DE102016220440A1 - Navigation device for motor vehicles and method for the navigation of motor vehicles - Google Patents

Navigation device for motor vehicles and method for the navigation of motor vehicles Download PDF

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Abstract

Um eine Navigationsvorrichtung für Fahrzeuge und ein Verfahren zur Navigation von Fahrzeugen zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass ein in einem Kraftfahrzeug (11) angeordneter Beschleunigungssensor (10) dazu ausgebildet ist, seine eigene Einbaulage zu bestimmen.

Figure DE102016220440A1_0000
In order to improve a navigation device for vehicles and a method for navigation of vehicles, it is proposed that an acceleration sensor (10) arranged in a motor vehicle (11) is designed to determine its own installation position.
Figure DE102016220440A1_0000

Description

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Aus dem Stand der Technik sind Navigationseinrichtungen bekannt, die einen Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Beschleunigung des zu navigierenden Kraftfahrzeuges umfassen. Dieser Beschleunigungssensor ist zur Erfassung der Beschleunigungsdaten innerhalb des Kraftfahrzeuges angeordnet. Zur Verwertung der Beschleunigungsdaten ist es allerdings notwendig, die genaue Position des Beschleunigungssensors in dem Kraftfahrzeug zu kennen. Nur dann können die gemessenen Beschleunigungsdaten in Relation zu der Ausrichtung des Kraftfahrzeuges gesetzt werden. Um die genaue Einbaulage des Beschleunigungssensors im Kraftfahrzeug zu ermitteln, ist ferner bekannt, die Einbaulage beim Einbau des Beschleunigungssensors zu bestimmen. Nachteilig daran ist allerdings, dass die Einbaulage beim Einbau meist nicht genau bestimmt wird und im Folgenden nicht weiter überprüft wird. Alternativ können weitere Sensoren eingesetzt werden, deren Aufgabe es ist, die Einbaulage des Beschleunigungssensors im Kraftfahrzeug zu ermitteln. Eine solche Lösung ist allerdings aufwendig und mit weiterer Elektronik verbunden.Navigation devices are known from the prior art, which include an acceleration sensor for determining the acceleration of the motor vehicle to be navigated. This acceleration sensor is arranged to detect the acceleration data within the motor vehicle. In order to utilize the acceleration data, however, it is necessary to know the exact position of the acceleration sensor in the motor vehicle. Only then can the measured acceleration data be set in relation to the orientation of the motor vehicle. In order to determine the exact installation position of the acceleration sensor in the motor vehicle, it is also known to determine the mounting position during installation of the acceleration sensor. The disadvantage of this, however, is that the installation position during installation is usually not exactly determined and will not be further examined below. Alternatively, other sensors can be used, whose task is to determine the mounting position of the acceleration sensor in the motor vehicle. However, such a solution is complicated and connected to other electronics.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Navigationseinrichtung für Kraftfahrzeuge derart zu verbessern, dass die Einbaulage des Beschleunigungssensors ohne weitere Sensoren bestimmt werden kann und auch überprüfbar ist. Ferner soll ein Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen entsprechend weitergebildet werden.Object of the present invention is to improve a navigation device for motor vehicles such that the mounting position of the acceleration sensor can be determined without further sensors and also verifiable. Furthermore, a method for the navigation of motor vehicles should be further developed accordingly.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Navigationseinrichtung für Kraftfahrzeuge umfassend einen Beschleunigungssensor zur Bestimmung der Beschleunigungsdaten eines Kraftfahrzeuges, wobei der Beschleunigungssensor in dem Kraftfahrzeug in einer Einbaulage angeordnet, insbesondere eingebaut, ist. Erfindungsgemäß ist der Beschleunigungssensor dazu ausgebildet, die Einbaulage zu bestimmen. In anderen Worten ist der Beschleunigungssensor an sich dazu ausgebildet, seine eigene Einbaulage in dem Kraftfahrzeug zu ermitteln. Zur Ermittlung der genauen Einbaulage sind keine weiteren Sensoren notwendig. Die einzigen Daten, die der Beschleunigungssensor zur Ermittlung seiner Einbaulage benötigt, sind die von dem Beschleunigungssensor gemessenen Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeuges sowie einmalig festgelegte Daten über das Koordinatensystem des Beschleunigungssensors. Insbesondere wurde das Koordinatensystem des Beschleunigungssensors einmalig festgelegt. Dies geschieht zumeist vom Hersteller des Beschleunigungssensors. Es werden einmalig eine x-Achse, eine y-Achse und eine z-Achse des Beschleunigungssensors festgelegt, wobei die Beschleunigungsdaten des Beschleunigungssensors in Bezug auf diese Achsen ausgegeben werden können. Dieses dreidimensionale kartesische, insbesondere rechthändige, Koordinatensystem des Beschleunigungssensors wird im Folgenden als Sensorkoordinatensystem bezeichnet. Bei dem Beschleunigungssensor handelt es sich vor allem um einen 3D-Beschleunigungssensor, der die Beschleunigung, vorzugsweise kontinuierlich, auf allen drei Achsen (x, y und z) misst.This object is achieved by a navigation device for motor vehicles comprising an acceleration sensor for determining the acceleration data of a motor vehicle, wherein the acceleration sensor is arranged in the vehicle in an installed position, in particular installed. According to the invention, the acceleration sensor is designed to determine the installation position. In other words, the acceleration sensor itself is designed to determine its own installation position in the motor vehicle. To determine the exact installation position, no further sensors are necessary. The only data required by the acceleration sensor to determine its installation position are the acceleration data of the motor vehicle measured by the acceleration sensor and uniquely determined data via the coordinate system of the acceleration sensor. In particular, the coordinate system of the acceleration sensor has been set once. This is usually done by the manufacturer of the acceleration sensor. Once an x-axis, a y-axis and a z-axis of the acceleration sensor are set, wherein the acceleration data of the acceleration sensor can be output with respect to these axes. This three-dimensional Cartesian, in particular right-handed, coordinate system of the acceleration sensor is referred to below as the sensor coordinate system. The acceleration sensor is above all a 3D acceleration sensor which measures the acceleration, preferably continuously, on all three axes (x, y and z).

Ferner weist das Kraftfahrzeug ein eigenes Koordinatensystem auf, welches im Folgenden als Fahrzeugkoordinatensystem bezeichnet wird. Auch bei diesem handelt es sich um ein dreidimensionales kartesisches, insbesondere rechtshändiges, Koordinatensystem. Dabei wird die x-Achse des Koordinatensystems der gradlinigen Fahrtrichtung des Fahrzeuges zugeordnet, während die z-Achse senkrecht zur Ebene steht, auf die das Fahrzeug angeordnet ist, und nach oben zeigt. Die y-Achse zeigt zur Seite des Kraftfahrzeuges.Furthermore, the motor vehicle has its own coordinate system, which is referred to below as the vehicle coordinate system. This is also a three-dimensional Cartesian, especially right-handed, coordinate system. In this case, the x-axis of the coordinate system is assigned to the straight-line travel direction of the vehicle, while the z-axis is perpendicular to the plane on which the vehicle is arranged, and points upward. The y-axis points to the side of the motor vehicle.

Idealerweise sollten das Sensorkoordinatensystem und das Fahrzeugkoordinatensystem übereinstimmen beziehungsweise sollten entsprechende Achsen der zwei verschiedenen Koordinatensysteme parallel zueinander verlaufen. In der Realität kommt es allerdings in der Regel immer vor, dass das Sensorkoordinatensystem nicht dem Fahrzeugkoordinatensystem entspricht. Insbesondere weicht die Sensor-x-Achse von der x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems unter einem Winkel αx ab. Gleiches gilt für die y-Achse des Sensorkoordinatensystems und die z-Achse, die ebenfalls unter den Winkeln αy und αz von den entsprechenden Achsen des Fahrzeugkoordinatensystems abweichen. Die vorgenannten Winkel werden als Einbauwinkel definiert. In anderen Worten beschreiben die Einbauwinkel, wie das Fahrzeugkoordinatensystem in das Sensorkoordinatensystem oder umgekehrt übergeführt werden kann. Dies geschieht durch eine Rotation, die durch die Einbauwinkel bestimmt ist.Ideally, the sensor coordinate system and the vehicle coordinate system should match, respectively, and corresponding axes of the two different coordinate systems should be parallel to each other. In reality, however, it usually happens that the sensor coordinate system does not correspond to the vehicle coordinate system. In particular, the sensor x-axis deviates from the x-axis of the vehicle coordinate system at an angle α x . The same applies to the y-axis of the sensor coordinate system and the z-axis, which also deviates from the corresponding axes of the vehicle coordinate system at the angles α y and α z . The aforementioned angles are defined as installation angles. In other words, the installation angles describe how the vehicle coordinate system can be converted into the sensor coordinate system or vice versa. This is done by a rotation, which is determined by the installation angle.

Vorteilhafterweise ist die Navigationseinrichtung für Kraftfahrzeuge dazu ausgebildet, die Einbaulage des Beschleunigungssensors zu bestimmen, indem es die Einbauwinkel ermittelt. Das Kraftfahrzeug kann insbesondere vierrädrig oder zweirädrig ausgebildet sein.Advantageously, the navigation device for motor vehicles is designed to determine the mounting position of the acceleration sensor by determining the mounting angle. The motor vehicle can be designed in particular four-wheeled or two-wheeled.

Die Erfindung umfasst ein Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen, wobei ein Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 verwendet wird. Dabei umfasst das Verfahren die Bestimmung der Einbaulage des Beschleunigungssensors zur Ermittlung von Beschleunigungsdaten des Kraftfahrzeuges. Insbesondere erfolgt die Bestimmung der Einbaulage kontinuierlich. Ferner bevorzugt erfolgt die Bestimmung der Einbaulage automatisch und ferner bevorzugt ohne die Verwendung weiterer Sensoren.The invention comprises a method for the navigation of motor vehicles, wherein an acceleration sensor according to claim 1 is used. In this case, the method comprises the determination of the installation position of the acceleration sensor for determining acceleration data of the motor vehicle. In particular, the determination of the installation position is carried out continuously. Further preferably, the determination is made the installation position automatically and further preferably without the use of other sensors.

Zur Ermittlung der Einbauwinkel wird eine Bewegung des Kraftfahrzeuges erkannt. Hierfür werden vom Beschleunigungssensor erkannte beziehungsweise empfangene Beschleunigungsdaten zu einem aktuellen Zeitpunkt mit vorherigen, das heißt zu mindestens einem früheren Zeitpunkt erkannten beziehungsweise empfangenen Beschleunigungsdaten verglichen. Die gebildete Differenz der aktuell empfangenen Beschleunigungsdaten und vorherigen empfangenen Beschleunigungsdaten wird mit einem zuvor festgelegten Schwellwert verglichen. Sobald die Differenz zwischen den zum aktuellen Zeitpunkt empfangenen Beschleunigungsdaten und vorherigen empfangenen Beschleunigungsdaten den festgelegten Schwellwert überschreitet, wird der Zustand „Bewegung“ erkannt. Insbesondere umfasst das Verfahren das, vorzugsweise kontinuierliche, Vergleichen von aktuell empfangenen Beschleunigungsdaten mit vorherigen empfangenen Beschleunigungsdaten. Ferner erfolgt das Vergleichen mit dem zuvor festgelegten Schwellwert vorzugsweise kontinuierlich. Erst bei Überschreiten des Schwellwertes wird dem Zustand des Fahrzeuges ein konkreter Zustand „Bewegung“ zugeordnet bzw. ein zuvor erkannter Zustand des Fahrzeuges geändert. Um Schwingungen zu unterbinden wird dieser Schritt des Verfahrens über eine Hysterese entkoppelt.To determine the installation angle, a movement of the motor vehicle is detected. For this purpose, acceleration data detected or received by the acceleration sensor is compared at a current point in time with previous acceleration data, that is to say at least one earlier time, detected or received. The formed difference of the currently received acceleration data and previous received acceleration data is compared with a predetermined threshold. As soon as the difference between the acceleration data received at the current time and the previous received acceleration data exceeds the specified threshold value, the state "motion" is detected. In particular, the method comprises the, preferably continuous, comparison of currently received acceleration data with previously received acceleration data. Further, the comparison with the predetermined threshold value is preferably made continuously. Only when the threshold value is exceeded is the state of the vehicle assigned to a specific state "movement" or a previously recognized state of the vehicle changed. In order to prevent vibrations, this step of the method is decoupled via a hysteresis.

Bei Unterschreiten des Schwellwertes wird der zuvor erkannte Bewegungszustand beibehalten und kein neuer Bewegungszustand zugeordnet.When falling below the threshold value, the previously detected motion state is retained and no new motion state is assigned.

Ferner bevorzugt umfasst das Verfahren das Erkennen des Zustandes „Keine Bewegung“. Der Zustand „keine Bewegung“ wird von einem Zustand „Bewegung“ mit konstanter Geschwindigkeit unterschieden, indem Delta-Beschleunigungswerte ermittelt. Das heißt, es wird, vorzugsweise kontinuierlich, ein Delta vom aktuellen Beschleunigungswert und dem Beschleunigungswert, der kurz zuvor gemessen wurde (bspw. eine Sekunde zuvor), ermittelt. Dabei wird unter anderem der Effekt ausgenutzt, dass ein stehendes Fahrzeug wesentlich kleinere Deltas liefert als ein mit konstanter Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug. In der Theorie ist in beiden Situationen (Fahrzeug steht, Fahrzeug fährt mit konstanter Geschwindigkeit) die Beschleunigung null. In der Praxis ist ein mit konstanter Geschwindigkeit fahrendes Fahrzeug kontinuierlich verschiedenen Beschleunigungen ausgesetzt, die durch Motorvibrationen, Straßen-Unebenheiten, kleinste Lenkbewegungen etc., die während einer Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit vorhanden sind, auftreten. Das heißt, bei einem real bewegten Fahrzeug ist das „Rauschen“, in anderen Worten die Delta-Beschleunigungswerte, wesentlich höher als bei einem Stehenden, die insbesondere mit einem zuvor festgelegten Schwellwert verglichen werden. Überschreitet das Delta den Schwellwert, wird eine konstante Bewegung erkannt, bei Unterschreiten der Zustand „keine Bewegung“.Further preferably, the method comprises recognizing the state "no movement". The no movement state is distinguished from a constant velocity state of motion by determining delta acceleration values. That is, it is determined, preferably continuously, a delta of the current acceleration value and the acceleration value, which was measured shortly before (for example, one second before), determined. Among other things, the effect is exploited that a stationary vehicle delivers much smaller deltas than a vehicle traveling at a constant speed. In theory, acceleration is zero in both situations (vehicle stationary, vehicle driving at constant speed). In practice, a vehicle traveling at a constant speed is continuously exposed to various accelerations caused by engine vibrations, road bumps, minute steering movements, etc. present during a constant-speed running. That is, in a real-moving vehicle, the "noise", in other words the delta acceleration values, is significantly higher than a standing one, which in particular is compared to a predetermined threshold. If the delta exceeds the threshold value, a constant movement is detected, if it falls below the state "no movement".

Vorteilhafterweise wird der Zustand „Bremsen“ bei einem Übergang eines Zustands „Bewegung“ in den Zustand „keine Bewegung“ erkannt. Sobald der Zustand „Bremsen“ erkannt wird, wird insbesondere ein Bremsvektor bzw. Bremsrichtungsvektor gebildet. Der Bremsvektor wird vor allem aus den empfangenen Beschleunigungsdaten zum Zeitpunkt des Zustands „Bremsen“ und zuvor empfangenen Beschleunigungsdaten gebildet. Die zuvor empfangenen Beschleunigungsdaten gehen zeitlich beispielsweise bis maximal 5 Sekunden, vorzugsweise 3 Sekunden, insbesondere 2 Sekunden, vor dem Erkennen des Zustands „Bremsen“ zurück. Vorteilhafterweise ermittelt das Verfahren den Betrag des Bremsvektors und verwirft den gebildeten Bremsvektor, wenn dieser vom Betrag her zu gering ist. Dafür muss der Betrag eine festgelegte Grenze überschreiten. Dies dient dazu, dass fehlerhaft erkannte Zustände eliminiert werden.Advantageously, the state "braking" is detected in a transition of a state "movement" in the state "no movement". As soon as the state "braking" is detected, in particular a brake vector or braking direction vector is formed. The brake vector is formed mainly from the received acceleration data at the time of the state "braking" and previously received acceleration data. The previously received acceleration data go back in time, for example up to a maximum of 5 seconds, preferably 3 seconds, in particular 2 seconds, before the recognition of the state "braking". Advantageously, the method determines the magnitude of the brake vector and discards the brake vector formed when it is too small in magnitude. For this, the amount must exceed a set limit. This serves to eliminate erroneously detected states.

Der Bremsvektor ist ein sehr relevantes Messergebnis, da er in die negative x-Richtung des Fahrzeuges zeigt. Der Bremsvektor definiert somit die negative x-Richtung des Fahrzeugkoordinatensystems. Aus dem Bremsvektor kann somit die x-Achse des Fahrzeugkoordinatensystems hergeleitet werden.The brake vector is a very relevant measurement result as it points in the negative x-direction of the vehicle. The brake vector thus defines the negative x-direction of the vehicle coordinate system. The x-axis of the vehicle coordinate system can thus be derived from the brake vector.

Ferner bevorzugt bildet das Verfahren beim Erkennen des Zustands „keine Bewegung“ aus den empfangenen Beschleunigungsdaten zum Zeitpunkt des Zustands „keine Bewegung“ einen Gravitationsvektor. Sobald sich das Fahrzeug in dem Zustand „keine Bewegung“ befindet, misst der Beschleunigungssensor lediglich die Erdbeschleunigung, die in die positive z-Richtung des Fahrzeuges zeigt. Der Gravitationsvektor, oder in anderen Worten Gravitationsrichtungsvektor, zeigt somit in die positive z-Richtung des Fahrzeugkoordinatensystems.Further preferably, the method, upon detecting the "no motion" state from the received acceleration data at the time of the "no motion" state, forms a gravitational vector. Once the vehicle is in the "no movement" state, the acceleration sensor measures only the acceleration of gravity pointing in the positive z-direction of the vehicle. The gravitational vector, or in other words gravitational direction vector, thus points in the positive z-direction of the vehicle coordinate system.

Vorzugsweise werden der Bremsvektor und der Gravitationsvektor in zeitlich unmittelbar benachbartem Abstand zueinander gemessen. Dies bedeutet, dass beim Übergang eines Zustands „Bewegung“ in den Zustand „keine Bewegung“ und somit das Erkennen des Zustands „Bremsen“ sowohl der Bremsvektor als direkt im Anschluss auch der Gravitationsvektor gebildet werden.Preferably, the brake vector and the gravitational vector are measured in temporally immediately adjacent distance from one another. This means that when a state "movement" into the state "no movement" and thus the detection of the state "braking", both the brake vector and directly after the gravitational vector are formed.

Die Minimalvoraussetzung für das Wissen um das Fahrzeugkoordinatensystem sind zwei linear unabhängige Vektoren, die durch den Bremsvektor und den Gravitationsvektor bestimmt sind, da sich die y-Achse automatisch aus den anderen beiden Achsen ergibt. Dadurch, dass der Beschleunigungssensor das Wissen über sein eigenes Sensorkoordinatensystem besitzt, kann der Beschleunigungssensor die Einbauwinkel zwischen den bestimmten Achsen des Fahrzeugkoordinatensystems und den ihm bekannten Achsen seines eigenen Koordinatensystems ermitteln. Die Einbauwinkel werden aus den Vektoren der beiden unterschiedlichen Koordinatensysteme mit Hilfe des Skalarproduktes gebildet.The minimum requirement for knowledge about the vehicle coordinate system is two linearly independent vectors, which are determined by the braking vector and the gravitational vector, since the y-axis automatically results from the other two axes. Because the accelerometer has the knowledge of its own Sensor coordinate system has, the acceleration sensor can determine the installation angle between the specific axes of the vehicle coordinate system and the known axes of its own coordinate system. The installation angles are formed from the vectors of the two different coordinate systems by means of the scalar product.

Insbesondere umfasst das Verfahren das Bilden einer Rotationsmatrix aus den Einbauwinkeln, wobei die Rotationsmatrix die Rotation zwischen den beiden unterschiedlichen Koordinatensystemen definiert. Mit Hilfe der Rotationsmatrix können die tatsächlichen Beschleunigungsvektoren des Kraftfahrzeuges in Hinblick auf dessen Koordinatensystem ermittelt werden.In particular, the method includes forming a rotation matrix from the mounting angles, the rotation matrix defining the rotation between the two different coordinate systems. With the aid of the rotation matrix, the actual acceleration vectors of the motor vehicle can be determined with regard to its coordinate system.

Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der Einbaulage kontinuierlich. Insbesondere erfolgt die Ermittlung der Einbaulage immer dann, wenn der Zustand „Bremsen“ erkannt wird und der Bremsvektor vom Betrag her ausreichend ist. Dadurch wird eine ständige Selbstkalibrierung der Einbaulage des Beschleunigungssensors erreicht und somit sichergestellt, dass die ermittelten Beschleunigungsdaten des Fahrzeuges immer möglichst korrekt sind.Preferably, the installation position is determined continuously. In particular, the installation position is always determined when the condition "braking" is detected and the brake vector is sufficient in magnitude. As a result, a constant self-calibration of the installation position of the acceleration sensor is achieved and thus ensures that the determined acceleration data of the vehicle are always as correct as possible.

Die ermittelten Daten zur Einbauwinkelberechnung, nämlich Gravitationsvektor und Bremsvektor, werden in einem Speicher gesammelt und jeder neu berechnete Datensatz mit den bereits im Speicher vorhandenen Datensätzen verglichen. Ist die Abweichung zu den vorher vorhandenen Datensätzen im Speicher zu groß, d.h. es wird eine zuvor festgelegte Grenze überschritten, wird der Datensatz als ungültig markiert und somit verworfen. Ist die Abweichung zu den vorhandenen gültigen Datensätzen im Speicher gering d.h. die festgelegte Grenze wird unterschritten, dann wird der Datensatz als gültig markiert und verwendet. Über den Speicher wird ein statistisch bester Datensatz über alle gültigen Winkel gebildet. Dazu wird bevorzugterweise ein mathematisches Verfahren wie Mittelwert, Median, Modus und/oder ähnliches angewendet. Mit den Werten dieses ermittelten besten Datensatzes werden die Rotationswinkel bestimmt. Diese Rotationswinkel beschreiben die genaue Einbaulage des Beschleunigungssensors.The determined data for the installation angle calculation, namely the gravitational vector and the brake vector, are collected in a memory and each newly calculated data set is compared with the data records already present in the memory. If the deviation from the previously existing data sets in the memory is too large, i. If a previously defined limit is exceeded, the data record is marked as invalid and thus discarded. If the deviation from the existing valid data records in the memory is low, i. the specified limit is exceeded, then the record is marked as valid and used. The memory is a statistically best record over all valid angles formed. For this purpose, preferably a mathematical method such as mean, median, mode and / or the like is applied. With the values of this determined best data set, the rotation angles are determined. These rotation angles describe the exact installation position of the acceleration sensor.

Insbesondere umfasst das Verfahren ebenfalls die Verwendung von GPS-Daten zur Bestimmung der Einbaulage des Beschleunigungssensors. Die Verwendung von GPS-Daten ist insbesondere vorteilhaft, sobald Zweiräder, vorwiegend Motorräder, als Kraftfahrzeug eingesetzt werden. Zweiräder zeichnen sich dadurch aus, dass diese nach dem Bremsen bis zum Stillstand aufgrund ihrer Seitenneigung nicht immer gerade und ruhig sind, sodass ein Stillstand schwierig lediglich basierend auf den vom Beschleunigungssensor gemessenen Daten werden kann. Um diesen Effekt auszugleichen, wird mit Hilfe eines GPS-Signals eine Beschleunigung oder ein Bremsen aus einer zuvor ruhigen Fahrt heraus erkannt. Voraussetzung ist demnach eine ruhige Fahrt zuvor. Das heißt, das Verfahren umfasst die konstante Auslesung von GPS-Daten. Erst wenn folgende Bedingungen erfüllt sind, wird die Einbaulage erkannt:

  • • Das Fahrzeug fährt geradeaus, das heißt das GPS-Heading (GPS-Richtung) ist konstant.
  • • Das Fahrzeug fährt keine Steigung, das heißt die GPS-Altitude (GPS-Höhe) ist konstant.
  • • Das Fahrzeug fährt mit konstanter Geschwindigkeit, das heißt die GPS-Groundspeed (GPS-Geschwindigkeit über Grund, beispielsweise über Meeresniveau) ist konstant.
In particular, the method also includes the use of GPS data for determining the mounting position of the acceleration sensor. The use of GPS data is particularly advantageous when two-wheelers, mainly motorcycles are used as a motor vehicle. Two-wheelers are characterized by the fact that they are not always straight and quiet after braking to a standstill due to their lateral inclination, so that a standstill can be difficult only based on the measured data from the accelerometer. To compensate for this effect, a GPS signal is used to detect acceleration or braking from a previously quiet ride. Prerequisite is therefore a quiet ride before. That is, the method involves the constant reading of GPS data. Only when the following conditions are met, the installation position is detected:
  • • The vehicle is driving straight ahead, ie the GPS heading (GPS direction) is constant.
  • • The vehicle does not drive uphill, ie the GPS altitude (GPS altitude) is constant.
  • • The vehicle is traveling at a constant speed, ie the GPS groundspeed (GPS speed over ground, eg above sea level) is constant.

Sobald der zuvor beschriebene Zustand des Fahrzeuges erreicht ist, fährt dieses mit konstanter Geschwindigkeit, sodass keine Beschleunigung auftritt. Auch in diesem Fall wird nur die Erdbeschleunigung vom Beschleunigungssensor gemessen, sodass aus diesen Daten der Gravitationsvektor bestimmt werden kann.As soon as the previously described state of the vehicle is reached, it drives at a constant speed, so that no acceleration occurs. Also in this case, only the gravitational acceleration is measured by the acceleration sensor, so that the gravitational vector can be determined from these data.

Wird aus dem oben beschriebenen Zustand heraus eine signifikante GPS-Geschwindigkeitsänderung erkannt, so wurde das Fahrzeug aus einer ruhigen Fahrt heraus beschleunigt beziehungsweise abgebremst. Der Beschleunigungsvektor bzw. Bremsvektor über diese Zustandsänderung wird entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren wieder dazu genutzt, die Einbaulage zu bestimmen. Dabei kann aufgrund der GPS-Daten auch der positive Beschleunigungsvektor, das heißt der Beschleunigungsvektor, der in die positive x-Richtung des Fahrzeuges zeigt, benutzt werden. Eine fehlerhafte Interpretation der positiven Beschleunigung ist durch die GPS-Information ausgeschlossen.If a significant change in GPS speed is detected from the condition described above, the vehicle has been accelerated or decelerated from a smooth ride. The acceleration vector or braking vector via this state change is again used according to the method described above to determine the installation position. In this case, based on the GPS data and the positive acceleration vector, that is, the acceleration vector, which points in the positive x-direction of the vehicle can be used. An erroneous interpretation of the positive acceleration is excluded by the GPS information.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen in rein schematischer Darstellung

  • 1: ein Sensor mit Sensorkoordinatensystem und ein Kraftfahrzeug mit Fahrzeugkoordinatensystem;
  • 2: ein Zustandsdiagramm von Bewegungszuständen des Kraftfahrzeuges; und
  • 3: den zeitlichen Ablauf verschiedener Variablen bei Zustandsänderungen des Kraftfahrzeuges.
The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. It show in a purely schematic representation
  • 1 a sensor with sensor coordinate system and a motor vehicle with vehicle coordinate system;
  • 2 a state diagram of states of motion of the motor vehicle; and
  • 3 : the timing of various variables in state changes of the motor vehicle.

1 zeigt in der linken Bildhälfte einen Beschleunigungssensor (10), bezüglich dessen ein Sensorkoordinatensystem (12) definiert ist. Das Sensorkoordinatensystem (12) umfasst eine x-Achse (12a), eine y-Achse (12b) und eine z-Achse (12c). In der rechten Bildhälfte der 1 ist ein Kraftfahrzeug (11) mit einem Fahrzeugkoordinatensystem (13) dargestellt. Auch das Fahrzeugkoordinatensystem (13) umfasst eine x-Achse (13a), eine y-Achse (13b) und eine z-Achse (13c). 1 shows in the left half of an acceleration sensor ( 10 ) with respect to which a sensor coordinate system ( 12 ) is defined. The sensor coordinate system ( 12 ) comprises an x-axis ( 12a ), a y-axis ( 12b ) and a z-axis ( 12c ). In the right half of the picture 1 is a motor vehicle ( 11 ) with a vehicle coordinate system ( 13 ). Also the vehicle coordinate system ( 13 ) comprises an x-axis ( 13a ), a y-axis ( 13b ) and a z-axis ( 13c ).

Der Beschleunigungssensor (10) wird in dem Kraftfahrzeug (11) angeordnet. Typischerweise stimmen nach Einbau des Beschleunigungssensors (10) dessen Koordinatenachsen (12a, 12b, 12c) nicht mit den Achsen (13a, 13b, 13c) des Fahrzeugkoordinatensystems (13) überein, sondern die entsprechenden Achsenpaare (12a und 13a, 12b und 13b, 12c und 13c) stehen unter einem Winkel zueinander. Der Winkel zwischen der x-Achse (12a) des Sensorkoordinatensystems (12) zu der x-Achse (13a) des Fahrzeugkoordinatensystems (13) wird als Winkel αx bezeichnet. Entsprechend bilden die Winkel αy und αz die Winkel zwischen den y-Achsen beziehungsweise z-Achsen der unterschiedlichen Koordinatensysteme. Diese Winkel werden als Einbauwinkel bezeichnet. Damit die vom Beschleunigungssensor (10) gemessenen Beschleunigungsdaten in Hinblick auf das Kraftfahrzeug (11) verwertet werden können, müssen diese in Bezug auf das Fahrzeugkoordinatensystem (13) ausgewertet werden. Dazu ist es notwendig, die Einbauwinkel zu bestimmen, sodass die gemessenen Beschleunigungsdaten in das Fahrzeugkoordinatensystem (13) mithilfe einer aus den Einbauwinkeln gebildeten Rotationsmatrix umgerechnet werden können.The acceleration sensor ( 10 ) is in the motor vehicle ( 11 ) arranged. Typically, after installation of the acceleration sensor ( 10 ) whose coordinate axes ( 12a . 12b . 12c ) not with the axes ( 13a . 13b . 13c ) of the vehicle coordinate system ( 13 ), but the corresponding axis pairs ( 12a and 13a . 12b and 13b . 12c and 13c ) are at an angle to each other. The angle between the x-axis ( 12a ) of the sensor coordinate system ( 12 ) to the x-axis ( 13a ) of the vehicle coordinate system ( 13 ) is referred to as angle α x . Correspondingly, the angles α y and α z form the angles between the y-axes and z-axes of the different coordinate systems. These angles are called installation angles. In order for the accelerometer ( 10 ) measured acceleration data with respect to the motor vehicle ( 11 ) can be used in relation to the vehicle coordinate system ( 13 ) be evaluated. For this purpose, it is necessary to determine the mounting angles so that the measured acceleration data are stored in the vehicle coordinate system ( 13 ) can be converted by means of a rotation matrix formed from the installation angles.

In 2 sind verschiedene Bewegungszustände (14) des Kraftfahrzeuges (11) gezeigt. Im oberen Bildteil ist der Zustand „keine Bewegung“ (16) dargestellt, während im unteren Bildteil der Zustand „Bewegung“ (15) dargestellt ist. Sobald auf den Zustand „Bewegung“ (15) der Zustand „keine Bewegung“ (16) erkannt wurde, wird der Zustand „Bremsen“ (17) erkannt.In 2 are different states of motion ( 14 ) of the motor vehicle ( 11 ). In the upper part of the picture is the state "no movement" ( 16 ), while in the lower part of the picture the state "movement" ( 15 ) is shown. Once to the state "movement" ( 15 ) the state "no movement" ( 16 ), the condition "braking" ( 17 ) detected.

Im Gegensatz dazu wird der Zustand „gerade gestartet“ (18) erkannt, sobald der Bewegungszustand (14) von dem Zustand „keine Bewegung“ (16) zum Zustand „Bewegung“ (15) wechselt. Jedes Mal, wenn der Beschleunigungssensor (10) den Zustand „Bremsen“ (17) erkennt, ermittelt dieser den Gravitationsvektor sowie den Bremsvektor und kann aus diesen beiden linear unabhängigen Vektoren das Fahrzeugkoordinatensystem (13) ermitteln und somit die Einbauwinkel bestimmen.In contrast, the state "just started" ( 18 ) is detected as soon as the movement state ( 14 ) from the state "no movement" ( 16 ) to the state "movement" ( 15 ) changes. Every time the accelerometer ( 10 ) the state "braking" ( 17 ) detects this, determines the gravitational vector and the brake vector and can from these two linearly independent vectors the vehicle coordinate system ( 13 ) and thus determine the installation angle.

In 3 ist der zeitliche Ablauf verschiedener Variablen bei einem Wechsel von Bewegungszuständen (14) des Kraftfahrzeuges (11) dargestellt. Dabei stellt 3 in vier Graphen verschiedene Variablen über die Zeit (19) dar, die in zeitlicher Relation zueinander stehen.In 3 is the time sequence of different variables during a change of movement states ( 14 ) of the motor vehicle ( 11 ). It puts 3 in four graphs different variables over time ( 19 ), which are in temporal relation to each other.

Im zweiten Graphen von oben wird die tatsächliche Bewegung (20) des Kraftfahrzeuges (11) dargestellt. Im dritten Graphen von oben wird die Geschwindigkeit (21) und im untersten Graphen die Beschleunigung (22) gezeigt. Der unterste Graph zeigt somit vereinfacht die Daten, die der Beschleunigungssensor (10) auf Basis der tatsächlichen Bewegung (20) misst. Im ersten Graphen von oben sind die vom Beschleunigungssensor (10) ermittelten Bewegungszustände (14) gezeigt.In the second graph from above, the actual movement ( 20 ) of the motor vehicle ( 11 ). In the third graph from above, the velocity ( 21 ) and in the lowest graph the acceleration ( 22 ). The bottom graph thus simplifies the data that the accelerometer ( 10 ) based on the actual movement ( 20 ) measures. In the first graph from above are those of the accelerometer ( 10 ) determined movement states ( 14 ).

Wie dem zweiten Graphen von oben zu entnehmen ist, bewegt sich das Kraftfahrzeug (11) anfangs nicht. Das bedeutet, dass die Geschwindigkeit (21) und die Beschleunigung (22) null sind. Der Beschleunigungssensor misst daher lediglich ein Rauschen, sodass er der Bewegung den Zustand „keine Bewegung“ (16) zuweist. Genau genommen misst der Beschleunigungssensor (10) in einem solchen Fall lediglich die konstante Erdbeschleunigung aufgrund der Gravitation.As can be seen from the second graph from above, the motor vehicle moves ( 11 ) not at first. That means the speed ( 21 ) and the acceleration ( 22 ) are zero. Therefore, the accelerometer measures only noise, giving the movement the "no motion" state ( 16 ) assigns. Strictly speaking, the accelerometer measures ( 10 ) in such a case only the constant gravitational acceleration due to gravity.

Dann fängt das Kraftfahrzeug (11) an sich zu bewegen. Dies bedeutet, dass die Geschwindigkeit (21) zunimmt. Das Kraftfahrzeug (11) wird schneller innerhalb einer Beschleunigungszeit (26). Dies ist auch in dem untersten Graphen gezeigt, in dem die Beschleunigung (22) zunächst zunimmt und dann circa konstant bleibt. Nach einer Verzögerungszeit (24) hinsichtlich des Startens des Kraftfahrzeuges (11) wird der Bewegung des Kraftfahrzeuges (11) der Zustand „gerade gestartet“ (18) zugewiesen. Anschließend wird der Zustand „Bewegung“ (15) zugewiesen.Then the motor vehicle catches ( 11 ) to move to. This means that the speed ( 21 ) increases. The car ( 11 ) becomes faster within an acceleration time ( 26 ). This is also shown in the lowest graph, in which the acceleration ( 22 ) initially increases and then remains approximately constant. After a delay time ( 24 ) with regard to starting the motor vehicle ( 11 ) is the movement of the motor vehicle ( 11 ) the state "just started" ( 18 ). Then the state "movement" ( 15 ).

Während sich das Kraftfahrzeug (11) anschließend mit konstanter Geschwindigkeit (21) bewegt, ermittelt der Beschleunigungssensor (11) keine Beschleunigung (22) (außer der konstanten Erdbeschleunigung). Da jedoch die Bewegungserkennung aufgrund der größeren Rausch-Werte kontinuierlich ein delta-Wert (aktueller Beschleunigungswert - vorheriger Beschleunigungswert) feststellt, der über dem Schwellwert zur Stillstands-Erkennung liegt, kann ein Stillstand ausgeschlossen werden, sodass sich das Kraftfahrzeug (11) mit konstanter Geschwindigkeit (21) bewegen muss. Es wird daher der Zustand „Bewegung“ (15) beibehalten.While the motor vehicle ( 11 ) then at constant speed ( 21 ), the acceleration sensor ( 11 ) no acceleration ( 22 ) (except the constant gravitational acceleration). However, since the motion detection continuously detects a delta value (current acceleration value-previous acceleration value) that is above the threshold value for standstill detection due to the larger noise values, a standstill can be excluded so that the motor vehicle ( 11 ) at a constant speed ( 21 ) has to move. It therefore becomes the state "motion" ( 15 ).

Innerhalb einer Bremszeit (27) wird die Geschwindigkeit (21) reduziert, bis es zu einem Stillstand kommt. Innerhalb der Bremszeit (27) detektiert der Beschleunigungssensor (11) eine negative Beschleunigung (22). Im Anschluss misst der Beschleunigungssensor (11) keine Beschleunigung (22) (außer der konstanten Erdbeschleunigung). Der Beschleunigungssensor ermittelt nach einer Verzögerungszeit (25) den Zustand „Bremsen“ (17). Im Anschluss weist der Beschleunigungssensor (10) der Bewegung des Kraftfahrzeuges (11) den Zustand „keine Bewegung“ (16) zu.Within a braking time ( 27 ) the speed ( 21 ) until it comes to a standstill. Within the braking time ( 27 ) the acceleration sensor detects ( 11 ) a negative acceleration ( 22 ). Afterwards the accelerometer measures ( 11 ) no acceleration ( 22 ) (except the constant gravitational acceleration). The acceleration sensor determines after a delay time ( 25 ) the state "braking" ( 17 ). Afterwards, the acceleration sensor ( 10 ) of the movement of the motor vehicle ( 11 ) the state "no movement" ( 16 ) too.

Bei jedem Übergang von einem Zustand „Bewegung“ (15) zum Zustand „keine Bewegung“ (16), das heißt dem Erkennen des Zustands „Bremsen“ (17), wird sowohl der Gravitationsvektor, der auf Daten des Zustands „keine Bewegung“ basiert, als auch der Bremsvektor, der aus den gemessenen Beschleunigungsdaten während des Zustands „Bremsen“ (17) und einer Zeitspanne zuvor ermittelt wird, gebildet. Durch die Zeitverzögerung (25) hinsichtlich des Bremsens umfasst die Zeitspanne vor dem Erkennen des Zustands „Bremsen“ (17) den tatsächlichen Bremsvorgang.At each transition from a state "motion" ( 15 ) to the state "no movement" ( 16 ), that is, the recognition of the state "braking" ( 17 ), both the gravitational vector, which is based on data of the state "no movement", and the brake vector, which is derived from the measured acceleration data during the state "braking" ( 17 ) and a period of time previously determined formed. Due to the time delay ( 25 ) with regard to braking, the period of time before the detection of the state "braking" ( 17 ) the actual braking process.

Claims (9)

Navigationseinrichtung für Kraftfahrzeuge, wobei die Navigationseinrichtung einen Beschleunigungssensor (10) zur Bestimmung der Beschleunigungsdaten eines Kraftfahrzeuges (11) umfasst, wobei der Beschleunigungssensor in dem Kraftfahrzeug (11) in einer Einbaulage angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleunigungssensor (10) dazu ausgebildet ist, die Einbaulage zu bestimmen.Navigation device for motor vehicles, wherein the navigation device comprises an acceleration sensor (10) for determining the acceleration data of a motor vehicle (11), wherein the acceleration sensor in the motor vehicle (11) is arranged in an installed position, characterized in that the acceleration sensor (10) is designed to determine the installation position. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen, wobei ein Beschleunigungssensor (10) nach Anspruch 1 verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Bestimmung der Einbaulage des Beschleunigungssensors (10) umfasst.Method for navigating motor vehicles, wherein an acceleration sensor (10) according to Claim 1 is used, characterized in that the method comprises the determination of the mounting position of the acceleration sensor (10). Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einbaulage des Beschleunigungssensors (10) durch Einbauwinkel (αx, αy,αz) definiert ist, wobei die Bestimmung der Einbaulage des Beschleunigungssensors (10) die Ermittlung der Einbauwinkel (αx, αy,αz)umfasst.Method for navigating motor vehicles Claim 2 , characterized in that the installation position of the acceleration sensor (10) by installation angle (α x , α y , α z ) is defined, wherein the determination of the mounting position of the acceleration sensor (10), the determination of the installation angle (α x , α y , α z ) includes. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Einbauwinkel (αx, αy, αz) eine Bewegung des Kraftfahrzeuges (11) erkannt wird, wobei vom Beschleunigungssensor (10) empfangene Beschleunigungsdaten zu einem aktuellen Zeitpunkt mit vorherigen empfangenen Beschleunigungsdaten verglichen werden, und wobei der Zustand „Bewegung“ (15) erkannt wird, wenn die Differenz zwischen den zum aktuellen Zeitpunkt empfangenen Beschleunigungsdaten mit vorherigen empfangenen Beschleunigungsdaten einen festgelegten Schwellwert überschreitet.Method of navigating motor vehicles according to one of Claims 2 or 3 , characterized in that for detecting the installation angle (α x , α y , α z ) movement of the motor vehicle (11) is detected, wherein the acceleration sensor (10) received acceleration data are compared at a current time with previous received acceleration data, and wherein the state "movement" (15) is detected when the difference between the acceleration data received at the present time and previous received acceleration data exceeds a predetermined threshold. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Erkennen des Zustands „Keine Bewegung“ umfasst.Method of navigating motor vehicles according to one of Claims 2 to 4 , characterized in that the method comprises detecting the status "no movement". Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Übergang eines Zustands „Bewegung“ (15) in den Zustand „Keine Bewegung“ (16) der Zustand „Bremsen“ (17) erkannt wird.Method for the navigation of motor vehicles according to Claims 4 and 5, characterized in that the state "braking" (17) is detected when a state "movement" (15) into the state "no movement" (16) is transferred. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen des Zustands „Bremsen“ (17) ein Bremsvektor gebildet wird.Method for navigating motor vehicles Claim 6 , characterized in that upon detection of the state "braking" (17), a braking vector is formed. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen des Zustands „Keine Bewegung“ (16) aus den empfangenen Beschleunigungsdaten zum Zeitpunkt des Zustands „Keine Bewegung“ (16) ein Gravitationsvektor gebildet wird.Method of navigating motor vehicles according to one of Claims 5 to 7 characterized in that upon detecting the "no movement" state (16) from the received acceleration data at the time of the "no movement" state (16), a gravitational vector is formed. Verfahren zur Navigation von Kraftfahrzeugen nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der Einbaulage kontinuierlich erfolgt.Method of navigating motor vehicles according to one of Claims 2 to 8th , characterized in that the determination of the installation position takes place continuously.
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