DE102016215241A1

DE102016215241A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, Steuerungsmodul und Speichermedium

Info

Publication number: DE102016215241A1
Application number: DE102016215241.6A
Authority: DE
Inventors: Holger Faisst; Sergey Azarkevich
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2016-08-16
Filing date: 2016-08-16
Publication date: 2018-02-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, wobei Daten von Inertialsensoren mit Daten von Raddrehzahlsensoren fusioniert werden und die Daten der Raddrehzahlsensoren eine geschwindigkeitsabhängige Varianz haben. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein zugehöriges Steuerungsmodul und ein zugehöriges Speichermedium.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit sowie ein Steuerungsmodul und ein Speichermedium zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
Moderne Fahrzeuge sind typischerweise mit Raddrehzahlsensoren ausgestattet, welche eine Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit erlauben. Für typische Aufgaben wie die Kontrolle der Fahrzeuggeschwindigkeit bei normaler Fahrt durch den Fahrer oder für diverse Fahrassistenzsysteme stellen diese eine ausreichend genaue Möglichkeit zur Geschwindigkeitsmessung dar.
Die Verwendung von Raddrehzahlsensoren zur Messung einer Fahrzeuggeschwindigkeit ist jedoch bei sehr langsamen Geschwindigkeiten sehr ungenau. Die Messung derartiger Geschwindigkeiten wird in Zukunft immer wichtiger werden, da Fahrassistenzfunktionen auch bei niedrigen Geschwindigkeiten zunehmend eingesetzt werden sollen. Beispielsweise kann es sich dabei um Parkassistenten wie HAPS (Highly Automated Parking System) handeln. Hierzu ist typischerweise eine genaue Messung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Fahrzeugposition (absolut und relativ) sowie des Orientierungswinkels notwendig, und zwar insbesondere im niedrigen Geschwindigkeitsbereich unter 20 km/h.
Obwohl Raddrehzahlsensoren bei derart langsamen Geschwindigkeiten, beispielsweise von weniger als 5 km/h, nur noch eine schlechte Genauigkeit haben, werden diese bei Ausführungen gemäß dem Stand der Technik typischerweise zur Bestimmung der Geschwindigkeit verwendet.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit vorzusehen, welches auch bei niedrigeren Geschwindigkeiten eine verbesserte Genauigkeit bietet. Es ist des Weiteren eine Aufgabe der Erfindung, ein zugehöriges Steuerungsmodul und ein zugehöriges Speichermedium vorzusehen.
Dies wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein elektronisches Steuerungsmodul nach Anspruch 10 und ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 11 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den jeweiligen Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, welches folgende Schritte aufweist:

– Erfassen von ersten Bewegungsdaten mittels einer Anzahl von Inertialsensoren,
– Erfassen von zweiten Bewegungsdaten mittels einer Anzahl von Raddrehzahlsensoren,
– Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Fusionieren der ersten Bewegungsdaten und der zweiten Bewegungsdaten unter Verwendung einer geschwindigkeitsabhängigen Varianz für die zweiten Bewegungsdaten.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens werden nicht nur Raddrehzahlsensoren, sondern auch Inertialsensoren zur Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet. Damit kann die Genauigkeit erheblich erhöht werden. Durch die geschwindigkeitsabhängige Varianz wird dabei der unterschiedlichen Genauigkeit der Raddrehzahlsensoren je nach Geschwindigkeit Rechnung getragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung überwiegt beim Fusionieren ein Anteil der ersten Bewegungsdaten einen Anteil der zweiten Bewegungsdaten. Dies trägt der typischerweise niedrigen Genauigkeit der auf Raddrehzahlsensoren basierenden zweiten Bewegungsdaten bei niedrigen Geschwindigkeiten Rechnung.
Bevorzugt wird das Verfahren bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchstens 20 km/h, besonders bevorzugt bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchstens 5 km/h ausgeführt. Bei derartigen Geschwindigkeiten ist das Verfahren von besonderem Nutzen, da Raddrehzahlsensoren alleine bei derart geringen Geschwindigkeiten typischerweise nur noch eine schlechte Genauigkeit liefern.
Bevorzugt wird das Fusionieren mittels eines Kalman-Filters durchgeführt. Dieser hat sich für typische Anwendungen bewährt.
Bevorzugt wird eine umso höhere Varianz für die zweiten Bewegungsdaten verwendet, je geringer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass die Genauigkeit der Raddrehzahlsensoren umso schlechter wird, je geringer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Eine höhere Varianz von Daten bedeutet beim Fusionieren typischerweise, dass die Daten weniger berücksichtigt werden.
Gemäß einer Weiterbildung wird beim Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit ferner mit dritten Bewegungsdaten fusioniert, welche mittels Satellitennavigation erfasst wurden. Dadurch können auch Daten aus Satellitennavigation mit in die Bestimmung der Fahrzeuggeschwindigkeit eingehen, was die Genauigkeit weiter erhöhen kann.
Gemäß einer Weiterbildung wird beim Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit ferner mit vierten Bewegungsdaten fusioniert, welche mittels einem oder mehreren der folgenden Optionen erfasst wurden:

– zumindest eine Kamera,
– visuelle Odometrie,
– LiDAR,
– LaserScanner,
– Radar,
– Ultraschall.

Damit können auch weitere Sensoren oder Vorgehensweisen verwendet werden, um die Genauigkeit entsprechend zu erhöhen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung werden vor dem Schritt des Fusionierens Sensor-Offsets der Inertialsensoren in den ersten Bewegungsdaten korrigiert. Dies trägt den typischerweise auftretenden Sensor-Offsets Rechnung und erhöht die Genauigkeit bei der Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit. Derartige Sensor-Offsets sind insbesondere bei den hier relevanten niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten besonders störend, wenn sie nicht berücksichtigt werden.
Die geschwindigkeitsabhängige Varianz kann insbesondere auf einer vorher mittels des Verfahrens ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit basieren. Die Fahrzeuggeschwindigkeit kann also beispielsweise aus einem Algorithmus heraus für eine adaptive Regelung des Algorithmus selbst verwendet werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein elektronisches Steuerungsmodul, welches dazu konfiguriert ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung durch einen Prozessor ein erfindungsgemäßes Verfahren ausgeführt wird.
Bezüglich des Verfahrens kann bei dem elektronischen Steuerungsmodul und bei dem nichtflüchtigen computerlesbaren Speichermedium jeweils auf alle hierin beschriebenen Ausführungen und Varianten zurückgegriffen werden.
Allgemein sei erwähnt, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht nur eine Fahrzeuggeschwindigkeit, sondern entsprechend auch eine Fahrzeugposition (absolut und/oder relativ) sowie eines Orientierungswinkels möglich ist. Dabei können die Daten entsprechend verwendet werden und entsprechend andere Ergebnisse erhalten werden. Eine Geschwindigkeit im Niedriggeschwindigkeitsbereich kann insbesondere auf Basis einer Fusion von Inertialsensoren bzw. IMU-Sensoren mit Raddrehzahlsensoren in einem Kalman-Filter geschätzt werden. Die Messung der Raddrehzahlsensoren kann dabei mit einer von der Geschwindigkeit abhängigen Varianz modelliert werden. Typischerweise wird dabei im Niedriggeschwindigkeitsbereich die Varianz der Raddrehzahlsensoren erhöht und somit die gefilterte Geschwindigkeit zum größeren Anteil von den IMU-Sensoren gestützt. Hierzu ist es von Vorteil, im Voraus Offsets der IMU-Sensoren sehr genau zu bestimmen und sie dann zu kompensieren.
Optional kann der Filter zusätzlich beispielsweise mit Satellitennavigationssignalen und/oder mit Kamerasignalen (visuelle Odometrie) und/oder mit anderen Sensorsignalen fusioniert werden.
Zusätzlich können Wheel-Tick-Informationen im Niedriggeschwindigkeitsbereich verwendet werden. Diese stellen typischerweise den Durchgang einer Markierung am Rad durch einen Raddrehzahlsensor dar.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann dem nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispiel entnehmen. Dabei zeigt:
1: ein Fahrzeug zur Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Fahrzeug 10, welches zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung konfiguriert ist.
Das Fahrzeug 10 ist hier lediglich schematisch dargestellt. Das Fahrzeug 10 weist ein linkes Vorderrad 20, ein rechtes Vorderrad 22, ein linkes Hinterrad 24 und ein rechtes Hinterrad 26 auf. Den Rädern 20, 22, 24, 26 sind jeweilige Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36 zugeordnet. Die Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36 sind mit einem elektronischen Steuerungsmodul 40 verbunden.
Das Fahrzeug 10 weist des Weiteren eine Inertialsensoreinheit 50 auf, welche ebenfalls mit dem elektronischen Steuerungsmodul 40 verbunden ist.
Bei hohen Geschwindigkeiten genügen typischerweise die Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36, damit das elektronische Steuerungsmodul 40 eine Fahrzeuggeschwindigkeit mit ausreichender Genauigkeit ermitteln kann. Bei niedrigen Geschwindigkeiten von weniger als 20 km/h und insbesondere von weniger als 5 km/h wird jedoch eine Datenfusion mit von den Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36 gelieferten Daten und von der Inertialsensoreinheit 50 gelieferten Daten durchgeführt, wobei ein Kalman-Filter verwendet wird. Die von den Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36 gelieferten Daten werden dabei mit einer geschwindigkeitsabhängigen Varianz versehen, welche umso größer ist, je niedriger die Geschwindigkeit ist. Damit wird der tendenziell schlechteren Genauigkeit der von den Raddrehzahlsensoren 30, 32, 34, 36 gelieferten Daten mit niedrigerer Geschwindigkeit Rechnung getragen. Insgesamt kann durch diese Vorgehensweise die Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit bei kleinen Geschwindigkeiten deutlich verbessert werden, was beispielsweise für Fahrassistenzsysteme wie Einparkhilfen besonders von Vorteil ist.
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.
Die zur Anmeldung gehörigen Ansprüche stellen keinen Verzicht auf die Erzielung weitergehenden Schutzes dar.
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.
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.
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.
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.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Fahrzeuggeschwindigkeit, welches folgende Schritte aufweist: – Erfassen von ersten Bewegungsdaten mittels einer Anzahl von Inertialsensoren (50), – Erfassen von zweiten Bewegungsdaten mittels einer Anzahl von Raddrehzahlsensoren (30, 32, 34, 36), – Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit durch Fusionieren der ersten Bewegungsdaten und der zweiten Bewegungsdaten unter Verwendung einer geschwindigkeitsabhängigen Varianz für die zweiten Bewegungsdaten.
Verfahren nach Anspruch 1, – wobei beim Fusionieren ein Anteil der ersten Bewegungsdaten einen Anteil der zweiten Bewegungsdaten überwiegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei das Verfahren bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchstens 20 km/h oder bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit von höchsten 5 km/h ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei das Fusionieren mittels eines Kalmanfilters durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei eine umso höhere Varianz für die zweiten Bewegungsdaten verwendet wird, je geringer die Fahrzeuggeschwindigkeit ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei beim Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit ferner mit dritten Bewegungsdaten fusioniert wird, welche mittels Satellitennavigation erfasst wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei beim Bestimmen der Fahrzeuggeschwindigkeit ferner mit vierten Bewegungsdaten fusioniert wird, welche mittels einem oder mehreren der folgenden Optionen erfasst wurden: – zumindest eine Kamera, – visuelle Odometrie, – LiDAR, – LaserScanner, – Radar, – Ultraschall.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei vor dem Schritt des Fusionierens Sensoroffsets der Inertialsensoren (50) in den ersten Bewegungsdaten korrigiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – wobei die geschwindigkeitsabhängige Varianz auf einer vorher mittels des Verfahrens ermittelten Fahrzeuggeschwindigkeit basiert.
Elektronisches Steuerungsmodul (40), welches dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
Nichtflüchtiges computerlesbares Speichermedium, welches Programmcode enthält, bei dessen Ausführung durch einen Prozessor ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgeführt wird.