten zu erfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem zur Erfassung einer Fahrzeugbewegung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Moderne Fahrzeuge weisen häufig eine inertiale Messeinheit (inertial measurement unit, IMU) auf, mit der eine Bewegung eines Fahrzeugs, beispielsweise eine Beschleunigung oder eine Gierrate, gemessen werden kann. Die IMU umfasst hierzu beispielsweise Gyroskop- und/oder Beschleunigungssensorelemente. Fahrzeuge verfügen häufig jedoch nur über eine unvollständige Inertialsensorik, welche die Fahrzeugbewegung mit weniger als sechs Freiheitsgraden (degrees of freedom, DoF) erfasst.
Die geringe Zahl an Freiheitsgraden der IMU kann zu funktionalen Einschränkungen bzw. zu erhöhten Applikationsaufwänden bei Sicherheitsfunktionen eines Fahrzeugs, wie einer Überschlagserkennung, einer Pitchover-Erkennung, einer Fahrzustands-Beobachtung für Sicherheitsfunktionen oder einer Fahrzeuglokalisierung für C2X (Car-to-X) und HAD (Highly Automated Driving), führen.
Ferner können Sensordaten einer Inertialsensorik des Fahrzeugs fehlerbehaftet sein und beispielsweise ein Rauschen, einen Skalierungsfehler, einen Drift oder einen Offset aufweisen. Diese Fehler können zu einer Verschlechterung der Lokalisierung des Fahrzeugs bzw. der Erfassung der Fahrzeugbewegung führen. Die Druckschriften US 2011 / 0172 950 A1 und JP 2008 - 247 053 A betreffen diesbezüglich fehlertolerante Systeme.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein effizientes Konzept zur Erfassung einer Fahrzeugbewegung mit einer hohen Genauigkeit und einer geringen Fehleranfälligkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Sensorsystem für ein Fahrzeug, wobei das Sensorsystem mit einer externen Trägheitssensoreinrichtung verbindbar ist, mit einer Kommunikationsschnittstelle, welche ausgebildet ist, eine Kommunikationsverbindung mit der externen Trägheitssensoreinrichtung herzustellen, wobei die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, ein erstes Messsignal der externen Trägheitssensoreinrichtung über die Kommunikationsverbindung zu empfangen, einer internen Trägheitssensoreinrichtung, wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung ausgebildet ist, ein zweites Messsignal zu erzeugen, und einem Prozessor, welcher ausgebildet ist, eine Fahrzeugbewegung auf der Basis des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugbewegung besonders effizient auf der Basis von Messsignalen zweier unabhängiger Trägheitssensoreinrichtungen erfasst werden kann. Die Fahrzeugbewegung kann von dem Prozessor in Form einer physikalischen Messgröße, beispielsweise einer Beschleunigung, einer Gierrate, einer Rollrate oder einer Nickrate, erfasst werden.
Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein mehrspuriges Kraftfahrzeug wie ein Personenkraftwagen (PKW) oder ein Lastkraftwagen (LKW), oder ein einspuriges Kraftfahrzeug wie ein Motorrad, sein. Das Fahrzeug kann ferner ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug oder ein Drehflügler, sein. Das Fahrzeug kann zur autonomen bzw. hochautomatisierten Fortbewegung ausgebildet sein.
Die externe Trägheitssensoreinrichtung kann in ein Kommunikationsgerät, insbesondere ein Smartphone, integriert sein oder als Kommunikationsgerät ausgebildet sein. Das Kommunikationsgerät kann eine Kommunikationsschnittstelle umfassen, wobei die Kommunikationsschnittstelle des Sensorsystems mit der Kommunikationsschnittstelle der externen Trägheitssensoreinrichtung zum Empfangen des ersten Messsignals verbindbar ist. Die Kommunikationsverbindung zwischen der Kommunikationsschnittstelle der externen Trägheitssensoreinrichtung und der Kommunikationsschnittstelle des Sensorsystems kann eine drahtlose Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine WLAN oder Bluetooth-Kommunikationsverbindung, oder eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine USB-Kommunikationsverbindung, sein.
Die externe Trägheitssensoreinrichtung kann eine inertiale Messeinheit (inertial measurement unit, IMU) und/oder einen Sensorcluster umfassen. Die externe Trägheitssensoreinrichtung kann zur Erfassung von bis zu sechs kinematischen Freiheitsgraden (degrees of freedom, DoF) ausgebildet sein.
Die interne Trägheitssensoreinrichtung kann ebenfalls eine inertiale Messeinheit und/oder einen Sensorcluster umfassen. Die inertiale Messeinheit bzw. der Sensorcluster der internen Trägheitssensoreinrichtung kann dabei zur Erfassung einer geringeren Anzahl an Freiheitsgraden ausgebildet sein, als die externe Trägheitssensoreinrichtung. Die interne Trägheitssensoreinrichtung ist beispielsweise zur Erfassung von drei kinematischen Freiheitsgraden ausgebildet. Der Prozessor kann kommunikationstechnisch mit der Kommunikationsschnittstelle und der internen Trägheitssensoreinrichtung verbunden sein, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu empfangen. Der Prozessor, die Kommunikationsschnittstelle und die interne Trägheitssensoreinrichtung können jeweils mit einem Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrzeugbus, verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfassen die interne Trägheitssensoreinrichtung und die externe Trägheitssensoreinrichtung jeweils zumindest ein Trägheitssensorelement, insbesondere ein Gyroskopsensorelement oder ein Beschleunigungssensorelement. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die interne Trägheitssensoreinrichtung und die externe Trägheitssensoreinrichtung jeweils effizient eine Bewegung, insbesondere die Fahrzeugbewegung, erfassen können.
Das erste Messsignal und das zweite Messsignal können jeweils eine Beschleunigung, eine Gierrate, eine Nickrate, eine Rollrate oder eine Kombination dieser Bewegungen angeben.
Erfindungsgemäß umfasst das erste Messsignal von der externen Trägheitssensoreinrichtung erfasste erste Sensordaten, und umfasst das zweite Messsignal von der internen Trägheitssensoreinrichtung erfasste zweite Sensordaten, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugbewegung besonders effizient erfasst werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal, insbesondere die ersten Sensordaten und die zweiten Sensordaten, zu vergleichen, wobei der Prozessor ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals eine relative Orientierung bzw. eine Ausrichtung des zumindest einen Trägheitssensorelements der internen Trägheitssensoreinrichtung zu dem zumindest einen Trägheitssensorelement der externen Trägheitssensoreinrichtung zu ermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform ist den ersten Sensordaten ein erstes Koordinatensystem und den zweiten Sensordaten ein zweites Koordinatensystem zugeordnet, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die ersten Sensordaten von dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem zu transformieren, und die Fahrzeugbewegung auf der Basis der transformierten ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugbewegung besonders effizient erfasst werden kann.
Die ersten Sensordaten können erste Koordinaten in dem ersten Koordinatensystem umfassen, und die zweiten Sensordaten können zweite Koordinaten in dem zweiten Koordinatensystem umfassen. Der Prozessor kann ausgebildet sein, die ersten Koordinaten in das zweite Koordinatensystem zu transformieren.
Erfindungsgemäß ist der Prozessor ausgebildet, die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung mit den ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung zu ergänzen, wobei der Prozessor ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der mit den ersten Sensordaten ergänzten zweiten Sensordaten zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugbewegung besonders genau erfasst werden kann.
Beispielsweise beschreiben die ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung eine Bewegung mit sechs Freiheitsgraden und beschreiben die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden. Durch die zusätzliche Nutzung der Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung kann somit die Fahrzeugbewegung effizient mit einer erhöhten Anzahl an Freiheitsgraden erfasst werden. Aufgrund der erhöhten Anzahl an erfassten Freiheitsgraden wird beispielsweise ein Funktionsumfang einer Sicherheitsfunktion, wie eine Überschlagserkennung oder eine Fahrzustands-Beobachtung, erhöht.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung mit den ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung zu mitteln, und die Fahrzeugbewegung auf der Basis der gemittelten ersten und zweiten Sensordaten zu erfassen. Durch das Zurückgreifen auf Sensordaten von unabhängigen Trägheitssensoreinrichtungen kann ein Rauschen, ein Offset oder ein Drift in dem ersten Messsignal und/oder dem zweiten Messsignal kompensiert werden. Somit kann die Fahrzeugbewegung möglichst genau und fehlerfrei bestimmt werden. Die interne Trägheitssensoreinrichtung und die externe Trägheitssensoreinrichtungen können redundante Trägheitssensoreinrichtungen mit jeweils gleichen oder ähnlichen Trägheitssensorelementen sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu vergleichen, wobei der Prozessor ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignal und des zweiten Messsignals eine feste Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung an dem Fahrzeug, insbesondere mittels einer fest mit dem Fahrzeug verbundenen Halterung, zu erkennen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine feste Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung an dem Fahrzeug effizient überprüft werden kann.
Ist die externe Trägheitssensoreinrichtung beispielsweise ein Kommunikationsgerät wie ein Smartphone, so kann die feste Anbringung an dem Fahrzeug über eine Halterung, beispielsweise eine Smartphone Halterung, erfolgen, welche an oder in dem Fahrzeug montierbar ist, und in welche das Kommunikationsgerät eingesetzt werden kann. Durch die feste Anbringung kann eine feste und gleichbleibende Orientierung bzw. Ausrichtung der Trägheitssensorelemente der jeweiligen Trägheitssensoreinrichtungen zueinander sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignal und des zweiten Messsignals ein Lösen der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung an dem Fahrzeug zu detektieren, wobei der Prozessor ausgebildet ist, ansprechend auf das Detektieren des Lösens der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung, die Fahrzeugbewegung nur auf der Basis des zweiten Messsignals zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Fahrzeugbewegung bei dem Lösen der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung weiterhin effizient auf der Basis des zweiten Messsignals erfasst werden kann.
Das Lösen der festen Anbringung, beispielsweise aufgrund eines Herausnehmens des Kommunikationsgeräts aus der Halterung, kann einen Fehler des ersten Messsignals erhöhen und/oder zu eine fehlerhaften Berechnung der Fahrzeugbewegung führen, da nach dem Lösen der festen Anbringung die Orientierung bzw. Ausrichtung der Trägheitssensorelemente der jeweiligen Trägheitssensoreinrichtungen verändert werden kann. Diese fehlerhafte Berechnung der Fahrzeugbewegung kann vermieden werden, indem der Prozessor nach der Detektion des Lösens der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung zur Erfassung der Fahrzeugbewegung nur noch auf das Messsignal der internen Trägheitssensoreinrichtung zurückgreift.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu vergleichen, wobei der Prozessor ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals einen Messfehler der externen Trägheitssensoreinrichtung oder der internen Trägheitssensoreinrichtung zu erfassen, oder einen Defekt der externen Trägheitssensoreinrichtung oder der internen Trägheitssensoreinrichtung zu erfassen. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass Messfehler oder eine defekte Trägheitssensoreinrichtung effizient identifiziert werden können. Erfasst der Prozessor beispielsweise eine defekte Trägheitssensoreinrichtung oder eine Trägheitssensoreinrichtung, welche einen Messfehler aufweist, so kann er ausgebildet sein, die Fahrzeugbewegung nur noch auf der Basis der anderen, nicht fehlerbehafteten, Trägheitssensoreinrichtung zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor ausgebildet, bei Erfassen eines Messfehlers der externen Trägheitssensoreinrichtung oder der internen Trägheitssensoreinrichtung, eines Defekts der externen Trägheitssensoreinrichtung oder der internen Trägheitssensoreinrichtung, oder eines Lösens der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung eine Warnmeldung und/oder eine Fehlermeldung auszugeben.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Kommunikationsschnittstelle, die interne Trägheitssensoreinrichtung und der Prozessor jeweils an ein Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs, insbesondere an einen Fahrzeugbus, angeschlossen, wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung ausgebildet ist, das zweite Messsignal über das Kommunikationsnetzwerk an den Prozessor zu übermitteln, und wobei die Kommunikationsschnittstelle ausgebildet ist, das erste Messsignal über das Kommunikationsnetzwerk an den Prozessor zu übermitteln. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass eine effiziente Übertragung des ersten und des zweiten Messsignals an den Prozessor erfolgen kann.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die vom Prozessor erfasste Fahrzeugbewegung zumindest eine der folgenden Bewegungen: eine Beschleunigung, eine Neigung, eine Gierrate, eine Nickrate, eine Rollrate.
Gemäß einer Ausführungsform ist er Prozessor ausgebildet, eine Sicherheitsapplikation des Fahrzeugs, insbesondere eine Überschlagserkennung oder eine Fahrzustands-Beobachtung, auf der Basis der erfassten Fahrzeugbewegung anzusteuern. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Sicherheitsapplikation effizient auf der Basis der erfassten Fahrzeugbewegung ausgeführt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Kommunikationsschnittstelle als drahtlose Kommunikationsschnittstelle, insbesondere als WLAN- oder Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle, oder als drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle, insbesondere als USB-Kommunikationsschnittstelle, ausgebildet. Die externe Trägheitssensoreinrichtung kann über eine drahtlose Verbindung, insbesondere eine Bluetooth-Verbindung, oder über eine drahtgebundene Verbindung, insbesondere eine USB-Verbindung, mit der Kommunikationsschnittstelle verbindbar sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor in eine Steuereinheit (electronic control unit, ECU) des Fahrzeugs integriert, oder als Steuereinheit des Fahrzeugs implementiert. Der Prozessor kann ferner einen Mikroprozessor umfassen, oder als Mikroprozessor implementiert sein.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem Sensorsystem nach dem ersten Aspekt der Erfindung.
Die Erfindung kann in Hardware und/oder Software realisiert werden.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Weitere Ausführungsbeispiele werden bezugnehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Sensorsystems für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.
Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart worden sein mag, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie für eine gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann. Weiterhin sollen in dem Ausmaß, in dem die Ausdrücke „enthalten“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der ausführlichen Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, solche Ausdrücke auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen“ einschließend sein. Die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“ können zusammen mit Ableitungen davon verwendet worden sein. Es versteht sich, dass derartige Ausdrücke dazu verwendet werden, um anzugeben, dass zwei Elemente unabhängig davon miteinander kooperieren oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel aufzufassen anstatt der Bezeichnung für das Beste oder Optimale. Die folgende Beschreibung ist deshalb nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensorsystems 100 für ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform, wobei das Sensorsystem 100 mit einer externen Trägheitssensoreinrichtung 101 verbindbar ist.
Das Sensorsystem 100 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 103, welche ausgebildet ist, eine Kommunikationsverbindung 105 mit der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 herzustellen, wobei die Kommunikationsschnittstelle 103 ausgebildet ist, ein erstes Messsignal der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 über die Kommunikationsverbindung 105 zu empfangen, eine internen Trägheitssensoreinrichtung 107, wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung 107 ausgebildet ist, ein zweites Messsignal zu erzeugen, und einen Prozessor 109, welcher ausgebildet ist, eine Fahrzeugbewegung auf der Basis des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals zu erfassen.
Das Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein mehrspuriges Kraftfahrzeug wie ein Personenkraftwagen (PKW) oder ein Lastkraftwagen (LKW), oder ein einspuriges Kraftfahrzeug wie ein Motorrad, sein. Das Fahrzeug kann ferner ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug oder ein Drehflügler, sein. Das Fahrzeug kann zur autonomen bzw. hochautomatisierten Fortbewegung ausgebildet sein.
Die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 kann in ein Kommunikationsgerät, insbesondere ein Smartphone, integriert sein oder, wie in 1 dargestellt, als Kommunikationsgerät ausgebildet sein. Das Kommunikationsgerät 101 kann eine Kommunikationsschnittstelle 115 umfassen, wobei die Kommunikationsschnittstelle 103 des Sensorsystems 100 mit der Kommunikationsschnittstelle 115 der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 zum Empfangen des ersten Messsignals verbindbar ist. Die Kommunikationsverbindung 105 zwischen der Kommunikationsschnittstelle 115 der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 und der Kommunikationsschnittstelle 103 des Sensorsystems 100 kann eine drahtlose Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine Bluetooth-Kommunikationsverbindung, oder eine drahtgebundene Kommunikationsverbindung, beispielsweise eine USB-Kommunikationsverbindung, sein.
Die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 kann eine inertiale Messeinheit (inertial measurement unit, IMU) und/oder einen Sensorcluster umfassen. Die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 kann zur Erfassung von bis zu sechs kinematischen Freiheitsgraden (degrees of freedom, DoF) ausgebildet sein.
Die interne Trägheitssensoreinrichtung 107 kann ebenfalls eine inertiale Messeinheit und/oder einen Sensorcluster umfassen. Die inertiale Messeinheit bzw. der Sensorcluster der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 kann dabei zur Erfassung einer geringeren Anzahl an Freiheitsgraden ausgebildet sein, als die externe Trägheitssensoreinrichtung 101. Die interne Trägheitssensoreinrichtung 107 ist beispielsweise zur Erfassung von drei kinematischen Freiheitsgraden ausgebildet.
Der Prozessor 109 kann kommunikationstechnisch mit der Kommunikationsschnittstelle 103 und der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 verbunden sein, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu empfangen. Der Prozessor 109, die Kommunikationsschnittstelle 103 und die interne Trägheitssensoreinrichtung 107 können jeweils mit einem Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs, insbesondere einem Fahrzeugbus, verbunden sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die interne Trägheitssensoreinrichtung 107 zumindest ein Trägheitssensorelement 111, insbesondere ein Beschleunigungssensorelement, ein Gyroskopsensorelement und/oder ein magnetisches Sensorelement, und umfasst die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 zumindest ein Trägheitssensorelement 113, insbesondere ein Beschleunigungssensorelement, ein Gyroskopsensorelement und/oder ein magnetisches Sensorelement.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das erste Messsignal von der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 erfasste erste Sensordaten, und umfasst das zweite Messsignal von der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 erfasste zweite Sensordaten. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, die Fahrzeugbewegung auf der Basis des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals, und/oder auf der Basis der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, die Fahrzeugbewegung auf der Basis einer Mittelwertsbildung der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor 109 ausgebildet, das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu vergleichen. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, auf der Basis dieses Vergleichs eine Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 an dem Fahrzeug oder einen Defekt einer Trägheitssensoreinrichtung 101, 107 zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform erkennt der Prozessor 109 auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal, ob die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 fest an die Fahrzeugstruktur des Fahrzeugs, beispielsweise an ein Armaturenbrett, angebunden ist. Die Anbindung kann dabei über eine Smartphone-Halterung erfolgen. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, nur bei erkennen einer festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 an dem Fahrzeug das erste Messsignal der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 bei der Bestimmung der Fahrzeugbewegung zu berücksichtigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Prozessor 109 ausgebildet, das Entfernen der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 aus der Halterung anhand der Messsignale der Trägheitssensoreinrichtungen 101, 107 zu erfassen. Das Erfassen des Entfernens der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 aus der Halterung kann dabei systembedingt nach einem gewissen Delay erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfasst der Prozessor 109 auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals mit dem zweiten Messsignal, eine relative Orientierung des internen Trägheitssensorelements 111 zu dem externen Trägheitssensorelement 113. Die jeweilige Orientierung der Trägheitssensorelemente 111, 113, insbesondere zueinander, kann von dem Prozessor 109 mittels dreier Drehwinkel (Eulerwinkel) erfasst werden. Bei dem Vergleich der Messsignale der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 und der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 kann ferner eine Signal-Invertierung zumindest eines der Messsignale durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist zum Erfassen der relativen Orientierung der Trägheitssensorelemente 111, 113 eine Anregung der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 nötig. Die nötige Anregung kann dabei durch eine kurze Fahrt des Fahrzeugs, beispielsweise ein Anfahren, ein Abbremsen, oder eine Kurvenfahrt, erfolgen. Die Erfassung der relativen Orientierung der Trägheitssensorelemente 111, 113 zueinander wird beispielsweise mittels eines Kalman Filters realisiert, in welchem Drehwinkel geschätzt und/oder eingelernt werden. Hierbei kann auch ein Signalalter bzw. ein Delay des ersten Messsignals gegenüber dem zweiten Messsignal eingelernt werden, beispielsweise mittels einer Kreuzkorrelation der Messsignale.
Den ersten Sensordaten des ersten Messsignals kann ein erstes Koordinatensystem zugeordnet sein, und den zweiten Sensordaten des zweiten Messsignals kann ein zweites Koordinatensystem zugeordnet sein. Nach erfolgter Erkennung der relativen Orientierung der beiden Trägheitssensorelemente 111, 113 können die ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung 101 in das Koordinatensystem der zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 transformiert werden. Nach der Transformation kann das zweite Messsignal, insbesondere die zweiten Sensordaten, um das erste Messsignal, insbesondere die transformierten ersten Sensordaten, ergänzt werden.
Das Ergänzen der zweiten Sensordaten mit den ersten Sensordaten kann vor allem dann sinnvoll sein, wenn die ersten Sensordaten zusätzliche Informationen aufweisen, beispielsweise wenn die externe Trägheitssensoreinrichtung 101 eine Bewegung mit einer im Vergleich zu der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 erhöhten Anzahl an Freiheitsgraden erfasst.
Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, eine Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs mit der erfassten Fahrzeugbewegung anzusteuern, oder eine Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs auf der Basis der erfassten Fahrzeugbewegung auszuführen. Die Sicherheitsfunktion kann eine Überschlagserkennung, eine Fahrzustands-Beobachtung oder eine Fahrzeuglokalisierung für C2X und/oder HAD (Highly Automated Driving) umfassen. Durch die Nutzung von Sensordaten zweier separater Trägheitssensoreinrichtungen 101, 107 kann die Sicherheitsfunktion ihren Funktionsumfang erhöhen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Prozessor 109 ausgebildet, Messsignale eines Gyroskopsensorelements und eines magnetischen Sensorelements der externen Trägheitssensoreinrichtung 101, mit dem Messsignal eines Gyroskopsensorelements der internen Trägheitssensoreinrichtung 107 zu kombinieren, um auf der Basis der einzelnen Messsignale ein gemeinsames Messsignal eines gemeinsamen bzw. synthetischen Gyroskopsensorelements zu erzeugen. Der Prozessor 109 kann ausgebildet sein, das gemeinsame Messsignal auf der Basis eines Algorithmus, insbesondere einen Strapdown Algorithmus, auszuwerten, um die Fahrzeugbewegung zu erfassen.
Alternativ können die Messsignale der jeweiligen Trägheitssensorelemente 111, 113 auch direkt, ohne zuvor ein gemeinsames bzw. synthetisches Trägheitssensorelement zu bilden, in den Strapdown Algorithmus integriert werden. Durch die Nutzung der Messsignale einer Mehrzahl von Trägheitssensorelemente kann eine Lokalisierung des Fahrzeugs auf der Basis des Strapdown Algorithmus verbessert werden. Durch eine Redundanz der Gyroskopsensorelemente kann eine Erkennung eines Messfehlers (Fault Detection) eines Gyroskopsensorelements durch den Widerspruch zweier Messsignale und/oder eine Identifikation eines fehlerhaften Sensorelements (Fault Identification) ermöglicht werden. Ferner kann ein fehlerhafter Beschleunigungssensor, auch bei nicht redundanter Ausführung, identifiziert werden.
Bezugszeichenliste

100: Sensorsystem
101: externe Trägheitssensoreinrichtung
103: Kommunikationsschnittstelle
105: Kommunikationsverbindung
107: interne Trägheitssensoreinrichtung
109: Prozessor
111: Trägheitssensorelement
113: Trägheitssensorelement
115: Kommunikationsschnittstelle

Claims

Sensorsystem (100) für ein Fahrzeug, wobei das Sensorsystem (100) mit einer externen Trägheitssensoreinrichtung (101) verbindbar ist, mit: - einer Kommunikationsschnittstelle (103), welche ausgebildet ist, eine Kommunikationsverbindung (105) mit der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) herzustellen, wobei die Kommunikationsschnittstelle (103) ausgebildet ist, ein erstes Messsignal der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) über die Kommunikationsverbindung (105) zu empfangen; - einer internen Trägheitssensoreinrichtung (107), wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung (107) ausgebildet ist, ein zweites Messsignal zu erzeugen; und - einem Prozessor (109), welcher ausgebildet ist, eine Fahrzeugbewegung auf der Basis des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals zu erfassen, wobei das erste Messsignal von der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) erfasste erste Sensordaten umfasst, und wobei das zweite Messsignal von der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) erfasste zweite Sensordaten umfasst, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) mit den ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) zu ergänzen, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die Fahrzeugbewegung auf der Basis der mit den ersten Sensordaten ergänzten zweiten Sensordaten zu erfassen.
Sensorsystem (100) nach Anspruch 1, wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung (107) und die externe Trägheitssensoreinrichtung (101) jeweils zumindest ein Trägheitssensorelement (111, 113), insbesondere ein Gyroskopsensorelement oder ein Beschleunigungssensorelement, umfassen.
Sensorsystem (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei den ersten Sensordaten ein erstes Koordinatensystem und den zweiten Sensordaten ein zweites Koordinatensystem zugeordnet ist, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die ersten Sensordaten von dem ersten Koordinatensystem in das zweite Koordinatensystem zu transformieren, und die Fahrzeugbewegung auf der Basis der transformierten ersten Sensordaten und der zweiten Sensordaten zu erfassen.
Sensorsystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, die zweiten Sensordaten der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) mit den ersten Sensordaten der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) zu mitteln, und die Fahrzeugbewegung auf der Basis der gemittelten ersten und zweiten Sensordaten zu erfassen.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu vergleichen, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals eine feste Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) an dem Fahrzeug, insbesondere mittels einer fest mit dem Fahrzeug verbundenen Halterung, zu erkennen.
Sensorsystem (100) nach Anspruch 5, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals ein Lösen der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) an dem Fahrzeug zu detektieren, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, ansprechend auf das Detektieren des Lösens der festen Anbringung der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) die Fahrzeugbewegung nur auf der Basis des zweiten Messsignals zu erfassen.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, das erste Messsignal und das zweite Messsignal zu vergleichen, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, auf der Basis des Vergleichs des ersten Messsignals und des zweiten Messsignals einen Messfehler der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) oder der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) zu erfassen, oder einen Defekt der externen Trägheitssensoreinrichtung (101) oder der internen Trägheitssensoreinrichtung (107) zu erfassen.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (103), die interne Trägheitssensoreinrichtung (107) und der Prozessor (109) jeweils an ein Kommunikationsnetzwerk des Fahrzeugs, insbesondere an einen Fahrzeugbus, angeschlossen sind, wobei die interne Trägheitssensoreinrichtung (107) ausgebildet ist, das zweite Messsignal über das Kommunikationsnetzwerk an den Prozessor (109) zu übermitteln, und wobei die Kommunikationsschnittstelle (103) ausgebildet ist, das erste Messsignal über das Kommunikationsnetzwerk an den Prozessor (109) zu übermitteln.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die vom Prozessor (109) erfasste Fahrzeugbewegung zumindest eine der folgenden Bewegungen umfasst: eine Beschleunigung, eine Gierrate, eine Nickrate, eine Rollrate.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (109) ausgebildet ist, eine Sicherheitsapplikation des Fahrzeugs, insbesondere eine Überschlagserkennung oder eine Fahrzustands-Beobachtung, auf der Basis der erfassten Fahrzeugbewegung anzusteuern.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kommunikationsschnittstelle (103) als drahtlose Kommunikationsschnittstelle, insbesondere als Bluetooth-Kommunikationsschnittstelle, oder als drahtgebundene Kommunikationsschnittstelle, insbesondere als USB-Kommunikationsschnittstelle, ausgebildet ist.
Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (109) in eine Steuereinheit (electronic control unit, ECU) des Fahrzeugs integriert ist, oder als Steuereinheit des Fahrzeugs implementiert ist.
Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einem Sensorsystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche.