DE102022214322A1 - Redundant IMU detection of position and orientation for actuator systems in the vehicle interior using filter algorithms on IMU data - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum robusten Ermitteln der Raumlage eines Fahrzeuginnenraum-Elements (4, 5, 6, 7), das von einem elektrischen Verstell-Motor verstellbar ist, umfassend die Schritte:- motorbezogenes Ermitteln eines ersten Werts einer vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) relativ zum Fahrzeuginnenraum basierend auf einer antriebsinternen Sensorik des Verstell-Motors (S2);- redundantes motorunabhängiges Ermitteln mindestens eines zweiten Werts derselben Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) basierend auf Messdaten mindestens eines externen Referenzsensors (IMU1-IMU4), der im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Verstell-Motor angeordnet ist (S3);- Vergleichen des motorbezogen ermittelten ersten Werts mit dem motorunabhängig ermittelten mindestens einen zweiten Wert und Ermitteln einer Abweichung dazwischen (S4);- Plausibilisierung und/oder Korrektur des ersten Werts und/oder seines motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus abhängig von der ermittelten Abweichung (S5), bevor er anschließend für vorbestimmte Ansteuerungsvorgänge im Fahrzeuginnenraum weiterverwendet wird (S6).The invention relates to a method for robustly determining the spatial position of a vehicle interior element (4, 5, 6, 7) that is adjustable by an electric adjustment motor, comprising the steps: - motor-related determination of a first value of a predetermined position and/or orientation specification of the element (4, 5, 6, 7) relative to the vehicle interior based on a drive-internal sensor system of the adjustment motor (S2); - redundant motor-independent determination of at least one second value of the same position and/or orientation specification of the element (4, 5, 6, 7) based on measurement data from at least one external reference sensor (IMU1-IMU4) that is arranged in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the adjustment motor (S3); - comparing the motor-related determined first value with the motor-independently determined at least one second value and determining a deviation therebetween (S4); - plausibility check and/or correction of the first value and/or its engine-related determination algorithm depending on the determined deviation (S5), before it is subsequently used for predetermined control processes in the vehicle interior (S6).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum robusten Ermitteln der Raumlage eines Fahrzeuginnenraum-Elements, das von einem elektrischen Verstell-Motor verstellbar ist, wie beispielsweise eines verstellbaren Fahrzeugsitzes oder seiner einzeln verstellbaren Bestandteile oder einer verstellbaren Lenksäule. Das jeweilige verstellbare Element und der zugehörige Motor (Aktor) werden hierin auch zusammenfassend als ein Aktorsystem bezeichnet. Die Erfindung richtet sich auch auf eine entsprechend eingerichtete Steuereinheit sowie ein entsprechendes Computerprogramm, maschinenlesbares Speichermedium, System sowie ein damit ausgestattetes Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for robustly determining the spatial position of a vehicle interior element that is adjustable by an electric adjustment motor, such as an adjustable vehicle seat or its individually adjustable components or an adjustable steering column. The respective adjustable element and the associated motor (actuator) are also referred to collectively herein as an actuator system. The invention is also directed to a correspondingly configured control unit and a corresponding computer program, machine-readable storage medium, system and a vehicle equipped therewith, in particular a motor vehicle.

Technischer HintergrundTechnical background

Im Automobilbereich steigt in den letzten Jahren der Grad der Automatisierung der Fahrfunktion, aber auch von verschiedenen weiteren Hilfsfunktionen für den Fahrer und andere Insassen, wie beispielsweise im Bereich der Sitz- oder Lenksäulenverstellung im Innenraum.In the automotive sector, the degree of automation of driving functions has increased in recent years, as have various other auxiliary functions for the driver and other passengers, such as seat or steering column adjustment in the interior.

Wegen der dadurch immer steigenden Anforderungen an die Automatisierung und das dadurch geänderte Nutzungsverhalten des Fahrzeugs und der Fahrzeugnutzer ergeben sich neue Use Cases, um einerseits mit neuen Sicherheitsfunktionen CrashSzenarien im autonomen Fahrmodus zu beherrschen (beispielsweise im Hinblick auf die Sitzverstellung) und andererseits den Komfort für die Insassen zu erhöhen (beispielsweise im Hinblick auf die Lenksäulenverstellung). Dadurch sind in zukünftigen Fahrzeugen eine Vielzahl von an sich schon lange bekannten Teilfunktionen im Fahrzeug mit einem hohen ASIL-Wert (Automotive Safety Integrity Level) belegt. Auch Aktoren im Fahrzeug, die sich bisher als simple Komponenten weitgehend isoliert betrachten ließen, müssen durch die immer wichtigeren Wechselwirkungen mit dem Gesamtsystem des Fahrzeugs und dem steigenden Automatisierungsgrad nunmehr als Teilsystem dieses Gesamtsystems verstanden und betrachtet werden. Das zugehörige (Teil-)Systemverhalten kann durch physikalische (bzw. analytische) oder datenbasierte (bzw. numerische oder parametrische) Modelle approximiert werden. Viele Aktorsysteme verwenden eine Rotorlagesensorik, die beispielsweise für die Regelung des Aktors oder als Diagnoseinformationsquelle genutzt wird.Due to the ever-increasing demands on automation and the resulting changes in the usage behavior of the vehicle and the vehicle users, new use cases are emerging in order to use new safety functions to handle crash scenarios in autonomous driving mode (for example with regard to seat adjustment) and to increase comfort for the occupants (for example with regard to steering column adjustment). As a result, in future vehicles, a large number of sub-functions in the vehicle that have long been known will have a high ASIL (Automotive Safety Integrity Level) value. Even actuators in the vehicle, which could previously be viewed largely in isolation as simple components, must now be understood and viewed as subsystems of this overall system due to the increasingly important interactions with the overall vehicle system and the increasing degree of automation. The associated (sub-)system behavior can be approximated by physical (or analytical) or data-based (or numerical or parametric) models. Many actuator systems use rotor position sensors, which are used, for example, to control the actuator or as a source of diagnostic information.

Andererseits offenbart WO 2014/197312 A1 insbesondere für den Anwendungsfall, dass ein Nutzfahrzeug in eine Crash-Situation gerät, ein Verfahren zum Steuern eines aktiven Aufhängungssystems eines Fahrzeugsitzes, das einen Aktuator und ein zugehöriges Ansteuerungssystem umfasst, das auf Sensorsignale eines Sensorsystems reagiert. Das verwendete Sensorsystem ist vor allem zum Detektieren von Fahrzeug- und Sitzbeschleunigungen ausgelegt, die bei einem Crash auftreten können. Um beispielsweise ein Überschlagen des Fahrzeugs zu erkennen, schlägt die Druckschrift vor, einen Inertialsensor, insbesondere eine inertiale Messeinheit mit einem Beschleunigungssensor am Fahrzeugsitz zu montieren. Alternativ wird zum Detektieren einer solchen Fahrzeugumdrehung auch die Verwendung eines Gyroskops erwähnt. Da ein Inertialsensor bei einem Crashfall auch ausfallen kann, wird für diesen Fall die Verwendung eines Nicht-Inertialsensors am Fahrzeugsitz vorgeschlagen, der beispielsweise am Stator oder am Gehäuse des Verstell-Motors des Sitzes befestigt sein kann. Das Ansteuerungssystem ist dazu eingerichtet, in diesem Fall den Inertialsensor zu ignorieren und allein die Sensorsignale des Nicht-Inertialsensors zu verwenden, um den Sitz beispielsweise zur Minderung der Unfallfolgen für den Fahrer bei Frontalaufprall nach oben oder beim Überschlagen umgekehrt nach unten im Fahrzeug zu bewegen.On the other hand, WO 2014/197312 A1 particularly for the application in which a commercial vehicle gets into a crash situation, a method for controlling an active suspension system of a vehicle seat, which comprises an actuator and an associated control system that reacts to sensor signals from a sensor system. The sensor system used is designed primarily to detect vehicle and seat accelerations that can occur in a crash. In order to detect, for example, a rollover of the vehicle, the publication proposes mounting an inertial sensor, in particular an inertial measuring unit with an acceleration sensor, on the vehicle seat. Alternatively, the use of a gyroscope is also mentioned for detecting such a vehicle rotation. Since an inertial sensor can also fail in the event of a crash, the use of a non-inertial sensor on the vehicle seat is proposed in this case, which can be attached, for example, to the stator or to the housing of the seat adjustment motor. In this case, the control system is designed to ignore the inertial sensor and to use only the sensor signals from the non-inertial sensor to move the seat upwards in the vehicle, for example to reduce the consequences of an accident for the driver in the event of a frontal impact, or conversely downwards in the event of a rollover.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß sind ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zum robusten Ermitteln der Raumlage eines durch einen elektrischen Motor verstellbaren Elements eines Fahrzeuginnenraums sowie eine zur Ausführung dieses Verfahrens eingerichtete Steuereinheit, ein entsprechendes Computerprogramm, maschinenlesbares Speichermedium, motorbasiertes Verstell- und Sensor-System und ein damit ausgestattetes Fahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für das Verfahren genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf die Steuereinheit, das Computerprogramm, das Speichermedium, das System und das Fahrzeug, wie auch jeweils umgekehrt.According to the invention, a method according to claim 1 for robustly determining the spatial position of an element of a vehicle interior that can be adjusted by an electric motor, as well as a control unit set up to carry out this method, a corresponding computer program, machine-readable storage medium, motor-based adjustment and sensor system and a vehicle equipped therewith are provided according to the independent claims. Further embodiments are specified in the dependent claims. All further features and effects mentioned in the claims and the description for the method also apply in relation to the control unit, the computer program, the storage medium, the system and the vehicle, and vice versa.

Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum robusten Ermitteln der Raumlage eines Fahrzeuginnenraum-Elements, das von einem elektrischen Verstell-Motor verstellbar (d. h. durch eine aktive Motoransteuerung kontrolliert bewegbar) ist, vorgesehen. Beim Fahrzeug kann es sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen PKW, alternativ jedoch auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.According to a first aspect, a method is provided for robustly determining the spatial position of a vehicle interior element that is adjustable by an electric adjustment motor (i.e. can be moved in a controlled manner by an active motor control). The vehicle can be a motor vehicle, for example a car, but alternatively also any other land, air or water vehicle.

Beim hierin vorgestellten Verfahren wird zum robusten Ermitteln der Raumlage des genannten verstellbaren Elements zum einen ein erster Wert seiner benötigten/vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe relativ zum Fahrzeuginnenraum basierend auf einer antriebsinternen Sensorik des Verstell-Motors, d. h. motorbezogen, ermittelt. Am Beispiel eines verstellbaren Fahrzeugsitzes oder einer verstellbaren Lenksäule kann es sich bei dieser Angabe beispielsweise um eine ein- bis dreidimensionale Angabe zur räumlichen Position eines vorgegebenen zentralen Punkts und eine ein- bis dreidimensionale Angabe zur räumlichen Orientierung (Winkelangabe) einer vorgegebenen zentralen Achse dieses Elements handeln, sodass der jeweilige Wert als ein ein- bis sechsdimensionaler Vektor in Bezug auf das übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem ermittelt wird. Je nach Befestigungsart und der Verstellmöglichkeiten des Elements bezüglich des Fahrzeugs kann in jedem konkreten Anwendungsfall auch eine höhere oder, umgekehrt, reduzierte Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden ermittelt werden müssen, wie weiter unten am Beispiel eines Fahrzeugsitzes in 3 erläutert.In the method presented here, in order to robustly determine the spatial position of the adjustable element mentioned, a first value of its required/predetermined position and/or the orientation information relative to the vehicle interior is determined based on an internal sensor system of the adjustment motor, i.e. motor-related. Using the example of an adjustable vehicle seat or an adjustable steering column, this information can be, for example, a one- to three-dimensional indication of the spatial position of a given central point and a one- to three-dimensional indication of the spatial orientation (angle indication) of a given central axis of this element, so that the respective value is determined as a one- to six-dimensional vector in relation to the usual vehicle-fixed Cartesian coordinate system. Depending on the type of attachment and the adjustment options of the element in relation to the vehicle, a higher or, conversely, reduced number of degrees of freedom of movement may have to be determined in each specific application, as shown below using the example of a vehicle seat in 3 explained.

Zusätzlich wird mindestens ein redundanter zweiter Wert derselben Positions- und/oder Orientierungs-Angabe desselben Elements basierend auf Messdaten mindestens eines externen Referenzsensors ermittelt, der im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Verstell-Motor (beispielsweise außerhalb des Verstell-Motors am/im Element oder sogar räumlich getrennt vom Element) angeordnet ist. Es handelt sich somit um eine motorunabhängige Ermittlung.In addition, at least one redundant second value of the same position and/or orientation information of the same element is determined based on measurement data from at least one external reference sensor that is arranged in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the adjustment motor (for example, outside the adjustment motor on/in the element or even spatially separated from the element). This is therefore a motor-independent determination.

Der erste Wert und der mindestens eine zweite Wert werden nun abgeglichen, bevor der erste Wert für vorbestimmte Ansteuerungsvorgänge im Fahrzeuginnenraum weiterverwendet wird, für die er benötigt wird. Dieser Abgleich umfasst ein Vergleichen des motorbezogen ermittelten ersten Werts mit dem motorunabhängig ermittelten mindestens einen zweiten Wert und das Ermitteln einer etwaigen Abweichung dazwischen. Dadurch kann der erste Wert auf seine Integrität überprüft bzw. plausibilisiert und bei einer nicht vernachlässigbaren Abweichung auch korrigiert werden. Das gleiche gilt auch für den Algorithmus, der zum Ermitteln des ersten Werts verwendet wird.The first value and the at least one second value are then compared before the first value is used for predetermined control processes in the vehicle interior for which it is required. This comparison includes comparing the first value determined in relation to the engine with the at least one second value determined independently of the engine and determining any deviation between them. This allows the first value to be checked for its integrity or plausibility and, if there is a non-negligible deviation, also corrected. The same applies to the algorithm used to determine the first value.

Das hierin vorgestellte Verfahren kann unter anderem einer Sicherstellung/Erfüllung von immer strengeren Safety- und Komfortanforderungen bezogen auf die Positionierung von Aktoren im Fahrzeuginnenraum durch elektrische Antriebe dienen. Gerade hinsichtlich des steigenden Grads der Automatisierung der Fahrfunktion aber auch von Hilfsfunktionen kann sich ein Bedarf nach einer Absicherung von antriebsintern erfassten Relativpositionen im Vergleich zu einer Absolutposition ergeben. Die erweiterte Betrachtung von der Komponente hin zum System bedingt die Beschäftigung mit der Kinematik und Dynamik des Systems. Diese lässt sich über vereinfachte physikalische Modelle der Systemdynamik betrachten oder - wie hier vorgeschlagen - datenbasiert über Messdaten von zusätzlicher externer Sensorik.The method presented here can, among other things, serve to ensure/fulfill increasingly strict safety and comfort requirements related to the positioning of actuators in the vehicle interior by electric drives. Particularly in view of the increasing degree of automation of the driving function but also of auxiliary functions, there may be a need to secure relative positions recorded internally in the drive compared to an absolute position. The expanded consideration from the component to the system requires dealing with the kinematics and dynamics of the system. This can be considered using simplified physical models of the system dynamics or - as suggested here - data-based using measurement data from additional external sensors.

Zur Sicherstellung der eingangs geschilderten hohen Safety-Anforderungen in einem modernen Fahrzeug wird beim hierin vorgestellten Verfahren vorgeschlagen, an vielen voneinander mechanisch unabhängigen Stellen im Fahrzeug redundante Referenzsensoren zur Ermittlung der Positionierung des jeweiligen Elements zu verbauen. Die interne Positionserfassung eines Aktors/Motors kann beim vorgestellten Verfahren und System durch diese motorexterne Sensorik ergänzt und plausibilisiert werden.In order to ensure that the high safety requirements described above are met in a modern vehicle, the method presented here proposes installing redundant reference sensors at many mechanically independent points in the vehicle to determine the positioning of the respective element. The internal position detection of an actuator/motor can be supplemented and verified by this motor-external sensor technology in the method and system presented.

Die Umsetzung dieser Lösung ist hierin rein beispielhaft für eine automatisierte Sitzverstellung beschrieben, die einerseits im Falle von Crashszenarien eine für den Insassen sichere Position einhalten muss, andererseits aber auch während der Komfort-Verstellungen ihre Position in Relation zu anderen Sitzen oder Innenraum-Elementen an das Fahrzeug zurückmelden muss (als oben genannte Ansteuerungsvorgänge). Ebenso lässt sich dies beispielsweise für eine automatisierte Lenksäulen-Verstellung umsetzen, deren Position sichergestellt werden muss, um den hohen Safety-Anforderungen an Lenkungen gerecht zu werden.The implementation of this solution is described here purely as an example for an automated seat adjustment, which on the one hand must maintain a safe position for the occupant in the event of a crash scenario, but on the other hand must also report its position in relation to other seats or interior elements back to the vehicle during comfort adjustments (as the control processes mentioned above). This can also be implemented, for example, for an automated steering column adjustment, the position of which must be ensured in order to meet the high safety requirements for steering systems.

Eine Idee des hierin vorgestellten Verfahrens besteht somit darin, die eingangs erwähnte Verschiebung der Systemgrenze von einem isoliert betrachteten Aktorsystem (verstellbares Element mit seinem Verstell-Motor) zu einem Teil-System eines Gesamtsystems (Fahrzeug, bzw. sein Innenraum) auch für die Sensoren, die zur Positions- und Orientierungserfassung dienen, zu berücksichtigen und zu ermöglichen. Wie bereits erwähnt, verwenden viele Aktorsysteme eine Rotorlagesensorik oder andersartige antriebsinterne Sensorik für die Regelung des Aktors und/oder zu seiner Diagnose. Wenn jedoch der Aktor aufgrund des immer steigenden Automatisierungsgrads im Fahrzeug nunmehr als Teilsystem eines größeren Gesamtsystems verstanden wird, wird diese antriebsinterne Sensorik unter Umständen nicht ausreichen, um die Position oder Orientierung des Gesamtsystems, dessen Teil der Aktor ist, ausreichend genau zu erfassen. Um die motorbezogene Positions- und Orientierungserfassung des Aktorsystems robuster und zuverlässiger für diese neuen, höheren Anforderungen zu machen, wird hierin vorgeschlagen, sie durch eine redundante Erfassung derselben Positions- und Orientierungs-Angabe durch eine physikalisch unabhängige Sensorik in Form mindestens einen motorexternen Referenzsensors zu kontrollieren und/oder zu interpretieren und beim Feststellen einer relevanten Abweichung auch sofort zu korrigieren.One idea of the method presented here is to take into account and enable the shift in the system boundary mentioned at the beginning from an isolated actuator system (adjustable element with its adjustment motor) to a subsystem of an overall system (vehicle or its interior) also for the sensors that are used to detect position and orientation. As already mentioned, many actuator systems use a rotor position sensor or other types of internal drive sensor to control the actuator and/or to diagnose it. However, if the actuator is now understood as a subsystem of a larger overall system due to the ever-increasing level of automation in the vehicle, this internal drive sensor may not be sufficient to detect the position or orientation of the overall system of which the actuator is a part with sufficient accuracy. In order to make the motor-related position and orientation detection of the actuator system more robust and reliable for these new, higher requirements, it is proposed here to control and/or interpret it by redundantly detecting the same position and orientation information using a physically independent sensor system in the form of at least one motor-external reference sensor. and to correct it immediately if a relevant deviation is detected.

Wie bereits erwähnt, kann hierbei die antriebsinterne Sensorik des Verstell-Motors beispielsweise als eine Rotorlagesensorik ausgebildet sein, die eine Drehrate (mit anderen Worten Drehgeschwindigkeit) und/oder einen Drehwinkel und/oder ein Drehmoment einer Rotorwelle des Verstell-Motors direkt misst oder aus einer Direktmessung einer anderen Rotorlagen-Messgröße ermittelt. Daraus wird der erste Wert der genannten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements durch den zugehörigen motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus ermittelt.As already mentioned, the drive-internal sensor system of the variable speed motor can be designed, for example, as a rotor position sensor system that directly measures a rotation rate (in other words, rotational speed) and/or a rotation angle and/or a torque of a rotor shaft of the variable speed motor or determines it from a direct measurement of another rotor position measurement variable. From this, the first value of the above-mentioned position and/or orientation information of the element is determined by the associated motor-related determination algorithm.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Referenzsensor oder mindestens einer der mehreren Referenzsensoren als ein Inertialsensor (auch als Trägheitssensor bekannt), wie beispielsweise ein Beschleunigungssensor oder Drehratensensor, ausgebildet. Insbesondere kann es sich dabei um eine inertiale Messeinheit (auch bekannt als IMU, Inertial Measurement Unit), d. h. eine räumliche Kombination mehrerer Inertialsensoren wie Beschleunigungs- und Drehratensensoren, handeln. Insbesondere in Kombination mit der obigen antriebsinternen Sensorik in Form einer Rotorlagesensorik können bei dieser Ausführungsform in zuverlässiger und robuster Weise nicht nur relative, sondern auch absolute Werte für die Position und die Orientierung des betreffenden Elements im Fahrzeuginnenraum ermittelt werden.According to one embodiment, the reference sensor or at least one of the multiple reference sensors is designed as an inertial sensor (also known as an inertial sensor), such as an acceleration sensor or yaw rate sensor. In particular, this can be an inertial measurement unit (also known as IMU), i.e. a spatial combination of multiple inertial sensors such as acceleration and yaw rate sensors. In particular, in combination with the above drive-internal sensor system in the form of a rotor position sensor system, not only relative but also absolute values for the position and orientation of the relevant element in the vehicle interior can be determined in a reliable and robust manner in this embodiment.

Gemäß einer Ausführungsform wird die genannte Korrektur des ersten Werts und/oder seines motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus anhand des mindestens einen motorunabhängig ermittelten zweiten Werts nur dann durchgeführt, wenn die ermittelte Abweichung einen vorbestimmten Diskrepanz-Schwellenwert übersteigt. Dadurch kann der gesamte Rechenaufwand und damit verbundener Zeit- und Energieverbrauch reduziert werden.According to one embodiment, the said correction of the first value and/or its engine-related determination algorithm is only carried out using the at least one engine-independently determined second value if the determined deviation exceeds a predetermined discrepancy threshold value. This allows the overall computational effort and the associated time and energy consumption to be reduced.

Gemäß einer Ausführungsform wird der mindestens eine zweite Wert und/oder der erste Wert durch das Anwenden eines vorbestimmten (Fusions-)Filteralgorithmus auf die Messdaten des mindestens einen externen Referenzsensors und/oder der antriebsinternen Sensorik des Verstell-Motors ermittelt, insbesondere geschätzt. Beispielsweise ermöglicht die Anwendung eines IMU-Fusionsfilteralgorithmus zum „Fusionieren“ der Messdaten eines Beschleunigungs- und eines Drehratensensors in an sich bekannter Weise eine Abschätzung einer Orientierung des Messobjekts mit einer erforderlichen Präzision, wie weiter unten ausführlicher beschrieben.According to one embodiment, the at least one second value and/or the first value is determined, in particular estimated, by applying a predetermined (fusion) filter algorithm to the measurement data of the at least one external reference sensor and/or the internal drive sensor of the adjustment motor. For example, the application of an IMU fusion filter algorithm for "fusing" the measurement data of an acceleration sensor and a rotation rate sensor in a manner known per se enables an estimation of an orientation of the measurement object with a required precision, as described in more detail below.

Dabei kann der genannte (Fusions-)Filteralgorithmus die zu ermittelnde Orientierung des Elements insbesondere auf Basis von Messdaten ohne eine explizite Modellierung der jeweiligen Systemdynamik schätzen, wie beispielsweise beim Anwenden eines Komplementärfilters. Alternativ oder zusätzlich kann der genannte (Fusions-)Filteralgorithmus die zu ermittelnde Orientierung des Elements auf Basis von Messdaten anhand eines expliziten Dynamikmodells des jeweiligen Systems schätzen, wie beispielsweise beim Anwenden eines Bayesschen Filters, insbesondere eines Kalman-Filters.The (fusion) filter algorithm mentioned can estimate the orientation of the element to be determined, in particular on the basis of measurement data without an explicit modeling of the respective system dynamics, such as when applying a complementary filter. Alternatively or additionally, the (fusion) filter algorithm mentioned can estimate the orientation of the element to be determined on the basis of measurement data using an explicit dynamic model of the respective system, such as when applying a Bayesian filter, in particular a Kalman filter.

Bei einer spezifischen Ausgestaltung umfasst der mindestens eine externe Referenzsensor mindestens einen fest mit dem Element verbundenen Referenzsensor, insbesondere jeweils einen Referenzsensor in oder an mehreren unabhängig voneinander verstellbaren Bestandteilen des Elements (wie beispielsweise in/an einer Sitzfläche/Sitzwanne und einer Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes). Alternativ oder zusätzlich kann der mindestens eine externe Referenzsensor mindestens einen im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Element befestigten Referenzsensor (wie beispielsweise im Fahrzeugboden oder durch Verwendung eines ohnehin in einem Airbag vorhandenen Sensors) umfassen. Dadurch kann die Präzision, Einfachheit und/oder Robustheit des Verfahrens jeweils erheblich erhöht werden.In a specific embodiment, the at least one external reference sensor comprises at least one reference sensor that is permanently connected to the element, in particular one reference sensor in or on several independently adjustable components of the element (such as in/on a seat surface/seat pan and a backrest of a vehicle seat). Alternatively or additionally, the at least one external reference sensor can comprise at least one reference sensor that is attached in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the element (such as in the vehicle floor or by using a sensor that is already present in an airbag). This can significantly increase the precision, simplicity and/or robustness of the method.

Das genannte Element des Fahrzeuginnenraums kann beispielsweise ein als Ganzes relativ zum Fahrzeug verstellbarer Fahrzeugsitz oder dessen einzeln verstellbarer Bestandteil wie eine Rückenlehne, Sitzfläche, Armlehne oder Kopfstütze sein. Grundsätzlich kann es sich aber auch um jedes andere verstellbare Element des Fahrzeuginnenraums, wie beispielsweise eine verstellbare Lenksäule, ein Schiebedach, eine absenkbare Fahrzeugscheibe, eine bewegbare Anzeigevorrichtung und vieles mehr, handeln.The mentioned element of the vehicle interior can, for example, be a vehicle seat that is adjustable as a whole relative to the vehicle or its individually adjustable component such as a backrest, seat, armrest or headrest. In principle, however, it can also be any other adjustable element of the vehicle interior, such as an adjustable steering column, a sunroof, a lowerable vehicle window, a movable display device and much more.

Gemäß einer spezifischen Ausgestaltung kann das genannte Element mehrere voneinander unabhängige Translations- und/oder Drehachsen (die hierin zusammenfassend und abstrahiert auch als unterschiedliche „Verstellebenen“ des Elements bezeichnet werden) mit jeweils einem zugehörigen elektrischen Verstell-Motor zur Verstellung des Elements entlang der jeweiligen Translationsachse bzw. um die jeweilige Drehachse besitzen. Bei dieser Ausgestaltung wird das hierin vorgestellte Verfahren für jede dieser Translations- und/oder Drehachsen des Elements, d. h. den jeweils zugehörigen Verstell-Motors (grundsätzlich unabhängig voneinander) durchgeführt.According to a specific embodiment, the element mentioned can have several independent translation and/or rotation axes (which are collectively and abstractly referred to herein as different "adjustment planes" of the element), each with an associated electric adjustment motor for adjusting the element along the respective translation axis or around the respective rotation axis. In this embodiment, the method presented here is carried out for each of these translation and/or rotation axes of the element, i.e. the respective associated adjustment motor (basically independently of one another).

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Steuereinheit vorgesehen, die einen Prozessor (beispielsweise Mikroprozessor) umfasst, der dazu eingerichtet ist, ein hierin vorgestelltes Verfahren auszuführen. Die Steuereinheit kann beispielsweise im betreffenden Element selbst oder auch an einer anderen Stelle - etwa in einem Zentralsteuergerät - im Fahrzeug integriert sein. Gemäß weiteren Aspekten sind ein Computerprogramm mit Befehlen, die bei der Ausführung des Computerprogramms in einer Steuereinheit oder einem Computer diese/diesen veranlassen, das genannte Verfahren auszuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist, vorgesehen.According to a further aspect, a control unit is provided which comprises a processor (for example a microprocessor) which is designed to carry out a method presented here. The control unit can, for example, be integrated in the relevant element itself or at another location - for example in a central control unit - in the vehicle. According to further aspects, a computer program with commands which, when the computer program is executed in a control unit or a computer, cause the latter to carry out the method mentioned, as well as a machine-readable storage medium on which such a computer program is stored, are provided.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein motorbasiertes Verstell- und Sensor-System für ein Fahrzeug vorgesehen. Dieses System umfasst zum einen mindestens ein verstellbares Fahrzeuginnenraum-Element. Ferner umfasst das System für eine oder für mehrere voneinander unabhängige Translations- und/oder Drehachsen eines jeden von diesen Elementen jeweils einen zugehörigen elektrischen Verstell-Motor, wobei der jeweilige Motor eine antriebsinterne Sensorik umfasst, auf deren Basis ein erster Wert einer vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements relativ zum Fahrzeuginnenraum ermittelbar ist. Zudem umfasst das System die obige Steuereinheit, die zum Durchführen des hierin vorgestellten Verfahrens für jeden dieser Motoren ausgebildet und eingerichtet ist.According to a further aspect, a motor-based adjustment and sensor system is provided for a vehicle. This system comprises at least one adjustable vehicle interior element. The system also comprises an associated electric adjustment motor for one or more independent translation and/or rotation axes of each of these elements, wherein the respective motor comprises a drive-internal sensor system on the basis of which a first value of a predetermined position and/or orientation specification of the element relative to the vehicle interior can be determined. The system also comprises the above control unit, which is designed and set up to carry out the method presented here for each of these motors.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Fahrzeug vorgesehen, das mit einem solchen System ausgestattet ist. Es kann sich insbesondere um ein Kraftfahrzeug, beispielsweise einen PKW, alternativ jedoch auch um ein beliebiges anderes Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug handeln.According to a further aspect, a vehicle is provided which is equipped with such a system. It can in particular be a motor vehicle, for example a car, but alternatively also any other land, air or water vehicle.

Nachfolgend wird das hierin vorgestellte Verfahren und System anhand weiterer möglicher Ausführungsdetails und Ausgestaltungsvarianten erläutert:

  • Eine bestehende, interne Relativpositionserfassung eines durch elektrische Motoren angetriebenen Aktorsystems im Fahrzeug (z.B. Lenksäulenverstellung/Sitzverstellung durch elektrische Kleinmotoren jeweils mit Rotorlagepositionssensorik) wird erweitert um die Messdaten einer IMU (Inertial Measurement Unit, also die Kombination von Drehraten- und Beschleunigungssensor). Die hier vorgeschlagenen Filteralgorithmen nutzen die Messdaten der IMU, die zu einer Position fusioniert werden können, um die systemintern ermittelten Relativpositionen zu korrigieren oder plausibilisieren. Sie liefern somit Feedback über die Position, das für die Regelung und Planung des Systemverhaltens benötigt wird. Dieses Prinzip lässt sich insbesondere auch auf Systeme mit komplexer Kinematik anwenden, wie weiter unten genauer erläutert wird.
The method and system presented here is explained below using further possible implementation details and design variants:
  • An existing, internal relative position detection system of an actuator system in the vehicle driven by electric motors (e.g. steering column adjustment/seat adjustment by small electric motors, each with rotor position sensors) is expanded to include the measurement data of an IMU (Inertial Measurement Unit, i.e. the combination of yaw rate and acceleration sensor). The filter algorithms proposed here use the measurement data of the IMU, which can be merged into a position in order to correct or verify the plausibility of the relative positions determined internally in the system. They thus provide feedback on the position, which is required for controlling and planning the system behavior. This principle can also be applied in particular to systems with complex kinematics, as explained in more detail below.

Es können sich unter anderem folgende Vorteile ergeben:

  1. a) Die Integrität der ermittelten Position lässt sich zu jedem Zeitpunkt bestimmen, sowohl für stationäres als auch für transientes Systemverhalten. Schlägt die Plausibilisierung fehl, also sind die erwarteten Werte der internen Messung (hierin „erste Werte“ genannt) weit entfernt von denen der externen Sensorik (hierin „zweite Werte“ genannt), kann das als möglicher Fehler frühzeitig erkannt und ans Fahrzeug gemeldet werden.
  2. b) Eine Abstraktion der Positionsbestimmung von kinematischem/dynamischem Modell des Gesamtsystems („Baukastenprinzip“) ist beim vorliegenden Verfahren/System möglich: Fusionsfilteralgorithmus muss nicht auf neue Systeme angepasst werden, lediglich sinnvolle neue Positionen für Referenz-IMUs gefunden werden.
  3. c) Durch die Anbringung der Referenzsensoren außerhalb der elektrischen Antriebe lässt sich das Einhalten einer geplanten Trajektorie des Elements besser kontrollieren, da Störeinflüsse wegfallen, die bei der antriebsinternen Sensorik eine Rolle spielen können. Dies erhöht die durch das System erfüllbaren Safety-Anforderungen bezüglich der Positionierung.
  4. d) Ebenso weist eine Abweichung von der geplanten Trajektorie bereits auf einen beginnenden Einklemmfall (Körperteil oder Hindernis) hin, noch bevor die interne Positionserfassung des Motors dies detektieren kann. (Grund: das Drehmoment am Rotor steigt erst merklich an, wenn die Elemente mit hoher Nachgiebigkeit in der Wirkkette von der Einklemmfläche bis zum Rotor bereits deformiert sind.) Sowohl bei Lenksäulenverstellungen als auch bei Sitzverstellungen ist der Insassenschutz, insbesondere der Aspekt Einklemmschutz, mit einem hohen ASIL-Wert - oft ASIL D - belegt. Die hier beschriebene externe Absolutsensorik und ihre algorithmische Umsetzung liefert hier die Redundanz, die für die Dekomposition eines Safety-Goals genutzt werden kann.
  5. e) In einer beispielhaften Ausführung in einem automatisierten Fahrzeugsitz oder einer automatisierten Lenksäulenverstellung führt die hierin vorgestellte Lösung mit der redundanten externer Sensorik zur Unabhängigkeit von der strukturspezifischen Kinematik. Dies ermöglicht einen reduzierten RechenAufwand, da die Herleitung und Parametrierung des kinematischen Modells entfällt. Speziell die Parametrierung enthält üblicherweise hohe Unsicherheiten und stark vereinfachende Annahmen (beispielsweise die Modellierung der Reibparameter der umgebenden Struktur).
  6. f) In einer beispielhaften Ausführung von Filtern, die die Dynamik des Systems explizit modellieren (z. B. Kalman-Filter): Vorhersagen basierend auf einer bisherigen Trajektorie sind möglich, auch wenn die interne Messung kurzzeitig nicht zur Verfügung steht.
The following advantages may arise, among others:
  1. a) The integrity of the determined position can be determined at any time, both for stationary and transient system behavior. If the plausibility check fails, i.e. the expected values of the internal measurement (hereafter referred to as "first values") are far from those of the external sensors (hereafter referred to as "second values"), this can be recognized early on as a possible error and reported to the vehicle.
  2. b) An abstraction of the position determination from the kinematic/dynamic model of the overall system (“modular principle”) is possible with the present method/system: The fusion filter algorithm does not have to be adapted to new systems, only meaningful new positions for reference IMUs have to be found.
  3. c) By installing the reference sensors outside the electric drives, it is easier to control whether the element follows a planned trajectory, as interference that can play a role in the drive's internal sensors is eliminated. This increases the safety requirements that the system can meet with regard to positioning.
  4. d) Likewise, a deviation from the planned trajectory already indicates an incipient entrapment (body part or obstacle) before the internal position detection of the motor can detect it. (Reason: the torque on the rotor only increases noticeably when the elements with high flexibility in the chain of action from the entrapment surface to the rotor are already deformed.) In both steering column adjustments and seat adjustments, occupant protection, in particular the aspect of entrapment protection, is assigned a high ASIL value - often ASIL D. The external absolute sensor technology described here and its algorithmic implementation provide the redundancy that can be used to decompose a safety goal.
  5. e) In an exemplary embodiment in an automated vehicle seat or an automated steering column adjustment, the solution presented here with the redundant external sensors leads to independence from the structure-specific kinematics. This enables a reduced computational effort, since the derivation and parameterization of the kinematic model is omitted. In particular, the parameterization usually contains high uncertainties and highly simplifying assumptions (for example, the modeling of the friction parameters of the surrounding structure).
  6. f) In an exemplary implementation of filters that explicitly model the dynamics of the system (e.g. Kalman filters): Predictions based on a previous trajectory are possible, even if the internal measurement is temporarily unavailable.

Die Grundidee der Orientierungs- und Positionsschätzung mittels einer IMU-Absolutsensorik und den Fusionsfiltern besteht dabei darin, Beschleunigungs- und Drehratensensorik-Daten in einem kombinierten Schätzer zur verbesserten Orientierungs- und Positionsschätzung zu verwenden. Schätzwerte aus den Sensordaten dienen somit dazu, auf unbekannte Parameter zu schließen.The basic idea of orientation and position estimation using an IMU absolute sensor and fusion filters is to use acceleration and yaw rate sensor data in a combined estimator for improved orientation and position estimation. Estimated values from the sensor data are thus used to draw conclusions about unknown parameters.

Im statischen Fall kann auch eine genaue Raumlageschätzung rein über die Beschleunigungsdaten erzielt werden: Bei keinerlei Bewegung wird die Norm des Messvektors eines dreiachsigen Beschleunigungssensors der Erdbeschleunigung g entsprechen: a m e s s = ( a x , a y , a z ) = a m o t + a e x t + g g .

Figure DE102022214322A1_0001
In the static case, an accurate spatial position estimate can also be achieved purely from the acceleration data: In the absence of any movement, the norm of the measurement vector of a three-axis acceleration sensor will correspond to the acceleration due to gravity g: a m e s s = ( a x , a y , a e ) = a m O t + a e x t + G G .
Figure DE102022214322A1_0001

Über diese Nebenbedingung und trigonometrische Beziehungen lässt sich dann die Raumlage des Sensors relativ zum Erdschwerefeld bestimmen.Using this constraint and trigonometric relationships, the spatial position of the sensor relative to the Earth's gravitational field can then be determined.

Bei beschleunigter Bewegung des Sensors hingegen werden diese Beschleunigungen vom Sensor mitgemessen und ||amess|| ist nicht mehr hinreichend genau durch g zu approximieren. Damit entsteht ein Fehler in der rein beschleunigungsbasierten Orientierungsschätzung. Diese zusätzlichen Beschleunigungen wirken additiv zur Erdbeschleunigung g und können entweder durch die Aktivität des Motors (amot) oder externe Beschleunigungen (aext; beispielsweise des Fahrzeugs, in dem der Sitz verbaut ist), bedingt sein.However, if the sensor moves at an accelerated rate, these accelerations are also measured by the sensor and ||a mess || can no longer be approximated with sufficient accuracy by g. This creates an error in the purely acceleration-based orientation estimation. These additional accelerations act in addition to the acceleration due to gravity g and can be caused either by the activity of the motor (a mot ) or external accelerations (a ext ; for example, the vehicle in which the seat is installed).

Im hier beschriebenen Anwendungsfall sollen IMUs zur Positions- und Orientierungsschätzung von Elementen eines mechatronischen Systems, z. B. einer Sitzwanne und einer Rückenlehne eines Sitzes (vgl. 1), verwendet werden. Wenn diese aktorisch, also durch die Elektromotoren, bewegt werden, können die typischerweise zur Ansteuerung der Elektromotoren verbauten Rotorlagesensoren verwendet werden, um die messbaren Beschleunigungen amot des Motors auf Bewegungen der Sitzelemente umzurechnen.In the application described here, IMUs are to be used for position and orientation estimation of elements of a mechatronic system, e.g. a seat pan and a backrest of a seat (cf. 1 ). If these are moved by actuators, i.e. by electric motors, the rotor position sensors typically installed to control the electric motors can be used to convert the measurable accelerations a mot of the motor into movements of the seat elements.

Ansatz nach Stand der Technik: Dafür müssen klassischerweise allerdings kinematische und dynamische Modelle der Sitzmechanik bestimmt werden, was aufwändig ist. Zudem müssen die Motorbewegungen für jeden Schätz-Zeitpunkt der Orientierung durch diese Modelle in die Sitzbewegungen umgerechnet werden, was einem hohen Rechenbedarf entspricht. Und nicht zuletzt müssen diese Modelle parametriert werden, z. B. durch Annahmen über die Einflüsse von Reibtermen zwischen den Sitzelelementen oder in der Ansteuerungskette. Diese Modelle sind oft entweder ungenau (z. B. bei linearer Approximation der Reibeffekte) oder aber inhärent komplex und damit schwer zu lösen. Rotorpositionsbestimmte Orientierungsschätzung der Sitzelemente bedingt also inhärent ein (Sitzstruktur-)Parameter-Identifikationsproblem, das nur mit hohem Rechenaufwand und oft trotzdem nur ungenau zu lösen ist.State-of-the-art approach: However, this traditionally requires determining kinematic and dynamic models of the seat mechanics, which is complex. In addition, the motor movements for each estimated point in time of orientation must be converted into the seat movements by these models, which requires a lot of computing power. And last but not least, these models must be parameterized, e.g. by making assumptions about the influences of friction terms between the seat elements or in the control chain. These models are often either inaccurate (e.g. with linear approximation of the friction effects) or inherently complex and thus difficult to solve. Rotor position-determined orientation estimation of the seat elements therefore inherently causes a (seat structure) parameter identification problem that can only be solved with a high computational effort and often still only inaccurately.

Ansatz gemäß dieser Erfindung: Alternativ können sich beschleunigte Bewegungen des Sensors über die Drehratensensorik der Referenz-IMUs bestimmen. Mithilfe der Drehratensensorik lassen sich Anteile amot der Beschleunigungsmessdaten, die durch beschleunigte Bewegung der mit Referenz-IMUs ausgestatteten Sitzelemente entstehen, von den statischen Anteilen, die durch die Erdbeschleunigung g bedingt sind, unterscheiden. Durch Fusion von Beschleunigungs- und Drehratenmessdaten lassen sich damit bessere Orientierungsschätzungen als rein über Beschleunigungsmessdaten erzielen. Dieser Effekt wird umso stärker, je schlechter die Approximation ||amess||≈g ist (je größer also externe Beschleunigungen sind, die auf die IMUs einwirken).Approach according to this invention: Alternatively, accelerated movements of the sensor can be determined via the yaw rate sensor technology of the reference IMUs. With the help of the yaw rate sensor technology, parts a mot of the acceleration measurement data that arise from accelerated movement of the seat elements equipped with reference IMUs can be distinguished from the static parts that are caused by the acceleration due to gravity g. By fusing acceleration and yaw rate measurement data, better orientation estimates can be achieved than purely using acceleration measurement data. This effect becomes stronger the worse the approximation ||a mess ||≈g is (i.e. the greater the external accelerations that act on the IMUs).

Der hier umrissene Vorschlag umfasst die Fusion der relativen Rotorpositionsdaten mit Absolut-Messdaten aus IMU-Beschleunigungssensor und IMU-Drehratensensor zur Orientierungsbestimmung, mindestens aber von Beschleunigungs- und Drehratensensordaten. Dafür sollen Fusionsfilteralgorithmen eingesetzt werden, im Folgenden auch einfach Filteralgorithmen genannt.The proposal outlined here involves the fusion of the relative rotor position data with absolute measurement data from the IMU acceleration sensor and the IMU angular rate sensor to determine orientation, but at least acceleration and angular rate sensor data. Fusion filter algorithms are to be used for this purpose, hereinafter also simply referred to as filter algorithms.

Die Wahl der geeigneten Filteralgorithmen kann beispielsweise wie folgt erfolgen:

  • Die Filteralgorithmen können je nach geforderter Genauigkeit, vorliegendem Problem (z. B. linear, nichtlinear) und zur Verfügung stehender Rechenkapazität ausgelegt werden. Grundsätzlich lassen sich unter anderem Filtertypen unterscheiden, welche die Systemdynamik zur Orientierungsschätzung nicht explizit modellieren, sondern lediglich auf Basis von Messdaten schätzen, so z. B. Komplementärfilter. Dem stehen Filter mit expliziter Modellierung der Systemdynamik gegenüber, so z. B. Bayessche Filter wie das Kalman-Filter.
The choice of suitable filter algorithms can be done, for example, as follows:
  • The filter algorithms can be designed depending on the required accuracy, the problem at hand (e.g. linear, non-linear) and the available computing capacity. In principle, a distinction can be made between filter types that do not explicitly model the system dynamics for orientation estimation, but rather only estimate it on the basis of measurement data, such as complementary filters. In contrast, there are filters that explicitly model the system dynamics, such as Bayesian filters such as the Kalman filter.

Filter mit expliziten Dynamikmodellen haben einige Vorteile, so z. B. typischerweise eine bessere Schätzgüte und die Fähigkeit, bei Ausbleiben von Messdaten eine Schätzung allein aufgrund des Dynamikmodells abzugeben. Das kann sich besonders für Plausibilisierungsaufgaben der Rotorpositions-Orientierungsschätzungen mit der Orientierungsschätzung aufgrund der IMU-Daten gut eignen.Filters with explicit dynamic models have several advantages, such as typically better estimation quality and the ability to make an estimate based on the dynamic model alone in the absence of measurement data. This can be particularly suitable for plausibility checks of rotor position orientation estimates with the orientation estimate based on the IMU data.

Ein Nachteil ist wiederum, dass im Rahmen von Orientierungsschätzern im Allgemeinen nichtlineare Gleichungen des Dynamikmodells entstehen (z. B. durch trigonometrische Terme). Statt die Systemdynamik und damit die Orientierung direkt zu modellieren, bietet es sich deswegen an, indirekt den Fehlerprozess der Orientierungsschätzung zu modellieren, was bei einer günstigen Formulierung zu einem linearen Gleichungssystem führen kann.A disadvantage is that orientation estimators generally result in non-linear equations of the dynamic model (e.g. through trigonometric terms). Instead of directly modeling the system dynamics and thus the orientation, it is therefore advisable to indirectly model the error process of the orientation estimation, which can lead to a linear system of equations if formulated appropriately.

Beispielhafte Implementierungen zur indirekten Orientierungsschätzen sind bereits bekannt, siehe beispielsweise Matlabs imufilter (https://de.mathworks.com/help/fusion/ref/imufilter-system-object.html). In dieser Implementierung wird ein Kalman-Filter verwendet, der sich durch eine geringe Rechenkapazität und einen geringen Speicherbedarf auszeichnet.Example implementations for indirect orientation estimation are already known, see for example Matlab's imufilter (https://de.mathworks.com/help/fusion/ref/imufilter-system-object.html). In this implementation, a Kalman filter is used, which is characterized by low computing power and low memory requirements.

Die Grundidee der Orientierungs- und Positionsschätzung mittels einer reduntanten IMU-Absolutsensorik und Fusionsfiltern kann in verschiedenen Ausführungsformen implementiert werden:

  • So sind beispielsweise IMUs als MEMS-Sensoren eine mögliche Ausführungsform, die im Hinblick auf den Bauraum und die Kosten vorteilhaft sein kann, als Komponente verfügbar ist und als Standard im Automotive-Bereich etabliert ist. In einer weiteren Ausführungsvariante können zusätzlich zu den IMU-Sensoren an den Elementen des Objekts (hier beispielhaft Sitz oder Lenksäule) ein weiterer Referenzsensor (Drehratensensor, Beschleunigungssensor oder IMU) für die Messung der auf das Gesamtfahrzeug wirkenden Beschleunigungen aext verwendet werden. Damit ist eine weitere Korrektur der Objektposition und -Orientierung möglich.
The basic idea of orientation and position estimation using a redundant IMU absolute sensor and fusion filters can be implemented in different embodiments:
  • For example, IMUs as MEMS sensors are a possible embodiment that can be advantageous in terms of installation space and costs, is available as a component and is established as a standard in the automotive sector. In another embodiment, in addition to the IMU sensors on the elements of the object (here, for example, the seat or steering column), another reference sensor (rotation rate sensor, acceleration sensor or IMU) can be used to measure the accelerations a ext acting on the entire vehicle. This enables further correction of the object position and orientation.

Für eine Ausführung zur Positions- und Orientierungsermittlung der Sitzwanne und der Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes im Fahrzeuginnenraum wäre die Verwendung des typischerweise vorhandenen Sensors im Airbag oder der Einbau eines zentral platzierten Referenzsensors möglich (vgl. 1), ebenso für die Positions- und Orientierungsermittlung einer Lenksäule (vgl. 2).For a design for determining the position and orientation of the seat pan and the backrest of a vehicle seat in the vehicle interior, it would be possible to use the sensor typically present in the airbag or to install a centrally placed reference sensor (cf. 1 ), as well as for determining the position and orientation of a steering column (cf. 2 ).

Kurzbeschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings

Die obigen Aspekte und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind als rein schematische Illustrationen zu verstehen. Sie können zwar auch als maßstabsgetreu verstanden werden, dies ist jedoch weder zwingend noch beschränkend für den Gegenstand der Erfindung. Es zeigen:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines Innenraums eines Fahrzeugs mit einem motorbasierten Verstell- und Sensor-System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Beispiel eines Fahrzeugsitzes;
  • 2 dieselbe Ansicht des Innenraums des Fahrzeugs wie in 1 mit einem weiteren motorbasierten Verstell- und Sensor-System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Beispiel einer Lenksäule;
  • 3 einen vertikalen Längsschnitt eines weiteren motorbasierten Verstell- und Sensor-System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Beispiel eines Fahrzeugsitzes; und
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum robusten Ermitteln der Raumlage eines aktorisch verstellbaren Fahrzeuginnenraum-Elements.
The above aspects and their embodiments and specific configurations are explained in more detail below using examples shown in the accompanying drawings. The drawings are to be understood as purely schematic illustrations. Although they can also be understood as being true to scale, this is neither mandatory nor restrictive for the subject matter of the invention. They show:
  • 1 a perspective view of an interior of a vehicle with a motor-based adjustment and sensor system according to an embodiment of the invention using the example of a vehicle seat;
  • 2 the same view of the interior of the vehicle as in 1 with a further motor-based adjustment and sensor system according to an embodiment of the invention using the example of a steering column;
  • 3 a vertical longitudinal section of another motor-based adjustment and sensor system according to an embodiment of the invention using the example of a vehicle seat; and
  • 4 a flow chart of a method according to an embodiment of the invention for robustly determining the spatial position of an actuator-adjustable vehicle interior element.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale des Verfahrens zum robusten Ermitteln der Raumlage eines aktorisch verstellbaren Fahrzeuginnenraum-Elements sowie der entsprechenden Steuerungseinheit, des entsprechenden motorbasierten Verstell- und Sensor-Systems und des damit ausgestatteten Fahrzeugs gemäß den hierin beschriebenen Aspekten der Erfindung können sinngemäß bei den in den 1 bis 4 gezeigten Beispielen einzeln oder in hierin erwähnten Kombinationen implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für alle weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in den 1-4 gezeigt sind.All of the various embodiments, variants and specific design features of the method for robustly determining the spatial position of an actuator-adjustable vehicle interior element and the corresponding control unit, the corresponding motor-based adjustment and sensor system and the vehicle equipped therewith according to the aspects of the invention described herein mentioned above in the description and in the following claims can be used analogously in the 1 to 4 shown examples individually or in combinations mentioned herein. They will therefore not all be repeated again below. The same applies accordingly to all definitions and effects already given above in relation to individual features that are included in the 1-4 are shown.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht schräg von oben einen Ausschnitt eines Fahrzeugs 1, dessen für Insassen vorgesehener Innenraum durch seinen Boden 2 angedeutet ist, mit dem das nicht extra eingezeichnete übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem mit einer Fahrzeuglängsrichtung X, Fahrzeugquerrichtung Y und Fahrzeughochrichtung Z fest verbunden ist. Es kann sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen (PKW), handeln. 1 shows a perspective view obliquely from above of a section of a vehicle 1, the interior of which is intended for passengers and is indicated by its floor 2, to which the usual vehicle-fixed Cartesian coordinate system (not shown separately) with a vehicle longitudinal direction X, vehicle transverse direction Y and vehicle vertical direction Z is firmly connected. It can be For example, it could be a motor vehicle, in particular a passenger car (car).

Im Fahrzeuginnenraum sind ein Lenkrad 3 mit einer aktorisch (d. h. durch einen elektrischen Verstell-Motor, nicht extra dargestellt) verstellbaren Lenksäule 5 sowie mehrere aktorisch verstellbare Fahrzeugsitze 4 (die jeweiligen Verstell-Motoren sind ebenfalls aus Darstellungsgründen weggelassen) angeordnet. Nachfolgend wird ein motorbasiertes Verstell- und Sensor-System S10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Beispiel eines der verstellbaren Fahrzeugsitze 4 erläutert:

  • Der Fahrzeugsitz 4 ist am Fahrzeugboden 2 befestigt und relativ dazu als Ganzes verstellbar. Dabei lassen sich seine Bestandteile wie die Sitzwanne oder Sitzfläche 6 und Rückenlehne 7 auch relativ zueinander durch jeweils zugehörige Verstell-Motoren verstellen. Dies ist in 1 am Beispiel einer Lehnen-Neigungsverstellung der Rückenlehne 7 relativ zur Sitzfläche 6 gezeigt und die Verstellbewegung ist durch einen entsprechenden Bewegungspfeil angedeutet.
A steering wheel 3 with an actuator-adjustable steering column 5 (i.e. by an electric adjustment motor, not shown separately) and several actuator-adjustable vehicle seats 4 (the respective adjustment motors are also omitted for illustration reasons) are arranged in the vehicle interior. A motor-based adjustment and sensor system S10 according to an embodiment of the invention is explained below using the example of one of the adjustable vehicle seats 4:
  • The vehicle seat 4 is attached to the vehicle floor 2 and is adjustable relative to it as a whole. Its components such as the seat pan or seat surface 6 and backrest 7 can also be adjusted relative to each other by means of the respective adjustment motors. This is shown in 1 using the example of a backrest inclination adjustment of the backrest 7 relative to the seat surface 6 and the adjustment movement is indicated by a corresponding movement arrow.

Wie bereits weiter oben erwähnt, umfasst das motorbasierte Verstell- und Sensor-System S10 in diesem Ausführungsbeispiel zum Zweck einer robusten Ermittlung der Raumlage (beispielsweise der räumlicher Position und Orientierung bezüglich des obigen fahrzeugfesten Koordinatensystems) des jeweiligen Fahrzeuginnenraum-Elements 4, 6 und 7 zusätzlich zu der nicht dargestellten antriebsinternen Sensorik der jeweiligen Verstell-Motoren externe Referenzsensoren (hier rein beispielhaft jeweils in Form einer inertialen Messeinheit, IMU) IMU1 in der Sitzfläche 6, IMU 2 in der Rückenlehne 7 und darüber hinaus noch IMU3 im Fahrzeugboden 2 zur redundanten motorunabhängigen Ermittlung der genannten Raumlage der Elemente 4, 6 und 7.As already mentioned above, the motor-based adjustment and sensor system S10 in this embodiment comprises, for the purpose of a robust determination of the spatial position (for example the spatial position and orientation with respect to the above vehicle-fixed coordinate system) of the respective vehicle interior element 4, 6 and 7, in addition to the not shown internal drive sensors of the respective adjustment motors, external reference sensors (here purely as an example in the form of an inertial measuring unit, IMU) IMU1 in the seat 6, IMU 2 in the backrest 7 and also IMU3 in the vehicle floor 2 for redundant motor-independent determination of the aforementioned spatial position of the elements 4, 6 and 7.

2 zeigt die gleiche Ansicht des Innenraums des Fahrzeugs 1 wie in 1 mit einem weiteren motorbasierten Verstell- und Sensor-System S20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung am Beispiel der aktorisch verstellbaren Lenksäule 5 des Lenkrads 3. Hier können externe Referenzsensoren, wiederum jeweils in Form einer inertialen Messeinheit IMU, beispielsweise durch Verwendung eines typischerweise ohnehin vorhandenen Sensors IMU 4 in einem Lenkrad-Airbag (nicht extra dargestellt) und/oder durch den Einbau eines wie in 1 zentral im Fahrzeugboden 2 platzierten Referenzsensors IMU3 für eine reduntante motorexterne Positions- und Orientierungsermittlung der Lenksäule 5 zum Einsatz kommen. 2 shows the same view of the interior of vehicle 1 as in 1 with a further motor-based adjustment and sensor system S20 according to an embodiment of the invention using the example of the actuator-adjustable steering column 5 of the steering wheel 3. Here, external reference sensors, again each in the form of an inertial measuring unit IMU, for example by using a typically already existing sensor IMU 4 in a steering wheel airbag (not shown separately) and/or by installing a 1 The reference sensor IMU3, which is placed centrally in the vehicle floor 2, is used for redundant, external engine position and orientation determination of the steering column 5.

Das hierin vorgestellte Verfahren zum robusten Ermitteln der Raumlage des jeweiligen aktorisch verstellbaren Fahrzeuginnenraum-Elements 3, 4, 6, 7 kann beispielsweise durch eine im Fahrzeug 1 vorgesehene Steuereinheit 10 durchgeführt werden, die zu einer automatischen Ausführung dieses Verfahrens ausgebildet und eingerichtet ist. Hierzu kann in der Steuereinheit 10 beispielsweise ein entsprechendes Computerprogramm hierin vorgestellter Art installiert sein und im Betrieb ablaufen. Rein beispielhaft ist die Steuereinheit 10 in diesem Beispiel in der Instrumententafel 8 des Fahrzeugs 1 untergebracht und kann beispielsweise als Teil eines Zentralsteuergeräts des Fahrzeugs 1 implementiert sein. Alternativ kann sie aber auch in dem jeweiligen System S10 oder S20, beispielsweise in dem Fahrzeugsitz 4 bzw. der Lenksäule 5, etwa als Bestandteil des jeweiligen Steuergeräts, integriert sein und gegebenenfalls zum Empfangen von Messsignalen weiter entfernter externer Referenzsensoren ausgebildet sein.The method presented here for robustly determining the spatial position of the respective actuator-adjustable vehicle interior element 3, 4, 6, 7 can be carried out, for example, by a control unit 10 provided in the vehicle 1, which is designed and configured to automatically execute this method. For this purpose, a corresponding computer program of the type presented here can be installed in the control unit 10 and run during operation. Purely by way of example, the control unit 10 in this example is housed in the instrument panel 8 of the vehicle 1 and can be implemented, for example, as part of a central control unit of the vehicle 1. Alternatively, it can also be integrated in the respective system S10 or S20, for example in the vehicle seat 4 or the steering column 5, for example as a component of the respective control unit, and can optionally be designed to receive measurement signals from external reference sensors further away.

4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zum robusten Ermitteln der Raumlage eines aktorisch verstellbaren Fahrzeuginnenraum-Elements. Dieses Verfahren kann beispielsweise das oben genannte Verfahren sein, das von der Steuereinheit 10 der 1 oder der 2 durchgeführt wird. Nachfolgend wird es daher rein beispielhaft anhand des in 1 gezeigten verstellbaren Fahrzeugsitzes 4 erläutert. 4 shows a flow chart of a method according to an embodiment of the invention for robustly determining the spatial position of an actuator-adjustable vehicle interior element. This method can, for example, be the above-mentioned method that is carried out by the control unit 10 of the 1 or the 2 Therefore, the following will be purely an example based on the 1 shown adjustable vehicle seat 4.

Das Verfahren beginnt mit einem ersten Schritt S1, bei dem beispielsweise ein entsprechender Startbefehl eines Benutzers des Fahrzeugs 1 oder eines fahrzeuginternen Steuerungssystems, etwa beim Hochfahren aller Bordsysteme beim Einschalten des Fahrzeugs 1, empfangen wird.The method begins with a first step S1, in which, for example, a corresponding start command from a user of the vehicle 1 or an internal vehicle control system is received, for example when starting up all on-board systems when the vehicle 1 is switched on.

Bei einem darauffolgenden Schritt S2 wird zum robusten Ermitteln der Raumlage des genannten verstellbaren Elements (Fahrzeugsitz 4 oder dessen Sitzfläche 6 oder Rückenlehne 7) ein erster Wert seiner für bestimmte Ansteuerungsvorgänge im Fahrzeug 1 benötigten/vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe relativ zum Fahrzeuginnenraum basierend auf einer antriebsinternen Sensorik des zugehörigen Verstell-Motors, d. h. motorbezogen, ermittelt. Am Beispiel eines verstellbaren Fahrzeugsitzes 4 oder einer verstellbaren Lenksäule 5 kann es sich bei dieser Angabe beispielsweise um eine ein- bis dreidimensionale Angabe zur räumlichen Position eines vorgegebenen zentralen Punkts und eine ein- bis dreidimensionale Angabe zur räumlichen Orientierung (Winkelangabe) einer vorgegebenen zentralen Achse dieses Elements handeln, sodass der jeweilige Wert als ein ein- bis sechsdimensionaler Vektor in Bezug auf das oben genannte fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem ermittelt wird. Je nach Befestigungsart und der Verstellmöglichkeiten des Elements bezüglich des Fahrzeugs 1 kann in jedem konkreten Anwendungsfall auch eine höhere oder, umgekehrt, reduzierte Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden ermittelt werden müssen, wie weiter unten am Beispiel eines Fahrzeugsitzes 4 in 3 erläutert.In a subsequent step S2, in order to robustly determine the spatial position of the above-mentioned adjustable element (vehicle seat 4 or its seat surface 6 or backrest 7), a first value of its position and/or orientation information required/predetermined for certain control processes in the vehicle 1 relative to the vehicle interior is determined based on an internal drive sensor system of the associated adjustment motor, i.e. motor-related. Using the example of an adjustable vehicle seat 4 or an adjustable steering column 5, this information can be, for example, a one- to three-dimensional information on the spatial position of a predetermined central point and a one- to three-dimensional information on the spatial orientation (angle information) of a predetermined central axis of this element, so that the respective value is determined as a one- to six-dimensional vector in relation to the above-mentioned vehicle-fixed Cartesian coordinate system. Depending on the type of attachment and the adjustment options of the element in relation to the vehicle 1, a higher or, conversely, reduced number of degrees of freedom of movement must be determined, as shown below using the example of a vehicle seat 4 in 3 explained.

Bei einem weiteren Schritt S3, der auch vor oder gleichzeitig mit dem Schritt S2 ausgeführt werden kann, wird mindestens ein redundanter zweiter Wert derselben Positions- und/oder Orientierungs-Angabe desselben Elements basierend auf Messdaten der externen Referenzsensoren IMU1, IMU2 und/oder IMU3 ermittelt, die im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Verstell-Motor (beispielsweise außerhalb des Verstell-Motors am/im Element oder sogar räumlich getrennt vom Element) des betreffenden Elements angeordnet ist. Es handelt sich somit um eine motorunabhängige Ermittlung.In a further step S3, which can also be carried out before or at the same time as step S2, at least one redundant second value of the same position and/or orientation information of the same element is determined based on measurement data from the external reference sensors IMU1, IMU2 and/or IMU3, which are arranged in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the adjustment motor (for example outside the adjustment motor on/in the element or even spatially separated from the element) of the element in question. This is therefore a motor-independent determination.

Bei einem auf die Schritte S2 und S3 folgenden Kontrollschritt S4 wird der erste Wert mit dem mindestens einen redundanten zweiten Wert verglichen und eine Abweichung dazwischen ermittelt. Dadurch kann der erste Wert auf seine Integrität überprüft bzw. plausibilisiert werden. In diesem Beispiel wird die ermittelte Abweichung hierzu mit einem vorbestimmten Diskrepanz-Schwellenwert verglichen. Übersteigt sie diesen Schwellenwert (ausrechende Übereinstimmung/Plausibilisierung schlägt also fehl: „nein“ in Schritt S4), kann der erste Wert anhand des mindestens einen zweiten Werts in einem Korrekturschritt S5 korrigiert werden. Das gleiche gilt auch für den Algorithmus, der zum Ermitteln des ersten Werts verwendet wird. Nach dieser Korrektur geht das Verfahren wieder zum obigen Schritt S2 zurück und wird ab Schritt S2 wiederholt.In a control step S4 following steps S2 and S3, the first value is compared with the at least one redundant second value and a deviation between them is determined. This allows the first value to be checked for its integrity or plausibility check. In this example, the determined deviation is compared with a predetermined discrepancy threshold. If it exceeds this threshold (sufficient agreement/plausibility check fails: "no" in step S4), the first value can be corrected using the at least one second value in a correction step S5. The same applies to the algorithm used to determine the first value. After this correction, the method returns to step S2 above and is repeated from step S2.

Wird beim Schritt S4 hingegen eine ausreichende Übereinstimmung festgestellt („ja“), geht das Verfahren zum Schritt S6 über, bei dem der beim Schritt S2 ermittelte erste Wert der genannten Position- und/oder Orientierungsangabe für die fahrzeuginternen Ansteuerungsvorgänge verwendet wird, für die er benötigt wird. Dies kann unter anderem eine gewünschte aktive Positionierung des Elements und/oder eine Rückmeldung seiner aktuellen Raumlage an andere Fahrzeugsysteme zur gegenseitigen Abstimmung etc. umfassen.If, however, a sufficient match is determined in step S4 (“yes”), the method proceeds to step S6, in which the first value of the position and/or orientation information determined in step S2 is used for the vehicle-internal control processes for which it is required. This can include, among other things, a desired active positioning of the element and/or feedback of its current spatial position to other vehicle systems for mutual coordination, etc.

Anschließend wird bei einem Schritt S7 geprüft, ob das Verfahren nicht beendet werden soll, beispielsweise wenn ein Abschalt-Befehl des Benutzers oder eines fahrzeuginternen Steuerungssystems, etwa beim Herunterfahren aller Bordsysteme beim Ausschalten des Fahrzeugs 1, vorliegt. ist das der Fall („ja“), wird das Verfahren mit dem entsprechenden Schritt S8 beendet. Andernfalls („nein“) wird das Verfahren zyklisch ab Schritt S2 weitergeführt.Then, in step S7, it is checked whether the method should not be terminated, for example if there is a shutdown command from the user or an internal vehicle control system, such as when shutting down all on-board systems when switching off the vehicle 1. If this is the case (“yes”), the method is terminated with the corresponding step S8. Otherwise (“no”), the method is continued cyclically from step S2.

3 zeigt in einem vertikalen Längsschnitt einen Ausschnitt eines Fahrzeugs 1, dessen für Insassen vorgesehener Innenraum ähnlich zu 1 und 2 durch seinen Boden 2 angedeutet ist. Das in 3 ebenfalls eingezeichnete übliche fahrzeugfeste kartesische Koordinatensystem K1 mit einer Fahrzeuglängsrichtung X1, Fahrzeugquerrichtung Y1 und Fahrzeughochrichtung Z1 ist bezüglich des Fahrzeuginnenraums und des Fahrzeugbodens 2 fixiert. Es kann sich auch hier beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen (PKW), handeln. 3 shows in a vertical longitudinal section a section of a vehicle 1, the interior of which is intended for passengers and is similar to 1 and 2 is indicated by its base 2. The 3 The usual vehicle-fixed Cartesian coordinate system K1, also shown, with a vehicle longitudinal direction X1, vehicle transverse direction Y1 and vehicle vertical direction Z1 is fixed with respect to the vehicle interior and the vehicle floor 2. This can also be a motor vehicle, in particular a passenger car (car).

Im Fahrzeuginnenraum ist ein Fahrzeugsitz 4 für einen Insassen (nicht dargestellt), beispielsweise einen Fahrer des Fahrzeugs 1, angeordnet. Weitere Elemente, die im Innenraum des Fahrzeugs 1 vorgesehen sein können, sind in 1 zum Zweck einer übersichtlichen Darstellung weggelassen. Für den Fahrzeugsitz 4 ist ebenfalls fest mit seiner Rückenlehne 7 verbundenes, d. h. sitzeigenes kartesisches Koordinatensystem KIMU2 mit einer Längsrichtung XIMU2, Querrichtung YIMU2 und Lehnen-Hochrichtung ZIMU2 eingezeichnet.A vehicle seat 4 for an occupant (not shown), for example a driver of the vehicle 1, is arranged in the vehicle interior. Further elements that can be provided in the interior of the vehicle 1 are shown in 1 omitted for the sake of a clear representation. For the vehicle seat 4, a Cartesian coordinate system K IMU2 is also shown, which is firmly connected to its backrest 7, ie the seat's own Cartesian coordinate system K IMU2 with a longitudinal direction X IMU2 , transverse direction Y IMU2 and backrest vertical direction Z IMU2 .

Der Fahrzeugsitz 4 ist am Fahrzeugboden 2 befestigt und ist relativ dazu als Ganzes verstellbar. Des Weiteren sind seine Sitzfläche 6 und Rückenlehne 7 relativ zueinander verstellbar. Auch im Übrigen wird an dieser Stelle auf eine übereinstimmende Beschreibung in Bezug auf den Fahrzeugsitz 4 in 1 verwiesen, sodass nachfolgend nur die folgende Ergänzung hierzu beschrieben wird:

  • In einer weiteren Ausführungsform kann die Positions- und Orientierungsbestimmung der Sitzelemente 6 und 7 (bzw. der Lenksäule 5 der 2) durch Referenz-IMUs mit einer reduzierten Anzahl von Freiheitsgraden bestimmt werden: Im allgemeinen Fall sind für eine vollständige Positions- und Orientierungsbestimmung je drei Koordinaten(achsen) zur Messung der Beschleunigung in der Richtung dieser Achsen sowie für Messung der Drehraten um diese Achsen ausreichend. Damit ergibt sich ein Sensorsystem mit sechs Freiheitsgraden. Bei geschickter Platzierung hingegen kann man mit weniger Freiheitsgraden auskommen. Das ist in 3 beispielhaft für eine Positions- und Orientierungsbestimmung der Sitzelemente 6 und 7 veranschaulicht:
    • Wenn der Sitz 4 und der Referenzsensor IMU3 (siehe 1 und 2) in einem Fahrzeugzentrum des Bodens 2 mechanisch fix und verwindungssteif verbunden sind, so sind y-Achse Y1 des Fahrzeugs und y-Achsen YIMU1 (nicht extra dargestellt) und YIMU2 der sitzgebundenen Referenzsensoren IMU1 und IMU2 an den Sitzelementen 6 und 7 stets achsparallel. Damit muss lediglich der zentrale Referenzsensor IMU3 (s. 1 und 2) über sechs Freiheitsgrade verfügen, die beiden sitzfesten Referenzsensoren IMU1 und IMU2 an den Sitzelementen 6 und 7 können Position und Orientierung dieer Sitzelemente auch mit nur je drei Freiheitsgraden bestimmen, nämlich die Beschleunigung in Richtung der x- und z-Achse sowie die Drehrate um die y-Achse des jeweiligen Referenzsensors). Solche IMUs mit nur drei Freiheitsgraden sind in der Regel kleiner und/oder preiswerter als IMUs, die zur Ermittlung von allen sechs Freiheitsgrade ausgelegt sind.
The vehicle seat 4 is attached to the vehicle floor 2 and is adjustable relative to it as a whole. Furthermore, its seat surface 6 and backrest 7 are adjustable relative to each other. In addition, reference is made at this point to a consistent description with regard to the vehicle seat 4 in 1 so that only the following addition is described below:
  • In a further embodiment, the position and orientation determination of the seat elements 6 and 7 (or the steering column 5 of the 2 ) are determined by reference IMUs with a reduced number of degrees of freedom: In general, three coordinates (axes) are sufficient for a complete position and orientation determination to measure the acceleration in the direction of these axes and to measure the rotation rates around these axes. This results in a sensor system with six degrees of freedom. With clever placement, however, fewer degrees of freedom can be used. This is in 3 An example of a position and orientation determination of the seat elements 6 and 7 is illustrated:
    • If the seat 4 and the reference sensor IMU3 (see 1 and 2 ) are mechanically fixed and torsionally rigidly connected in a vehicle center of the floor 2, the y-axis Y1 of the vehicle and the y-axes Y IMU1 (not shown separately) and Y IMU2 of the seat-based reference sensors IMU1 and IMU2 on the seat elements 6 and 7 are always axially parallel. This means that only the central reference sensor IMU3 (see 1 and 2 ) have six degrees of freedom, the two seat-mounted reference sensors IMU1 and IMU2 on the seat elements 6 and 7 can also determine the position and orientation of these seat elements with only three degrees of freedom each, namely the acceleration in the direction of the x and z axes and the rotation rate around the y axis of the respective reference sensor). Such IMUs with only three degrees of freedom are usually smaller and/or cheaper than IMUs that are designed to determine all six degrees of freedom.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2014/197312 A1 [0004]WO 2014/197312 A1 [0004]

Claims (12)

Verfahren zum robusten Ermitteln der Raumlage eines Fahrzeuginnenraum-Elements (4, 5, 6, 7), das von einem elektrischen Verstell-Motor verstellbar ist, umfassend die Schritte: - motorbezogenes Ermitteln eines ersten Werts einer vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) relativ zum Fahrzeuginnenraum basierend auf einer antriebsinternen Sensorik des Verstell-Motors (S2); - redundantes motorunabhängiges Ermitteln mindestens eines zweiten Werts derselben Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) basierend auf Messdaten mindestens eines externen Referenzsensors (IMU1-IMU4), der im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Verstell-Motor angeordnet ist (S3); - Vergleichen des motorbezogen ermittelten ersten Werts mit dem motorunabhängig ermittelten mindestens einen zweiten Wert und Ermitteln einer Abweichung dazwischen (S4); - Plausibilisierung und/oder Korrektur des ersten Werts und/oder seines motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus abhängig von der ermittelten Abweichung (S5), bevor er anschließend für vorbestimmte Ansteuerungsvorgänge im Fahrzeuginnenraum weiterverwendet wird (S6).Method for robustly determining the spatial position of a vehicle interior element (4, 5, 6, 7) that is adjustable by an electric adjustment motor, comprising the steps: - motor-related determination of a first value of a predetermined position and/or orientation specification of the element (4, 5, 6, 7) relative to the vehicle interior based on a drive-internal sensor system of the adjustment motor (S2); - redundant motor-independent determination of at least one second value of the same position and/or orientation specification of the element (4, 5, 6, 7) based on measurement data from at least one external reference sensor (IMU1-IMU4) that is arranged in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the adjustment motor (S3); - comparing the motor-related determined first value with the motor-independently determined at least one second value and determining a deviation therebetween (S4); - Plausibility check and/or correction of the first value and/or its engine-related determination algorithm depending on the determined deviation (S5), before it is subsequently used for predetermined control processes in the vehicle interior (S6). Verfahren nach Anspruch 1, wobei - die antriebsinterne Sensorik des Verstell-Motors als eine Rotorlagesensorik ausgebildet ist, die eine Drehrate und/oder einen Drehwinkel und/oder ein Drehmoment einer Rotorwelle des Verstell-Motors direkt misst oder aus einer Direktmessung einer anderen Rotorlagen-Messgröße ermittelt; und - daraus der erste Wert der genannten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) durch den zugehörigen motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus ermittelt wird (S2).Procedure according to Claim 1 , wherein - the drive-internal sensor system of the adjustment motor is designed as a rotor position sensor system which directly measures a rotation rate and/or a rotation angle and/or a torque of a rotor shaft of the adjustment motor or determines it from a direct measurement of another rotor position measurement variable; and - the first value of the said position and/or orientation information of the element (4, 5, 6, 7) is determined therefrom by the associated motor-related determination algorithm (S2). Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei - der Referenzsensor (IMU1, IMU2, IMU3, IMU4) oder mindestens einer der mehreren Referenzsensoren (IMU1-IMU4) als ein Inertialsensor, insbesondere als eine inertiale Messeinheit, ausgebildet ist.Procedure according to Claim 1 or 2 , wherein - the reference sensor (IMU1, IMU2, IMU3, IMU4) or at least one of the plurality of reference sensors (IMU1-IMU4) is designed as an inertial sensor, in particular as an inertial measuring unit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - eine Korrektur (S5) des ersten Werts und/oder seines motorbezogenen Ermittlungsalgorithmus anhand des mindestens einen motorunabhängig ermittelten zweiten Werts nur dann durchgeführt wird, wenn die ermittelte Abweichung einen vorbestimmten Diskrepanz-Schwellenwert übersteigt.Method according to one of the preceding claims, wherein - a correction (S5) of the first value and/or its engine-related determination algorithm is carried out using the at least one engine-independently determined second value only if the determined deviation exceeds a predetermined discrepancy threshold value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei - der mindestens eine zweite Wert und/oder der erste Wert durch das Anwenden eines vorbestimmten (Fusions-)Filteralgorithmus auf die Messdaten des mindestens einen externen Referenzsensors und/oder der antriebsinternen Sensorik des Verstell-Motors ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein - the at least one second value and/or the first value is determined by applying a predetermined (fusion) filter algorithm to the measurement data of the at least one external reference sensor and/or the internal drive sensor system of the adjustment motor. Verfahren nach Anspruch 5, wobei - der genannte (Fusions-)Filteralgorithmus die zu ermittelnde Orientierung des Elements (4, 5, 6, 7) auf Basis von Messdaten ohne eine explizite Modellierung der jeweiligen Systemdynamik schätzt, wie beispielsweise beim Anwenden eines Komplementärfilters; und/oder - der genannte (Fusions-)Filteralgorithmus die zu ermittelnde Orientierung des Elements (4, 5, 6, 7) auf Basis von Messdaten anhand eines expliziten Dynamikmodells des jeweiligen Systems schätzt, wie beispielsweise beim Anwenden eines Bayesschen Filters, insbesondere eines Kalman-Filters.Procedure according to Claim 5 , wherein - said (fusion) filter algorithm estimates the orientation of the element (4, 5, 6, 7) to be determined on the basis of measurement data without an explicit modeling of the respective system dynamics, such as when applying a complementary filter; and/or - said (fusion) filter algorithm estimates the orientation of the element (4, 5, 6, 7) to be determined on the basis of measurement data using an explicit dynamics model of the respective system, such as when applying a Bayesian filter, in particular a Kalman filter. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine externe Referenzsensor (IMU1, IMU2, IMU3, IMU4) umfasst: - mindestens einen fest mit dem Element verbundenen Referenzsensor (IMU1, IMU2, IMU4), insbesondere jeweils einen Referenzsensor (IMU1, IMU2) in oder an mehreren unabhängig voneinander verstellbaren Bestandteilen (6, 7) des Elements (4); und/oder - mindestens einen im Fahrzeuginnenraum ohne eine unmittelbare mechanische Verbindung zum Element (4, 5, 6, 7) befestigten Referenzsensor (IMU3).Method according to one of the preceding claims, wherein the at least one external reference sensor (IMU1, IMU2, IMU3, IMU4) comprises: - at least one reference sensor (IMU1, IMU2, IMU4) permanently connected to the element, in particular one reference sensor (IMU1, IMU2) in or on several independently adjustable components (6, 7) of the element (4); and/or - at least one reference sensor (IMU3) fastened in the vehicle interior without a direct mechanical connection to the element (4, 5, 6, 7). Steuereinheit (10), umfassend einen Prozessor, der dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Control unit (10) comprising a processor configured to carry out a method according to any one of the preceding claims. Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Computerprogramms in einer Steuereinheit (10) oder einem Computer diese/diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.Computer program comprising instructions which, when the computer program is executed in a control unit (10) or a computer, cause the latter to carry out a method according to one of the Claims 1 until 7 to execute. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 9 gespeichert ist.Machine-readable storage medium on which a computer program according to Claim 9 is stored. Motorbasiertes Verstell- und Sensor-System (S10, S20) für ein Fahrzeug (1), umfassend: - mindestens ein verstellbares Fahrzeuginnenraum-Element (4, 5, 6, 7); - für eine oder für mehrere voneinander unabhängige Translations- und/oder Drehachsen eines jeden von diesen Elementen (4, 5, 6, 7) jeweils einen zugehörigen elektrischen Verstell-Motor, wobei der jeweilige Motor eine antriebsinterne Sensorik umfasst, auf deren Basis ein erster Wert einer vorbestimmten Positions- und/oder Orientierungs-Angabe des Elements (4, 5, 6, 7) relativ zum Fahrzeuginnenraum ermittelbar ist; sowie - eine Steuereinheit (10) nach Anspruch 8, die zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für jeden dieser Motoren ausgebildet und eingerichtet ist.Motor-based adjustment and sensor system (S10, S20) for a vehicle (1), comprising: - at least one adjustable vehicle interior element (4, 5, 6, 7); - for one or more independent translation and/or rotation axes of each of these elements (4, 5, 6, 7), an associated electric adjustment motor, wherein the respective motor comprises a drive-internal sensor system, on the basis of which a first value of a predetermined position and/or orientation Specification of the element (4, 5, 6, 7) relative to the vehicle interior; and - a control unit (10) according to Claim 8 , which are used to carry out a process according to one of the Claims 1 until 7 trained and equipped for each of these engines. Fahrzeug (1), insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einem motorbasierten Verstell- und Sensor-System (S10, S20) nach Anspruch 11.Vehicle (1), in particular a motor vehicle, with a motor-based adjustment and sensor system (S10, S20) according to Claim 11 .
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014197312A1 (en) 2013-06-04 2014-12-11 Bose Corporation Active suspension of a motor vehicle passenger seat
DE102014219326A1 (en) 2014-09-24 2016-03-24 Continental Teves Ag & Co. Ohg Sensor fusion with smartphone in the vehicle
DE102017201728A1 (en) 2017-02-03 2018-08-09 Audi Ag Control device for generating control data for actuators for configuring an interior situation of a motor vehicle and motor vehicle and method for operating a control device
US20200139853A1 (en) 2018-11-07 2020-05-07 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Interior adjustment system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014197312A1 (en) 2013-06-04 2014-12-11 Bose Corporation Active suspension of a motor vehicle passenger seat
DE102014219326A1 (en) 2014-09-24 2016-03-24 Continental Teves Ag & Co. Ohg Sensor fusion with smartphone in the vehicle
DE102017201728A1 (en) 2017-02-03 2018-08-09 Audi Ag Control device for generating control data for actuators for configuring an interior situation of a motor vehicle and motor vehicle and method for operating a control device
US20200139853A1 (en) 2018-11-07 2020-05-07 Brose Fahrzeugteile Gmbh & Co. Kommanditgesellschaft, Bamberg Interior adjustment system

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