JP2016502954A - 物理的な計測値を表示する測定信号を出力するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、車両（２）内の物理的計測値を示す測定信号（１８）を出力するための装置に関する。発明に従い、該装置は、第一のセンサー信号（１６）に基づいて、物理的な計測値の為の第一の比較信号（１８）を決定するよう設けられている第一のプロセッサー（４４）を有し、第二のセンサー信号（８）に基づき、物理的な計測値の為の第二の比較信号（３４）を決定するよう設けられている第二のプロセッサー（４６）を有し、そして、両方の比較信号（１８，３４）の間のエラー（４０）を決定し、そして第一のプロセッサー（４４）へと出力するよう設けられているフィルター装置（３０）を有し、その際、第一のプロセッサー（４４）が、エラー（４０）によって第一の比較信号（１８）の補正に基づいて測定信号（１８）を決定するよう設けられていることが提案される。

Description

本発明は、車両内における物理的な計測値を表示する測定信号を出力するための装置と該装置を有する車両に関する。

特許文献１から、すでに存在するセンサー値を、フュージョンに基づいて改善する、または新たなセンサー値を生成する、およびこれによって検出可能な情報を向上させるために、車両内で様々なセンサー値を引用することが公知である。

国際公開２０１１／０９８３３３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００６０２９１４８Ａ１号明細書

本発明の課題は、情報向上のために複数のセンサー値の利用を改善することである。

この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。好ましい発展形は、従属請求項の対象である。

本発明の一つの観点に従い、車両内の物理的な計測値を表示する測定信号を出力するための装置は、物理的な計測値の為の第一の比較信号を第一のセンサー信号に基づいて決定するよう設けられている第一のプロセッサー、物理的な値の為の第二の比較信号を第二のセンサー信号に基づいて決定するよう設けられている第二のプロセッサー、および、両方の比較信号の間のエラーを決定し、そして第一のプロセッサーに出力するよう設けられているフィルター装置を有し、その際、第一のプロセッサーは、第一の比較信号の補正に基づいて測定信号をエラーの考慮のもと決定するよう設けられている。

上述した装置は、冒頭に記載した複数のセンサー値のフュージョンの結果と、これに伴い、望まれる測定信号は、例えばＩＳＯ規格ＩＳＯ２６２６２のＡＳＩＬ ＢまたはＡＳＩＬ Ｄの極めて高い安全レベルで出力されるべきという考察に基づいている。そのような、測定信号の安全性に対する高い要求を満たすアルゴリズムは、しかし直接的に高い計算労力を費やし、これは相応して、望まれる安全レベルの測定信号を出力するために高いプロセッサー性能を必要とする。

これと反対に、上述した装置の枠内で、センサーフュージョンに基づく比較信号が、独立した複数のプロセッサー上で決定されるとき、測定信号の出力において基本安全性が達成されることが可能であることが公知である。この場合、両方のプロセッサーの一方は故障している可能性があり、そして、補助的に、より低い品質を有する測定信号として使用されることが可能であろう比較信号は未だ使用可能である。このようにして、高い安全レベルの実行するための上述した計算リソース集中的なアルゴリズムの使用が断念される。安全レベルは、冗長的な二つの、しかし低コストなプロセッサーの使用によって既に実現されることが可能だからである。

センサー信号と測定信号は、タイヤ圧、タイヤ半径等のような任意の物理的値を表すが、上述した装置の発展形においては、複数のセンサー信号の一つは、グローバルな衛星ナビゲーション信号（以下ＧＮＳＳ信号と称する）であり、他のセンサー信号は、走行ダイナミクス信号であり、そして物理的な計測値は、車両を、その絶対的位置とその位置変化について測定する位置測定信号である。例えば、センサーフュージョンを決定するプロセッサーの為の走行ダイナミクス信号が、故障すると、ＧＮＳＳ信号からの走行ダイナミクスデータは、少なくとも不完全に導き出される可能性があり、車両の動きを、例えば不完全な走行ダイナミクス制御に対して導き出す。センサーフュージョンの枠内でＧＮＳＳ信号を決定するプロセッサーが故障した場合も同様の挙動となる。ここで例えば、公知の疎結合アプローチへ戻ることによって、ＧＮＳＳ信号から導き出すことができる位置測定データは、走行ダイナミクスデータに基づいて補完されることが可能であろう。

上述した装置の他の発展形では、相応して他のプロセッサーを監視するための少なくとも一つのプロセッサーが設けられている。このようにして、動作するプロセッサーのエラー性が検出され、そして車両を例えば安全上クリティカルでない走行状態へと移行させる適当な措置が導入されることが可能であろう。例えば走行ダイナミクスデータが無くなると、車両は緊急作動モードに移行される可能性がある。この緊急作動モードでは、車両に対して所定の最高速度が許可され、この最高速度において、ＧＮＳＳ信号から導き出された走行ダイナミクスデータによって、不完全な走行ダイナミクス制御が可能であろう。代替としてまたは追加的に、ナビゲーション装置上で車両の為の次のワークショップが検索され、そして運転者に示されることが可能であろう。

上述した装置の追加的な発展形においては、監視を行うプロセッサーは、監視されるプロセッサーの比較信号と物理的計測値の為のモデルの間の留数を計算するよう設けられている。留数は、以下において、モデル内で理想的な解答データの替わりに、比較信号からのデータが使用されるときに生じる差異であると理解される。よって留数は、監視されるプロセッサーからの比較信号におけるエラーの指標である。これは、監視を行うべきプロセッサー上の独立した計算によって確実に発見されることが可能である。

上述した装置の特別な発展形においては、監視を行うプロセッサーは、監視されるプロセッサーの作動を、計算した留数と目標値の比較に基づいて監視するよう設けられている。その結果、いつ以降、エラーであると判断されるべきかの基準が設けられる。上述した装置の好ましい発展形においては、監視を行うプロセッサーは、監視されるプロセッサーの作動がエラーを有すると検出されたとき、その決定された比較信号を測定信号として出力するよう設けられている。このようにして、監視を行うプロセッサーは、測定信号の故障を、機能していないセンサーフュージョンに基づき切り抜ける。これは、故障が、例えばワークショップにおいて取り除かれるまで行われる。

上述した装置の特に好ましい発展形においては、監視を行うプロセッサーは、監視されるプロセッサーのエラーの場合に、監視されるプロセッサーの故障に関する情報を伴う測定信号を供給するよう設けられている。このようにして他のアクチュエータ、制御サーキット、または制御部が、故障を、未だエラーを有さないプロセッサーの比較信号（測定信号として使用される比較信号）のより低いデータの完全性によって検出し、そしてその作動をこれに整向させる。走行ダイナミクス制御は、車両を、不安定な制御によって交通に危機的な状況へと移行させないように例えば所定の条件のもとまたは完全に遮断を行うことができる。

上述した装置の他の発展形においては、監視を行うプロセッサーは、その比較信号を計算された留数とリンクし、そして出力するよう設けられている。出力は、例えば、常に、そして監視されるプロセッサーのエラーの場合と関係なく行われる。このようにして、比較信号の受信機が、比較信号を測定信号として使用するか、またはセンサーフュージョンからの測定信号を使用するかを、自身で決定することができる。

上述した装置の代替的な発展形においては、監視を行うプロセッサーは、クリプトプロセッサーである。これは、例えばシステム分析によって外から理解不可能である方法で、そのプロセスを実施する。このようにして、監視を行うプロセッサーの操作が困難とされる。特に有利な方法では、クリプトプロセッサーとして、当該プロセッサー上で、フィルター装置を形成するプロセスが実施されず、よって最も低い計算労力にさらされるプロセッサーが選択されるべきであろう。クリプトプロセッサーは、よって、相応して性能が低いものが選択されることが可能である。これは場合によっては、クリプトプロセッサーとしての使用が初めて可能とする。クリプトセンサーは、好ましくは、監視されるプロセッサーの比較信号を妥当性確認し、そして妥当性確認の結果を、引き続いて、直接それ自身発信する。というのは他の車両コンポーネントは、そのようにして信頼性のある、そして特に操作不要の状態報告（監視されるプロセッサーの状態報告）を得るからである。

本発明の他の観点に従い、車両は上述した装置を有している。

上述した本発明の特性、特徴、およびメリットならびに、どのようにしてこれらが達成されるかは、後述する実施例の記載と関連して明確かつ明りょうに理解可能である。実施例は、図面と関連して詳細に説明される。

フュージョンセンサを有する車両の原理図 図１のフュージョンセンサの原理図

図では同じ技術要素は、同じ符号を付されており、一度のみ説明される。

フュージョンセンサ４を有する車両２の原理図を示す図１が参照される。

フュージョンセンサ４は、本実施形においては、公知のＧＮＳＳ受信機６を介して車両２の位置データを受信する。この位置データは、走行路１０上の車両２の絶対的位置を含んでいる。絶対的位置の他に、ＧＮＳＳ受信機６からの位置データ８は車両２の速度も含んでいる。ＧＮＳＳ受信機６からの位置データ８は、本実施形においては当業者に公知の方法でＧＮＳＳ信号１２からＧＮＳＳ受信機６内で導き出される。この信号は、ＧＮＳＳアンテナ１３を介して受信され、よって以下ではＧＮＳＳ位置データ８と称される。詳細については、関連する専門書を参照されたい。

フュージョンセンサ４は、更に詳細に説明されるべき方法で、ＧＮＳＳ信号１２から導き出されるＧＮＳＳ位置データ８の情報内容を向上させるよう形成されている。これは一方で、ＧＮＳＳ信号１２は、極めて低い信号／ノイズバンドギャップを有しており、よって極めて不正確である可能性があるので不可避である。他方でＧＮＳＳ信号１２は常に使用可能であるわけではない。

本実施形においては、車両２は、移動決定装置１４を有している。この装置は、車両２の走行ダイナミクスデータ１６を検出する。これには、周知のように、車両２の長手方向加速度、横断方向加速度、および垂直方向加速度、ならびにバンクレート、ピッチレート及びヨーレートが含まれる。これら走行ダイナミクスデータ１６は、本実施形においては、ＧＮＳＳ位置データ８を向上させ、そして例えば車両２の走行路１０上における位置及び速度を明確にするために使用される。明確化された位置データ１８は、その後ナビゲーション装置２０自体によって使用されることが可能である。これは例えば、ＧＮＳＳ信号１２がトンネルの下で全く使用不可能であるときに使用される。

ＧＮＳＳ位置データ８の情報内容の向上の為に、本実施形においては更に車輪回転数センサー２２がオプションとして使用されることが可能である。これは、車両２の個々の車輪２６の車輪回転数２４を検出する。

図１のフュージョンセンサ４の原理図を示す図２が参照される。

フュージョンセンサ４は、本実施形においては、特別な構造を有している。これについては、後に詳細に説明する。

フュージョンセンサ４内には、図１で既に挙げられた計測データが取り込まれる。このデータは、データバス２９を介して、センサー６，１４，２２、フュージョンセンサ４およびナビゲーション装置２０の間で交換される。データバス２９は、例えばコントローラーエリアネットワークバス、ＣＡＮバス等と称され、構築されていることが可能である。例えばインターフェース等のような、フュージョンセンサ４内部におけるデータ伝達に参加する要素の詳細の説明は、後に詳述する。

フュージョンセンサ４は、明確化された位置データ１８を出力する。この事に対する基本思想は、ＧＮＳＳ位置データ８からの情報を、移動決定装置１４からの走行ダイナミクスデータ１６とフィルター３０内で比較し、そのようにして、ＧＮＳＳ受信機６の位置データ８内、または移動決定装置１４からの走行ダイナミクスデータ１６内の信号／ノイズバンドギャップを高めることである。この為、フィルターは任意に形成されていることが可能であるが、カイマンフィルターが比較的低いコンピュータリソース要求で、この課題を最も効率的に解決する。よってフィルター３０は以下では好ましくはカイマンフィルター３０である。

カイマンフィルター３０内には、車両２の明確化された位置データ１８と車両２の比較位置データ３４が取り込まれる。明確化された位置データ１８は、本実施形においては、例えば特許文献２から公知のストラップダウンアルゴリズム３６で走行ダイナミクスデータ１６から生成される。これらは、車両２に関する明確化された位置情報を有する。しかしまた、車両２に関する他の位置データ、例えばその速度、その加速度、およびその向き等のようなものも有する。これと反対に、比較位置データ３４は、車両２のモデル３８から得られる。このモデルは、まず一度、ＧＮＳＳ受信機６からＧＮＳＳ位置データ８を供給される。その後、この位置データ８から、モデル３８内で比較位置データ３４が決定される。この比較位置データは、明確化された位置データ１８と同様の情報を含んでいる。明確化された位置データ１８と比較位置データ３４は、その値においてのみ異なっている。

カイマンフィルター３０は、明確化された位置データ１８と比較位置データ３４に基づいて、明確化された位置データ１８のためのエラーバジェット４０と比較位置データ３４の為のエラーバジェット４２を演算する。以下においてエラーバジェットは、信号の検出及び伝達の際に発生する種々の個別エラーがまとめられた、信号内における全エラーであると理解されるべきである。ＧＮＳＳ信号１２において、およびこれに伴いＧＮＳＳ位置データ８において、相応するエラーバジェットは、衛星軌道、衛星時計、残された屈折効果からのエラーと、ＧＮＳＳ受信機６内におけるエラーからまとめられることが可能である。これらは、例えばＧＰＳ受信機６内へのエラーバジェット４２のフィードバックによって、これにより構成されることが可能である。

明確化された位置データ１８のエラーバジェット４０と、比較位置データ３４のエラーバジェット４２は、その後、明確化された位置データ１８又は比較位置データ３４の補正の為の、ストラップダウンアルゴリズム３６とモデル３８に供給される。つまり、明確化された位置データ１８と比較位置データ３４は反復してそのエラーを取り除かれる。

本実施形においては、ストラップダウンアルゴリズム３６とカイマンフィルター３０は、アルゴリズムの形式で第一のプロセッサー４４上で実施される。このプロセッサーは、モデル３８が演算される第二のプロセッサー４６に対して独立した演算ユニットを意味する。例えば第二のプロセッサー４６が故障すると、明確化された位置データ１８は、引き続き出力される。この種の明確化された位置データ１８は、エラーを有する比較位置データ３４に基づき大きな位置トレランスにさらされているにも関わらずである。

明瞭性の観点からこれ以上説明されない方法において、第二のプロセッサー４６もまた、第一のプロセッサー４４が故障した場合、比較位置データ３４を明確化された位置データ１８として出力する。そのようなエラーの場合に、明確化された位置データ１８内に上述したように比較的大きな位置トレランスを有するフュージョンセンサ４の少なくとも基本的機能性を引き継ぐためである。

バス２９を介して、センサー６，１４，２２、フュージョンセンサ４およびナビゲーション装置２０の間で、上述した計測データ８，１６，１８，２２の交換を行うために、両方のプロセッサー４４，４６は各一つのバスインターフェース４８を有している。このバスインターフェースを介してこれら計測データ８，１６，１８，２２が交換されることが可能である。明確化された位置データ１８、比較位置データ３４およびエラーバジェット４２のお互いの交換の為に、両方のプロセッサー４４，４６は本実施形においては、各一つのダイレクトインターフェース５０を有している。しかし、代替としてこれらデータは、同様に、相応して比較的高い伝達待ち時間を有するバス２９を介しても伝達されることが可能であろう。

本実施形においては、両方のプロセッサー４４，４６は、そのエラーの無い作動状態に関して相互に監視し合う。この為、本実施形においては、各プロセッサー４４，４６内において妥当性確認アルゴリズム５２が実施される。

各妥当性確認アルゴリズム５２は、例えば比較位置データ３４に基づき明確化された位置データ１８を比較することによって妥当性確認を行う。その際、ここでエラーの場合に、明確化された位置データ１８または比較位置データ３４がエラーを有するか、およびこれに伴い相応して第一のプロセッサー４４または第二のプロセッサー４６がエラー動作に支配されているかは、明らかでないであろう。

よってその際、本実施形の枠内で、各妥当性確認アルゴリズム５２が、これ以上説明されない比較モデルに基づいて、明確化された位置データ１８及び／又は比較位置データ３４を比較モデル内にはめ込むことによって、留数（独語：Ｒｅｓｉｄｕｅｎ）を計算することが提案される。第一のプロセッサー４４は、例えば、比較位置データ３４に基づいて比較留数５４を計算する。他方で第二のプロセッサー４６は、明確化された位置データ１８に基づいて主留数５６を計算する。両方のプロセッサー４４，４６がこれら留数５４，５６をお互いの比較の為に交換する。

一つのプロセッサー４４，４６単独、または両方のプロセッサー４４，４６は、代替としてまたは追加的に、他のプロセッサー４６，４４の位置データ１８，３４に基づいて計算された留数５４，５６を、その特有の位置データ１８，３４と共にバス２９内に絶え間なく供給し、これによって例えばナビゲーション装置２０のような明確化された位置データ１８の受信機は、独立して、留数５４，５６に基づいて、どの位置データ１８，３４をその特有の作動の為に使用するか決定を行うことができる。

特に有利な方法では、妥当性確認アルゴリズム５２は、両方のプロセッサー４４，４６の少なくとも一方の中で、それ自体公知であるクリプトプロセスの枠内で実施されることが可能である。これは例えば、車両２における性能上昇する操作を隠すことを、妥当性確認アルゴリズム５２を介して防止するためである。

Claims (10)

1. 車両（２）内の物理的計測値を示す測定信号（１８）を出力するための装置であって、
   第一のセンサー信号（１６）に基づいて、物理的な計測値の為の第一の比較信号（１８）を決定するよう設けられている第一のプロセッサー（４４）を有し、
   第二のセンサー信号（８）に基づき、物理的な計測値の為の第二の比較信号（３４）を決定するよう設けられている第二のプロセッサー（４６）を有し、そして、
   両方の比較信号（１８，３４）の間のエラー（４０）を決定し、そして第一のプロセッサー（４４）へと出力するよう設けられているフィルター装置（３０）を有し、
   その際、第一のプロセッサー（４４）が、エラー（４０）によって第一の比較信号（１８）の補正に基づいて測定信号（１８）を決定するよう設けられていることを特徴とする装置（４）。
2. 複数のセンサー信号（８）のうちの一つが、グローバル衛星ナビゲーション信号であり、複数のセンサー信号（１６）のうちの他のものが、走行ダイナミックス信号であり、そして物理的計測値（１８）が、車両の絶対的位置に関しておよびその位置変化に関して車両（２）の位置測定を行う位置測定信号であることを特徴とする請求項１に記載の装置（４）。
3. 他のプロセッサー（４６，４４）を監視するための少なくとも一つのプロセッサー（４４，４６）が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（４）。
4. 比較されるプロセッサー（４６，４４）の比較信号（３４，１８）と、物理的な計測値（１８）の為のモデルの間の留数（５６，５４）を計算するための、監視を行うプロセッサー（４４，４６）が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の装置（４）。
5. 監視されるプロセッサー（４６，４４）の作動を、計算された留数（５６，５４）と目標値の比較に基づいて監視するための、監視を行うプロセッサー（４４，４６）が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の装置（４）。
6. 監視を行うプロセッサー（４４，４６）が、監視されるプロセッサー（４６，４４）の作動がエラーを有すると検出されるとき、その決定した比較信号（３４，１８）を測定信号（１８）として出力するよう設けられていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 監視されるプロセッサー（４６，４４）のエラーの場合に、監視を行うプロセッサー（４４，４６）が、監視されるプロセッサー（４６，４４）の故障の情報（５６，５４）を測定信号（１８）に付与するよう設けられていることを特徴とする請求項６に記載の装置（４）。
8. 監視を行うプロセッサー（４４，４６）が、その比較信号（３４，１８）を計算された留数（５６，５４）とリンクさせ、かつ出力するよう設けられていることを特徴とする請求項４から７のいずれか一項に記載の装置（４）。
9. 監視を行うプロセッサー（４４，４６）が、クリプトプロセッサーであることを特徴とする請求項３から８のいずれか一項に記載の装置（４）。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の装置（４４）を有する車両（２）。

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