KR20140067117A - 차량 모델 유닛을 포함하는 센서 시스템 - Google Patents

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니코 슈타인하르트
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콘티넨탈 테베스 아게 운트 코. 오하게
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Abstract

본 발명은 적어도 2 개의 휠 회전 속도 센서 소자들 (3), 적어도 하나의 조향 각도 센서 소자 (3), 및 센서 소자들의 센서 신호들을 적어도 부분적으로 함께 평가하도록 설계되는 신호 처리 디바이스를 포함하는 차량용 센서 시스템에 관한 것이다. 상기 신호 처리 디바이스는, 차량 모델 유닛 (7) 을 포함하며, 차량 모델 유닛 (7) 은, 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자들의 센서 신호들로부터, 적어도 제 1 정의된 차축에 따른 속력, 제 2 정의된 차축에 따른 속력, 및 제 3 정의된 차축 주위의 회전 레이트를 계산하도록 설계된다.

Description

차량 모델 유닛을 포함하는 센서 시스템{SENSOR SYSTEM COMPRISING A VEHICLE MODEL UNIT}
본 발명은 청구항 제1항 의 전제부에 따른 센서 시스템 및 자동차들, 특히 오토모빌 (automobile) 들에서의 그 이용에 관한 것이다.
공개된 명세서 DE 10 2010 063 984 A1 은 복수의 센서 소자들 및 신호 처리 디바이스를 포함하는 센서 시스템을 설명하고, 신호 처리 디바이스는 센서 소자들로부터의 출력 신호들이 공동으로 평가되도록 구성된다.
본 발명은 센서 소자들로부터 출력된 신호들 및/또는 데이터의 평가 및/또는 처리에 대한 상대적으로 높은 수준의 정확도를 가능하게 하는 센서 시스템을 제안하는 목적에 기초하고 있다.
이 목적은 청구항 1 에서 청구된 바와 같은 센서 시스템에 의해 달성된다.
적절하게는, 센서 시스템은 차량, 특히 자동차, 특히 바람직하게는 오토모빌 내에 배치된다.
제 1, 제 2, 및 제 3 정의된 축들이 생성 시스템을 형성하고, 처리 시 특히 서로 수직으로 배향되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 차량 모델 유닛은 계산을 위한 수식들의 과결정 시스템 (overdetermined system) 을 해결하기 위해 최소 오차 자승법 (least square error method) 을 이용하도록 설계된다.
휠 회전 속도 센서 소자들의 각각의 경우에 있어서의 하나는 차량의 각각의 휠에 할당되고, 차량 모델 유닛은 휠 회전 속도 센서 소자들의 센서 신호들과, 조향 각도 센서 유닛에 의해 제공된 조향 각도, 및/또는, 특히 복수의 조향되는/조향 가능한 차축들의 각각의 경우 또는 하나에 대한 적어도 하나의 조향 각도 센서 소자에 의해 및/또는 하나 이상의 조향되지 않는/조향 불가능한 차축들에 대한 적어도 하나의 모델 가정에 의해 검출되는 각각의 휠의 조향 각도로부터, 상기 차량 모델 유닛이 제 1 및 제 2 정의된 축을 따라/제 1 및 제 2 정의된 축에 대하여 직접적으로 또는 간접적으로, 각각의 휠의 속도 성분들 및/또는 속도를 계산하도록 설계되고, 각각의 휠들에 대한 이 속도 성분들 및/또는 연관된 휠들의 제 1 및 제 2 정의된 축들에 대한 각각의 경우에 있어서의 속도들로부터, 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트가 계산되는 것이 바람직하다.
센서 시스템은 4개의 휠 회전 속도 센서 소자들을 가지고, 각각의 경우에 있어서, 휠 회전 속도 센서 소자들의 하나는 차량의 각각의 휠에 할당되고, 차량 모델 유닛은 휠 회전 속도 센서 소자들의 센서 신호들과, 조향 각도 센서 유닛에 의해 제공된 조향 각도, 및/또는, 특히 전방 휠들에 대한 조향 각도 센서 소자에 의해 그리고 모델 가정으로부터 또는 적어도 후방 휠들에 대한 또 다른 조향 각도 센서 소자에 의해 검출되는 각각의 휠의 조향 각도로부터, 상기 차량 모델 유닛이 제 1 및 제 2 정의된 축을 따라/제 1 및 제 2 정의된 축에 대하여 직접적으로 또는 간접적으로, 각각의 휠의 속도 성분들 및/또는 속도를 계산하도록 설계되고, 제 1 및 제 2 정의된 축들에 대한 각각의 경우에 있어서의 이 8 개의 속도 성분들 및/또는 4 개의 속도들로부터, 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트가 계산되는 것이 적절하다.
각각의 휠의 조향 각도는 조향 휠 각도 센서 소자, 즉, 운전자에 의해 희망되는 바와 같은 조향 각도를 검출하는 센서 소자와, 특히 차량 모델 유닛 내에 또는 신호 처리 디바이스의 다른 부분에 저장되는 조향 비율 특성에 대한 정보로부터 결정되거나 계산되는 것이 바람직하다.
차량 모델 유닛은 그 계산 동안에, 적어도 다음의 물리적 변수들 및/또는 파라미터들을 고려하도록 설계되는 것이 적절하다:
a) 특히 2 개의 전방 휠들에 대한 조향 각도 센서에 의해 검출되는 각각의 휠의 조향 각도 (후방 휠들의 조향 각도가 알려져 있고, 특히 후방 휠들의 조향 각도가 0 과 동일하거나 후방 휠들의 조향 각도가 추가적으로 검출된다는 모델 가정이 적용된다),
b) 각각의 휠의 휠 회전 속력 또는 그 종속적인 변수,
c) 각각의 휠의 회전 방향,
d) 모델에 알려진 상수 값으로서 특히 고려되거나 추정 및/또는 계산되는 파라미터로서의 각각의 휠의 동적 반경 및/또는 휠 직경 또는 그로부터 유도되는 변수, 및
e) 차량의 각각의 차축의 트랙 폭 (track width) 및/또는 차량의 차축들 사이의 휠베이스 (wheel base).
특히 바람직하게는, 차량 모델 유닛은 그 계산들에서 다음의 물리적 변수들 및/또는 파라미터들 중의 적어도 하나를 고려하도록 설계된다:
f) 횡 가속도, 즉 제 2 정의된 축 방향의 가속도로부터 특히 계산되는 각각의 휠의 슬립 각도 (slip angle), 및/또는
g) 각각의 휠의 휠 작용력 (wheel force) 들 및/또는 가속도들로부터 특히 계산되는 휠 슬립.
신호 처리 디바이스는 각각의 휠의 적어도 반경, 특히 동적 반경 또는 그 종속적이거나 그로부터 유도된 변수를 계산 및/또는 추정하고 그것을 추가적인 입력 변수로서 차량 모델 유닛에 제공하도록 설계되는 타이어 파라미터 추정 유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
특히 바람직하게는, 타이어 파라미터 추정 유닛은 코너링 스티프니스 (cornering stiffness) 와, 각각의 휠의 슬립 스티프니스 또는 종방향 (longitudinal) 슬립 스티프니스 또는 그 종속적이거나 그로부터 유도된 변수를 추가적으로 계산 및/또는 추정하고 그것을 추가적인 입력 변수로서 차량 모델 유닛에 제공하도록 설계되고, 타이어 파라미터 추정 유닛은 휠/타이어 변수들의 계산을 위해 특히 실질적으로 선형인 타이어 모델을 이용하도록 설계된다.
적절하게는, 타이어 파라미터 추정 유닛은 입력 변수들로서 휠 회전 속력들 및 조향 각도, 적어도 부분적으로 또는 완전히 스트랩다운 알고리즘 유닛의 출력 변수들 또는 값들, 특히 물리적 변수들의 값들에 부가하여 이에 따라 제공된 변동량들, 및 타이어 파라미터 추정 유닛의 입력 변수들인 물리적 변수들에 대한 융합 필터의 변동량들을 수신하도록 설계된다.
차량 모델 유닛은 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트의 그 3 개의 계산된 변수들의 각각에 대하여, 상기 차량 모델 유닛은 데이터 품질에 대한 정보를 계산하고 그것을 추가적인 출력 변수, 특히 각각의 경우에 있어서 변동량으로서 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다.
차량 모델 유닛은 계산된 변동량에 기초하여, 상기 차량 모델 유닛이 그 자신의 출력 변수들의 유효성을 평가하고, 각각의 경우에 있어서, 처리에서, 그 자신의 출력 변수들의 유효성의 평가 시에 특히 제 1 및 제 2 정의된 축을 따르는 속도 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트를 고려하도록 설계되는 것이 적절하다.
특히 바람직하게는, 차량 모델 유닛은 오버슈팅되는 일 정의된 극한 값 (limit value) 에 대하여 또는 각각의 경우에 그 3 개의 출력 변수들의 각각의 변동량을 검사하고, 변동량들 중의 하나 이상이 오버슈팅되는 경우, 차량 모델 유닛의 현재의 출력 변수들의 유효성이 제공되지 않도록 설계된다.
차량 모델 유닛 및/또는 타이어 파라미터 추정 유닛이 적어도 하나의 선형화 (linearization) 를 포함하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 선형화는 특히 수행되기만 하거나, 차량의 전체 가속도, 즉 모든 3 개의 정의된 축들에 대한 가속도가 크기의 측면에서 5 m/s2 보다 작은 경계 파라미터만을 특히 수행하거나 가진다.
제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축들은 센서 시스템이 구현되는 차량의 좌표계에 대해 다음과 같이 정의되는 것이 적절하다:
제 1 정의된 축은 차량의 종축에 대응하고,
제 2 정의된 축은 차량의 횡축에 대응하고,
제 3 정의된 축은 차량의 수직축에 대응한다. 이 3 개의 축들은 특히 데카르트 좌표계, 특히 차량 좌표계를 형성한다.
차량 모델 유닛은 휠 부하 (wheel load) 들 및/또는 휠 접촉력 (wheel contact force) 들의 직접 또는 간접 측정을 수행하거나 지원하고 적어도 이 변수를 출력 변수로서 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다.
차량 모델 유닛은 운동학적 및/또는 동적 모델에 대하여 휠 서스펜션 (wheel suspension) 의 모델링을 포함하고, 그 결과, 이 모델링을 고려하여 조향 각도가 증가된 정확도로 계산되거나 계산될 수 있도록 설계되는 것이 적절하다. 상기 조향 각도는, 특히 각각의 경우에 있어서 차량 모델 유닛의 출력 변수들의 또 다른 계산을 위해 이용되는 각각의 휠의 조향 각도에 관련된다.
후방 휠들의 조향 각도는 적절하게는 적어도 하나의 추가적인 후방 휠 조향 각도 센서 소자에 의해 검출된다. 특히 추가적으로 또는 대안적으로 바람직하게는, 후방 차축 조향 시스템의 액추에이터 시스템 (actuator system) 은 후방 차축의 휠들의 조향 각도를 제공한다.
센서 시스템의 신호 처리 디바이스는 추가적으로 바람직하게는 융합 필터를 포함한다. 융합 필터는 센서 소자들, 즉 주행거리계의 적어도 센서 신호들 및/또는 그로부터 유도된 신호들, 및 특히 추가적으로 위성 내비게이션 시스템의 출력 신호들 및/또는 그로부터 유도된 신호들의 공통 평가 동안에 정의된 융합 데이터 세트를 제공한다. 상기 융합 데이터 세트는 각각의 경우에 있어서 정의된 물리적 변수들에 대한 데이터를 가지고, 융합 데이터 세트는 적어도 하나의 물리적 변수에 대하여, 상기 물리적 변수의 값 및 그 데이터 품질에 대한 정보를 포함하고, 이 데이터 품질에 대한 정보는 예에 따르면 변동량으로서 형성된다.
바람직하게는, 융합 데이터 세트는 적어도 하나의 물리적 변수의 값으로서, 상대 값, 예를 들어 오프셋 값 또는 변화 값 또는 에러 값이라고도 지칭되는 보정 값을 포함한다.
그러므로, 융합 데이터 세트의 각각의 물리적 변수들의 상대 값들은 적절하게는 보정 값들 및 변동량들이다.
융합 데이터 세트의 물리적 변수들의 값들은 바람직하게는 센서 소자들 및 위성 내비게이션 시스템의 센서 신호들에 직접적으로 또는 간접적으로 기초하여 계산되고, 적어도 일부 변수들, 예를 들어 차량 좌표들에 관한 차량의 속도 및 위치는 중복적으로 검출 및 계산된다.
융합 필터는 적절하게는 에러 상태 공간 확장된 순차 칼만 필터, 즉, 선형화를 포함하고, 특히, 보정 값들이 계산 및/또는 추정되고, 순차적으로 동작하며 이 경우에 있어서 시퀀스의 각각의 기능 단계에서 이용가능한 입력 데이터를 이용/고려하는 칼만 필터로서 설계된다.
차량 모델 유닛은 그 출력 변수들 또는 출력 데이터, 즉 적어도 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트를, 바람직하게는 그 계산들, 즉 융합 필터의 계산들에서 차량 모델 유닛의 상기 출력 변수들 또는 출력 데이터를 고려하거나 이용하는 융합 필터에 제공한다.
각각의 휠의 동적 반경 또는 동적 타이어 반경 (
Figure pct00001
) 은 바람직하게는 다음과 같이 정의된다: 타이어 회전 동안에 효과적으로 커버되는 (covered) 거리. 타이어의 반경은 부하가 작용 중인 스프링 편향의 결과로 효과적으로 감소하므로, 후자는 타이어의 반경에 대응하지 않는다. 여행 중인 것을 포함하여, 타이어 반경을 변경할 수 있는 변수들에 영향을 주는 것은 예를 들어, 이동 속도, 공기 압력 및 온도이다.
종방향 슬립 (λ) 으로 지칭되는 변수는 다음과 같이 적절하게 정의된다: 종방향 작용력의 영향 하에서, 도로 상에서의 타이어 슬라이딩을 고려하지 않고 타이어의 트레드 요소 (tread element) 들의 변형의 결과로 슬립 움직임이 발생한다. 상기 슬립 움직임은 종방향 작용력에 따라, 타이어가 타이어 반경에 비해 예상되어야 하는 것보다 더 빨리 또는 더 느리게 회전한다는 결과를 가진다. 이 효과가 나타나는 정도는 고무 혼합물 및 타이어의 유형에 의해 주로 영향을 받고 종방향 슬립 스티프니스 (slip stiffness) 에 의해 특징된다:
Figure pct00002
.
스큐 러닝 또는 슬립 각도 (
Figure pct00003
) 는 바람직하게는 다음과 같이 정의된다: 종방향 슬립의 경우와 유사한 방식으로, 롤링 방향 (rolling direction) 에 수직인 측방향 작용력 (lateral force) 들은 고무 탄성의 결과로 타이어의 측면 움직임을 야기시킨다. 이 관계는 코너링 스티프니스 (cornering stiffness) 에 의해 특징된다:
Figure pct00004
.
이 교란 변수들을 보상하기 위하여, 차량 모델 유닛은 바람직하게는 타이어 파라미터 추정 유닛의 선형 타이어 모델에 의존하거나 계산들에서 그것을 포함한다. 상기 모델은 차량의 가속도들 또는 전체 가속도들에 특히 한정된다 (
Figure pct00005
). 이 범위에서는, 종방향 슬립과 스큐 러닝 및 연관된 작용력들 사이의 관계가 선형이고, 전달될 수 있는 작용력들이 타이어 상의 접촉력 (
Figure pct00006
) 또는 정상 작용력과 함께 선형으로 상승한다는 점이 특히 계산을 위한 모델 가정으로서, 특히 바람직하게 가정된다. 차량 질량을 상쇄시킴으로써, 이것은 변수들의 가속도들로의 정규화 (normalization) 를 허용한다. 이 경우, 차량 질량들 및 가속도들은 개별적인 휠들에 적절하게 관련되지만, 통계적으로 분포된다고 가정된다:
Figure pct00007
Figure pct00008
Figure pct00009
이 경우, 바람직하게는 다음 사항이 유효하다:
Figure pct00010
: 휠 틱 (wheel tick) 들로부터 측정된 휠의 회전 각도
Figure pct00011
: 도로 상에서 실제로 커버되는 거리
g: 중력 가속도
바람직하게는 커버되는 거리들에 대하여 그로부터 다음 사항이 뒤따른다:
Figure pct00012
이 경우, 바람직하게는 다음 사항이 유효하다:
Figure pct00013
: 가속 동안의 주행 슬립
Figure pct00014
: 감속 동안의 제동 슬립
그러므로, 예에 따르면, 이동 상황에서 각각 적용가능하지 않은 슬립 변수 = 0 인 경우이다.
이용되는 가속도들은 내비게이션 계산으로부터 알려지므로, 알려진 타이어 반경 및 알려진 코너링 및 종방향 슬립 스티프니스가 바람직하게 주어지면, 도로 상에서의 차량의 실제적인 평면 움직임은 모델-기반 방식으로 추정될 수 있다. 차량 좌표들에 대한 타이어 좌표들의 가능한 왜곡은 측정된 조향 휠 각도 및 알려진 조향 비율에 의해 적절하게 고려된다. 개별적인 휠들의 거리들 및 속도들은 바람직하게는 차량 모델 유닛에서 다음과 같이 계산된다:
- 차량의 중력 중심에서의 가속도들 및 회전 레이트들의 계산
- 타이어 좌표들로의 변환
- 타이어 모델과 휠 각도 모멘텀들 또는 휠 회전 속력들을 이용한 속도들/거리들의 계산
- 차량 좌표들로의 역변환.
바람직하게는, 휠 당 2 개의 측정 변수들 (차량 좌표들에서의
Figure pct00015
,
Figure pct00016
), 즉 8개의 측정 값들의 전부는 이 단계들의 종결 후에 이용가능하다.
타이어 파라미터 추정 유닛은 다음의 단계들을 포함하는 차량을 위한 타이어 파라미터들을 추정하기 위한 방법을 수행하도록 설계되는 것이 바람직하다:
- 차량의 기준 움직임을 측정하는 단계;
- 추정될 타이어 파라미터들이 제거된 모델에 기초하여 차량의 모델 움직임을 모델링하는 단계; 및
- 기준 움직임 및 모델 움직임의 비교에 기초하여 차량의 타이어 파라미터들을 추정하는 단계.
방법은 다음의 단계를 특히 추가적으로 포함한다:
- 차량의 휠 접촉점들에서 차량의 실제 속도를 검출하는 단계.
방법은 다음의 단계를 포함하는 것이 바람직하다:
- 근사화된 타이어 파라미터들에 기초하여 추정될 타이어 파라미터들이 제거된 모델을 설정하는 단계.
그리고 특히 다음의 또 다른 단계:
- 새로운 타이어 파라미터들을 추정하기 위하여, 모델에서의 근사화된 타이어 파라미터들로서 추정된 타이어 파라미터들을 이용하는 단계.
방법은 적절하게는 다음의 단계들을 포함한다:
- 기준 움직임의 변동량을 검출하는 단계, 및
- 검출된 변동량에 기초하여 차량의 타이어 파라미터들을 추정하는 단계.
방법은 바람직하게는 추정된 차량의 타이어 파라미터들에 의해 기준 움직임 및/또는 모델 움직임이 특정 값을 초과하는 경우에 유효한 것으로 간주되도록 개발된다.
방법은 적절하게는 다음의 단계를 포함한다:
- 관측자 (observer) 에 기초하여 기준 움직임 및 모델 움직임을 비교하는 단계.
타이어 파라미터 추정 유닛에서의 방법에 대하여, 관측자는 바람직하게는 칼만 필터이다.
신호 처리 디바이스는 센서 소자들의 적어도 센서 신호들 및 그로부터 유도된 신호들의 공동 평가 동안에, 정의된 융합 데이터 세트를 제공하는 융합 필터를 가지고, 상기 융합 데이터 세트는 각각의 경우에 있어서 정의된 물리적 변수들에 대한 데이터를 가지고, 융합 데이터 세트는 적어도 하나의 물리적 변수에 대하여, 상기 물리적 변수의 값 및 그 데이터 품질에 대한 정보를 포함하는 것이 바람직하다.
융합 필터는 바람직하게는 칼만 필터 (Kalman filter) 의 형태이고, 대안적으로 바람직하게는 입자 필터 (particle filter) 또는 대안적으로 정보 필터 또는 대안적으로 "변동량점 (unscented)" 칼만 필터의 형태이다.
융합 필터는 융합 데이터 세트가 적어도 하나의 물리적 변수의 값으로서, 상대 값, 특히 오프셋 값 및/또는 변화 값 및/또는 보정 값 및/또는 에러 값을 포함하도록 설계되는 것이 바람직하다.
융합 데이터 세트의 각각의 물리적 변수들의 상대 값들은 보정 값들이고, 보정 값들의 각각에는, 상기 보정 값들의 데이터 품질에 관한 정보로서 비산 (scattering) 정보 또는 비산 또는 비산도 (scattering degree), 특히 변동량이 할당되는 것이 적절하다.
융합 필터는 융합 데이터 세트의 적어도 하나의 물리적 변수의 값이 복수의 센서 소자들로부터 센서 신호들로부터 직접적으로 또는 간접적으로 계산되도록 설계되고, 이 센서 소자들은 이 적어도 하나의 물리적 변수를 중복성 (redundancy) 을 갖고 직접적인 또는 간접적인 방식으로 검출하는 것이 바람직하다. 이 중복적인 검출은 연산적으로 유도된 또는 추론된 변수들/값들 및/또는 모델 가정들로부터 직접 또는 병렬 중복성으로서 및/또는 분석적 중복성으로서 특히 바람직하게 구현된다.
융합 필터는 바람직하게는, 적어도 예측 단계들 및 보정 단계들을 반복적으로 이행하고 융합 데이터 세트를 적어도 부분적으로 제공하는 칼만 필터의 형태이다. 특히, 융합 필터는 에러 상태 공간 확장된 순차 칼만 필터의 형태, 즉, 특히 바람직하게 선형화를 포함하고, 에러 상태 정보가 계산 및/또는 추정되고, 및/또는 순차적으로 동작하여 처리 시에 시퀀스 (sequence) 의 각각의 기능 단계에서 이용가능한 입력 데이터를 이용/고려하는 칼만 필터의 형태이다.
센서 시스템은 적어도 하나의 가속도 센서 소자 및 적어도 하나의 회전 레이트 센서 소자를 포함하는 관성 센서 장치를 가지고, 센서 시스템은, 스트랩다운 알고리즘이 이행되고, 스트랩다운 알고리즘으로, 특히 보정된 내비게이션 데이터 및/또는 주행 동역학 데이터에 관한 관성 센서 장치의 적어도 센서 신호들이 특히 센서 시스템이 배치되는 차량에 기초하여 특히 보정된 네비게이션 데이터 및/또는 주행 동역학 데이터로 처리되는 스트랩다운 알고리즘 유닛을 포함하는 것이 적절하다.
스트랩다운 알고리즘 유닛은 그 계산된 내비게이션 데이터 및/또는 주행 동역학 데이터를 융합 필터에 직접적으로 또는 간접적으로 제공하는 것이 특히 바람직하다.
센서 시스템은 바람직하게는 제 2 정의된 축, 특히 차량의 횡축을 따르는 적어도 가속도와, 제 3 정의된 축, 특히 차량의 수직축 주위의 적어도 회전 레이트를 검출할 수 있도록 설계되는 관성 센서 장치를 가지고, 제 1 및 제 3 정의된 축들은 생성계 (generating system) 를 형성하고, 처리 시에 특히 서로에 대해 수직으로 배향되고, 센서 시스템은, 휠의 휠 회전 속력 또는 차량의 휠들 중 하나의 각각의 경우에 있어서의 휠 회전 속력들을 검출하며 특히 센서 시스템이 배치되는 차량의 할당된 휠의 회전 방향을 또한 검출하는, 적어도 하나의 휠 회전 속도 센서 소자, 특히 적어도 또는 정확하게는 4 개의 휠 회전 속도 센서 소자들을 또한 가지고, 센서 시스템은, 차량의 조향 각도를 검출하는 적어도 하나의 조향 각도 센서 소자를 또한 포함하고, 센서 시스템은, 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 거리 데이터 또는 그 종속적인 변수와, 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 속도 정보 데이터 또는 그 종속적인 변수를 검출 및/또는 제공하도록 특히 설계되는 위성 내비게이션 시스템을 더 포함한다.
특히 바람직하게는, 관성 센서 장치는 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축을 따르는 적어도 가속도들과, 이 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축들 주위의 적어도 회전 레이트들을 검출할 수 있도록 설계되고, 이 제 1 , 제 2 및 제 3 정의된 축들은 생성계를 형성하고, 처리 시에 특히 각각의 경우에 서로에 대해 수직으로 배향된다.
관성 센서 장치는 그 센서 신호들을 스트랩다운 알고리즘 유닛에 제공하고, 스트랩다운 알고리즘 유닛은 관성 센서 장치의 센서 신호들과, 특히 센서 신호 또는 물리적 변수에 할당되며 융합 필터에 의해 제공되는 적어도 고장 상태 정보 및/또는 변동량 및/또는 데이터 품질에 대한 정보로부터, 측정된 변수들 및/또는 내비게이션 데이터 및/또는 주행 동역학 데이터로서, 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축들을 따르는 적어도 보정된 가속도들, 이 3 개의 정의된 축들 주위의 적어도 보정된 회전 레이트들, 이 3 개의 정의된 축들에 대한 적어도 속도, 및 적어도 하나의 위치 변수를 적어도 계산 및/또는 제공하도록 설계되는 것이 바람직하다.
센서 시스템은, 관성 센서 장치 및/또는 스트랩다운 알고리즘 유닛의, 특히 차량 모델 유닛을 통해 간접적으로 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자의, 그리고 위성 내비게이션 시스템의 직접 또는 유도된 변수로서, 각각의 경우에 있어서 적어도 하나의 센서 신호 및/또는 물리적 변수가, 이 경우 특히 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 거리 데이터 또는 그 종속적인 변수와, 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 속도 정보 데이터 또는 그 종속적인 변수가 융합 필터에 제공되고 융합 필터가 수행하는 계산들에서 융합 필터에 의해 고려되도록 설계되는 것이 적절하다.
차량 모델 유닛은 제 1 정의된 축에 따른 속력, 제 2 정의된 축에 따른 속력, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 속력이 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자의 센서 신호들로부터 계산되도록 설계되는 것이 특히 바람직하다.
차량 모델 유닛이 계산에 있어서, 과잉 결정된 수식의 시스템을 해결하기 위해 최소 오차 자승법이 이용되도록 설계되는 것이 매우 특히 바람직하다.
차량 모델 유닛은 그 계산 시에, 적어도 다음의 물리적 변수들 및/또는 파라미터들을 고려하도록 설계되는 것이 적절하다.
a) 특히 2 개의 전방 휠들에 대한 조향 각도 센서에 의해 검출되는 각각의 휠의 조향 각도 (이에 따라, 후방 휠들의 조향 각도가 0 과 동일하거나 후방 휠들의 조향 각도가 추가적으로 검출된다는 모델 가정이 이용된다),
b) 각각의 휠에 대한 휠 회전 속력 또는 그 종속적인 변수,
c) 각각의 휠의 회전 방향,
d) 각각의 휠의 동적 반경 및/또는 휠 직경, 및
e) 차량의 각각의 차축의 트랙 폭 (track width) 및/또는 차량의 차축들 사이의 휠베이스 (wheelbase).
신호 처리 디바이스는, 바람직하게는 융합 필터가 정의된 시간들에서 융합 데이터 세트를 계산 및/또는 제공 및/또는 출력하도록 설계된다.
융합 필터는 바람직하게는 센서 소자들, 특히 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자의 샘플링 레이트들 및/또는 센서 신호 출력 시간들에 관계없이, 그리고 위성 내비게이션 시스템의 임시 신호 또는 측정된 변수 또는 정보 출력 시간들에 관계없이 융합 데이터 세트를 계산 및/또는 제공 및/또는 출력하도록 설계된다.
신호 처리 디바이스는 융합 필터의 기능 단계 동안에, 센서 소자들의 융합 필터, 특히 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자의 융합 필터에 의해 이용가능한 최신 정보 및/또는 신호들 및/또는 데이터가 특히 비동기식으로, 직접적으로 또는 간접적으로, 특히 직접적으로 또는 간접적으로 차량 모델 유닛 및 위성 내비게이션 시스템에 의해, 항상 순차적으로 업데이트되고, 및/또는 융합 필터에 의해 기록되며 융합 필터의 할당된 기능 단계의 계산에서 고려되도록 설계되는 것이 적절하다.
센서 시스템은, 차량의 정지 (standstill) 를 식별할 수 있고, 식별된 차량의 정지 시에는, 정지 모델로부터 적어도 융합 필터로 정보, 이 경우에는 특히 모든 3 개의 축들 주위의 회전 레이트들이 값 0 을 가지고 적어도 하나의 위치 변화 변수가 마찬가지로 값 0 을 가지며 특히 모든 3 개의 축들을 따르는 속도들이 값 0 을 가진다는 정보를 제공하도록 설계되는 정지 식별 유닛을 가지는 것이 바람직하다.
신호 처리 디바이스는 그 값들이 차량 좌표계와 관련되는 물리적 변수들의 제 1 그룹의 데이터를 계산 및/또는 이용하고, 신호 처리 디바이스는 그 값들이 세계 좌표계와 관련되는 물리적 변수들의 제 2 그룹의 데이터를 또한 계산 및/또는 이용하는 것이 바람직하고, 이 세계 좌표계는 특히 세계에서 차량의 방위 및/또는 동적 변수들을 적어도 설명하기에 적당하고, 센서 시스템은 차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도가 계산되도록 하는 방위 모델 유닛을 가지고, 차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도는 다음의 변수들에 적어도 기초하여 방위 모델 유닛에서 계산된다:
차량 좌표계에 대한 속도,
세계 좌표계에 대한 속도 및 특히 조향 각도들.
다음의 용어들은 동의어로 이용되고, 즉, 기술적으로 구현될 때에 동일한 의미를 가지는 것이 적절하다: 오프셋 값, 변화 값, 보정 값 및 에러 값.
에러 상태 정보는 바람직하게는 에러 정보 및/또는 에러 보정 정보 및/또는 비산 정보 및/또는 변동량 정보 및/또는 정확도 정보를 의미하는 것으로 이해된다.
용어 변동량은 바람직하게는 비산을 의미하는 것으로 이해되고, 특히 일반적인 융합 필터의 경우, 상기 필터는 각각의 경우에 있어서 비산 또는 비산 값을 융합 필터의 물리적 변수의 각각의 값에 할당하고, 융합 필터로서 칼만 필터의 경우, 각각의 경우에 있어서 변동량은 융합 필터의 물리적 변수의 각각의 값에 할당된다.
센서 시스템이 구현되는 차량의 좌표계에 기초한 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축들은 다음과 같이 정의되는 것이 적절하다:
제 1 정의된 축은 차량의 종축에 대응하고,
제 2 정의된 축은 차량의 횡축에 대응하고,
제 3 정의된 축은 차량의 수직축에 대응한다. 이 3 개의 축들은 특히 데카르트 좌표계를 형성한다.
융합 필터는 그 데이터, 특히 융합 데이터 세트의 물리적 변수들 또는 물리적 변수들의 데이터가, 항상 일정한 크기를 가지며 융합 필터에서 임의의 희망되는 순서로 반복적으로 처리되는 블록들로 분할되고, 즉, 융합 필터가 그 입력 데이터에 대해 순차적인 업데이트를 이행하도록 설계되는 것이 바람직하다. 이 경우, 융합 필터는 특히 바람직하게는, 융합 필터의 각각의 단계에서의 순차적인 업데이트의 연산 결과가 융합 필터의 입력 데이터의 모든 측정된 변수들에 대한 업데이트, 즉, 데이터 업데이트가 되는 결과로, 필터 수식들이 일치되도록 설계된다.
센서 시스템은 적절하게는 차량 내에, 특히 자동차 내에, 특히 바람직하게는 오토모빌 내에 배치된다.
센서 시스템은 바람직하게는, 위성 내비게이션 시스템의 데이터, 특히 위치 데이터에 이 데이터의 측정 시간을 실질적으로 설명하는 타임스탬프 정보 (timestamp information) 가 할당되도록 설계된다. 위성 내비게이션 시스템의 각각의 데이터의 타임스탬프 정보는 이 각각의 데이터와 함께 융합 필터에 제공되고 융합 필터에서의 내부 계산에서 고려된다.
바람직하게는, 또한 이러한 타임스탬프 정보는 또 다른 또는 모든 센서 소자들 및/또는 관성 센서 장치의 데이터에 마찬가지로 할당되고, 이 타임스탬프 정보는 각각의 데이터와 함께 융합 필터에 마찬가지로 제공되며 융합 필터에서의 그 내부 계산에서 고려된다. 적절하게는, 각각의 타임스탬프 정보가 위성 내비게이션 시스템의 데이터에 대하여 위성 내비게이션 시스템 자체에 의해 생성된다.
각각의 타임스탬프 정보는 또 다른 센서 소자들 및/또는 관성 센서 장치의 추가적인 타임스탬프 정보의 경우에, 특히 위성 내비게이션 시스템의 시간 측정에 따라, 신호 처리 디바이스에 의해 생성되는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 융합 필터의 기능 단계가 적어도 하나의 예측 단계 및 보정 단계를 포함한다. 융합 필터는 이 경우에 반복적으로 형성되고 반복적으로 기능 단계들을 교대로 수행한다. 특히, 데이터 또는 값들 또는 신호들은 융합 필터의 각각의 기능 단계 내에서 입력되고, 즉, 입력 데이터가 고려되고, 즉, 데이터 또는 값들 또는 신호들이 또한 출력되고, 즉, 출력 데이터로서 제공된다.
융합 필터는, 바람직하게는 융합 필터가 기능 단계 내에서 복수의 업데이트 단계들을 이행하고, 이 업데이트 단계들이 입력 데이터 또는 신호들의 로딩 (loading) 또는 이용 또는 업데이팅 (updating) 에 관련되도록 설계된다. 융합 필터는 입력 변수들 또는 입력 신호들의 전부를 통해 특히 순차적으로 실행되고, 각각의 경우에 새로운 정보/데이터가 존재하는지를 검사한다. 새로운 정보/데이터가 존재하는 경우, 이 정보 또는 데이터는 필터로 전달되거나 정보/데이터는 필터에서 업데이트되고, 새로운 정보/데이터가 존재하지 않는 경우, 현재의 값이 유지되고 필터는 다음 입력 또는 다음 입력 변수 또는 다음 입력 신호를 검사한다.
스트랩다운 알고리즘 유닛은 바람직하게는 적어도 물리적 변수들의 절대 값들, 특히 이 경우에는 각각의 경우에 3 개의 축들, 차량 및/또는 세계 좌표계에 관한 가속도, 회전 레이트, 속도, 그리고 위치 및 방위 각도에 대한 절대 값들을 제공한다. 이 변수들에 대한 값들은 이 경우에 특히 바람직하게는 모두 스트랩다운 알고리즘 유닛에 의해 보정된 값들/변수들로서 제공된다.
관성 센서 장치는 융합 필터를 클록 (clock) 및/또는 트리거 (trigger) 하는 것이 적절하고, 특히 융합 필터에 의해 이행되는 각각의 융합 단계는 관성 센서 장치 또는 적어도 하나의 출력 신호 또는 출력 데이터에 의해 트리거된다.
스트랩다운 알고리즘 유닛은 특히 센서 시스템의 시작에 대하여, 특히 바람직하게는 센서 시스템이 스위칭 온 (switched on) 될 때마다 그 후에, 물리적 변수들의 시작 벡터 및/또는 위치의 시작 값을 가지도록 설계되는 것이 바람직하다. 스트랩다운 알고리즘 유닛은 특히 바람직하게는 위성 내비게이션 시스템으로부터 융합 필터를 통해 이 시작 벡터 및/또는 이 시작 위치를 수신한다.
융합 필터의 데이터, 특히 그 융합 데이터 세트는 가상 센서를 표현하거나 이러한 가상 센서에 대응하는 것이 적절하다.
용어 센서 소자들은 바람직하게는 휠 회전 속도 센서 소자들, 적어도 하나의 조향 각도 센서 소자, 관성 센서 장치의 센서 소자들 및 특히 추가적으로 또한 위성 내비게이션 시스템을 의미하는 것으로 이해된다.
일반적으로, 변수 및/또는 값이 3 개의 정의된 축들에 대해 명시되는 경우, 이것은 차량 좌표계 및/또는 세계 좌표계에 대해 의도되는 것이 바람직하다.
물리적 변수들의 값들을 포함하는 융합 데이터 세트는 상대 값, 예를 들어 오프셋 값이라고도 지칭되는 보정 값을 포함하고, 특히 스트랩다운 알고리즘 유닛에 제공되는 것이 적절하다. 예에 따르면, 이 각각의 보정 값은 각각의 경우에 있어서 융합 필터에 의해 제공되는 누적된 에러 값들 또는 변화 값들로부터 나온다.
또한, 본 발명은 차량들, 특히 자동차들, 특히 바람직하게는 오토모빌들에서의 센서 시스템의 이용에 관한 것이다.
또 다른 바람직한 실시형태들은 도 1 을 참조한 예시적인 실시형태에 관한 아래의 설명 및 종속항들로부터 나온다.
도 1 은 차량에서의 배치 및 이용을 위해 의도된 센서 시스템의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다. 이 경우, 신호 처리 디바이스의 가장 중요한 신호 처리 유닛들뿐 아니라 센서 소자들 및 위성 내비게이션 시스템은 기능 블록들로서 예시되고 상기 블록들의 서로 간의 상호작용이 또한 예시된다.
센서 시스템은, 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축을 따르는 적어도 가속도들과, 이 제 1, 제 2 및 제 3 정의된 축들 주위의 적어도 회전 레이트들을 검출할 수 있도록 설계되는 관성 센서 장치 (1), IMU, "관성 측정 유닛 (inertial measurement unit)" 을 포함하고, 제 1 정의된 축은 차량의 종축에 대응하고, 제 2 정의된 축은 차량의 횡축에 대응하고, 제 3 정의된 축은 차량의 수직축에 대응한다. 이 3 개의 축들은 데카르트 좌표계, 즉, 차량 좌표계를 형성한다.
센서 시스템은, 스트랩다운 알고리즘이 이행되고, 스트랩다운 알고리즘으로, 관성 센서 장치 (1) 의 적어도 센서 신호들이 처리되어 보정된 내비게이션 데이터 및/또는 주행 동역학 데이터를 제공하는 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 을 가진다. 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 이 출력 데이터는 다음의 물리적 변수들의 데이터를 포함한다: 예를 들어, 차량 좌표계의 3 개의 축들에 대하여, 그리고 그 예에 따라, 추가적으로 각각의 경우에 있어서, 세계에서 차량의 방위 및/또는 동적 변수들을 설명하기에 적당한 세계 좌표계와 관련하여, 차량의 각각의 경우에 있어서 속도, 가속도 및 회전 레이트. 또한, 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 출력 데이터는 차량 좌표계에 대한 위치와, 세계 좌표계에 대한 방위를 포함한다. 또한, 스트랩다운 알고리즘 유닛의 출력 데이터는 상기한 물리적 변수들, 즉, 상기 변수들의 적어도 일부의 데이터 품질에 대한 정보로서 변동량들을 가진다. 예에 따르면, 이 변동량들은 스트랩다운 알고리즘 유닛에서 계산되는 것이 아니라, 상기 스트랩다운 알고리즘 유닛에 의해 이용되기만 하고 전달된다.
스트랩다운 알고리즘 유닛의 출력 데이터는 추가적으로, 예를 들어, 전체 센서 시스템의 출력 데이터 또는 신호들 (12) 이다.
센서 시스템은, 차량의 휠들 중의 하나의 각각의 경우에 있어서의 휠 회전 속력들을 검출하며 각각의 경우에 있어서 회전의 방향을 추가적으로 검출하는, 예에 따르면 4 개인, 차량의 각각의 휠에 대한 휠 회전 속도 센서 소자들 (3) 을 추가적으로 포함하고, 차량의 조향 각도를 검출하는 조향 각도 센서 소자 (3) 를 추가적으로 포함한다. 휠 회전 속도 센서 소자 및 조향 각도 센서 소자는 주행거리계 검출 (odometry detection) 을 위한 센서 장치 (3) 를 형성한다.
또한, 센서 시스템은, 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 거리 데이터 또는 그 종속적인 변수와, 할당된 위성과 차량 사이의 각각의 경우에 있어서의 속도 정보 데이터 또는 그 종속적인 변수를 검출 및/또는 제공하도록 설계되는 위성 내비게이션 시스템 (4) 을 가진다. 또한, 예에 따르면, 위성 내비게이션 시스템 (4) 은 적어도 센서 시스템을 시작 또는 스위칭 온하기 위한 시작 위치 또는 시작 위치 정보를 융합 필터에 제공한다.
센서 시스템의 신호 처리 디바이스는 또한 융합 필터 (5) 를 포함한다. 융합 필터 (5) 는 센서 소자들 (3), 즉, 주행거리계의 적어도 센서 신호들 및 그로부터 유도된 신호들과, 위성 내비게이션 시스템 (4) 의 출력 신호들 및/또는 그로부터 유도된 신호들의 공동 평가 동안에, 정의된 융합 데이터 세트 (6) 를 제공한다. 이 융합 데이터 세트는 각각의 경우에 있어서 정의된 물리적 변수들에 대한 데이터를 가지고, 적어도 하나의 물리적 변수에 대한 융합 데이터 세트 (6) 는 이 물리적 변수의 값 및 그 데이터 품질에 대한 정보를 포함하고, 이 데이터 품질에 대한 정보는 예에 따라 변동량으로서 표현된다.
융합 데이터 세트 (6) 는 적어도 하나의 물리적 변수의 값으로서, 상대 값, 예를 들어, 오프셋 값이라고 또한 지칭되는 보정 값을 포함한다. 예에 따르면, 보정 값은 각각의 경우에 있어서 융합 필터 (5) 에 의해 제공되는 누적된 에러 값들 또는 변화 값들로부터 나온다.
예에 따르면, 융합 데이터 세트 (6) 의 각각의 물리적 변수들의 상대 값들은 그러므로 보정 값들 및 변동량들이다. 다시 말해서, 예에 따르면, 융합 데이터 세트 (6) 는, 입력 변수 또는 입력 데이터 세트로서 스트랩다운 알고리즘 유닛에 제공되며 그 계산들에서 상기 스트랩다운 알고리즘 유닛에 의해 적어도 부분적으로 고려되는 에러 버짓 (error budget) 을 계산한다. 이 에러 버짓은 데이터 세트 또는 출력 데이터로서, 물리적 변수들의 적어도 보정 값들 또는 에러 값들과, 각각의 경우에 있어서, 각각의 값에 대한 데이터 품질에 대한 정보로서, 변동량을 포함한다. 이 경우, 각각의 경우에 있어서 차량 좌표계에 관한 물리적 변수들인, 속도, 가속도 및 회전 레이트에 대한 적어도 보정 값들 및 변동량들, 즉, 각각의 경우에 있어서 이 좌표계에 대한 이 변수들의 3 개의 성분들과, 차량 좌표계와 좌표계 사이의 IMU 방위 또는 IMU 방위 각도, 또는 관성 센서 장치 (1) 의 설치 방위 및 세계 좌표계에 관한 위치가 융합 필터에 의해 스트랩다운 알고리즘 유닛에 송신된다.
융합 데이터 세트의 물리적 변수들의 값들은 센서 소자들 (3) 및 위성 내비게이션 시스템 (4) 의 센서 신호들에 직접적으로 또는 간접적으로 기초하여 계산되고, 적어도 일부 변수들, 예를 들어 차량 좌표들에 대한 차량의 속도 및 위치가 검출되고 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 데이터에 대하여 중복적으로 이용된다.
예에 따르면, 융합 필터 (5) 는 에러 상태 공간 확장된 순차 칼만 필터의 형태, 즉, 특히 선형화를 포함하고, 보정 값들이 계산 및/또는 추정되고, 순차적으로 동작하여 처리 시에 시퀀스의 각각의 기능 단계에서 이용가능한 입력 데이터를 이용/고려하는 칼만 필터의 형태이다.
융합 필터 (5) 는 융합 필터의 기능 단계 동안에, 센서 소자들 (3) 의 융합 필터, 즉, 휠 회전 속도 센서 소자들 및 조향 각도 센서 소자의 융합 필터에 의해 이용가능한 최신 정보 및/또는 신호들 및/또는 데이터가 차량 모델 유닛 (7) 에 의해 간접적으로 그리고 위성 내비게이션 시스템 (4) 에 의해 직접적으로 또는 간접적으로, 비동기식으로 항상 순차적으로 업데이트되고, 및/또는 융합 필터에 기록되며 융합 필터 (5) 의 할당된 기능 단계의 계산에서 고려되도록 설계된다.
차량 모델 유닛 (7) 은 휠 회전 속도 센서 소자들 (3) 및 조향 각도 센서 소자 (3) 의 센서 신호들로부터, 적어도 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트를 계산하고 이들을 융합 필터 (5) 에 제공하도록 설계된다.
예에 따르면, 센서 시스템은 4 개의 휠 회전 속도 센서 소자들 (3) 을 가지고, 휠 회전 속도 센서 소자들의 하나는 각각의 경우에 있어서 차량의 각각의 휠에 할당되고, 차량 모델 유닛 (7) 은, 휠 회전 속도 센서 소자들의 센서 신호들과, 조향 각도 센서 유닛에 의해 제공된 조향 각도, 및/또는, 특히 전방 휠들에 대한 조향 각도 센서 소자에 의해 그리고 후방 휠들에 대한 적어도 하나의 또 다른 조향 각도 센서 소자에 의해 또는 적어도 후방 휠들에 대한 모델 가정으로부터 검출되는 각각의 휠의 조향 각도로부터, 제 1 및 제 2 정의된 축들을 따라/제 1 및 제 2 정의된 축들에 대하여 직접적으로 또는 간접적으로, 각각의 휠의 속도 성분들 및/또는 속도를 계산하도록 설계되고, 이 8 개의 속도 성분들 및/또는 4 개의 속도들로부터, 각각의 경우에 있어서 제 1 및 제 2 정의된 축들에 대하여, 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트가 계산된다.
센서 시스템 또는 상기 센서 시스템의 신호 처리 디바이스는, 각각의 휠의 적어도 반경, 예에 따르면 동적 반경을 계산하고, 각각의 휠의 코너링 스티프니스 (cornering stiffness) 및 슬립 스티프니스 (slip stiffness) 를 추가적으로 계산하며 이들을 추가적인 입력 변수들로서 차량 모델 유닛 (7) 에 제공하도록 설계되는 타이어 파라미터 추정 유닛 (10) 을 또한 포함하고, 타이어 파라미터 추정 유닛 (10) 은 휠/타이어 변수들을 계산하기 위하여 실질적으로 선형의 타이어 모델을 이용하도록 설계된다. 예에 따른 타이어 파라미터 추정 유닛의 입력 변수들은 이 경우에 있어서 휠 회전 속력들 (3) 및 조향 각도 (3), 적어도 부분적으로 또는 완전히 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 출력 변수들 또는 값들, 특히 물리적인 변수들의 값들에 부가하여 이에 따라 제공된 변동량들, 및 타이어 파라미터 추정 유닛 (10) 의 입력 변수들인 물리적 변수들에 대한 융합 필터 (5) 의 변동량들이다.
센서 시스템 또는 그 신호 처리 디바이스는, 예에 따르면, 입력 데이터로서, 위성 내비게이션 시스템 (4) 의 출력 데이터 또는 출력 신호들과, 적어도 부분적으로 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 출력 데이터 또는 출력 신호들을 수신하고, 이들을 그 계산들에서 고려하도록 설계되는 GPS 에러 식별 (identification) 및 적정화 (plausibilization) 유닛 (11) 을 또한 포함한다.
이 경우, GPS 에러 식별 및 적정화 유닛 (11) 은 융합 필터 (5) 에 추가적으로 연결되고 그것과 데이터를 교환한다.
GPS 에러 식별 및 적정화 유닛 (11) 은 예를 들어, 다음의 방법을 이행하도록 설계된다:
위성을 선택하기 위한 방법으로서,
- GNSS 신호, 즉, 글로벌 내비게이션 위성 시스템 신호, 위성 내비게이션 시스템 (4) 의 출력 신호 또는 출력 데이터에 기초하여 위성에 대한 차량의 측정 위치 데이터를 측정하는 단계,
- GNSS 신호에 기초하여 결정된 측정 위치 데이터에 대해 중복적인 차량의 기준 위치 데이터를 결정하는 단계, 및
- 측정 위치 데이터 및 기준 위치 데이터의 비교가 미리 결정된 조건을 충족하면, 위성을 선택하는 단계를 포함하고,
- 측정 위치 데이터와 기준 위치 데이터를 비교하기 위하여, 측정 위치 데이터와 기준 위치 데이터 사이의 차이가 형성되고,
- 미리 결정된 조건은 측정 위치 데이터와 기준 위치 데이터 사이의 최대 허용가능한 에러이고,
- 최대 허용가능한 에러는 기준 위치 데이터에 대한 기준 변동량 및 측정 위치 데이터에 대한 측정 변동량의 합에 기초하여 계산되는 표준 편차에 종속적이고,
- 최대 허용가능한 에러는 측정 위치 데이터가 표준 편차에 종속적인 비산 간격 내의 미리 결정된 임계값 미만에 속할 가능성이 있도록 표준 편차의 배수에 대응한다.
센서 시스템 또는 그 신호 처리 디바이스는, 차량의 정지를 식별할 수 있고, 식별된 차량의 정지 시에는, 정지 모델로부터 적어도 융합 필터 (5) 로 정보, 이 경우에는 특히 모든 3 개의 축들 주위의 회전 레이트들이 값 0 을 가지고 적어도 하나의 위치 변화 변수가 마찬가지로 값 0 을 가지며 특히 모든 3 개의 축들을 따르는 속도들이 값 0 을 가진다는 정보를 제공하도록 설계되는 정지 식별 유닛 (8) 을 또한 가진다. 예에 따르면, 정지 식별 유닛 (8) 은 이 경우에 입력 데이터로서 휠 회전 속력들 또는 휠 회전 속력 신호들과, 관성 센서 장치 (1) 의 "미처리 (raw)" 또는 직접 출력 신호들을 이용하도록 설계된다.
예에 따르면, 신호 처리 디바이스는 그 값들이 차량 좌표계와 관련되는 물리적 변수들의 제 1 그룹의 데이터를 계산 및/또는 이용하고, 그 값들이 세계 좌표계와 관련되는 물리적 변수들의 제 2 그룹의 데이터를 또한 계산 및/또는 이용하고, 이 세계 좌표계는 특히 세계에서 차량의 방위 및/또는 동적 변수들을 적어도 설명하기에 적당하고, 센서 시스템은 차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도가 계산되도록 하는 방위 모델 유닛 (9) 을 가진다.
차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도는 다음의 변수들에 적어도 기초하여 방위 모델 유닛 (9) 에서 계산된다: 차량 좌표계에 대한 속도, 세계 좌표계에 대한 속도 및 조향 각도.
예에 따르면, 차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도는, 또한 다음의 변수들 중의 하나 이상에 적어도 기초하여 방위 모델 유닛 (9) 에서 계산된다:
세계 좌표계에 기초한 차량의 방위 정보,
융합 필터의 보정 값들 및/또는 변동량들 중의 일부 또는 전부, 및/또는
차량 좌표계 및/또는 세계 좌표계에 관한 차량의 가속도.
방위 모델 유닛 (9) 은 계산을 위하여 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 의 출력 데이터 및/또는 출력 신호들의 일부 또는 전부를 이용한다.
예에 따르면, 방위 모델 유닛 (9) 은 방위 각도에 부가하여, 이 변수의 데이터 품질에 대한 정보, 특히 방위 각도의 변동량을 또한 계산 및 제공하도록 설계되고, 방위 모델 유닛 (9) 은 차량 좌표계와 세계 좌표계 사이의 방위 각도와, 이 변수의 데이터 품질에 대한 정보를 융합 필터 (5) 에 제공하고, 융합 필터는 그 계산들에서 이 방위 각도를 이용하며, 특히 바람직하게는 이 변수의 데이터 품질에 대한 정보, 특히 방위 각도의 변동량을 스트랩다운 알고리즘 유닛 (2) 에 전달한다.

Claims (12)

  1. 차량용 센서 시스템으로서,
    적어도 2 개의 휠 회전 속도 센서 소자들 (3), 적어도 하나의 조향 각도 센서 소자 (3), 및 적어도 부분적으로 공동으로 상기 센서 소자들의 센서 신호들을 평가하도록 구성되는 신호 처리 디바이스를 포함하고,
    상기 신호 처리 디바이스는 차량 모델 유닛 (7) 을 포함하며, 차량 모델 유닛 (7) 은 상기 휠 회전 속도 센서 소자들 및 상기 휠 각도 센서 소자의 상기 센서 신호들로부터, 적어도 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1, 상기 제 2, 및 상기 제 3 정의된 축들은 생성 시스템을 형성하고, 처리 시에, 특히 서로 수직으로 배향되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은 계산을 위한 수식들의 과결정 시스템을 해결하기 위해 최소 오차 자승법 (least square error method) 을 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 경우에 상기 휠 회전 속도 센서 소자들 중 하나의 휠 회전 속도 센서 소자가 상기 차량의 각각의 휠에 할당되고,
    상기 차량 모델 유닛은 상기 휠 회전 속도 센서 소자들의 센서 신호들, 및 조향 각도 센서 유닛에 의해 제공되는 조향 각도, 및/또는 특히 복수의 조향되는/조향 가능한 차축들의 하나 또는 각각의 경우에 대한 적어도 하나의 조향 각 센서 소자에 의해 및/또는 하나 이상의 조향되지 않는/조향 불가능한 차축들에 대한 적어도 하나의 모델 가정에 의해 검출되는 각각의 휠의 상기 조향 각도로부터, 직접적으로 또는 간접적으로, 상기 제 1 및 제 2 정의된 축을 따라/축에 대하여 각각의 휠의 속도 성분들 및/또는 속도를 계산하도록 구성되고,
    상기 각각의 휠들에 대한 이 속도 성분들 및/또는 연관된 상기 휠들의 상기 제 1 및 제 2 정의된 축들에 대한 각각의 경우에 있어서의 속도들로부터, 제 1 정의된 축을 따르는 속력, 제 2 정의된 축을 따르는 속력, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 시스템은 4개의 휠 회전 속도 센서 소자들을 가지고, 각각의 경우에, 상기 휠 회전 속도 센서 소자들 중 하나의 휠 회전 속도 센서 소자가 상기 차량의 각각의 휠에 할당되고,
    상기 차량 모델 유닛은 상기 휠 회전 속도 센서 소자들의 센서 신호들, 및 상기 조향 각도 센서 유닛에 의해 제공되는 조향 각도, 및/또는 특히 전방 휠들에 대한 상기 조향 각도 센서 소자에 의해 그리고 모델 가정으로부터 또는 적어도 후방 휠들에 대한 추가의 조향 각도 센서 소자에 의해 검출되는 각각의 휠의 조향 각도로부터, 직접적으로 또는 간접적으로, 상기 제 1 및 제 2 정의된 축들을 따라/축들에 대하여 각각의 휠의 속도 성분들 및/또는 속도를 계산하도록 구성되고,
    상기 제 1 및 제 2 정의된 축들에 대한 각각의 경우에 있어서의 이 8 개의 속도 성분들 및/또는 4 개의 속도들로부터, 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트가 계산되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은, 그 계산 시에, 적어도 다음의 물리적 변수들 및/또는 파라미터들,
    a) 특히 2 개의 상기 전방 휠들에 대한 상기 조향 각도 센서에 의해 검출되는 각각의 휠의 상기 조향 각도로서, 상기 모델 가정이 적용됨으로써, 상기 후방 휠들의 조향 각도가 알려지고, 특히 상기 후방 휠들의 조향 각도가 0 과 동일하거나 상기 후방 휠들의 조향 각도가 추가적으로 검출되는 상기 모델 가정이 적용되는, 상기 각각의 휠의 조향 각도,
    b) 각각의 휠의 휠 회전 속력 또는 그 종속적인 변수,
    c) 각각의 휠의 회전 방향,
    d) 상기 가정 모델에 알려진 상수 값으로서 특히 고려되거나 추정 및/또는 계산되는 각각의 휠의 동적 반경 및/또는 휠 직경 또는 파라미터로서 이들로부터 유도되는 변수, 및
    e) 상기 차량의 각각의 차축의 트랙 폭 및/또는 상기 차량의 차축들 사이의 휠베이스
    를 고려하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은, 그 계산 시에, 다음의 물리적 변수들 및/또는 파라미터들,
    f) 횡 가속도, 즉 상기 제 2 정의된 축 방향의 가속도로부터 특히 계산되는 각각의 휠의 슬립 각도, 및/또는
    g) 각각의 휠의 휠 작용력들 및/또는 가속도들로부터 특히 계산되는 상기 휠 슬립
    중의 적어도 하나를 고려하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 처리 디바이스는 적어도 각각의 휠의 반경, 특히 상기 동적 반경 또는 그에 종속적이거나 그로부터 유도되는 변수를 계산 및/또는 추정하고, 그것을 추가적인 입력 변수로서 상기 차량 모델 유닛에 제공하도록 구성되는 타이어 파라미터 추정 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 타이어 파라미터 추정 유닛은 각각의 휠의 코너링 스티프니스, 및 슬립 스티프니스 또는 그에 종속적이거나 그로부터 유도되는 변수를 추가적으로 계산 및/또는 추정하고, 그것을 추가적인 입력 변수로서 상기 차량 모델 유닛에 제공하도록 구성되고, 상기 타이어 파라미터 추정 유닛은 휠/타이어 변수들의 계산을 위해 특히 실질적으로 선형인 타이어 모델을 이용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은, 그 3 개의 계산된 변수들, 즉 제 1 정의된 축을 따르는 속도, 제 2 정의된 축을 따르는 속도, 및 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트의 각각에 대하여, 데이터 품질에 대한 정보를 계산하고, 그것을 추가적인 출력 변수, 특히 각각의 경우에 있어서 변동량으로서 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은 계산된 상기 변동량에 기초하여 그 자체의 출력 변수들의 유효성을 평가하고, 처리에서, 그 자체의 출력 변수들의 유효성의 평가 시에 특히 상기 제 1 및 제 2 정의된 축을 따르는 속도 및 상기 제 3 정의된 축 주위의 회전 레이트의 각각의 변동량을 고려하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차량 모델 유닛은 오버슈팅되는 하나의 정의된 극한 값에 대하여 또는 그 각각의 경우에 그 3 개의 출력 변수들의 각각의 변동량을 검사하고, 상기 변동량들 중의 하나 이상의 변동량이 오버슈팅되는 경우, 상기 차량 모델 유닛의 현재의 출력 변수들의 유효성이 제공되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
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