DE10250321A1

DE10250321A1 - Verfahren und Anordnung zur Erfassung eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte

Info

Publication number: DE10250321A1
Application number: DE10250321A
Authority: DE
Inventors: Roland Mueller-Fiedler; Dietmar Krieg; Reinhard Neul; Dorothea Papathanassiou; Michael Knauss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-10-29
Publication date: 2003-06-26

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Fahrzeugen. Durch eine z. B. nichtkartesische Anordnung von vier Drehratensensoren (1-4) und/oder Beschleunigungssensoren kann neben dem gewünschten, den räumlichen Bewegungszustand, z. B. die Rotationsbewegung und/oder die Beschleunigung im Raum, angebenden Nutzsignal auch ein Redundanzsignal gewonnen werden, das, wenn es groß genug gegenüber der tatsächlich anliegenden Drehrate ist, zur Detektion der Fehlergröße und des fehlerhaften Sensors verwendet werden kann. Die vier Sensoren (1-4) sind z. B. auf einer einen dreiseitigen Pyramidenstumpf bildenden Sensorplattform (12) so befestigt, dass alle möglichen Dreierkombinationen der Sensoren jeweils linear unabhängig sind. Durch den Neigungswinkel der Seitenflächen des Pyramidenstumpfs (12) kann die Genauigkeit um die Hochachse (Z) festgelegt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte und insbesondere von Fahrzeugen.

Stand der Technik

Bisherige Fahrzeugsysteme (z. B. ESP: Electronic Stabilizing Program), Rückhaltesysteme und Navigationssysteme beschränken sich auf die Erfassung ebener Bewegungen des Fahrzeugs. Dabei treten eindimensionale oder zweidimensionale Messaufgaben auf. Mit zunehmendem Fortschritt in der Fahrzeugtechnik entsteht die Forderung nach der Erfassung des räumlichen Fahr- oder Bewegungszustandes. Durch eine zentrale Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes könnte den Fahrzeugsystemen eine Vielzahl zusätzlicher Informationen bereitgestellt werden. Diese Informationen sind die Fahrzeugneigung, die die Regelung der Beleuchtung, die Verschiebung des Schaltpunktes von Automatikbetrieben am Hang u. s. w. ermöglicht, die Detektion von Überschlägen oder sog. Roll-Overs und dadurch eine gezieltere Auslösung von Airbags, die Steilkurvenerkennung, die sich zur Verbesserung des ESP-Algorithmus verwenden lässt, und andere.

Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Fahrzeugsystemen, z. B. Airbag-Systemen und ESP, wird auf die Verfügbarkeit und Korrektheit der Signale besonderen Wert gelegt. Deshalb sind dafür Redundanzkonzepte gefordert, falls die Zusatzinformationen in den Systemen benutzt werden.

Wie erwähnt, ist die Erfassung des ebenen Fahrzustandes durch Beschleunigungs- und Drehratensensoren Stand der Technik. Derartige Sensoranordnungen zur Erfassung des ebenen Bewegungszustandes werden bei der Anmelderin schon seit längerer Zeit produziert. Eines dieser Systeme erfasst die Längs- und Querbeschleunigung des Fahrzeugs sowie die Drehung um die Hochachse und berechnet daraus in einem lokalen Fahrzeugschätzer den ebenen Bewegungszustand des Fahrzeugs.

Nachteilig bei den derzeitigen Systemen ist, dass sie nur ebene Bewegungszustände erfassen. Da Fahrzeuge im allgemeinen und insbesondere Kraftfahrzeuge häufig in Wirklichkeit räumliche Bewegungen ausführen, sind die oben erwähnten, im Stand der Technik bekannten Erfassungssysteme nachteilig, da sie immer nur die Projektion der räumlichen Bewegung auf eine sich ständig ändernde Ebene, die die Fahrzeuggrundfläche darstellt, messen. Die Interpretation dieser Messergebnisse kann zu Fehlern bei der Bestimmung des Fahrzustandes führen. Diese Fehler sind bei normalen Fahrzuständen klein. Bei verschiedenen Fahrzuständen, wie z. B. Steilkurvenfahrt, Fahrt an steilen Steigungen, Überschlag des Autos, werden diese Fehler jedoch sehr groß und können die Fahrzeugsysteme, wie z. B. ESP und Rückhaltesysteme, fehlerhaft beeinflussen.

Um derartige Fehlfunktionen der Fahrzeugsysteme zu vermeiden, hat man bisher aufwändige Algorithmen eingesetzt und die die Fehler hervorrufenden Bewegungszustände in Rückfallebenen besonders behandelt, wie z. B. in einer besonderen Steilkurvenerkennung. In anderen Fällen werden räumliche Bewegungszustände schlecht oder gar nicht erkannt, wie z. B. der Fahrzeugüberschlag bei Rückhaltesystemen, so dass in einem solchen Zustand die Airbags häufig nicht ausgelöst werden.

Bisher hat man zur Erfassung solcher Situationen immer mehr Sensoren in die Fahrzeuge eingebaut. Z. B. ist am ESP-System auch bereits jetzt schon erkennbar, dass die Detektion solcher Ausnahmefälle der Bewegungszustände aufwändig ist.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Fahrzeugen, so zu ermöglichen, dass der Gesamtaufwand zur Erfassung von Ausnahmesituationen einfacher gestaltet werden kann, aufwändige Fallunterscheidungen und Fahrzeugspositionsschätzungen überflüssig werden und die Algorithmen der Einzelsysteme schlanker und übersichtlicher gemacht werden können. Diese Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Erfassung eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Komponenten des räumlichen Bewegungszustandes in mindestens drei verschiedenen räumlichen Erfassungsrichtungen sensorisch erfasst und miteinander unter Berechnung von Resultierenden kombiniert werden, wobei mindestens eine der Erfassungsrichtungen nicht kartesisch gerichtet ist.

Gemäß einem weiteren wesentlichen Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zur Erfassung eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine mit dem bewegten Objekt bzw. dem Fahrzeug starr verbundene Sensorplattform mit mindestens drei zueinander starr ausgerichteten Drehratensensoren und/oder Beschleunigungssensoren aufweist, deren Erfassungsrichtung jeweils unterschiedlich ist, wobei die Erfassungsrichtung mindestens eines der Beschleunigungs- oder Drehratensensoren nicht kartesisch ist und von den Sensoren Signale ableitbar sind, die jeweils eine Komponente des räumlichen Bewegungszustandes in der jeweiligen Erfassungsrichtung angeben, und außerdem eine Recheneinheit aufweist, die zur Kombination der von ihr empfangenen Sensorsignale unter Berechnung von Resultierenden der jeweiligen Signalkomponenten eingerichtet ist.

Somit lässt sich durch geeignete Anordnung von mindestens drei Sensoren der räumliche Bewegungszustand berechnen. Wenn wenigstens einer dieser drei Sensoren zu den anderen beiden Sensoren nicht kartesisch und so angeordnet ist, dass die drei Sensierrichtungen in einer gemeinsamen Ebene liegen, lassen sich die Signale der drei Sensoren auf Plausibilität prüfen.

Wird aus Redundanzgründen ein weiterer Sensor hinzugenommen (z. B. vier Drehratensensoren), so sind Einfachfehler der Sensorsignale detektierbar. Falls das Fehlersignal sehr viel größer als die tatsächlich anliegende Drehrate ist, kann zusätzlich festgestellt werden, welcher Sensor defekt ist und wie groß der Fehler ist. Mit fünf oder mehr Sensoren lassen sich entweder Mehrfachfehler detektieren oder Fehler in Fällen, bei denen das Fehlersignal in der gleichen Größenordnung wie die tatsächliche Drehrate liegt.

Prinzipiell eignen sich Algorithmen zur Berechnung der räumlichen Drehrate auch zur Berechnung der räumlichen Translationsbewegung, da sich sowohl die Beschleunigungen als auch die Drehraten als Vektoren darstellen lassen.

Die Erfassung räumlicher Translationsbewegung erfolgt nach genau den gleichen Prinzipien wie die Erfassung räumlicher Drehbewegungen. Anstatt den Drehratensensoren werden dann mittels Beschleunigungssensoren die Linearbeschleunigungen in den jeweiligen Sensierrichtungen erfasst. Damit unterscheiden sich weder die konstruktive Umsetzung noch die Auswertealgorithmen zur Erfassung der räumlichen Translation von der Detektion und der Auswertung der räumlichen Drehbewegung bewegter Objekte.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Anordnung zur Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Fahrzeugen, lassen sich besonders folgende Vorteile erreichen: - zentrale Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes. Bisher wird von jedem Teilsystem der Bewegungszustand separat erfasst und ausgewertet, was viel apparativen Mehraufwand bedeutet; - Einsparung von Programmcode bei Fahrzeugsystemen, da diese die Messsignalaufbereitung und -schätzung nicht mehr separat sondern zentral an einer Stelle ausführen. Dies bringt Kosteneinsparungen mit sich; - den Fahrzeugsystemen wird redundante Information bereitgestellt, was besonders für sicherheitskritische Anwendungen gefordert ist; - erhöhte Transparenz, da Regelfunktionen von der Messdatenaufbereitung und Schätzung des Fahrzustandes getrennt sind; - alle Fahrzeugsysteme gehen vom gleichen, mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Anordnung ermittelten Bewegungszustand aus.

Zeichnung

In der nachstehenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung bezogen auf die Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnungsfiguren zeigen im Einzelnen: Fig. 1 ein Vektordiagramm zur Erläuterung eines ersten eine Teilerfassung des Bewegungszustandes erreichenden Verfahrens der Erfindung; Fig. 2 schematisch und perspektivisch eine Ansicht einer das in Fig. 1 gezeigte Prinzip verwirklichenden ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung; die Fig. 3A und 3B jeweils in Draufsicht und perspektivisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, die vier Sensoren zur Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes aufweist; Fig. 4 schematisch und perspektivisch eine dritte Ausführungsform der Erfindung mit vier Sensoren; Fig. 5 schematisch und perspektivisch eine vierte Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 ein Flussdiagramm eines Algorithmus zur Erkennung von großen Einfachfehlern mit einer Anordnung von vier Sensoren, die tetraederförmig gemäß Fig. 4 angeordnet sind; Fig. 7 ein Flussdiagramm eines Algorithmus zur Erkennung von Einfachfehlern mit fünf Sensoren, beispielsweise in der in Fig. 5 gezeigten Anordnung und Fig. 8 schematisch ein Blockschaltbild einer in einem Kraftfahrzeug eingesetzten erfindungsgemäßen Anordnung.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein Vektordiagramm zur Veranschaulichung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, das eine Teilerfassung des räumlichen Bewegungszustandes ermöglicht.
Der Vorteil der Teilerfassung des räumlichen Bewegungszustandes ist, dass auch mit wenigen Sensoren, hier z. B. drei Sensoren, redundante Information erzeugt werden kann, sofern man nur an dem Bewegungsanteil interessiert ist, der in der Ebene liegt, in der auch die Sensoren detektieren.
Der Vektor ω_X veranschaulicht einen ersten Drehratenvektor (Winkelgeschwindigkeit), der bei Kraftfahrzeugen die Erfassung der Drehrate um die Fahrzeuglängsachse (X-Achse) ist, wie sie für Überrollanwendungen erfasst wird. Ein zweiter, senkrecht auf dem ersten Vektor ω_X stehender, Vektor ω_Z veranschaulicht die Erfassung der Drehung des Fahrzeugs um die Hochachse (Z-Achse) mit einem weiteren Drehratensensor. Die Detektionsrichtungen dieser beiden ersten Drehratensensoren stehen aufeinander senkrecht und liegen in einer senkrecht zur Fahrzeugplattform stehenden Ebene P. Ein dritter Vektor ω_R veranschaulicht die Erfassung einer Bewegungskomponente in einer dritten Richtung, die weder auf der ersten Erfassungsrichtung X, noch auf der zweiten Erfassungsrichtung Z senkrecht steht und natürlich auch nicht parallel zu den Richtungen X und Z liegt. Der Vektor ω_R wird somit durch einen dritten Drehratensensor erfasst, dessen Erfassungsrichtung schräg zu den Erfassungsrichtungen der beiden anderen Sensoren steht. Alle drei Erfassungsrichtungen X, Z und R liegen jedoch in der gemeinsamen, zuvor erwähnten Ebene P, die in Fig. 1 senkrecht auf der Fahrzeugplattform steht. Ein die drei Vektorkomponenten auswertender Algorithmus stellt nun fest, ob die Projektion der resultierenden Drehrate auf diese Ebene P, die durch den Vektor S veranschaulicht ist, für alle Kombinationen der Sensorsignale gleich groß ist. Ist diese nicht der Fall, so liegt ein Fehler vor.
Die anhand der Fig. 1 veranschaulichte Teilerfassung des Bewegungszustandes ist immer dann sinnvoll, wenn die Fahrzeugsysteme nicht am kompletten Bewegungszustand interessiert sind und folglich auch kein Bedarf für eine komplette Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes besteht.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer das in Fig. 1 veranschaulichte Verfahren zur teilweisen Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes verwirklichenden Anordnung. Ein erster Drehratensensor 1 zur Erfassung der Komponente ω_X in X-Richtung, der z. B. als ein Out- of-plane-Detektor realisiert werden kann, und ein zweiter Drehratensensor 2 zur Erfassung der Komponente ω_Z in Z-Richtung, der z. B. als ein In-plane-Detektor realisiert werden kann, liegen gemeinsam in einer Ebene Q, die durch eine Sensorplattform 10 definiert und die parallel zu der durch die (nicht gezeigte) Fahrzeugplattform definierten Ebene liegt.
Unter einem In-plane Detektor wird dabei ein Drehratensensor verstanden, der zumindest näherungsweise lediglich eine ebene Torsionsschwingung innerhalb der Ebene der Schwingstruktur des Drehratensensors gemäß DE 195 00 800 Al (siehe beispielsweise Fig. 6 dort) ausführt, wobei die Torsionsachse oder der Drehratenvektor senkrecht dazu orientiert ist, während unter einem Out-of-plane Detektor ein Drehratensensor verstanden wird, der eine Torsionsschwingung aus der Ebene der Schwingstruktur des Drehratensensors gemäß DE 195 00 800 A1 (siehe beispielsweise Fig. 1 und Fig. 2 dort) ausführt, wobei die Torsionsachse oder der Drehratenvektor dann in der Ebene der Schwingstruktur liegt.
Die Sensorplattform 10 kann hier z. B. die Fläche einer bedruckten Schaltungsplatine sein. Ein dritter Drehratensensor 3 ist z. B. ebenfalls ein In-plane-Detektor und liegt in einer Ebene O, die schräg zu der durch die Sensorplattform 10 definierten Ebene Q gestellt ist, so dass seine Erfassungsrichtung R zur Erfassung der dritten Bewegungskomponente ω_R dient. Wie erwähnt und in Fig. 1 dargestellt, liegen alle drei Sensierrichtungen X, Z und R in einer gemeinsamen Ebene P, damit die Signale der drei Sensoren 1, 2 und 3 durch mathematische Projektion der resultierenden Drehrate auf diese Ebene P auf Plausibilität geprüft werden können.
Die Fig. 3A und 3B zeigen jeweils eine Draufsicht und eine perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung. In einer durch eine Sensorplattform 11 definierten Ebene sind drei Drehratensensoren 1, 2 und 3 in kartesischer Ausrichtung befestigt. Die Drehratensensoren 1 und 2 können z. B. als Out-of-plane-Detektoren und der Drehratensensor 3 z. B. als ein In-plane-Detektor realisiert werden. Aus den von den Drehratensensoren 1-3 abgeleiteten Signalen ist die räumliche Drehbewegung ohne Redundanz berechenbar. Ein vierter Drehratensensor 4 ist in einer nichtkartesischen Anordnung, also schräg zu jeder der Sensierrichtungen X, Y und Z der ersten drei Drehratensensoren, angebracht, so dass seine Detektionsachse R nicht in der Montageebene der anderen Sensoren liegt und auch nicht senkrecht darauf steht. Mit der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Anordnung kann die Drehbewegung auf vier verschiedene Arten berechnet werden. Damit liegt diese Information redundant vor. Somit reichen bei der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Sensoranordnung die vier Sensoren 1, 2, 3, 4 zur Bildung von Redundanz und Erfassung von Einfachfehlern aus. Für den Fall, dass das Fehlersignal groß gegenüber der tatsächlich anliegenden Drehrate ist, ist der fehlerhafte Sensor lokalisierbar und kann der Fehlerbetrag berechnet werden.
Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung, bei der vier Drehratensensoren in nichtkartesischer Ausrichtung auf einem dreiseitigen Pyramidenstumpf angeordnet sind, der eine Sensorplattform 12 bildet. Eine derartige pyramidale Anordnung wird auch affine Anordnung genannt. Auf einer Seitenfläche des die Sensorplattform 12 bildenden dreiseitigen Pyramidenstumpf ist ein erster Drehratensensor 1 zur Detektion einer räumlichen Bewegungskomponente ω_U in U-Richtung auf einer zweiten Seitenfläche des dreiseitigen Pyramidenstumpfs 12 ein zweiter Drehratensensor 2 zur Detektion einer räumlichen Bewegungskomponente Cov und auf einer dritten Seitenfläche des dreiseitigen Pyramidenstumpfs 12 ein dritter Drehratensensor zur Detektion einer Bewegungskomponente ω_W angeordnet. Ferner ist ein vierter Drehratensensor 4 auf der Deckfläche des dreiseitigen Pyramidenstumpfs 12 angeordnet zur Detektion einer vierten Bewegungskomponente ω_Z in Z-Richtung, die z. B. die Fahrzeughochachse sein kann. Selbstverständlich kann der vierte Drehratensensor 4 auch auf der Unterseite des dreiseitigen Pyramidenstumpfs liegen.
Da die zuvor erwähnten Out-of-plane-Detektoren, beispielsweise bei der vorliegenden Anmelderin hergestellte mikromechanische Sensoren vom Typ MM2* (* Typenbezeichnung der Robert Bosch GmbH) für bestimmte Anwendungen nicht die gewünschte Spezifikation der Fahrzeugsysteme erfüllen, werden bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung nur In-plane- Detektoren für die Drehratensensoren 1, 2, 3, 4 verwendet, z. B. der Typ MM3* (* Typenbezeichnung der Robert Bosch GmbH). Die vier Sensoren 1, 2, 3, 4 sind so angeordnet, dass alle möglichen Dreierkombinationen der Sensoren jeweils linear unabhängig sind. Durch diese Anordnung kann die Genauigkeit um die einzelnen Fahrzeugachsen beeinflusst werden. Da in der Regel die Erfassung der Komponente ω_Z um die Hochachse Z des Fahrzeugs mit höherer Genauigkeit benötigt wird als die Drehungen um die Fahrzeuglängs- und -querachse bietet sich eine Anordnung an, die in der Richtung der Hochachse Z besonders empfindlich ist. Dies erfüllt die in Fig. 4 gezeigte pyramidale Anordnung, deren Mittelachse in Richtung der Hochachse Z des Fahrzeugs ausgerichtet ist.
Durch den Neigungswinkel der Seitenflächen des Pyramidenstumpfs kann die Genauigkeit um die Hochachse Z festgelegt werden. Je flacher die Pyramide ist, desto höher ist die Genauigkeit um die Hochachse Z. Natürlich geht die Genauigkeitssteigerung um die Hochachse Z auf Kosten der Genauigkeit bei der Erfassung der Komponenten ω_U, ω_V und ω_W, d. h. auf Kosten der Genauigkeit der Erfassung der Bewegungskomponenten in der Quer- und Längsachse des Fahrzeugs.
Vorteilhaft an der in Fig. 4 gezeigten Anordnung ist, dass die Orientierung der Einzelsensoren 1, 2, 3, 4 variabel an die jeweilige Applikation angepasst werden kann. Der die Sensorplattform 12 bildende Pyramidenstumpf kann beispielsweise als Kunststoffspritzgussteil hergestellt werden. Damit ist die Formgebung sehr flexibel, und die Winkelfehler können klein gehalten werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass in diesem Fall die Orientierung der Sensoren untereinander im wesentlichen von der Genauigkeit des Pyramidengrundkörpers 12 abhängt. Die einzelnen Sensorelemente 1, 2, 3, 4 können z. B. auf den Grundkörper 12 geklebt werden. Um die Sensoren vor hochfrequenten mechanischen Schwingungen zu schützen, kann zwischen dem Pyramidenstumpf 12 und einer gedruckten Leiterplatte 9 eine Zwischenschicht 8 mit dämpfender Wirkung eingebaut werden. Diese Zwischenschicht 8 kann z. B. durch eine elastische Klebeverbindung realisiert sein.
Fig. 5 zeigt eine ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung bildende nichtkartesische Anordnung mit fünf Sensoren 1, 2, 3, 4, 5. Hier ist anstatt des dreiseitigen Pyramidenstumpfs 12 des dritten Ausführungsbeispiels (Fig. 4) ein vierseitiger Pyramidenstumpf als Sensorplattform 13 gewählt. Die Sensoren 1, 2, 3, 4 sind an den vier Seitenflächen des Pyramidenstumpfs 13 und ein fünfter Sensor 5 auf der Deckfläche desselben angebracht. Die oben für das anhand der Fig. 4 beschriebene Ausführungsbeispiel erwähnten Vorteile gelten in ihrer Gesamtheit auch für die in Fig. 5 gezeigte nichtkartesische Sensoranordnung.
Für eine nichtkartesische Sensoranordnung sind allgemein als Grundkörper (Sensorplattform) sämtliche herstellbare Geometrien denkbar wie z. B. regelmäßige Polyeder: Tetraeder, Hexaeder, Oktaeder, Dodekaeder, Ikosaeder usw. Es sei auch erwähnt, dass das erfindungsgemäße Verfahren ebenso verwirklich werden kann, wenn die jeweiligen Sensoren nicht auf einem einstückigen Grundkörper angebracht sind, solange sie starr zueinander in der jeweiligen Ausrichtung befestigt sind. Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, dass die Anzahl der Sensoren nicht auf die zuvor beschriebenen Anordnungen mit drei, vier oder fünf Sensoren begrenzt ist, da nachfolgend beschriebene Algorithmen auch auf n Sensoren verallgemeinerbar sind, wobei n Element der natürlichen Zahlen sein kann. Hierbei steigt mit jedem weiteren Sensor die Zuverlässigkeit der Fehleraussage. Jedoch begrenzen die Kosten für weitere Sensoren in der Realität die Anzahl der Sensoren.
Fig. 6 zeigt in Form eines Flussdiagramms einen Algorithmus zur Detektion voh großen Einfachfehlern bei einer Sensoranordnung mit vier Sensoren, z. B. der in Fig. 4 gezeigten nichtkartesischen Sensoranordnung. Nach dem Start des Programms werden in einem ersten Schritt St 1 zunächst alle Kombinationsmöglichkeiten der Sensorsignale gebildet bzw. erfasst. Danach wird in einem zweiten Schritt St 2 für alle diese Kombinationen der Betrag der resultierenden Drehrate berechnet. In einem dritten Schritt St 3 wird abgefragt, ob ein Fehler vorliegt. Ein Fehler liegt dann vor, wenn sich mindestens einer der in St2 berechneten Beträge von den anderen unterscheidet. Liegt kein Fehler vor, ist das Programm beendet. Wenn ein Fehler vorliegt, wird in einem vierten Schritt St 4 abgefragt, ob der Fehler, dargestellt durch ein Signal F groß ist. Diese Frage kann mit "JA" beantwortet werden, falls der Fehler sehr viel größer ist als das zu detektierende Nutzsignal. Nachstehend wird ein Algorithmus zur Erkennung beschrieben, ob das Fehlersignal F groß gegenüber dem korrekten Signal ist. Hierfür werden die Beträge zunächst der Größe nach sortiert. Der größte Betragswert sei mit G1, der zweitgrößte Betragswert mit G2, der drittgrößte Betragswert mit G3 und der kleinste Betragswert mit K bezeichnet. Der Mittelwert der drei großen Betragswerte ist mit G_mittel bezeichnet. Falls G_mittel-G1 < δ₁ ∩ G_mittel-G2 < δ₁ ∩ G_mittel-G3 < δ₁ und G_mittel-K >> δ₂ erfüllt ist, kann detektiert werden, welcher Sensor defekt ist, wobei die beiden Grenzwerte δ₁ und δ₂ auf die konkrete Anwendung abgestimmt sein müssen. Wenn somit das Ergebnis der Abfrage im Schritt St 4 ja lautet, wird im fünften Schritt St 5 der defekte Sensor identifiziert.
Schließlich wird nach dem Schritt St 5 in einem letzten Schritt St 7 der absolute Fehler berechnet und ausgegeben, welcher Sensor Fehler verursacht hat. Dann ist das Programm zu Ende. Wenn dagegen im Schritt St 4 der Fehler klein ist, wird die Information im Schritt St 6 erzeugt, dass zwar ein Fehler vorliegt, jedoch nicht lokalisiert werden kann, welcher Sensor defekt ist und folglich auch die Größe des Fehlers nicht berechnet werden kann.
Hierzu muss angemerkt werden: - Es kann nachgewiesen werden, dass sich jede beliebige Dreierkombination der vier Richtungsvektoren, z. B. ω_U, ω_V, ω_V und ω_Z gemäß Fig. 4 zur Berechnung der räumlichen Drehbewegung eignet; - es gibt vier mögliche Dreierkombinationen; - es sind sowohl Fehlerzustände denkbar, bei denen jeweils nur ein Sensor falsche Werte liefert (Einfachfehler), als auch solche, bei denen mehrere Sensoren gleichzeitig falsche Werte liefern (Mehrfachfehler). Die Algorithmen dafür sind komplizierter; - es könnten auch Fehler vorkommen, die durch falsche Orientierung eines Sensors hervorgerufen werden (z. B. durch falsche Montage des Sensors oder dadurch, dass der Sensor sich gelöst hat und innerhalb des Gehäuses verrutscht ist).
Der in Fig. 6 dargestellte Algorithmus setzt zur Fehlererkennung voraus, dass die Sensoren geometrisch nahezu korrekt angeordnet sind. Kleinere Abweichungen können durch Kalibrierung der Sensoren kompensiert werden. Dementsprechend werden Orientierungsfehler der Sensoren ausgeschlossen. Weiterhin ist bei dem Algorithmus der Fig. 6 angenommen, dass nur Einfachfehler vorliegen.
Mit vier Sensoren, wie sie beispielsweise bei der nichtkartesischen Anordnung der Fig. 4 vorgesehen sind, kann nur in Ausnahmefällen, wenn das Fehlersignal groß ist, erkannt werden, welcher Sensor defekt ist. Falls der Fehler jedoch in der gleichen Größenordnung wie das tatsächliche Drehratensignal ist, ist eine Lokalisierung des Fehlers mit dem oben beschriebenen und in Fig. 6 dargestellten Algorithmus nicht möglich.
Dagegen wird mit der in Fig. 5 dargestellten fünf Sensoren 1, 2, 3, 4, 5 enthaltenden Sensoranordnung die Detektion des fehlerhaften Sensors möglich. Bei der Erfassung aller Kombinationsmöglichkeiten gibt es dann zehn statt vier mögliche Dreierkombinationen.
Mit dem in Fig. 7 in Form eines Flussdiagramms dargestellten Algorithmus kann mit fünf Sensoren, z. B. in der in Fig. 5 gezeigten Anordnung nicht nur der Fehler, sondern auch erfasst werden, welcher Sensor den Fehler verursacht hat, und dies auch, wenn ein kleines Fehlersignal vorliegt, d. h., dass sich die fehlerbehafteten resultierenden Drehratensignale nur wenig von dem korrekten resultierenden Drehratensignal unterscheiden. Der obige formelmäßig beschriebene Algorithmus zur Ermittlung, ob das Fehlersignal F groß gegenüber dem korrekten Signal ist, kann auch hier angewendet werden.
Gemäß Fig. 7 werden in einem ersten Schritt St 10 alle zehn möglichen Dreierkombinationen erfasst. Danach wird in einem Schritt St 11 für alle möglichen Kombinationen die resultierende Drehrate berechnet. Dann wird in einem Abfrageschritt St 12 unterschieden, ob ein Fehler vorliegt oder nicht. Liegt kein Fehler vor, ist das Programm beendet. Liegt ein Fehler vor, wird in Schritt St 13 der defekte Sensor identifiziert. Schließlich wird im letzten Schritt St 14 der absolute Fehler berechnet und ausgegeben, welcher Sensor Fehler verursacht hat. Können auch Mehrfachfehler vorkommen, so kann mit den zuvor beschriebenen Algorithmen keine allgemeingültige Aussage gemacht werden, da prinzipiell Fehlerkombinationen denkbar sind, bei denen sich die Fehler so kompensieren, dass sie mit diesen Algorithmen nicht entdeckt werden können. Die Gefahr bei Mehrfachfehlern, die nicht unabhängig voneinander sind, ist besonders groß, falls die Sensoren an einem Ort montiert sind, an dem Störgrößen gleichzeitig auf alle Sensoren einwirken, z. B. Steinschlag gegen die Bodenplatte des Fahrzeugs, wenn die Sensorplattform an dieser Bodenplatte befestigt ist, oder lokale elektrische bzw. magnetische Störungen im Fahrzeug. Wenn jedoch die Sensoren im Fahrzeug verteilt sind, sinkt zwar die Gefahr von Mehrfachfehlern, da die Sensoren an voneinander beabstandeten Orten angebracht sind, dafür steigt jedoch der apparative Aufwand, da die Sensorplattformen nicht mehr so einfach sein können, wie sie in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgestellt wurden.
Die Erfassung räumlicher Translationsbewegungen erfolgt nach genau den gleichen Prinzipien wie die Erfassung räumlicher Drehbewegungen. Statt der Drehraten werden dann mittels Beschleunigungssensoren die Linearbeschleunigungen in den jeweiligen Sensierrichtungen erfasst. Auch hierfür gibt es zwei grundsätzlich verschiedene mikromechanische Sensortypen: - Beschleunigungssensoren mit In-plane-Detektion und Beschleunigungssensoren mit Out-ofplane-Detektion. Damit unterscheiden sich weder die konstruktive Umsetzung noch Auswertealgorithmen von den zuvor beschriebenen Anordnungen und Auswertealgorithmen zur Erfassung der räumlichen Drehbewegung und der Bildung von Redundanz.
Für Varianten, bei denen sowohl die räumliche Drehbewegung als auch die räumlich Translationsbewegung erfasst werden soll, sind folgende Kombinationen möglich: - Bei einer Ausführungsform, z. B. gemäß den Fig. 3A und 3B, sind jeweils ein Beschleunigungs- und Drehratensensor nebeneinander montiert. - Falls bei einer pyramidalen Anordnung der Sensoren, z. B. gemäß den Ausführungsbeispielen der Fig. 4 und 5, der Pyramidenstumpf groß genug ist, kann auch neben jedem Drehratensensor ein Linearbeschleunigungssensor montiert werden. - Alternativ kann neben einem ersten Pyramidenstumpf zur Messung der Drehraten auch ein zweiter Pyramidenstumpf zur Messung der Linearbeschleunigungen angebracht werden. Da Drehratensensoren die Drehrate indirekt über die Messung der Coriolisbeschleunigung messen, könnte durch eine geeignete interne Verschaltung der Drehratensensoren auch gleichzeitig die Linearbeschleunigung gemessen werden. Damit würde ein separates Beschleunigungsmessinstrument entfallen. Dann könnten die zuvor beschriebenen, in den Fig. 3A, 3B, 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiele sowohl die räumliche Drehbewegung als auch die Linearbeschleunigung messen.
Fig. 8 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug, die auch die Fahrzeuglängsachse X, die Querachse Y und die Hochachse Z zeigt. Eine Sensorplattform 10, 11, 12 oder 13 ist gemäß einem der in den zuvor beschriebenen und in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen angebracht. Die Sensorplattform 10, 11, 12 oder 13 liefert die einzelnen Sensorsignale für eine im Kraftfahrzeug angebrachte Recheneinheit 20.
Alternativ können die einzelnen Sensorsignale auch bereits durch eine elektronische Schaltung auf der Sensorplattform kombiniert werden. Ebenfalls kann die Recheneinheit 20 mit der Sensorplattform integriert sein.
Wie schon erwähnt, muss die Sensorplattform nicht unbedingt einstückig sein. Die Einzelsensoren können stattdessen auch im Fahrzeug verteilt in der entsprechenden Ausrichtung montiert sein. Die einstückige Ausführung der Sensorplattform ist jedoch konstruktiv und apparativ einfacher und kostengünstiger.
Zur Realisierung einer der vorstehend erläuterten Anordnungen eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte kann einerseits ein Aufbau der einzelnen Sensoren beispielsweise auf Leiterplatten sowie eine Verkabelung mittels flexiblen Verbindungsleitungen erfolgen. Die dazu erforderliche, vergleichsweise genaue Positionierung der Sensoren oder Leiterplatten mit den Sensoren ist technisch jedoch aufwändig. Bevorzugt erfolgt der Aufbau der Anordnung in Form einer mehrachsigen, redundanten Sensorplattform daher mit Hilfe von sogenannten MID ("Molded Interconnect Devices"). Dabei handelt es sich um ein Leiterplattenkonzept, das über Spitzgusstechnik und Metallisierungstechnik hergestellt wird. Die Spitzgusstechnik ermöglicht es, sämtliche Geometrien mit hoher Genauigkeit, insbesondere hinsichtlich der Positioniergenauigkeit der Seiten der Grundkörper, herzustellen. Durch eine geeignete Metallisierungstechnik wie 2-Komponenten-Spritzguss oder eine Heißprägetechnik können dann weiter Leiterbahnen auf dem Grundkörper, beispielsweise einem Pyramidenstumpf, erzeugt werden, die über Kanten und Ecken verlaufen können.
Insgesamt bietet die MID-Technik die Möglichkeit der Erzeugung von 3D-Leiterbahnstrukturen mit besonders hoher Genauigkeit, so dass sich im Zusammenwirken mit Bauelementbestückern sehr geringe Toleranzen realisieren lassen. Durch die eingesetzte Metallisierungstechnik sind die Leiterbahnen zudem direkt auf dem "Sensor-Träger" oder Grundkörper integriert, so dass eine spätere Kontaktierung über flexible Leiterbahnen entfallen kann.
Im Einzelnen werden die Sensorelemente zunächst beispielsweise durch Löten, Drahtbonden oder Flip-Chip-Techniken auf einem MID-Träger appliziert. Dieser MID-Träger wird dann auf einer "Grund"-Leiterplatte platziert und mit dieser beispielsweise durch Kleben verbunden. Dabei bietet die MID-Technologie gleichzeitig die Möglichkeit der Bündelung aller Sensor- Kontakte an einer Stelle des MID-Trägers, beispielsweise auf der Trägerunterseite oder im Bereich einer Trägerkante. Die Kontaktierung des MID-Trägers mit der Leiterplatte kann schließlich durch eine Bondtechnik, eine in den MID-Träger integrierte Steckverbindung, oder bereits beim Kleben erfolgen, indem die Kontakte der Leiterplatte und des MID-Trägers mit einem elektrisch leitfähigen Kleber verbunden werden, was besonders dann vorteilhaft ist, wenn sich die Kontakte auf der Unterseite des Trägers befinden.

Claims

1. Verfahren zur Erfassung des räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Fahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens drei Komponenten (ω_X, ω_Y,ω_Z,ω_R;ω_U,ω_V,ω_W,ω_Z; ω_R, ω_U, ω_V, ω_W, ω_Z)des räumlichen Bewegungszustandes in mindestens drei verschiedenen räumlichen Erfassungsrichtungen (X, Y, Z, R; U, W, V, Z; R, U, V, W, Z) sensorisch erfasst und miteinander unter Berechnung von Resultierenden kombiniert werden, wobei zur Bildung redundanter Sensorsignale mindestens eine der Erfassungsrichtungen nicht kartesisch gerichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bewegungskomponenten (ω_X, ω_Z) in zwei senkrecht zueinander stehenden kartesischen Erfassungsrichtungen (X, Z) und eine dritte Bewegungskomponente (ω_R) in einer zur ersten und zweiten Erfassungsrichtung (X, Z) weder parallelen noch senkrechten dritten Erfassungsrichtung (R) erfasst werden, wobei alle drei Erfassungsrichtungen (X, Z, R) in einer Ebene (P) liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen die zwei senkrecht zueinander stehenden Erfassungsrichtungen (X, Z) jeweils zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_X) und/oder einer Translationsbewegung um die bzw. in Richtung der Fahrzeuglängsachse (X) und zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_Z) und/oder Translationsbewegung um die bzw. in Richtung der Fahrzeughochachse (Z) gerichtet sind, und dass aus einer berechneten Projektion (5) der Resultierenden auf die genannte Ebene (P) für alle möglichen Kombinationen der erfassten Komponenten ein Plausibilitätssignal oder ein Fehlersignal im Fehlerfall abgeleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass drei Bewegungskomponenten in drei senkrecht aufeinander stehenden kartesischen Erfassungsrichtungen (X, Y, Z) und eine vierte Bewegungskomponente in einer vierten, jeweils zu der ersten bis dritten Erfassungsrichtung (X, Y, Z) weder parallel noch senkrecht stehenden Erfassungsrichtung (R) erfasst werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fahrzeugen die drei senkrecht zueinander stehenden Erfassungsrichtungen (X, Y, Z) jeweils zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_X) und/oder einer Translationsbewegung um die bzw. in Richtung der Fahrzeuglängsachse (X) zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_Y) und/oder Translationsbewegung um die bzw. in Richtung der Fahrzeugquerachse (Y) und zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_Z) und/oder einer Drehbewegung um die bzw. in Richtung der Fahrzeughochachse (Z) gerichtet sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vier Bewegungskomponenten in vier nicht kartesischen Erfassungsrichtungen (U, V, W, Z) erfasst werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fünf Bewegungskomponenten in fünf nicht kartesischen Erfassungsrichtungen (R, U, V, W, Z) erfasst werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass n Bewegungskomponenten in n affinen Erfassungsrichtungen erfasst werden, wobei n Element der natürlichen Zahlen ist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Komponenten des räumlichen Bewegungszustandes die Drehrate (ω_X, ω_Y, ω_Z, ω_R; ω_U, ω_V, ω_W, ω_Z; ω_R, ω_U, ω_V, ω_W, ω_Z) in der jeweiligen Erfassungsrichtung (X, Y, Z, R; U, W, V, Z; R, U, V, W, Z) sind.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Berechnung der Resultierenden mittels jeweils verschiedener Kombinationen der erfassten Bewegungskomponenten wenigstens ein redundanter räumlicher Bewegungszustand abgeleitet und aus dem abgeleiteten redundanten Bewegungszustand ein Plausibilitäts- oder im Fehlerfall ein Fehlersignal für die Sensorik ermittelt wird.

11. Anordnung zur Erfassung eines räumlichen Bewegungszustandes bewegter Objekte, insbesondere von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung aufweist: - eine mit dem bewegten Objekt bzw. dem Fahrzeug starr verbundene Sensorplattform (10, 11, 12, 13) mit mindestens drei zueinander starr ausgerichteten Drehratensensoren (1, 2, 3, 4, 5) und/oder Beschleunigungssensoren, deren Erfassungsrichtung jeweils unterschiedlich ist, wobei diese Erfassungsrichtung mindestens eines der Beschleunigungs- oder Drehratensensoren nicht kartesisch ist und wobei von den Sensoren (1, 2, 3, 4, 5) Signale ableitbar sind, die jeweils eine Komponente des räumlichen Bewegungszustandes in der jeweiligen Erfassungsrichtung angeben; und - eine Recheneinheit (20), die zur Kombination der von ihr empfangenen Sensorsignale unter Berechnung von Resultierenden der jeweiligen Signalkomponenten eingerichtet ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (10) drei Drehratensensoren (1, 2, 3) und/oder Beschleunigungssensoren aufweist, von denen ein erster und zweiter Sensor (1, 2) auf der Sensorplattform (10) in einer gemeinsamen ersten Ebene (Q) liegen und so eingerichtet sind, dass ihre Erfassungsrichtungen (X, Z) senkrecht aufeinander stehen und die Erfassungsrichtung (Z) des zweiten Sensors (2) senkrecht auf der ersten Ebene (Q) steht und dass der dritte Sensor (3) auf der Sensorplattform (10) in einer zweiten Ebene (O) befestigt ist, die einen von 0° und 90° abweichenden Winkel zur ersten Ebene (Q) bildet und eine Erfassungsrichtung (R) aufweist, die zu den Erfassungsrichtungen (X, Z) des ersten und zweiten Sensors (1, 2) weder parallel noch senkrecht steht, wobei alle drei Erfassungsrichtungen (X, Z, R) in einer gemeinsamen dritten Ebene (P) liegen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (10) in einem Fahrzeug befestigt ist und der erste und zweite Sensor (1, 2) jeweils ein Out-of-plane- Drehratendetektor und ein In-plane-Drehratendetektor sind und jeweils zur Erfassung einer Drehbewegungskomponente (ω_X) um die Fahrzeuglängsachse (X) und einer Drehbewegungskomponente (ω_Z) um die Fahrzeughochachse (Z) eingerichtet sind, wobei die Recheneinheit (20) aus einer Projektion der berechneten Resultierenden auf die dritte Ebene für alle möglichen Kombinationen der erfassten Bewegungskomponenten ein Plausibilitätssignal oder im Fehlerfall ein Fehlersignal ableitet.

14. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (11) vier Drehratensensoren (1, 2, 3, 4) und/oder Beschleunigungssensoren aufweist, von denen ein erster, zweiter und dritter Sensor (1, 2, 3) der Sensorplattform (11) in einer gemeinsamen ersten Ebene (Q) liegen, wobei der erste und zweite Sensor (1, 2) jeweils eine in der ersten Ebene (Q) liegende erste und zweite Erfassungsrichtung (X, Y) aufweisen, die zueinander senkrecht stehen, der dritte Sensor (3) eine auf der ersten Ebene feststehende dritte Erfassungsrichtung (Z) hat und der vierte Sensor (4) auf der Sensorplattform (11) in einer zur ersten Ebene (Q) schrägen zweiten Ebene (O) so montiert ist, dass seine Erfassungsrichtung R weder parallel noch senkrecht zur ersten bis dritten Erfassungsrichtung (X, Y, Z) liegt.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (11) in einem Fahrzeug befestigt ist und der erste und zweite Sensor (1, 2) jeweils ein Out-of-plane- Drehratensensor und der dritte Sensor (3) in In-plane-Drehratensensor ist, wobei der erste Sensor (1) zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_X) um die Fahrzeuglängsachse (X), der zweite Sensor (2) zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_Y) um die Fahrzeugquerachse (Y) und der dritte Sensor (3) zur Erfassung einer Drehbewegung (ω_Z) um die Fahrzeughochachse (Z) vorgesehen sind, und die Recheneinheit (20) aus den von den Sensoren (1, 2, 3, 4) empfangenen Signalkomponenten die Fahrzeugdrehbewegung im Raum als Resultierende aus vier verschiedenen Kombinationen der Signalkomponenten berechnet und aus einem Vergleich derselben ein Plausibilitätssignal oder ein Fehlersignal im Fehlerfall ableitet.

16. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (12) in Form eines dreiseitigen Pyramidenstumpfs gestaltet ist und vier Drehratensensoren (1, 2, 3, 4) und/oder Beschleunigungssensoren aufweist, wobei die Sensoren (1, 2, 3, 4) jeweils parallel zu den drei Seitenflächen und parallel zur Deckfläche oder Grundfläche des dreiseitigen Pyramidenstumpfs befestigt und deren Erfassungsrichtungen nicht kartesisch sind, so dass alle möglichen Dreierkombinationen der von den vier Sensoren abgeleiteten Signalkomponenten linear unabhängig sind.

17. Anordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (12) in einem Fahrzeug befestigt ist, alle vier Sensoren (1, 2, 3, 4) In-plane-Drehratensensoren sind und die Mittelachse des Pyramidenstumpfs in Richtung der Fahrzeughochachse (Z) ausgerichtet ist, so dass der parallel zur Deckfläche oder Grundfläche des Pyramidenstumpfs (12) befestigte vierte Sensor (4) eine Drehbewegung des Fahrzeugs um die Hochachse (Z) erfasst.

18. Anordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit der von dem ersten bis vierten Sensor erfassten Signalkomponenten durch Wahl des Neigungswinkels der Seitenflächen des dreiseitigen Pyramidenstumpfs vorgebbar ist.

19. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (13) in Form eines vierseitigen Pyramidenstumpfs gestaltet ist, auf dem fünf Drehratensensoren (1, 2, 3, 4, 5) und/oder Beschleunigungssensoren befestigt sind, wobei die Sensoren (1, 2, 3, 4, 5) jeweils parallel zu den vier Seitenflächen und parallel zur Deckfläche oder Grundfläche des vierseitigen Pyramidenstumpfs (13) liegen und ihre Erfassungsrichtungen nicht kartesisch sind, so dass alle möglichen Dreierkombinationen der von den fünf Sensoren abgeleiteten Signalkomponenten linear unabhängig sind.

20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform (13) in einem Fahrzeug befestigt ist, alle fünf Sensoren (1, 2, 3, 4, 5) In-plane-Drehratensensoren sind und die Mittelachse des Pyramidenstumpfs in Richtung der Fahrzeughochachse (Z) ausgerichtet ist, so dass der parallel zur Deckfläche oder Grundfläche des Pyramidenstumpfs befestigte fünfte Sensor (5) eine Drehbewegung des Fahrzeugs um die Fahrzeughochachse (Z) erfasst.

21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Genauigkeit der von dem ersten bis fünften Sensor erfassten Signalkomponenten durch die Wahl des Neigungswinkels der Seitenflächen des vierseitigen Pyramidenstumpfs vorgebbar ist.

22. Anordnung nach einem der Ansprüche 11, 12, 14, 16, 18, 19 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur ausschließlichen Erfassung einer räumlichen Translationsbewegung alle Sensoren Beschleunigungssensoren sind, die Linearbeschleunigungen in den jeweiligen Erfassungsrichtungen erfassen.

23. Anordnung nach einem der Ansprüche 11, 12, 14, 16, 18, 19 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer räumlichen Drehbewegung und einer räumlichen Translationsbewegung neben jedem Drehratensensor (1, 2, 3, 4, 5) auf der Sensorplattform (10, 11, 12, 13) ein Beschleunigungssensor montiert ist.

24. Anordnung nach einem der Ansprüche 11, 12, 14, 16, 18, 19 und 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer räumlichen Drehrate und einer räumlichen Translationsbewegung auf einem Pyramidenstumpf Universalsensoren montiert sind, wobei jeder Unversalsensor aufgrund seines Messprinzips gleichzeitig Beschleunigung und Drehrate messen kann.

25. Anordnung nach einem der Ansprüche 16, 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung einer räumlichen Drehbewegung und einer räumlichen Translationsbewegung die Sensorplattform einen ersten Pyramidenstumpf (12; 13), auf dem die Drehratensensoren montiert sind, und daneben einen zweiten gleichartigen Pyramidenstumpf aufweist, auf dem Beschleunigungssensoren in derselben Weise wie die Drehratensensoren am ersten Pyramidenstumpf (12; 13) montiert sind.

26. Anordnung nach einem der Ansprüche 11 und 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorplattform ein plattenförmiges Substrat und wenigstens einen als Spritzgussteil hergestellten Pyramidenstumpf aufweist, auf dem die Sensoren fest angebracht sind, wobei der Pyramidenstumpf fest mit dem plattenförmigen Substrat verbunden ist.

27. Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das plattenförmige Substrat eine gedruckte Leiterplatte ist, die Sensoren auf den Pyramidenstumpf geklebt sind und der Pyramidenstumpf auf die gedruckte Leiterplatte geklebt ist, und dass die elektrischen Kontakte der Sensoren über flexible Verbindungsleitungen mit Leiterbahnen der gedruckten Leiterplatte verbunden sind.

28. Anordnung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Pyramidenstumpf durch geeignete Befestigung auf dem plattenförmigen Substrat schwingungsgedämpft ist.

29. Anordnung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsdämpfung durch die Klebeverbindung zwischen dem Pyramidenstumpf und dem plattenförmigen Substrat realisiert ist.