DE112012005491T5

DE112012005491T5 - Fehlererkennung für Trägheitsmesseinheiten

Info

Publication number: DE112012005491T5
Application number: DE112012005491.1T
Authority: DE
Inventors: Matthew E. Kontz; Harold Duane Dabbs
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-10-02
Also published as: US8812233B2; AU2012362961A1; WO2013101422A1; US20130160543A1

Abstract

Es ist ein System zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit (IMU) offenbart. Das System kann eine erste IMU (110) aufweisen, die eine erste Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen (111, 112, 113) und eine erste Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (114) umfasst. Die erste Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen (111, 112, 113) kann so ausgebildet sein, dass sie die Beschleunigung entlang einer Mehrzahl von ersten Achsen messen, wobei eine erste Achse der Mehrzahl von ersten Achsen im Wesentlichen kollinear mit einer kollinearen Achse ist. Die erste Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (114) kann so ausgebildet sein, dass sie eine erste Drehgeschwindigkeit um eine zweite Achse der Mehrzahl von ersten Achsen misst, die im Wesentlichen kollinear zu der kollinearen Achse ist. Das System kann auch eine zweite IMU (120) und einen IMU-Fehlerdetektor (330) aufweisen. Der IMU-Fehlerdetektor (330) kann so ausgebildet sein, dass er Messdaten von der ersten IMU und der zweiten IMU empfängt und einen Fehler auf der Basis der Messdaten erfasst.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Fehlererkennung und insbesondere Verfahren und Systeme zum Erkennen von Fehlern in einer oder mehreren Trägheitsmesseinheiten.
Hintergrund
Trägheitsmesseinheiten (IMUs) können in viele verschiedene Maschinen einbezogen werden, die sich auf dem Land, in der Luft oder auf dem Wasser bewegen können. Bei manchen Anwendungen können eine oder mehrere IMUs zur Messung von Daten wie z. B. Orientierung oder Ausrichtung, Geschwindigkeit, Drehgeschwindigkeit und Beschleunigung einer Maschine verwendet werden. Diese Daten können in verschiedene Systeme von einer Navigation und Koppelnavigation bis zu einem Antiblockier-Bremssystem und einer dynamischen Stabilitätskontrolle sowie jedweden anderen Typ von Steuerungssystem für eine Maschine eingegeben werden.
Da solche Systeme zur Steuerung verschiedener Aspekte der Maschine verwendet werden können, ist es wichtig, sicherzustellen, dass die von den IMUs empfangenen Daten fehlerfrei sind, und zu bestimmen oder festzustellen, wenn eine oder mehrere IMUs fehlerhafte Daten senden. Ansonsten können die fehlerhaften Daten die Systeme dazu bringen, in einer nicht gewünschten Weise zu arbeiten, was ein schlechtes Leistungsvermögen oder sogar ein Versagen der Maschine verursacht. Wenn beispielsweise IMUs, die mit einer Maschine verbunden sind, wie z. B. einer autonomen oder halbautonomen Maschine, fehlerhafte Daten an ein Navigations- oder Koppelnavigationssystem senden, kann sich die Maschine in einer nicht gewünschten Weise bewegen, wie z. B. vom Kurs abweichen, sich überschlagen, usw. Demgemäß ist es nützlich, die Ausgangssignale von den IMUs zu analysieren, um sicherzustellen, dass die Daten fehlerfrei sind, und Meldungen zu erzeugen oder in sonstiger Weise Korrekturvorgänge zu implementieren, wenn die Daten fehlerhaft sind oder wenn eine IMU eine Fehlfunktion aufweist.
Ein beispielhaftes System, das zur Erkennung von Fehlern in einer oder mehreren IMUs verwendet werden kann, ist in der US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2011/0172950 für Brady et al. offenbart, die am 14. Juli 2011 veröffentlicht worden ist (die '950-Veröffentlichung). Das System in der '950-Veröffentlichung umfasst zwei IMUs und ein Sensorsystem mit einer Mehrzahl von Sensoren, die Geschwindigkeitsdaten in drei Richtungen liefern. Gemäß der '950-Veröffentlichung werden Datenströme von den zwei IMUs verglichen und wenn sich die Datenströme unterscheiden, wird jeder der Datenströme mit den Sensorausgangssignalen verglichen, um zu bestimmen, welche, wenn überhaupt, der zwei IMUs versagt haben.
Obwohl das System der '950-Veröffentlichung zum Erkennen von Fehlern in einer oder mehreren IMUs nützlich sein kann, kann das bloße Vergleichen der Datenströme zum Bestimmen, ob sich ein Datenstrom von einem anderen unterscheidet, gegebenenfalls nicht die unterschiedlichen physischen Anordnungen der IMUs an einer Maschine berücksichtigen. Beispielsweise können zwei IMUs, die voneinander entfernt an einer Maschine angeordnet sind, auf der Basis z. B. von deren physischer Anordnung und der Drehung der Maschine in einer oder mehreren Richtungen verschiedene Datenströme ausgeben, obwohl beide IMUs einwandfrei funktionieren. Darüber hinaus kann jeder Versuch, eine solche unterschiedliche physische Anordnung zu berücksichtigen, dazu führen, dass die Berechnungen in dem System der '950-Veröffentlichung kompliziert werden, wodurch das System verlangsamt wird. Ferner erfordert das System der '950-Veröffentlichung zwei IMUs sowie zusätzliche Sensoren zur Identifizierung eines Fehlers und zum Implementieren eines Korrekturvorgangs. Diese zusätzlichen Sensoren erhöhen die Kosten und die Komplexität des System in der '950-Veröffentlichung.
Das offenbarte Fehlererkennungssystem betrifft die Lösung eines oder mehrerer der vorstehend genannten Probleme und/oder anderer Probleme des Standes der Technik.
Zusammenfassung
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein System zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit. Das System kann eine erste Trägheitsmesseinheit, eine zweite Trägheitsmesseinheit und einen Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor aufweisen. Die erste Trägheitsmesseinheit kann eine erste Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen, die zum Messen der Beschleunigung entlang einer Mehrzahl von ersten Achsen ausgebildet sind, wobei eine erste Achse der Mehrzahl von ersten Achsen im Wesentlichen kollinear mit einer kollinearen Achse ist, und eine erste Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung aufweisen, die zum Messen einer ersten Drehgeschwindigkeit um eine zweite Achse der Mehrzahl von ersten Achsen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse ist, ausgebildet ist. Die zweite Trägheitsmesseinheit kann eine zweite Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen, die zum Messen der Beschleunigung entlang einer Mehrzahl von zweiten Achsen ausgebildet sind, wobei eine erste Achse der Mehrzahl von zweiten Achsen im Wesentlichen kollinear mit der kollinearen Achse ist, und eine zweite Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung aufweisen, die zum Messen einer zweiten Drehgeschwindigkeit um eine zweite Achse der Mehrzahl von zweiten Achsen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse ist, ausgebildet ist. Der Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor kann so ausgebildet sein, dass er Messdaten von der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit empfängt und einen Fehler auf der Basis der Messdaten erfasst.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit. Das Verfahren kann das Empfangen von ersten Messdaten von einer ersten Trägheitsmesseinheit umfassen, wobei die Messdaten erste Beschleunigungsdaten in ersten, zweiten und dritten Richtungen und erste Drehgeschwindigkeitsdaten umfassen. Das Verfahren kann auch das Empfangen von zweiten Messdaten von einer zweiten Trägheitsmesseinheit umfassen, die in einem Abstand von der ersten Trägheitsmesseinheit getrennt ist, wobei die zweiten Messdaten zweite Beschleunigungsdaten in den ersten, zweiten und dritten Richtungen und zweite Drehgeschwindigkeitsdaten umfassen. Das Verfahren kann auch das Bestimmen, ob ein Fehler in der ersten oder der zweiten Trägheitsmesseinheit aufgetreten ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten, der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und des Abstands zwischen der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit umfassen.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein System zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit. Das System kann eine erste Trägheitsmesseinheit, die erste Beschleunigungsdaten in ersten, zweiten und dritten Richtungen und erste Drehgeschwindigkeitsdaten erzeugt, und eine zweite Trägheitsmesseinheit aufweisen, die in einem Abstand von der ersten Trägheitsmesseinheit getrennt ist und die zweite Beschleunigungsdaten in den ersten, zweiten und dritten Richtungen und zweite Drehgeschwindigkeitsdaten erzeugt. Das System kann auch einen Fehlerdetektor aufweisen, der so ausgebildet ist, dass er die ersten Beschleunigungsdaten und die ersten Drehgeschwindigkeitsdaten von der ersten Trägheitsmesseinheit und die zweiten Beschleunigungsdaten und die zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten von der zweiten Trägheitsmesseinheit empfängt. Der Fehlerdetektor kann ferner so ausgebildet sein, dass er, ob ein Fehler aufgetreten ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten, der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und des Abstands zwischen der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit bestimmt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A und 1B sind bildliche Darstellungen einer beispielhaft offenbarten Maschine,
2A und 2B sind diagrammartige Darstellungen, welche die Orientierung von IMUs zeigen, die im Zusammenhang mit der Maschine von 1 verwendet werden können,
3 ist eine diagrammartige Darstellung eines beispielhaft offenbarten IMU-Fehlererkennungssystems, das mit der Maschine von 1 verwendet werden kann, und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaft offenbartes Verfahren zeigt, das durch das Erkennungssystem von 3 ausgeführt wird.
Detaillierte Beschreibung
Die 1A und 1B veranschaulichen eine Maschine 100 mit einer ersten Trägheitsmesseinheit (IMU) 110 und einer zweiten IMU 120. Die Maschine 100 kann eine Maschine darstellen, die ausgebildet ist, einen Vorgang auszuführen, der mit einer Industrie zusammenhängt, wie z. B. Bergbau bzw. Tagebau, Baugewerbe, Landwirtschaft, Transport oder jedweder anderen bekannten Industrie. Beispielsweise kann die Maschine 100 eine Erdbewegungsmaschine sein, wie z. B. ein Lastkraftwagen, eine Planierraupe, ein Radlader, ein Tieflöffelbagger, ein Bagger, ein Straßenhobel, ein Schürfzug oder jedwede andere Erdbewegungsmaschine.
Die IMUs 110 und 120, die nachstehend detaillierter beschrieben sind, können einen oder mehrere Sensoren, wie z. B. Beschleunigungsmesseinrichtungen, Neigungsmesseinrichtungen, Gyroskope, usw., zum Messen von Daten aufweisen, die zur Bestimmung einer Orientierung bzw. Ausrichtung, einer Geschwindigkeit, einer Drehgeschwindigkeit, einer Beschleunigung, usw., der Maschine 100 verwendet werden. Diese Daten können in verschiedene Systeme von einer Navigation und Koppelnavigation bis zu einem Antiblockier-Bremssystem und einer dynamischen Stabilitätskontrolle sowie jedwedem anderen Typ von Steuerungssystem für die Maschine 100 eingegeben werden. In bestimmten Ausführungsformen kann jede der IMUs 110 und 120 drei Beschleunigungsmesseinrichtungen, die jeweils eine Beschleunigung der Maschine 100 entlang einer Achse messen, die der Beschleunigungsmesseinrichtung entspricht, und ein Gyroskop aufweisen, das eine Drehgeschwindigkeit (d. h., eine Winkelgeschwindigkeit) der Maschine 100 um eine Achse misst.
Die IMUs 110 und 120 können in ein Fehlererkennungssystem (nicht gezeigt) der Maschine 100 einbezogen werden. Das Fehlererkennungssystem kann bestimmen, ob ein Fehler in einer oder mehreren der IMUs 110 und 120 aufgetreten ist. In bestimmten Ausführungsformen kann das Fehlererkennungssystem unter Verwendung des Eingangssignals von den IMUs 110 und 120 und von keinen anderen IMUs oder Sensoren bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist. Beispielsweise kann das Fehlererkennungssystem auf der Basis der Ausgangssignale von den drei Beschleunigungsmesseinrichtungen und dem einen Gyroskop von jedem der IMUs 110 und 120 bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist. In einer Ausführungsform kann das Fehlererkennungssystem in ein elektronisches Steuergerät (ECU) der Maschine 100 einbezogen sein. Das Fehlererkennungssystem wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 detaillierter diskutiert.
Die 1A und 1B veranschaulichen IMUs 110 und 120 in zwei beispielhaften Orientierungen bezüglich der Maschine 100. Beispielsweise können, wie es in der 1A gezeigt ist, die IMUs 110 und 120 derart an der Maschine 100 positioniert sein, dass die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 im Wesentlichen kollinear entlang einer Achse sind, die im Wesentlichen parallel zur Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100 ist (in der 1A als x-Achse gezeigt). Darüber hinaus können, wie es in der 1B gezeigt ist, die IMUs 110 und 120 derart an der Maschine 100 positioniert sein, dass die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 im Wesentlichen kollinear entlang einer Achse sind, die im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100 ist. Beispielsweise können gemäß der 1B die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 kollinear entlang der y-Achse sein, wie es in der 1B gezeigt ist. Während dies nicht in den 1A und 1B gezeigt ist, können die IMUs 110 und 120 auch kollinear entlang der z-Achse sein. Selbstverständlich kann eine Abweichung bei der Herstellung und bei der Gestaltung einer Maschine verhindern, dass die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 genau kollinear zu solchen Achsen sind. Demgemäß können die erste IMU 110 und die zweite IMU 120, die im Wesentlichen kollinear zu solchen Achsen sind, in bestimmten Ausführungsformen eine Winkelabweichung z. B. von 7,5 Grad oder weniger aufweisen.
In beiden Orientierungen, die in den 1A und 1B gezeigt sind, können die IMUs 110 und 120 so positioniert sein, dass sie bezüglich der z-Achse im Wesentlichen auf dem gleichen Niveau liegen. Beispielsweise können die IMUs 110 und 120 an der Maschine 100 so positioniert sein, dass eine Winkelabweichung zwischen diesen in einer Richtung senkrecht zu der Achse, entlang der sie kollinear sind, weniger als oder gleich 7,5 Grad ist. Gemäß der 1A kann diese Winkelabweichung bezüglich der y-Achse und/oder der z-Achse gemessen werden. Gemäß der 1B kann diese Winkelabweichung bezüglich der x-Achse oder der z-Achse gemessen werden.
Die 2A und 2B sind diagrammartige Darstellungen, welche die Orientierungen der IMUs 110 und 120 zeigen, die zusammen mit der Maschine 100 verwendet werden können. Beispielsweise können die 2A und 2B Draufsichten der Maschine 100 darstellen, wobei die 2A der 1A entspricht und die 2B der 1B entspricht. Für den Fachmann ist ersichtlich, dass die 2A und 2B nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und dass die relative Größe der IMUs 110 und 120 bezogen auf die Maschine 100 variieren kann.
Gemäß den 2A und 2B umfasst die Maschine 100 eine Vorderseite 140, eine Rückseite 145, eine rechte Seite 150 und eine linke Seite 155. Die Maschine 100 umfasst auch eine erste IMU 110 und eine zweite IMU 120, die so positioniert sind, dass sie entlang einer kollinearen Achse 130 im Wesentlichen kollinear zueinander sind. Beispielsweise ist gemäß der 2A die kollineare Achse 130 im Wesentlichen parallel zu einer Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100, wie z. B. der x-Achse. Andererseits ist gemäß der 2B die kollineare Achse 130 im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100. Beispielsweise ist in der 2B die kollineare Achse 130 im Wesentlichen parallel zur y-Achse. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die IMUs 110 und 120 auch so positioniert sein können, dass die kollineare Achse 130 im Wesentlichen parallel zur z-Achse ist.
In den 2A und 2B sind die IMUs 110 und 120 so positioniert dargestellt, dass die kollineare Achse 130 die Maschine 100 im Wesentlichen halbiert. D. h., gemäß der 2A ist die kollineare Achse 130 von den Seiten 150 bis 155 etwa gleich weit entfernt. Entsprechend ist gemäß der 2B die kollineare Achse 130 von den Seiten 140 und 145 etwa gleich weit entfernt. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die IMUs 110 und 120 so positioniert sein können, dass die kollineare Achse 130 die Maschine 100 nicht im Wesentlichen halbiert. Beispielsweise kann in der 2A die kollineare Achse 130 näher an einer der rechten Seite 150 oder der linken Seite 155 sein und in der 2B kann die kollineare Achse 130 näher an einer der Vorderseite 140 oder der Rückseite 145 sein.
Die erste IMU 110 kann eine erste x-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 111, eine erste y-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 112, eine erste z-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 113 und einen ersten Drehgeschwindigkeitssensor 114 aufweisen. Die erste x-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 111 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der x-Achse messen. Die erste y-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 112 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der y-Achse messen. Die erste z-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 113 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der z-Achse messen. Der erste Drehgeschwindigkeitssensor 114 kann z. B. ein oder mehrere Gyroskope zur Messung einer ersten Drehgeschwindigkeit aufweisen. Die erste Drehgeschwindigkeit kann um eine Achse vorliegen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse 130 ist. Beispielsweise kann gemäß der 2A die erste Drehgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse oder eine Nickgeschwindigkeit θ . um die y-Achse bezogen auf die erste IMU 110 sein. Entsprechend kann gemäß der 2B die erste Drehgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse oder eine Rollgeschwindigkeit ϕ . um die x-Achse bezogen auf die erste IMU 110 sein.
Die zweite IMU 120 kann eine zweite x-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 121, eine zweite y-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 122, eine zweite z-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 123 und einen zweiten Drehgeschwindigkeitssensor 124 aufweisen. Die zweite x-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 121 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der x-Achse messen. Die zweite y-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 122 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der y-Achse messen. Die zweite z-Achse-Beschleunigungsmesseinrichtung 123 kann eine Beschleunigung der Maschine 100 in einer Richtung der z-Achse messen. Der zweite Drehgeschwindigkeitssensor 124 kann z. B. ein oder mehrere Gyroskope zur Messung einer zweiten Drehgeschwindigkeit aufweisen. Die zweite Drehgeschwindigkeit kann um eine Achse vorliegen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse 130 ist. Beispielsweise kann gemäß der 2A die zweite Drehgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse oder eine Nickgeschwindigkeit θ . um die y-Achse bezogen auf die zweite IMU 120 sein. Entsprechend kann gemäß der 2B die zweite Drehgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse oder eine Rollgeschwindigkeit ϕ . um die x-Achse bezogen auf die zweite IMU 120 sein.
In bestimmten Ausführungsformen werden die erste Drehgeschwindigkeit und die zweite Drehgeschwindigkeit um verschiedene Achsen gemessen. Darüber hinaus können die erste Drehgeschwindigkeit und die zweite Drehgeschwindigkeit um Achsen gemessen werden, die im Wesentlichen senkrecht zueinander sind. Beispielsweise kann gemäß der 2A die erste Drehgeschwindigkeit, die durch den ersten Drehgeschwindigkeitssensor 114 gemessen wird, eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse bezogen auf die erste IMU 110 sein, und die zweite Drehgeschwindigkeit, die durch den zweiten Drehgeschwindigkeitssensor 124 gemessen wird, kann eine Nickgeschwindigkeit θ . um die y-Achse bezogen auf die zweite IMU 120 sein und umgekehrt. Entsprechend kann gemäß der 2B die erste Drehgeschwindigkeit, die durch den ersten Drehgeschwindigkeitssensor 114 gemessen wird, eine Giergeschwindigkeit ψ . um die z-Achse bezogen auf die erste IMU 110 sein, und die zweite Drehgeschwindigkeit, die durch den zweiten Drehgeschwindigkeitssensor 124 gemessen wird, kann eine Rollgeschwindigkeit ϕ . um die x-Achse bezogen auf die zweite IMU 120 sein und umgekehrt.
Während die Achsen in den 2A und 2B so gezeigt sind, dass die x-Achse im Wesentlichen parallel zu einer Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100 ist, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die Achsen in jedweder Weise verschoben und/oder gedreht werden können. D. h., während die IMUs 110 und 120 Beschleunigungsmesseinrichtungen in Richtungen aufweisen, die im Wesentlichen parallel und im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine 100 sind, können die IMUs 110 und 120 die Beschleunigung entlang jedweder Achse und die Drehgeschwindigkeit um jedwede Achse messen.
Die 3 ist eine diagrammartige Darstellung eines beispielhaft offenbarten IMU-Fehlererkennungssystems 300, das im Zusammenhang mit der Maschine von 1 eingesetzt werden kann. Wie es in der 3 gezeigt ist, kann das IMU-Fehlererkennungssystem 300 eine erste IMU 110 und eine zweite IMU 120 aufweisen, die mittels eines Netzwerks 340 mit einem Fehlerdetektor 330 verbunden sind. Die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 können an der Maschine 100 beispielsweise in einer der vorstehend bezüglich der 1A bis 2B diskutierten Orientierungen positioniert sein.
Der Fehlerdetektor 330 kann einen Prozessor 331, einen Speicher 332 und einen Arbeitsspeicher 333 aufweisen, die in einer einzelnen Vorrichtung enthalten sind und/oder separat bereitgestellt sind. Der Prozessor 331 kann eine oder mehrere bekannte Verarbeitungsvorrichtungen enthalten, wie z. B. einen Mikroprozessor aus der Pentium^TM- oder Xeon^TM-Familie, die von Intel^TM hergestellt wird, der Turion^TM-Familie, die von AMD^TM hergestellt wird, jedweden von verschiedenen Prozessoren, die von Sun Microsystems hergestellt werden, oder jedweden anderen Typ von Prozessor. Der Arbeitsspeicher 333 kann eine oder mehrere Speichervorrichtungen umfassen, die so ausgebildet ist oder sind, dass sie Informationen speichert oder speichern, die von dem Fehlerdetektor 330 zur Durchführung bestimmter Funktionen genutzt werden, die mit den offenbarten Ausführungsformen zusammenhängen. Der Speicher 332 kann eine flüchtige oder nicht-flüchtige, eine magnetische, eine Halbleiter-, eine Band-, optische, entfernbare, nicht-entfernbare Speichervorrichtung oder computerlesbares Medium oder jedweden anderen Typ von Speichervorrichtung oder computerlesbarern Medium umfassen. Der Speicher 332 kann Programme und/oder andere Informationen speichern, wie z. B. Informationen, die mit Verarbeitungsdaten zusammenhängen, die von den IMUs 110 und 120 empfangen werden, wie es nachstehend detaillierter diskutiert wird.
In einer Ausführungsform kann der Arbeitsspeicher 333 ein oder mehrere IMU-Fehlererkennungsprogramme oder -unterprogamme enthalten, die von dem Speicher 332 oder anderweitig geladen worden sind und die, wenn sie durch den Prozessor 331 ausgeführt werden, verschiedene Prozeduren, Operationen oder Prozesse gemäß den offenbarten Ausführungsformen durchführen. Beispielsweise kann der Arbeitsspeicher 333 ein oder mehrere Programme enthalten, die es dem Fehlerdetektor 330 ermöglichen, unter anderem Messdaten von den IMUs 110 und 120 zu empfangen, die Daten gemäß den offenbarten Ausführungsformen zu verarbeiten, wie z. B. denjenigen, die nachstehend offenbart sind, und auf der Basis der verarbeiteten Messdaten zu bestimmen, ob ein Fehler in einer oder mehreren der IMUs 110 und 120 aufgetreten ist.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Arbeitsspeicher 333 ein IMU-Fehlererkennungsprogramm enthalten, das es dem Fehlerdetektor 330 ermöglicht, erste Beschleunigungsdaten und erste Drehgeschwindigkeitsdaten von der ersten Trägheitsmesseinheit und zweite Beschleunigungsdaten und zweite Drehgeschwindigkeitsdaten von der zweiten Trägheitsmesseinheit zu empfangen und unter Verwendung der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten, der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und des Abstands zwischen der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit zu bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist.
Das Netzwerk 340 kann eines von drahtgebundenen oder drahtlosen Netzwerken oder eine Kombination davon umfassen. Beispielsweise kann das Netzwerk 340 drahtgebundene Netzwerke, wie z. B. eine verdrillte Leitung, ein Koaxialkabel, eine Lichtleitfaser und/oder ein digitales Netzwerk, umfassen. Das Netzwerk 340 kann ferner jedwedes Netzwerk umfassen, das so ausgebildet ist, dass es eine Kommunikation unter Verwendung eines CAN-Bus-Protokolls ermöglicht. Entsprechend kann das Netzwerk 340 jedwede drahtlose Netzwerke umfassen, wie z. B. RFID-, Mikrowellen- oder Zellularnetzwerke oder drahtlose Netzwerke, bei denen z. B. IEEE 802.11- oder Bluetooth-Protokolle genutzt werden. Zusätzlich kann das Netzwerk 340 in jedwedes lokale Netzwerk, Fernnetzwerk, Campusnetzwerk oder das Internet integriert werden.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, kann der Fehlerdetektor 330 durch Empfangen und Verarbeiten von Messdaten von den IMUs 110 und 120 bestimmen, ob ein Fehler aufgetreten ist. Wie es in den 1A bis 2B gezeigt ist, können die IMUs 110 und 120 jedoch durch einen von Null verschiedenen Abstand getrennt sein. Wenn beispielsweise die Maschine 100 eine Erdbewegungsmaschine ist, wie es in den 1A und 1B gezeigt ist, kann der Abstand zwischen den IMUs 110 und 120 z. B. 0,5 Meter oder sogar mehr betragen. Folglich kann das Bestimmen, ob ein Fehler in einer oder mehreren der IMUs 110 und 120 aufgetreten ist, durch lediglich Subtrahieren oder Vergleichen der Beschleunigungswerte, die von jeder IMU gemessen worden sind, zu einer nicht zufrieden stellenden Fehlererkennung führen, da die Differenz zwischen der Beschleunigung bei der ersten IMU 110 und bei der zweiten IMU 120 aufgrund des Abstands zwischen den IMUs 110 und 120 und einer Drehgeschwindigkeit und/oder einer Drehbeschleunigung der Maschine 100 ein von Null verschiedener Wert sein kann. Insbesondere kann die Beziehung zwischen der Beschleunigung der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120 als
dargestellt werden, worin A ⇀₂ ein Beschleunigungsvektor ist, der die Beschleunigungswerte darstellt, die durch die zweite IMU 120 gemessen werden, A ⇀_l ein Beschleunigungsvektor ist, der die Beschleunigungswerte darstellt, die durch die erste IMU 110 gemessen werden, und r ⇀_l2 ein Abstandsvektor von der ersten IMU 110 zu der zweiten IMU 120 ist, der als dessen x-, y- und z-Komponenten als r_xi ^ + r_yj ^ + r_zk ^ dargestellt werden kann. Ferner stellt ω ⇀ einen Drehgeschwindigkeitsvektor für die Maschine 100 dar. Wie es aus der Gleichung (1) ersichtlich ist, ω ⇀ kann als x-, y- und z-Komponenten als
dargestellt werden. Im Allgemeinen stellt ein einzelner Punkt über einer Variablen deren Ableitung dar, während ein doppelter Punkt deren zweite Ableitung darstellt. Folglich stellt ϕ eine Rollposition der Maschine 100 dar, ϕ . stellt eine Rollgeschwindigkeit dar und ϕ .. stellt eine Rollbeschleunigung oder die Ableitung der Rollgeschwindigkeit dar.
Wie es aus der vorstehenden Gleichung (1) ersichtlich ist, kann die Bestimmung, ob ein Fehler aufgetreten ist, durch Vergleichen der Beschleunigungen, die durch die erste IMU 110 und die zweite IMU 120 gemessen worden sind, rechenaufwändig sein, da der Vergleich Werte für die Rollgeschwindigkeit, die Giergeschwindigkeit und die Nickgeschwindigkeit sowie die Ableitungen jeder Geschwindigkeit erfordert. Die Berechnung der Ableitungen kann rechenaufwändig sein und, wie es vorstehend diskutiert worden ist, die IMUs 110 und 120 können nur zwei der drei Drehgeschwindigkeiten messen. Die Gleichung (1) kann jedoch durch Anordnen der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120, wie es in den 2A und 2B gezeigt ist, vereinfacht werden.
Beispielsweise kann das Positionieren der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120, wie es in der 2A gezeigt ist, so dass sie im Wesentlichen kollinear mit der x-Achse und im Wesentlichen in dem gleichen Abstand von der rechten Seite 150 und der linken Seite 155 vorliegen, so dass r ⇀_l2 = r_xi ^, den Vergleich der Beschleunigung, die durch die IMUs 110 und 120 gemessen worden ist, vereinfachen, so dass gilt:
Die Gleichung (2) kann durch Sammelterme, die jeder Achse entsprechen, in drei Gleichungen getrennt werden, wie es in den Gleichungen (3) bis (5) gezeigt ist:
Die Gleichungen (3) bis (5) können in separate Zeit-Gegenprüfungsgleichungen zum Erkennen eines Fehlers in einer oder mehreren IMUs 110 und 120 umgewandelt werden. Beispielsweise kann die Gleichung (3) in eine separate Zeit umgewandelt werden. Die Gleichungen (4) und (5) können integriert und dann in eine separate Zeit umgewandelt werden. Die separaten Zeit-Gegenprüfungsgleichungen für die x-, y- und z-Richtungen sind als Gleichungen (6) bis (8) gezeigt:
worin T_s eine Zeit zwischen separaten Zeitmessungen von jedem der Werte in den Gleichungen (7) und (8) darstellt. In den Gleichungen (7) und (8) wurden zusätzliche separate Zeitsummierungen, die ein Integral eines Produkts einer Rollgeschwindigkeit und einer weiteren Drehgeschwindigkeit darstellen, weggelassen. Diese Summierungen stellen das Integral eines Produkts von zwei kleinen Null-Mittelwert-Variablen („zero-mean variables”) dar und können als solche bei der Berechnung der Gegenprüfungen vernachlässigt werden.
Wie es aus den vorstehenden Gleichungen (6) bis (8) ersichtlich ist, können für die IMUs 110 und 120 drei verschiedene Gegenprüfungen in drei verschiedenen Richtungen lediglich unter Verwendung der Beschleunigungswerte und der Drehgeschwindigkeitswerte, die von den IMUs 110 und 120 empfangen worden sind, und eines Abstands zwischen den IMUs 110 und 120 durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Gegenprüfung1 in der x-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten x-Achsenbeschleunigung, die durch die IMUs 110 und 120 bestimmte Nickgeschwindigkeit und Giergeschwindigkeiten und des Abstands zwischen den IMUs 110 und 120 berechnet werden. Entsprechend kann die Gegenprüfung2 in der y-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten y-Achsenbeschleunigungen und Giergeschwindigkeit und des Abstands zwischen diesen bestimmt werden. Schließlich kann die Gegenprüfung3 in der z-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten z-Achsenbeschleunigungen und Nickgeschwindigkeit und des Abstands zwischen diesen bestimmt werden.
Entsprechend wird das Positionieren der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120, wie es in der 2B gezeigt ist, so dass sie im Wesentlichen kollinear mit der y-Achse sind und im Wesentlichen in dem gleichen Abstand von der Vorderseite 140 und der Rückseite 145 vorliegen, so dass r ⇀_l2 = r_yj ^, den Vergleich der durch die IMUs 110 und 120 gemessenen Beschleunigungen vereinfachen, wobei gilt:
Die Gleichung (9) kann durch Sammelterme, die jeder Achse entsprechen, in drei Gleichungen getrennt werden, wie es in den Gleichungen (10) bis (12) gezeigt ist:
Die Gleichungen (10) bis (12) können in separate Zeit-Gegenprüfungsgleichungen zum Erkennen eines Fehlers in einer oder mehreren IMUs 110 und 120 umgewandelt werden. Beispielsweise kann die Gleichung (10) in eine separate Zeit umgewandelt werden. Die Gleichungen (11) und (12) können integriert und dann in eine separate Zeit umgewandelt werden. Die separaten Zeit-Gegenprüfungsgleichungen für die x-, y- und z-Richtungen sind als Gleichungen (13) bis (15) gezeigt:
worin T_s eine Zeit zwischen separaten Zeitmessungen von jedem der Werte in den Gleichungen (14) und (15) darstellt. In den Gleichungen (14) und (15) wurden zweite separate Zeitsummierungen, die ein Integral eines Produkts einer Nickgeschwindigkeit und einer weiteren Drehgeschwindigkeit darstellen, weggelassen. Diese Summierungen stellen das Integral eines Produkts von zwei kleinen Null-Mittelwert-Variablen dar und können als solche bei der Berechnung der Gegenprüfungen vernachlässigt werden.
Wie es aus den vorstehenden Gleichungen (13) bis (15) ersichtlich ist, können für die IMUs 110 und 120 drei verschiedene Gegenprüfungen in drei verschiedenen Richtungen lediglich unter Verwendung der Beschleunigungswerte und der Drehgeschwindigkeitswerte, die von den IMUs 110 und 120 erhalten worden sind, und eines Abstands zwischen den IMUs 110 und 120 durchgeführt werden. Beispielsweise kann die Gegenprüfung1 in der x-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten x-Achsenbeschleunigung und der Giergeschwindigkeit sowie des Abstands zwischen diesen berechnet werden. Entsprechend kann die Gegenprüfung2 in der y-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten y-Achsenbeschleunigungen, Nickgeschwindigkeit und Giergeschwindigkeit und des Abstands zwischen diesen bestimmt werden. Schließlich kann die Gegenprüfung3 in der z-Achsenrichtung auf der Basis der durch die IMUs 110 und 120 bestimmten z-Achsenbeschleunigungen und Rollgeschwindigkeit und des Abstands zwischen diesen bestimmt werden.
Der Fehlerdetektor 330 kann einen Fehler in der ersten IMU 110 und/oder der zweiten IMU 120 durch Vergleichen von Messdaten, die von der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120 erhalten worden sind, unter Verwendung von einer oder mehreren der Gegenprüfungen in den vorstehend gezeigten Gleichungen (6) bis (8) und (13) bis (15) erkennen. Wenn beispielsweise die IMUs 110 und 120 so positioniert sind, wie es in der 2A gezeigt ist, kann der Fehlerdetektor 330 einen Fehler unter Verwendung von einer oder mehreren der Gleichungen (6) bis (8) erkennen. Entsprechend kann der Fehlerdetektor 330, wenn die IMUs 110 und 120 so positioniert sind, wie es in der 2B gezeigt ist, einen Fehler unter Verwendung von einer oder mehreren der Gleichungen (13) bis (15) erkennen.
Unter Verwendung der Positionierung gemäß der 2A als Beispiel können die IMUs 110 und 120 Messdaten zu dem Fehlerdetektor 330 z. B. mittels des Netzwerks 340 senden. Beispielsweise kann die erste IMU 110 x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsdaten von den ersten x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtungen 111 bis 113 senden und kann erste Drehgeschwindigkeitsdaten, wie z. B. Giergeschwindigkeitsdaten, von dem ersten Drehgeschwindigkeitssensor 114 senden. Die zweite IMU 120 kann x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsdaten von den zweiten x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtungen 121 bis 123 senden und kann zweite Drehgeschwindigkeitsdaten, wie z. B. Nickgeschwindigkeitsdaten, von dem zweiten Drehgeschwindigkeitssensor 124 senden. Der Fehlerdetektor 330 kann die Messdaten von den IMUs 110 und 120 empfangen und unter Verwendung von einem oder mehreren der Gegenprüfungswerte der Gleichungen (6) bis (8) bestimmen, ob ein Fehler in der ersten IMU 110 und/oder der zweiten IMU 120 aufgetreten ist. In bestimmten Ausführungsformen kann der Fehlerdetektor 330 alle drei Gegenprüfungswerte von den Gleichungen (6) bis (8) nutzen.
Der Fehlerdetektor 330 kann einen oder mehrere der Gegenprüfungswerte der Gleichungen (6) bis (8) berechnen und die Gegenprüfungswerte mit einem Schwellenwert vergleichen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Schwellenwert 0 m/s² oder eine Beschleunigung nahe bei Null sein. In anderen Ausführungsformen kann der Schwellenwert eine Zahl größer als Null sein, wie z. B. 2 m/s², oder jedweder andere Schwellenwert. Das Verfahren, durch das der Fehlerdetektor 330 einen Fehler in einer oder mehreren der IMUs 110 und 120 erfasst, wird nachstehend detaillierter unter Bezugnahme auf die 4 diskutiert.
Selbstverständlich ist für den Fachmann ersichtlich, dass der Fehlerdetektor 330 Fehler in den IMUs 110 und/oder 120 für die Orientierung der 2B entsprechend der vorstehenden Diskussion unter Verwendung von einer oder mehreren der Gegenprüfungen in den Gleichungen (13) bis (15) erkennen kann. Beispielsweise können, wie es vorstehend diskutiert worden ist, in der Orientierung von 2B die zwei Drehgeschwindigkeitseingangssignale von den IMUs 110 und 120 Giergeschwindigkeitsdaten und Rollgeschwindigkeitsdaten umfassen. Darüber hinaus ist es, wie es vorstehend diskutiert worden ist, für den Fachmann ersichtlich, dass die IMUs 110 und 120 derart positioniert sein können, dass die kollineare Achse 130 im Wesentlichen parallel zur z-Achse ist. In dieser Ausführungsform können entsprechend den Gleichungen (6) bis (8) und (13) bis (15) drei Gegenprüfungsgleichungen verwendet werden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte Fehlererkennungssystem kann Fehler in zwei IMUs erkennen, die entfernt voneinander an einer Maschine angeordnet sind, wobei die Messdaten von nur zwei IMUs genutzt werden. In einer Anwendung von Maschinen, wie z. B. geländegängigen Lastwägen, kann das offenbarte Fehlererkennungssystem eine Prüfung der IMU bereitstellen, ohne dass ein weiterer Sensor erforderlich ist. Das offenbarte Fehlererkennungssystem kann folglich eine genaue Erkennung von IMU-Fehlern selbst während bestimmter Bremsszenarien bereitstellen, wie z. B. eines Blockierens von vier Rädern, wenn eine Radgeschwindigkeitsmessung nicht die wahre Bewegung des Fahrzeugs wiedergibt und somit ein Radgeschwindigkeitssensor zur Erkennung von IMU-Fehlern falsch-positive Ergebnisse liefern würde. Der Betrieb des Fehlererkennungssystems wird nachstehend im Zusammenhang mit dem Flussdiagramm von 4 erläutert.
Während des Betriebs der Maschine 100 kann der Fehlerdetektor 330 die IMUs 110 und 120 initialisieren (Schritt 410). Beispielsweise kann der Fehlerdetektor 330 einen oder mehrere Sensoren in den IMUs 110 und 120 initialisieren, wenn die Maschine 100 gestoppt wird. Wenn die Maschine 100 gestoppt ist, sollten der erste und der zweite Drehgeschwindigkeitssensor 114 und 124 ein Ausgangssignal von Null aufweisen. Folglich kann der Fehlerdetektor 330 die von dem ersten und dem zweiten Drehgeschwindigkeitssensor 114 und 124 empfangenen Ausgangssignale so kalibrieren, dass sie Null betragen, um jedwede mögliche Messungsbeeinflussung zu berücksichtigen. Der Fehlerdetektor 330 kann auch erste und zweite x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtungen 111 bis 113 und 121 bis 123 kalibrieren. Beispielsweise kann der Fehlerdetektor 330 die erste x-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtung 111 und die zweite x-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtung 121 derart kalibrieren, dass die empfangenen Ausgangssignale auf einen Mittelwert der zwei Ausgangssignale von der ersten und der zweiten x-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtung 111 und 121 eingestellt werden, wenn die Maschine 100 gestoppt ist. Der Fehlerdetektor 330 kann die ersten und zweiten y- und z-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtungen 112–113 und 122–123 in einer entsprechenden Weise kalibrieren. Selbstverständlich können andere Werte, wie z. B. der Minimum- oder Maximumwert zwischen den ersten und zweiten x-, y- und z-Achsen-Beschleunigungsmesseinrichtungen verwendet werden. Dies kann jedwede Messungsbeeinflussung von den Beschleunigungsmesseinrichtungen berücksichtigen.
Nachdem die IMUs 110 und 120 initialisiert worden sind, kann der Fehlerdetektor 330 damit beginnen, Messdaten von der ersten IMU 110 und der zweiten IMU 120 zu empfangen (Schritt 420). Beispielsweise kann der Fehlerdetektor 330 Beschleunigungsdaten entlang der x-, y- und z-Achsen von jeder der IMUs 110 und 120 empfangen und kann Drehgeschwindigkeitsdaten um eine Achse von jeder der IMUs 110 und 120 empfangen. In einer Ausführungsform, bei der die IMUs 110 und 120 so positioniert sind, wie es in der 2A gezeigt ist, können die ersten Drehgeschwindigkeitsdaten, die von der ersten IMU 110 empfangen werden, Giergeschwindigkeitsdaten sein, und die zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten, die von der zweiten IMU 120 empfangen werden, können Nickgeschwindigkeitsdaten sein. In einer Ausführungsform, bei der die IMUs 110 und 120 so positioniert sind, wie es in der 2B gezeigt ist, können die ersten Drehgeschwindigkeitsdaten, die von der ersten IMU 110 empfangen werden, Giergeschwindigkeitsdaten sein, und die zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten, die von der zweiten IMU 120 empfangen werden, können Rollgeschwindigkeitsdaten sein. Die Messdaten, die von dem Fehlerdetektor 330 von den IMUs 110 und 120 empfangen werden, können kontinuierliche Zeitsignale umfassen und/oder können separate Zeitsignale umfassen, die in bestimmten Zeitintervallen empfangen werden.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Fehlerdetektor 330 eine oder mehrere zeitversetzte Gegenprüfungen berechnen (Schritt 430). D. h., für jede verwendete Gegenprüfungsgleichung kann der Fehlerdetektor 330 den Gegenprüfungswert mehrmals berechnen, während die relative Verzögerung der von den IMUs 110 und 120 empfangenen Messdatensignale variiert wird. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform der Fehlerdetektor 330 den Gegenprüfungswert dreimal für jede verwendete Gleichung berechnen: einmal wenn die von der ersten IMU 110 empfangenen Signale um ein vorgegebenes Zeitintervall bezüglich der von der zweiten IMU 120 empfangenen Signale verzögert sind, einmal wenn die Signale von der zweiten IMU 120 um das gleiche Zeitintervall bezüglich der von der ersten IMU 110 empfangenen Signale verzögert sind, und einmal ohne jedwede relative Verzögerung.
Wie es vorstehend diskutiert worden ist, kann der Fehlerdetektor 330 eine oder mehrere der Gegenprüfungen in den Gleichungen (6) bis (8) (oder (13) bis (15) für die Ausführungsform von 2B) nutzen, wenn Fehler in den IMUs 110 und 120 erfasst werden. Wenn der Fehlerdetektor 330 alle drei Gleichungen (6) bis (8) nutzt, kann der Fehlerdetektor 330 drei zeitverzögerte Gegenprüfungen für jede der Gleichungen (6) bis (8) in dem Schritt 430 berechnen.
Der Fehlerdetektor 330 kann Gegenprüfungswerte auf der Basis von zeitversetzten Gegenprüfungen bestimmen (Schritt 440). Wenn beispielsweise drei zeitversetzte Gegenprüfungen für jede Gleichung berechnet werden, kann der Fehlerdetektor 330 einen Gegenprüfungswert auf der Basis der drei zeitversetzten Gegenprüfungen bestimmen. Der Fehlerdetektor 330 kann den Gegenprüfungswert als Minimum der drei zeitversetzten Gegenprüfungen, als Durchschnitt der drei zeitversetzten Gegenprüfungen, als Maximum der drei zeitversetzten Gegenprüfungen, usw., bestimmen.
Selbstverständlich kann in einer Ausführungsform, bei welcher der Fehlerdetektor nur eine zeitversetzte Gegenprüfung, wie z. B. eine einzelne Gegenprüfung mit einer Zeitversetzung von Null, für jede verwendete Gleichung berechnet, der Fehlerdetektor bestimmen, dass der Gegenprüfungswert gleich der bestimmten Gegenprüfung von dem Schritt 430 ist und der Schritt 440 ist gegebenenfalls nicht erforderlich.
Nachdem der Fehlerdetektor 330 die Gegenprüfungswerte bestimmt hat, kann er die Gegenprüfungswerte mit einem oder mehreren Schwellenwerten vergleichen (Schritt 450). Wenn der Fehlerdetektor 330 beispielsweise einen Gegenprüfungswert für jede der Gleichungen (6) bis (8) bestimmt, kann der Fehlerdetektor 330 jeden Gegenprüfungswert mit einem entsprechenden Schwellenwert vergleichen. Wie es vorstehend diskutiert worden ist, können die Schwellenwerte Null betragen, nahe bei Null liegen oder es kann sich um jedwede andere Zahl handeln, wie z. B. 2 m/s². In bestimmten Ausführungsformen kann jede Gegenprüfung einen anderen entsprechenden Schwellenwert aufweisen.
Wenn der Fehlerdetektor 330 bestimmt, dass keine der Gleichungen einen Schwellenwert übersteigt (Schritt 450, Nein), dann kann der Fehlerdetektor 330 bestimmen, dass die IMUs 110 und 120 richtig funktionieren, und kann bestimmen, dass kein Fehler vorliegt (Schritt 455). In diesem Fall kann der Fehlerdetektor 330 zu dem Schritt 420 zurückkehren, so dass die Schritte 420 bis 450 für eine nachfolgende Iteration der Messdaten wiederholt werden. Auf diese Weise kann der Fehlerdetektor 330 kontinuierlich Messdaten von den IMUs 110 und 120 bei vorgegebenen Zeitintervallen, z. B. alle 10 ms, gegenprüfen.
Wenn andererseits der Fehlerdetektor 330 bestimmt, dass eine oder mehrere Gleichungen einen Schwellenwert übersteigen (Schritt 450, Ja), kann der Fehlerdetektor 330 einen Rohzustand als Fehlerzustand bestimmen (Schritt 460). Dies kann z. B. durch Ändern eines Bits, das einem Rohzustand entspricht, von 0 zu 1 erreicht werden. Der Fehlerdetektor 330 kann dann den Rohzustand für einen vorgegebenen Zeitraum, wie z. B. 0,5 Sekunden, entprellen (Schritt 470). Während des Entprellzeitraums kann der Fehlerdetektor 330 zusätzliche Messdaten empfangen, zusätzliche zeitversetzte Gegenprüfungen berechnen, zusätzliche Gegenprüfungswerte bestimmen und diese Gegenprüfungswerte mit einem Schwellenwert vergleichen, entsprechend dem in den Schritten 420 bis 440 gezeigten Verfahren.
Wenn während des Entprellzeitraums und am Ende des Entprellzeitraums der Fehlerdetektor 330 bestimmt, dass der oder die Gegenprüfungswert(e) nach wie vor den oder die entsprechenden Schwellenwert(e) übersteigen (Schritt 480, Ja), dann kann der Fehlerdetektor 330 in einen Fehlerzustand eintreten (Schritt 490). Der Fehlerzustand kann zu einem Abschalten der Maschine 100, zum Senden einer Fehlermeldung an einen Bediener der Maschine 100, zum Rücksetzen und erneuten Initialisieren der IMUs 110 und 120 oder jedwedem anderen Vorgang führen, der mit den offenbarten Ausführungsformen vereinbar ist. In bestimmten Ausführungsformen kann die Maschine 100 den Betrieb fortsetzen und der Fehlerdetektor 330 kann weiterhin Daten von den IMUs 110 und 120 empfangen und die Daten vergleichen, wie es vorstehend bezüglich der Schritte 420 bis 480 diskutiert worden ist.
Wenn andererseits der Fehlerdetektor 330 bestimmt, dass die Werte, die während oder nach dem Entprellzeitraum gemessen werden, nicht länger den Schwellenwert übersteigen (Schritt 480, Nein), kann der Fehlerdetektor 330 den Rohzustand auf keinen Fehler rücksetzen (Schritt 490), und kann zu dem Schritt 420 zurückkehren, so dass er weiter Messdaten von den IMUs 110 und 120 empfängt und vergleicht. Auf diese Weise kann der Fehlerdetektor 330 kontinuierlich Messdaten von den IMUs 110 und 120 bei vorgegebenen Zeitintervallen, wie z. B. alle 10 ms, gegenprüfen.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass das offenbarte Fehlererkennungssystem verschiedenartig modifiziert und variiert werden kann. Andere Ausführungsformen sind für den Fachmann durch Berücksichtigen der Beschreibung und der Ausführung des offenbarten Fehlererkennungssystems ersichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich beispielhaft aufgefasst werden, wobei der eigentliche Bereich durch die folgenden Patentansprüche und deren Äquivalente angegeben ist.

Claims

System zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit mit einer ersten Trägheitsmesseinheit (110) mit einer ersten Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen (111, 112, 113), die zum Messen der Beschleunigung entlang einer Mehrzahl von ersten Achsen ausgebildet sind, wobei eine erste Achse der Mehrzahl von ersten Achsen im Wesentlichen kollinear mit einer kollinearen Achse ist, und einer ersten Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (114), die zum Messen einer ersten Drehgeschwindigkeit um eine zweite Achse der Mehrzahl von ersten Achsen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse ist, ausgebildet ist, einer zweiten Trägheitsmesseinheit (120) mit einer zweiten Mehrzahl von Beschleunigungsmesseinrichtungen (121, 122, 123), die zum Messen der Beschleunigung entlang einer Mehrzahl von zweiten Achsen ausgebildet sind, wobei eine erste Achse der Mehrzahl von zweiten Achsen im Wesentlichen kollinear mit der kollinearen Achse ist, und einer zweiten Drehgeschwindigkeitsmesseinrichtung (124), die zum Messen einer zweiten Drehgeschwindigkeit um eine zweite Achse der Mehrzahl von zweiten Achsen, die im Wesentlichen senkrecht zur kollinearen Achse ist, ausgebildet ist, und einem Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor (330), der zum Empfangen von Messdaten von der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit und zum Erkennen eines Fehlers auf der Basis der Messdaten ausgebildet ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Maschine (100) aufweist, wobei die kollineare Achse im Wesentlichen in einer Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine vorliegt.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Maschine (100) aufweist, wobei die kollineare Achse im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Vorwärtsbewegung der Maschine vorliegt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Messdaten, die von dem Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor empfangen werden, erste Beschleunigungsdaten, die entlang der kollinearen Achse durch die erste Trägheitsmesseinheit gemessen werden, erste Drehgeschwindigkeitsdaten, die der ersten Drehgeschwindigkeit entsprechen, zweite Beschleunigungsdaten, die entlang der kollinearen Achse durch die zweite Trägheitsmesseinheit gemessen werden, und zweite Drehgeschwindigkeitsdaten aufweisen, die der zweiten Drehgeschwindigkeit entsprechen, und der Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor ferner zum Erkennen eines ersten Trägheitsmesseinheitfehlers entlang der kollinearen Achse auf der Basis der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten und der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten ausgebildet ist.
System nach Anspruch 4, bei dem die Messdaten, die von dem Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor empfangen werden, ferner dritte und vierte Beschleunigungsdaten, die entlang der zweiten Achse bzw. einer dritten Achse der Mehrzahl von ersten Achsen durch die erste Trägheitsmesseinheit gemessen werden und fünfte und sechste Beschleunigungsdaten aufweisen, die entlang der zweiten Achse bzw. einer dritten Achse der Mehrzahl von zweiten Achsen durch die zweite Trägheitsmesseinheit gemessen werden und der Trägheitsmesseinheit-Fehlerdetektor ferner zum Erkennen eines zweiten Trägheitsmesseinheitfehlers auf der Basis der dritten und sechsten Beschleunigungsdaten und der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und zum Erkennen eines dritten Trägheitsmesseinheitfehlers auf der Basis der vierten und fünften Beschleunigungsdaten und der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten ausgebildet ist.
Verfahren zum Erkennen eines Fehlers in einer Trägheitsmesseinheit, umfassend: Empfangen von ersten Messdaten von einer ersten Trägheitsmesseinheit (110), wobei die Messdaten erste Beschleunigungsdaten in ersten, zweiten und dritten Richtungen und erste Drehgeschwindigkeitsdaten umfassen, Empfangen von zweiten Messdaten von einer zweiten Trägheitsmesseinheit (120), die in einem Abstand von der ersten Trägheitsmesseinheit getrennt ist, wobei die zweiten Messdaten zweite Beschleunigungsdaten in ersten, zweiten und dritten Richtungen und zweite Drehgeschwindigkeitsdaten umfassen, Bestimmen, ob ein Fehler in der ersten oder der zweiten Trägheitsmesseinheit aufgetreten ist, unter Verwendung der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten, der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und des Abstands zwischen der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, keine Daten von jedweden Trägheitsmesseinheiten oder Sensoren nutzt, die von der ersten und der zweiten Trägheitsmesseinheit verschieden sind.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Bestimmen, ob der Fehler aufgetreten ist, das Berechnen eines Gegenprüfungswerts für jede der ersten, zweiten und dritten Richtungen auf der Basis der ersten und zweiten Beschleunigungsdaten, der ersten und zweiten Drehgeschwindigkeitsdaten und des Abstand zwischen der ersten Trägheitsmesseinheit und der zweiten Trägheitsmesseinheit, das Vergleichen des Gegenprüfungswerts für jede der ersten, zweiten und dritten Richtungen mit einem ersten, zweiten bzw. dritten Schwellenwert und das Bestimmen, dass der Fehler aufgetreten sein kann, wenn der Gegenprüfungswert für jedwede der ersten, zweiten oder dritten Richtungen den ersten, zweiten bzw. dritten Schwellenwert übersteigt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Gegenprüfungswert für die ersten, zweiten und dritten Richtungen jeweils gemäß den folgenden Gleichungen berechnet wird: erste Richtung:
zweite Richtung:
und dritte Richtung:
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Gegenprüfungswert für die ersten, zweiten und dritten Richtungen jeweils gemäß den folgenden Gleichungen berechnet wird: erste Richtung:
zweite Richtung:
und dritte Richtung: