WO2015189180A1 - Verfahren und system zur anpassung eines navigationssystems - Google Patents

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WO2015189180A1
WO2015189180A1 PCT/EP2015/062790 EP2015062790W WO2015189180A1 WO 2015189180 A1 WO2015189180 A1 WO 2015189180A1 EP 2015062790 W EP2015062790 W EP 2015062790W WO 2015189180 A1 WO2015189180 A1 WO 2015189180A1
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correction
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navigation system
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PCT/EP2015/062790
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Nico Steinhardt
Daniel SUREK
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Continental Teves Ag & Co. Ohg
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Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a navigation system according to the preamble of claim 1, a system for adjustment of a navigation system according to the preamble of An ⁇ demanding 6, and a use of the system.
  • All measurement data are subject to errors and in many cases there is no consistent availability of the measurement data.
  • the measured data are often also dependent on ambient conditions.
  • Sensor errors or measurement errors can be subdivided into quasi-stationary components, which are constant over several measurements, such as a so-called offset, and statistical components that are random from measurement to measurement, such as noise. While the random parts are in principle not deterministically correctable, quasi-stationary errors can generally be given
  • Sensor fusion methods are known, which are usually also suitable for correcting or filtering measurement data from different sensors or sensor systems. Particular requirements are to be taken into account in the automotive sector, in particular, since a multiplicity of different sensors detect a common environment situation or a motor vehicle state by means of different measurement principles and describe this environment situation or this motor vehicle state by means of a multiplicity of different measurement data. For a sensor fusion applicable in the automotive sector, the greatest possible robustness against incidental disturbances and identification and compensation of systematic errors is required. Likewise, temporal influences on the measured data must be corrected and temporary failures or the unavailability of sensors bridged.
  • DE 10 2012 216 211 A1 describes a method for selecting a satellite, wherein the satellite is a satellite of a global navigation system.
  • each un ⁇ ter Kunststofferie redundancies or known relationships from ⁇ be used for this verification.
  • DE 10 2012 216 211 A1 discloses, for example, determining from the signal of a satellite both the distance of the vehicle to the satellite and the relative speed of the vehicle to the satellite. The distance can be determined by means of the transit time of the signal, while the Relativge ⁇ speed can be determined by means of a phase measurement of the signal. Since the distance and the relative speed depend on each other, they can be verified against each other.
  • a verification of the particular one of the signal values against known boundary conditions can be carried out, because a vehicle usually travels within a certain Ge ⁇ schwindtechniksrahmens. It is also described that when receiving several signals from different satellites, the distances to several satellites are determined and these distances are simultaneously verified by means of trigonometric correlations and the known distance of the satellites from each other. Finally, it is also possible to verify the distance determined from the signal or the speed determined from the signal by means of other sensors which likewise permit a position determination or speed determination. Provided that the signals of a satellite can not be verified, this satellite is not used for Positionsbe ⁇ humor or to the velocity determination.
  • a sensor system comprising several sensor elements.
  • the sensor elements are designed so that they are at least partially different primary measured variables capture and at least partially under use ⁇ Kunststoffliche measuring principles. From the primary measured variable of the sensor elements, at least in part further measured quantities are derived.
  • the sensor system comprises a signal processing device, an interface device and a plurality of functional devices. The sensor elements and all functional devices are connected to the signal ⁇ processing device.
  • the primary measured quantities thus provide redundant information which can be compared with one another in the signal processing device or can support one another. From the comparison of observables calculated in different ways, conclusions can be drawn about the reliability and accuracy of the observables.
  • the signal processing device qualifies the accuracy of the observable and provides the observables together with an accuracy specification via an interface device to various functional devices.
  • the sensor system for the independent evaluation of the integrity of its data.
  • the sensor system is preferably used in motor vehicles and comprises a plurality of sensor elements which are designed such that they at least partially detect different primary measured variables or at least partially use different measuring principles.
  • the sensor system further comprises a signal processing device which evaluates the sensor signals at least partially jointly and simultaneously assessing the Informa tion ⁇ quality of the sensor signals.
  • the Signalverar ⁇ processing device also provides information about the consistency of at least one date of a physi ⁇ cal size, wherein the date of the physical quantity is calculated based on the sensor signals from sensor elements that either directly detect the physical quantity or from their sensor signals, the physical size is calculable.
  • the invention relates to a method for adapting a navigation system, wherein the navigation system comprises a base system and at least one correction system, wherein the base ⁇ system and the at least one correction system each
  • Measured values are recorded, said measured values describe navigation data, wherein the measured values are in each case subject to error values, said error values describe deviations of the measured values of the described navigation data, wherein a detection of at least the error values of the measured values of the base ⁇ system by means of the measured values of the at least one corrective - tursystems takes place and wherein the recognition taking into ⁇ actuating an availability of at least one correction system is carried out, wherein the inclusion is an adaptation of parameters of a stochastic system model and the stochastic system model in accordance with parameters, a weighting of measurements of the at least one correction system compared to measured values of the Basic system pretends.
  • an availability of at least one correction system here describes both the Er chargedsbe ⁇ conditions or ambient conditions in accordance with given by the environmental conditions for data acquisition as well as intrinsic system errors, system faults and system defects.
  • the availability of the at least one correction system is therefore characterized both by external influences as well as by internal influences.
  • the detection conditions or environmental conditions are e.g. Limitations in the measured value detection capability of the base system or of the at least one correction system, such as shadowing of a GPS system against the GPS satellites, e.g. when driving through a tunnel or a canyon.
  • Limitations in the measured value detection capability of the base system or of the at least one correction system such as shadowing of a GPS system against the GPS satellites, e.g. when driving through a tunnel or a canyon.
  • a particular advantage of the method according to the invention is also to be seen in the fact that the so-called.
  • System matrix for adapting the navigation system is not changed, but remains constant. Instead, only the so-called system noise matrix is adjusted. This means that the risk for generating a non-consistent state of the navigation system ⁇ , especially a non-consistent filter condition of a filter merger of the navigation system, is avoided.
  • the invention thus enables an adaptation of the Navigati ⁇ onssystems to each of so-called present. System noise. This .
  • Measuring noise which only describes the quality of the measured values recorded by the sensor systems.
  • the adaptation is preferably carried out while using predefined sets of parameters of the stochastic system model that can be adapted for un ⁇ ter Kunststofferie situations or availability gradually or can be adjusted continuously, for example via one or more characteristics or via one or more maps.
  • a correction of at least the error values of the measured values of the base system is carried out by means of the measured values of the at least one correction system, wherein the correction takes place taking into account the availability of the at least one correction system.
  • the error values of the measured values of the at least one correction system are detected and corrected, the error values of the measured values of the at least one correction system are particularly preferably detected by means of the measured values of the base system or the measured values of a further corrective ⁇ tursystems and corrected.
  • the error values of a suitable stochastic model the model taking into account the individual properties of the respective sensor system.
  • the base system is an inertial navigation system and that the at least one correction system is a global satellite navigation system and / or an odometry navigation system.
  • the present invention for navigation purposes and for navigation systems, preferably in motor vehicles, particularly well suited.
  • the navigation system thus determines, inter alia, the position, in particular the position of a motor vehicle, from the
  • the global navigation satellite system may be, for example, a so-called GPS navigation system.
  • the Odometrienavigationssystem first determines the speed Ge ⁇ eg with the known rolling circumference of the
  • the satellite navigation system comprises at least two satellite signal receivers. This improves the reliability and accuracy of the satellite navigation system.
  • the inertial navigation system as a basic system offers the advantage that it has the comparatively highest availability, since it has a comparatively high output rate of the measured values recorded and, moreover, works largely independently of external interference.
  • the availability of the at least one correction system is determined by means of a self-diagnostic function.
  • the self-diagnostic function is preferably designed such that it can both determine internal defects and errors and also determine external interference.
  • the detection and / or the correction by means of an error-state space filter, in particular by means of an error-state-space Kalman filter done.
  • the error state space filter represents a fusion filter for the fusion of the measured values, in particular for the fusion of normally distributed measured values.
  • the Eror State Space Filter preferably estimates or determines the error values of at least the base system.
  • the error values and possibly also unknown variables of the inertial navigation system can then be estimated or determined.
  • a special feature of the error-state space filter is therefore that instead of the sensor signals or the measured values only Error values are incrementally estimated or determined and then corrected.
  • the error values namely have a significantly lower temporal dynamics than the measurement values itself, whereby a significant decoupling of the dynamics of the error-state-space filter on the properties of the base ⁇ system or the at least one correction system is achieved.
  • Another peculiarity of the error-state-space Kalman filter is that, by applying a correction, the estimated or determined error values are zero after each operating cycle of the Err-State-Space Kalman filter Prediction step for predicting the error values in the following work cycle is eliminated, thus reducing the computational effort for the error-state-space Kalman filter.
  • the invention further relates to a system for adapting a navigation system, wherein the navigation system comprises a base system and at least one correction system,
  • the base system and the at least one correction system are each designed to record measured values, wherein the measured values describe navigation data, wherein the measured values are each associated with error values, wherein the error values describe deviations of the measured values from the described navigation data
  • the system is configured to perform a recognition of at least the error values of the measured values of the base ⁇ system by means of the measured values of the at least one corrective ⁇ tursystems and wherein the system is adapted to perform the detection taking into account a detection state of the at least one correction system, the consideration of a represents adaptation of parameters of a stochastic system model and the stochastic model system in accordance with the parameters a Ge ⁇ weighting of measured values of the dictates at least one correction system compared to measured values of the base system.
  • the dung OF INVENTION ⁇ proper system thus comprises all necessary for carrying out the inventive method it ⁇ devices. It is preferably provided that the system is designed to carry out the method according to the invention.
  • the invention relates to a use of the system according to the invention in a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows an example of a possible embodiment of a system according to the invention, which is designed for position determination, in a motor vehicle and
  • FIG. 2 shows by way of example a further possible embodiment of a system according to the invention, which is likewise designed for position determination, in a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the system according to the invention, which is provided for arrangement and use in a motor vehicle (not shown).
  • the navigation system includes inertial navigation system 101 configured to sense at least the accelerations along first, second, and third axes and at least the yaw rates about the first, second, and third axes.
  • the first axis corresponds, for example according to the longitudinal axis of the motor vehicle
  • the second axis corresponds to the transverse axis of the motor vehicle
  • the third axis corresponds to the vertical axis of the motor vehicle.
  • These three axes form a Cartesian coordinate system, the so-called. Motor vehicle coordinate system.
  • Inertial navigation system 101 forms, for example, the so-called basic system whose measured values are corrected by means of the so-called correction systems described below.
  • Correction systems are the odometry navigation system 103 and the satellite navigation system 104.
  • the system according to the invention also has a so-called.
  • Strapdown algorithm unit 102 in which a so-called. Strapdown algorithm is performed, by means of which the measured values of inertial sensor navigation system 101, among other things, are converted into position data. For this purpose, the measured values of inertial sensor navigation system 101, which naturally describe accelerations, are integrated twice over time. Also, an alignment of the motor vehicle is determined by means of two ⁇ repeated integration of the corresponding measured values of inertial sensor navigation system 101 over time. By means of a simple integration over time, the orientation and the speed of the motor vehicle are further determined. In addition, strapdown algorithm unit 102 compensates for a Coriolis force acting on inertial sensor navigation system 101.
  • the output data of strapdown algorithm unit 102 thus includes the following physical quantities:
  • the named world coordinate system is a
  • the output data from the strapdown algorithm unit 102. ⁇ clearly includes the position with respect to the vehicle coordinate system and the orientation of the world coordinate system.
  • the output data from the strapdown algorithm unit 102 have the Va ⁇ rianzen as information on the quality of the above-mentioned Navigation data. These variances are not calculated in strapdown algorithm unit 102, for example, but only used and forwarded by the latter. The of
  • Strapdown algorithm unit 102 calculated o.g. Navigation data is output via output module 112 and made available to other motor vehicle systems.
  • the navigation system also includes
  • Odometry navigation system 103 in the form of wheel speed sensors for each wheel of the motor vehicle.
  • it is a four-wheeled motor vehicle with four wheel speed sensors, each detecting the speed of their associated wheel and its direction of rotation.
  • Odometry navigation system 103 in the form of wheel speed sensors for each wheel of the motor vehicle.
  • it is a four-wheeled motor vehicle with four wheel speed sensors, each detecting the speed of their associated wheel and its direction of rotation.
  • Odometrienavigationssystem 103 a steering angle sensor element that detects the steering angle of the motor vehicle.
  • the exemplified Navigati ⁇ onssystem satellite navigation system 104 which is formed so that it in each case determines the distance between an associated satellite and the Kraftahr Weg and Ge ⁇ speed in each case between the associated satellite and the motor vehicle.
  • the system also includes fusion filter 105.
  • Fusion filter 105 provides a fusion data set 106 as the measurement data from the odometry navigation system 103, satellite navigation system 104, and inertial sensor navigation system 101 are shared. Fusion data set 106 has the acquired measurement data of the different sensor systems, wherein fusion data set 106 includes, for example, additional error values and variances associated with the error values which describe the data quality.
  • inertial sensor navigation system 101 The measurements of inertial sensor navigation system 101 are stored during operation of the motor vehicle in a dedicated electronic data storage 113 of fusion filter 105 for a predetermined period of time.
  • Inertial navigation system 101 represents the so-called basic system, represent while Odometrienavigationssystem 103 and Satellitennaviga ⁇ tion system 104, the so-called. correcting systems, the measured values for the correction of the measured values of the base system are attracted ⁇ forth. This ensures that values that were at least apparently captured at an identical time can always be subjected to comparison.
  • fusion data set 106 provided by fusion filter 105 comprises the quantitative errors of the base system determined by means of the plausibilized measured values of the correction systems.
  • Strapdown algorithm unit 102 is now corrected by Fu ⁇ sion data record 106, the measured values of the base system.
  • Fusion data set 106 is output from fusion filter 105
  • Fusion filter 105 is, for example according to as ER ror state-space Kalman filter is designed so as Kalman filter, which executes in particular, a linearization of the measured values and in which computes the quantitative error values of the measured values or are estimated and which se ⁇ quentiell works and thereby corrects the available in each function ⁇ onsön the sequence of measured values.
  • Fusion filter 105 is designed to always be asynchronous to the most recent ones of inertial navigation system 101,
  • Odometry navigation system 103 and satellite navigation system 104 detected are guided via the motor vehicle model unit 107 and the outage model unit 109.
  • Motor vehicle model unit 107 is designed such that from the measured values of odometry navigation system 103 at least the speed along a first axis, the speed is calculated along a second axis and the rate of rotation about a third axis and provides these fusion filters 105.
  • the exemplary system also includes tire parameter estimation unit 110 configured to include at least the radius, for example, the dynamic one
  • the example according to inputs from ReifenparameterMt- wetting unit 110 are the wheel speeds and the steering angle descriptive measured values, at least partially, the output values of the strapdown algorithm unit 102, as well as certain of fusion ⁇ filter 105 variances.
  • the exemplary system also includes
  • GPS error detection and plausibility unit 111 which is designed such that, for example, it receives as input data the measured values from satellite navigation system 104 as well as at least partially measured values from strapdown algorithm unit 102 and takes them into account in their calculations.
  • GPS error detection and plausibility check unit 111 checks the measured values against a stochastic model adapted to satellite navigation system 104. If the measured values correspond to the model within the framework of a tolerance that takes account of the noise, they are checked for plausibility.
  • fusion filter 105 is additionally connected to fusion filter 105 at the data level and transmits the plausibility measured values to fusion filter 105.
  • GPS error detection and validation unit 111 is exemplified to provide a method for selecting of a satellite, inter alia, by means of the following method steps:
  • ⁇ which is calculated based on a sum of a reference variance for the reference position data and a measurement variance for the position data
  • the maximum permissible deviation corresponds to a multiple of the standard deviation such that a probability that the position data fall within a standard deviation dependent scattering interval, falls below a predetermined threshold.
  • the exemplary system also has
  • Standstill detection unit 108 which is designed so that it can detect a stoppage of the motor vehicle and in the case of a detected stoppage of the motor vehicle to ⁇ at least fusion filter 105 information from a
  • Stability model provides.
  • the information from a standstill model describes that the rotation rates around all three axes have the value zero and the velocities along all three axes have the value zero.
  • standstill detection unit 108 is designed in such a way that it uses the measured values of the data as input data , n
  • Wheel speed sensors odometry navigation system 103 and the measurements of inertial navigation system 101 uses.
  • the sensor fusion system used, for example in accordance with a first set of measurement values which relate to a Kraft povertykoordi ⁇ natensystem and in addition a second set of measurement values relating to a world coordinate system, the world coordinate system is used to describe the orientation and dynamic variables of the motor vehicle.
  • alignment model unit 109 is determined ⁇ an alignment angle between the motor vehicle coordinate system and the world coordinate system.
  • Alignment model unit 109 uses all of the output data from strapdown algorithm unit 102.
  • Alignment model unit 109 is, for example according formed so that they have an in ⁇ formation calculated in addition to the orientation angle on the quality of the orientation angle in the form of a variance and provides fusion filter 105th
  • Fusion filter 105 uses the orientation angle and the variance of the orientation angle in its calculations, the results of which it provides via fusion data set 106
  • Fusion filter 105 thus detects the measured values of inertial navigation system 101, the basic system, as well as of
  • Odometry navigation system 103 and satellite navigation system 104 the correction systems.
  • the self-diagnostic function is essentially a comparison of the detected Cor ⁇ rektursysteme, ie Odometrienavigationssystem 103 or satellite navigation system 104.
  • Measured values of the correction system which is only available to a limited extent, are assumed to have quantitatively greater error values and are less heavily weighted than the measurements of the base system and the measurements of the fully available correction system.
  • FIG. 2 shows by way of example a further possible embodiment of a system according to the invention, which is likewise designed to adapt a navigation system, in a motor vehicle (not shown).
  • the system includes, for example, the inertial navigation system 201, the satellite navigation system 204, and the odometry navigation system 203 as different sensor systems.
  • Inertial navigation system 201, Satellitennavigati ⁇ onssystem 204 and Odometrienavigationssystem 203 give measured values which describe directly or indirectly navigation data, namely a position, a velocity, an acceleration, an orientation, a yaw rate or a yaw acceleration of fusion filter 205.
  • the output of the measured values takes place via a vehicle data bus, for example via a so-called CAN bus.
  • Satellitennavigati ⁇ onssystem 204 its measurement data in raw form to.
  • Motor vehicle inertial navigation system 201 which is a so-called MEMS IMU
  • Inertial navigation system 201 comprises three yaw rate sensors which mutually register orthogonally and three acceleration sensors which detect each other orthogonally in each case.
  • Satellite navigation system 204 includes a GPS receiver, which initially carries out over the satellite signal propagation time Entfer ⁇ voltage measurements to the receivable GPS satellites and also from the change of the satellite signal transit time as well as additionally from the change in the number of wavelengths of the satellite signals, a distance traveled by the vehicle distance covered determined.
  • Odometrienavigationssystem 203 includes depending ⁇ wells a wheel speed sensor at each wheel of the motor vehicle, and a Lenwinkelsensor. The wheel speed sensors each determine the Radcardgschwindtechnik their associated wheel and the steering angle sensor determines the chosen steering angle.
  • Inertial navigation system 201 outputs its measured values to preprocessing unit 206 of inertial sensor navigation system 201 off. Pre-processing unit 206 now corrects the
  • the pre-processing unit 206 receives from Fusi ⁇ onsfilter 205.
  • the thus corrected measured values or the navigation data described therein are passed on to strapdown algorithm unit 207.
  • Strapdown algorithm unit 207 now makes a position determination based on the corrected measured values from preprocessing unit 206.
  • This position determination is a so-called dead reckoning on the basis of inertial navigation system 201.
  • the corrected measured values output by pre-processing unit 206 or the navigation data described therein are continuously integrated or added up over time.
  • Strapdown algorithm unit 207 compensates white ⁇ terhin acting on inertia sensor navigation system 201 Coriolis force, which may affect the measurement data from inertial navigation system ⁇ two hundred and first
  • strapdown algorithm unit 207 performs a two-fold integration of those detected by inertial navigation system 201
  • Measured values which describe accelerations over time. This allows an updating of a previously known position as well as an updating of a previously known orientation of the motor vehicle. To determine a speed or a rotation rate of the motor vehicle leads
  • Strapdown algorithm unit 207 a simple integration of the measured values acquired by inertial sensor navigation system 201 over time. Further corrected
  • the running of strap-down algorithm unit 207 so-called. Strapdown algorithm is computationally very little complex and therefore can be used as real-time capable base system reali ⁇ Sieren.
  • Inertial navigation system 201 pre-processing unit 206 of inertial sensor navigation system 201 and
  • Strapdown algorithm unit 207 form, by way of example, the so-called basic system, to which additionally proportionately also fusion filter 205 is counted.
  • Output module 212 relays the navigation data determined and corrected by strapdown algorithm unit 207 to any other systems of the motor vehicle.
  • the measured values acquired by the satellite navigation system 204 are, for example, in the form of sensor signals via a so-called UART data connection, first forwarded to preprocessing unit 208 of satellite navigation system 204.
  • Pre-processing unit 208 determines from the output from Satellitenna ⁇ vigationssystem 204 measured values, which
  • satellite navigation system 204 determines a relative speed of the motor vehicle to the GPS satellites, of which GPS signals be received.
  • preprocessing unit 208 corrects a time error of a receiver clock of satellite navigation system 204 caused by drift of the receiver clock in the measured values and, by means of a correction model, the changes in the signal propagation time and of the GPS signals caused by atmospheric influences on the GPS signals transmitted by the GPS satellites pathway.
  • the correction of the time error as well as the atmospheric influences are carried out by means of correction filters obtained by means of Fusionsfilter 205 via the CAN bus.
  • Satellite navigation system 204 is still approximately feasibility check module 209 associated with which plausibility check the output from the preprocessing unit 208 ⁇ readings of the navigation data, that is, the position and the speed of the motor vehicle.
  • the measured values plausibilized by plausibility module 209 are then output to fusion filter 205.
  • the system further comprises preprocessing unit 210 of odometry navigation system 203, which receives the measured values acquired by odometry navigation system 203 via the CAN bus.
  • the recorded measured values are the measured values of the individual wheel speed sensors as well as the measured values of the steering angle sensor.
  • Preprocessing unit 210 now determines the position and orientation of the motor vehicle in the motor vehicle coordinate system from the measured values output by odometry navigation system 203 in accordance with a so-called dead reckoning method. Furthermore, the speed n Trent the accelera-, determines the rotation rate and the rotational acceleration of the motor ⁇ vehicle, also in the vehicle coordinates ⁇ system. In addition, corrected pre-processing unit 210 the measurement values obtained from Odometrienavigationssystem 203 by means obtained from Fusion filter 205 correction values.
  • Odometrienavigationssystem 203 is further plausibility check module 211 associated with which the measured values output from preprocessing ⁇ unit 210, so the position Alignment, the speed, the acceleration, the rotation rate and the spin of the motor vehicle, plausibility. Since the disturbances of the measured values of
  • Odometrienavigationssystem often random 203, environmental disturbances that do not correspond white noise, for example when a comparatively large wheel slip are used, the integrated navigation system by means of inertia 201, and determined by means of Satellitennavigati ⁇ onssystem 204 measured values in order to check the plausibility of the measured values of Odometrienavigationssystem 203rd First, the measured values against them sensor-individual model are also here but assigned, matched that Messunsi ⁇ uncertainties as noise influences into account. If the measured values correspond to the model within the given limit values or tolerance ranges, a first occurs here
  • the plausibility check and the plausibility of the values are further processed.
  • the plausibilized values are then forwarded to fusion filter 205. If one
  • Fusion filter 205 is embodied, for example, as an Eror State Space Kalman filter.
  • the main task of fusion filter 205 is, for example, to correct the measured values of the base system, ie of inertial navigation system 201, by means of measurements from odometry navigation system 203 and satellite navigation system 204, which represent the correction systems, or output corresponding correction values to strapdown algorithm unit 207.
  • the measurements of inertial navigation system 201 are exclusively white noise.
  • fusion filter 205 is a so-called Eror State Space Kalman filter, only the quantitative error values of the measured values are determined and corresponding corrections are carried out. This simplifies and accelerates fusion of measured values from inertial navigation system 201 made by fusion filter 205,
  • Odometry navigation system 203 and satellite navigation system 204 to a common fusion data set.
  • a real-time capable position determination and correction of the position determination is possible.
  • FIG. 2 represents a so-called virtual sensor, wherein inertial navigation system 201,
  • Odometry navigation system 203 and satellite navigation system 204 are not components of the virtual sensor.
  • a virtual sensor is a system which, regardless of the type of integrated sensor systems - always produces the same output data or outputs - here so Trägheitsnaviga ⁇ tion system 201, 203 and satellite-Odometrienavigationssystem tennavigationssystem 204th On the basis of the output data or outputs is not clear what sensor systems are powered ⁇ connected into the system.
  • an adaptation of parameters of a stochastic system model namely the so-called noise matrix of the system
  • the change in the availability of satellite navigation system 204 according effected, for example caused by a tunnel driving of the motor ⁇ vehicle so that satellite navigation system 204 can not receive signals more of the associated navigation satellites.
  • This circumstance is recognized on the one hand by means of a self- diagnostic function of satellite navigation system 204 and reported to fusion filter 205 and on the other hand recognized by means of a digital road map present in the navigation system and also reported to fusion filter 205.
  • the system according to the invention now loads from a digital memory a parameter set for weighting the different measured values, which is specially adapted to a tunnel drive.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines Navigationssystems, wobei das Navigationssystem ein Basissystem und mindestens ein Korrektursystem umfasst, wobei vom Basissystem und vom mindestens einen Korrektursystem jeweils Messwerte erfasst werden, wobei die Messwerte Navigationsdaten beschreiben, wobei die Messwerte jeweils mit Fehlerwerten behaftet sind, wobei die Fehlerwerte Abweichungen der Messwerte von den beschriebenen Navigationsdaten beschreiben, wobei eine Erkennung zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems mittels der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems erfolgt und wobei die Erkennung unter Berücksichtigung einer Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems erfolgt, wobei die Berücksichtigung eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells darstellt und wobei das stochastische Systemmodell nach Maßgabe der Parameter eine Gewichtung von Messwerten des mindestens einen Korrektursystems gegenüber Messwerten des Basissystems vorgibt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein entsprechendes System sowie eine Verwendung des Systems.

Description

Verfahren und System zur Anpassung eines NavigationsSystems Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines Navigationssystems gemäß Oberbegriff von Anspruch 1, ein System zur Anpassung eines Navigationssystems gemäß Oberbegriff von An¬ spruch 6 sowie eine Verwendung des Systems. Alle Messdaten sind prinzipiell fehlerbehaftet und in vielen Fällen ist zudem eine durchgängige Verfügbarkeit der Messdaten nicht gegeben. Neben der Abhängigkeit der Messdaten von sensorinhärenten Eigenschaften sind die Messdaten darüber hinaus oftmals auch von Umgebungsbedingungen abhängig. Sensorfehler bzw. Messfehler lassen sich dabei in quasistationäre, über mehrere Messungen konstante Anteile, wie z.B. einen sog. Offset, und statistische, von Messung zu Messung zufällige Anteile, wie z.B. Rauschen, unterteilen. Während die zufälligen Anteile prinzipiell nicht deterministisch korrigierbar sind, lassen sich quasistationäre Fehler im Allgemeinen bei gegebener
Beobachtbarkeit korrigieren. Nicht korrigierbare signifikante Fehler lassen sich bei gegebener Erkennbarkeit üblicherweise zumindest vermeiden. Im Stand der Technik sind in diesem Zusammenhang bereits
Sensorfusionsverfahren bekannt, welche üblicherweise auch dazu geeignet sind, Messdaten von unterschiedlichen Sensoren bzw. Sensorsystemen zu korrigieren bzw. zu filtern. Insbesondere im Automotive-Bereich sind dabei besondere Anforderungen zu be- rücksichtigen, da eine Vielzahl von unterschiedlichen Sensoren eine gemeinsame Umfeldsituation bzw. einen Kraftfahrzeugzustand mittels unterschiedlicher Messprinzipien erfasst und diese Umfeldsituation bzw. diesen Kraftfahrzeugzustand mittels einer Vielzahl unterschiedlicher Messdaten beschreibt. Für eine im Automotive-Bereich anwendbare Sensorfusion ist somit eine möglichst große Robustheit gegen zufällige Störungen sowie eine Erkennung und Kompensation von systematischen Fehlern gefordert . Ebenso sind zeitliche Einflüsse auf die Messdaten zu korrigieren und temporäre Ausfälle oder die Nichtverfügbarkeit von Sensoren zu überbrücken. Die DE 10 2012 216 211 AI beschreibt ein Verfahren zum Auswählen eines Satelliten, wobei der Satellit ein Satellit eines globalen Navigationssystems ist. Bevor ein derartiger Satellit dabei zur Positionsbestimmung eines Fahrzeugs herangezogen wird, werden die empfangenen GNSS-Signale auf unterschiedliche Arten plausibilisiert . Für diese Verifizierung werden jeweils un¬ terschiedliche Redundanzen bzw. bekannte Zusammenhänge aus¬ genutzt. So offenbart die DE 10 2012 216 211 AI etwa, aus dem Signal eines Satelliten sowohl den Abstand des Fahrzeugs zum Satelliten als auch die Relativgeschwindigkeit des Fahrzeugs zum Satelliten zu bestimmen. Der Abstand kann dabei mittels der Laufzeit des Signals bestimmt werden, während die Relativge¬ schwindigkeit mittels einer Phasenmessung des Signals bestimmt werden kann. Da der Abstand und die Relativgeschwindigkeit voneinander abhängen, können sie gegeneinander verifiziert werden. Weiterhin kann eine Verifizierung der aus dem Signal bestimmten Werte gegen bekannte Randbedingungen erfolgen, da ein Fahrzeug sich üblicherweise innerhalb eines bestimmten Ge¬ schwindigkeitsrahmens fortbewegt. Ebenso wird beschrieben, dass bei Empfang mehrerer Signale von unterschiedlichen Satelliten die Abstände zu mehreren Satelliten bestimmt werden und diese Abstände gleichzeitig mittels trigonometrischer Zusammenhänge und dem bekannten Abstand der Satelliten gegeneinander verifiziert werden. Schließlich ist auch eine Verifizierung des aus dem Signal bestimmten Abstands bzw. der aus dem Signal bestimmten Geschwindigkeit mittels anderer Sensoren, welche ebenfalls eine Positionsbestimmung bzw. Geschwindigkeitsbestimmung zulassen, möglich. Sofern die Signale eines Satelliten nicht verifiziert werden können, wird dieser Satellit nicht zur Positionsbe¬ stimmung bzw. zur Geschwindigkeitsbestimmung herangezogen.
Aus der DE 10 2010 063 984 AI ist ein mehrere Sensorelemente umfassendes Sensorsystem bekannt. Die Sensorelemente sind so ausgebildet, dass sie zumindest teilweise unterschiedliche primäre Messgrößen erfassen und zumindest teilweise unter¬ schiedliche Messprinzipien nutzen. Aus der primären Messgröße der Sensorelemente werden dann zumindest teilweise weitere Messgrößen abgeleitet. Weiterhin umfasst das Sensorsystem eine Signalverarbeitungseinrichtung, eine Schnittstelleneinrichtung sowie mehrere Funktionseinrichtungen. Die Sensorelemente sowie sämtliche Funktionseinrichtungen sind dabei mit der Signal¬ verarbeitungseinrichtung verbunden. Die primären Messgrößen liefern also redundante Informationen, die in der Signalver- arbeitungseinrichtung miteinander verglichen werden bzw. sich gegenseitig stützen können. Aus dem Vergleich der auf verschiedenem Weg berechneten Observablen können Rückschlüsse auf die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Observablen gezogen werden. Die Signalverarbeitungseinrichtung qualifiziert die Genauigkeit der Observablen und stellt die Observablen zusammen mit einer Genauigkeitsangabe über eine Schnittstelleneinrichtung verschiedenen Funktionseinrichtungen zur Verfügung.
Die DE 10 2012 219 478 AI offenbart ein Sensorsystem zur ei- genständigen Bewertung der Integrität seiner Daten. Das Sensorsystem wird bevorzugt in Kraftfahrzeugen verwendet und umfasst mehrere Sensorelemente, die derart ausgebildet sind, dass sie zumindest teilweise unterschiedliche primäre Messgrößen erfassen bzw. zumindest teilweise unterschiedliche Messprin- zipien nutzen. Das Sensorsystem umfasst weiterhin eine Signalverarbeitungseinrichtung, welche die Sensorsignale zumindest teilweise gemeinsam auswertet und gleichzeitig die Informa¬ tionsqualität der Sensorsignale bewertet. Die Signalverar¬ beitungseinrichtung stellt außerdem eine Information über die Widerspruchsfreiheit zumindest eines Datums einer physikali¬ schen Größe bereit, wobei das Datum der physikalischen Größe auf Basis der Sensorsignale von Sensorelementen berechnet wird, welche die physikalische Größe entweder direkt erfassen oder aus deren Sensorsignalen die physikalische Größe berechenbar ist. Die Information über die Widerspruchsfreiheit des Datums wird nun auf Basis von direkt oder indirekt redundant vorliegenden Sensorinformationen berechnet. Die im Stand der Technik bekannten, gattungsgemäßen Verfahren und Sensorsysteme sind jedoch insofern nachteilbehaftet, als dass der umgebungsabhängigen bzw. situationsabhängigen Verfügbarkeit der Korrekturmessungen nicht Rechnung getragen wird. Sogar der Totalausfall bestimmter Systeme bleibt oftmals unberücksich¬ tigt. Dies führt zu nicht-optimalen Ergebnissen der fusionierten und korrigierten Daten.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Korrektur von Navigationsdaten vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Anpassung eines Navigationssystems gemäß Anspruch 1 gelöst. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung eines Navigationssystems, wobei das Navigationssystem ein Basissystem und mindestens ein Korrektursystem umfasst, wobei vom Basis¬ system und vom mindestens einen Korrektursystem jeweils
Messwerte erfasst werden, wobei die Messwerte Navigationsdaten beschreiben, wobei die Messwerte jeweils mit Fehlerwerten behaftet sind, wobei die Fehlerwerte Abweichungen der Messwerte von den beschriebenen Navigationsdaten beschreiben, wobei eine Erkennung zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basis¬ systems mittels der Messwerte des mindestens einen Korrek- tursystems erfolgt und wobei die Erkennung unter Berücksich¬ tigung einer Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems erfolgt, wobei die Berücksichtigung eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells darstellt und wobei das stochastische Systemmodell nach Maßgabe der Parameter eine Gewichtung von Messwerten des mindestens einen Korrektursystems gegenüber Messwerten des Basissystems vorgibt.
Daraus ergibt sich der Vorteil, dass den jeweiligen Umge¬ bungsbedingungen und den sich daraus für die Messwerterfassung der unterschiedlichen Sensorsysteme, also des Basissystems und des mindestens einen Korrektursystems, ergebenden Konsequenzen Rechnung getragen wird. Da das Basissystem und das mindestens eine Korrektursystem bevorzugt auf unterschiedlichen Methoden bzw. physikalischen Prinzipien zur Messwerterfassung beruhen, kann ein erfindungsgemäßes Navigationssystem somit stets weitestgehend optimal an die jeweils vorliegenden Erfas- sungsbedingungen bzw. Umgebungsbedingungen angepasst werden.
Die Berücksichtigung einer Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems beschreibt dabei sowohl die Erfassungsbe¬ dingungen bzw. Umgebungsbedingungen im Sinne von durch die Umwelt gegebenen Randbedingungen zur Messwerterfassung als auch intrinsische Systemfehler, Systemstörungen und Systemdefekte . Die Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems wird somit also sowohl durch externe Einflüsse wie auch durch interne Einflüsse geprägt.
Die Erfassungsbedingungen bzw. Umgebungsbedingungen sind dabei z.B. Einschränkungen in der Messwerterfassungsfähigkeit des Basissystems bzw. des mindestens einen Korrektursystems, etwa durch Abschattungen eines GPS-Systems gegen die GPS-Satelliten z.B. bei einer Fahrt durch einen Tunnel oder eine Häuserschlucht. Ebenso ist im Sinne der Erfindung eine Einschränkung in der Messwerterfassungsfähigkeit gegeben, wenn ein Sensorsystem teilweise oder vollständig ausfällt, z.B. durch einen Defekt. Ein derartiger teilweiser Defekt kann z.B. bei einem Trägheits- navigationssystem vorliegen, wenn etwa eine von mehreren Erfassungsachsen ausfällt.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist zudem darin zu sehen, dass die sog. Systemmatrix zur Anpassung des Navigationssystems nicht verändert wird, sondern konstant bleibt. Stattdessen wird ausschließlich die sog. System-Rauschmatrix angepasst. Dies führt dazu, dass das Risiko zur Erzeugung eines nicht-konsistenten Zustands des Navigations¬ systems, insbesondere eines nicht-konsistenten Filterzustands eines Fusionsfilters des Navigationssystems, vermieden wird.
Die Erfindung ermöglicht somit eine Anpassung des Navigati¬ onssystems an das jeweils vorliegende sog. Systemrauschen. Dies ,
b
ist weitgehend unabhängig vom jeweils vorliegenden sog.
Messrauschen, welches lediglich die Qualität der erfassten Messwerte durch die Sensorsysteme beschreibt. Bevorzugt erfolgt die Anpassung dabei über fest vorgegebene Parametersätze des stochastischen Systemmodells, die für un¬ terschiedliche Situationen bzw. Verfügbarkeiten stufenweise angepasst werden können oder aber auch kontinuierlich angepasst werden können, z.B. über ein oder mehrere Kennlinien bzw. über ein oder mehrere Kennfelder.
Bevorzugt ist es vorgesehen, dass zusätzlich eine Korrektur zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems mittels der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems erfolgt, wobei die Korrektur unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems erfolgt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass der Erkennung der Fehlerwerte eine konkrete Bedeutung zukommt, nämlich nachfolgend die Korrektur zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems. Dies verbessert und präzisiert die vom Navigationssystem bestimmten Navigationsinformationen wie z.B. eine Position oder eine Geschwindigkeit. Insbesondere werden auch die Fehlerwerte der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems erkannt und korrigiert, wobei die Fehlerwerte der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems besonders bevorzugt mittels der Messwerte des Basissystems bzw. der Messwerte eines weiteren Korrek¬ tursystems erkannt und korrigiert werden. Ebenso ist aber auch ein Erkennen und Korrigieren der Fehlerwerte eines geeigneten stochastischen Modells möglich und bevorzugt, wobei das Modell den individuellen Eigenschaften des jeweiligen Sensorsystems Rechnung trägt.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Basissystem ein Träg- heitsnavigationssystem ist und das mindestens eine Korrek- tursystem ein globales Satellitennavigationssystem und/oder ein Odometrienavigationssystem ist. Damit ist die vorliegende Erfindung zu Navigationszwecken und für Navigationssysteme, bevorzugt in Kraftfahrzeugen, besonders gut geeignet. Das Navigationssystem bestimmt somit u.a. also die Position, insbesondere die Position eines Kraftfahrzeugs, aus den
Messwerten. Bei dem globalen Satellitennavigationssystem kann es sich beispielsweise um ein sog. GPS-Navigationssystem handeln. Das Odometrienavigationssystem bestimmt zunächst die Ge¬ schwindigkeit z.B. über den bekannten Abrollumfang der
Kraftfahrzeugreifen und ermöglicht somit eine Positionsbe¬ stimmung unter Berücksichtigung des Lenkwinkels im Rahmen einer Koppelnavigation. Besonders zweckmäßig ist es, dass das Sa- tellitennavigationssystem mindestens zwei Satellitensignal- empfänger umfasst. Dadurch verbessert sich die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Satellitennavigationssystems. Das Träg- heitsnavigationssystem als Basissystem bietet den Vorteil, dass es die vergleichsweise höchste Verfügbarkeit aufweist, da es eine vergleichsweise hohe Ausgaberate der erfassten Messwerte aufweist und zudem weitgehend unabhängig von äußeren Störeinflüssen arbeitet.
Es ist vorteilhaft, dass die Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems mittels einer Selbstdiagnosefunktion bestimmt wird. Dies stellt eine vergleichsweise einfache Methode dar, um die Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems zu bestimmen. Die Selbstdiagnosefunktion ist dabei bevorzugt derart ausgebildet, dass sie sowohl interne Defekte und Fehler bestimmen kann als auch externe Störeinflüsse bestimmen kann.
Es ist zweckmäßig, dass die Erkennung und/oder die Korrektur mittels eines Error-State-Space-Filters , insbesondere mittels eines Error-State-Space-Kalman-Filters , erfolgen. Das Er- ror-State-Space-Filter stellt dabei ein Fusionsfilter zur Fusion der Messwerte dar, insbesondere zur Fusion von normalverteilten Messwerten. Gleichzeitig schätzt bzw. bestimmt das Er- ror-State-Space-Filter bevorzugt die Fehlerwerte zumindest des Basissystems. Mittels des mindestens einen Korrektursystems können dann die Fehlerwerte und ggf. auch unbekannte Größen des Trägheitsnavigationssystems geschätzt bzw. bestimmt werden. Eine Besonderheit des Error-State-Space-Filters ist es also, dass anstelle der Sensorsignale bzw. der Messwerte lediglich Fehlerwerte inkrementell geschätzt bzw. bestimmt werden und anschließend korrigiert werden. Die Fehlerwerte haben nämlich eine signifikant niedrigere zeitliche Dynamik als die Messwerte selbst, wodurch eine weitgehende Entkopplung der Dynamik des Error-State-Space-Filters von den Eigenschaften des Basis¬ systems bzw. des mindestens einen Korrektursystems erreicht wird .
Eine weitere Besonderheit des Error-State-Space-Kalman-Filters ist es, dass durch die Anbringung einer Korrektur die geschätzten bzw. bestimmten Fehlerwerte nach jedem Arbeitszyklus des Er- ror-State-Space-Kalman-Filters Null sind, wodurch ein sonst üblicher Prädiktionsschritt zur Vorhersage der Fehlerwerte im folgenden Arbeitszyklus entfällt, wodurch sich also der Re- chenaufwand für das Error-State-Space-Kalman-Filter reduziert.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein System zur Anpassung eines Navigationssystems, wobei das Navigationssystem ein Basissystem und mindestens ein Korrektursystem umfasst,
wobei das Basissystem und das mindestens eine Korrektursystem jeweils dazu ausgebildet sind, Messwerte zu erfassen, wobei die Messwerte Navigationsdaten beschreiben, wobei die Messwerte jeweils mit Fehlerwerten behaftet sind, wobei die Fehlerwerte Abweichungen der Messwerte von den beschriebenen Navigati- onsdaten beschreiben, wobei das System dazu ausgebildet ist , eine Erkennung zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basis¬ systems mittels der Messwerte des mindestens einen Korrek¬ tursystems durchzuführen und wobei das System dazu ausgebildet ist, die Erkennung unter Berücksichtigung eines Erfassungs- zustands des mindestens einen Korrektursystems durchzuführen, wobei die Berücksichtigung eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells darstellt und wobei das sto- chastische Systemmodell nach Maßgabe der Parameter eine Ge¬ wichtung von Messwerten des mindestens einen Korrektursystems gegenüber Messwerten des Basissystems vorgibt. Das erfin¬ dungsgemäße System umfasst somit alle zur Ausführung des er¬ findungsgemäßen Verfahrens notwendigen Vorrichtungen. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass das System dazu ausgebildet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Verwendung des erfindungsgemäßen Systems in einem Kraftfahrzeug.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.
Es zeigen
Fig. 1 beispielhaft eine mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems, welches zur Positions- bestimmung ausgebildet ist, in einem Kraftfahrzeug und
Fig. 2 beispielhaft eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems, welches ebenfalls zur Positionsbestimmung ausgebildet ist, in einem Kraftfahrzeug.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Systems, das zur Anordnung und Verwendung in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Dabei sind alle vom System umfassten Elemente bzw. Be¬ standteile bzw. das Basissystem bzw. die Korrektursysteme als Funktionsblöcke veranschaulicht und deren Zusammenwirken un¬ tereinander dargestellt. Das Navigationssystem umfasst Trägheitsnavigationssystem 101, das so ausgebildet ist, dass es zumindest die Beschleunigungen entlang einer ersten, einer zweiten und einer dritten Achse sowie wenigstens die Drehraten um die erste, um die zweite und um die dritte Achse erfassen kann. Die erste Achse entspricht dabei beispielsgemäß der Längsachse des Kraftfahrzeugs, die zweite Achse entspricht der Querachse des Kraftfahrzeugs und die dritte Achse entspricht der Hochachse des Kraftfahrzeugs. Diese drei Achsen bilden ein kartesisches Koordinatensystem, das sog. Kraftfahrzeugkoordinatensystem.
Trägheitsnavigationssystem 101 bildet beispielsgemäß das sog. Basissystem, dessen Messwerte mittels der im Folgenden be- schriebenen sog. Korrektursysteme korrigiert werden. Die
Korrektursysteme sind dabei Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennavigationssystems 104.
Das erfindungsgemäße System weist weiterhin eine sog.
Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 auf, in welcher ein sog. Strapdown-Algorithmus durchgeführt wird, mittels dessen die Messwerte von Trägheitssensornavigationssystem 101 u.a. in Positionsdaten umgerechnet werden. Dazu werden die Messwerte von Trägheitssensornavigationssystem 101, welche naturgemäß Be- schleunigungen beschreiben, zweimal über die Zeit integriert. Auch eine Ausrichtung des Kraftfahrzeugs wird mittels zwei¬ maliger Integration der entsprechenden Messwerte von Träg- heitssensornavigationssystem 101 über die Zeit bestimmt. Mittels einer Einfachintegration über die Zeit werden weiterhin die Ausrichtung und die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs bestimmt. Außerdem kompensiert Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 eine auf Trägheitssensornavigationssystem 101 wirkende Corioliskraft .
Die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 um- fassen folglich die folgenden physikalischen Größen:
die Geschwindigkeit, die Beschleunigung sowie die Drehrate des Kraftfahrzeugs, beispielsgemäß bezüglich der genannten drei Achsen des Kraftfahrzeugkoordinatensystems und beispielsgemäß zusätzlich jeweils bezogen auf ein Weltkoordinatensystem, das zur Beschreibung der Ausrichtung bzw. von dynamischen Größen des Kraftfahrzeugs auf der Welt geeignet ist. Beispielsgemäß handelt es sich bei dem genannten Weltkoordinatensystem um ein
GPS-Koordinatensystem. Außerdem umfassen die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 die Position bezüglich des Kraftfahrzeugkoordinatensystems und die Ausrichtung hin¬ sichtlich des Weltkoordinatensystems. Zusätzlich weisen die Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 die Va¬ rianzen als Information über die Datenqualität der oben genannten Navigationsdaten auf. Diese Varianzen werden beispielgemäß nicht in Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 berechnet, sondern nur von dieser verwendet und weitergeleitet. Die von
Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 berechneten o.g. Navigati- onsdaten werden über Ausgabemodul 112 ausgegeben und anderen Kraftfahrzeugsystemen zur Verfügung gestellt.
Das Navigationssystem umfasst außerdem
Odometrienavigationssystem 103 in Form von Raddrehzahlsensoren für jedes Rad des Kraftahrzeugs . Beispielgemäß handelt es sich um ein vierrädriges Kraftfahrzeug mit vier Raddrehzahlsensoren, die jeweils die Drehzahl des ihnen zugeordneten Rads sowie dessen Drehrichtung erfassen. Weiterhin umfasst
Odometrienavigationssystem 103 ein Lenkwinkelsensorelement , das den Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs erfasst.
Darüber hinaus weist das beispielhaft dargestellte Navigati¬ onssystem Satellitennavigationssystem 104 auf, welches so ausgebildet ist, dass es die Entfernung jeweils zwischen einem zugeordneten Satelliten und dem Kraftahrzeug sowie die Ge¬ schwindigkeit jeweils zwischen dem zugeordneten Satelliten und dem Kraftfahrzeug bestimmt.
Das System umfasst außerdem Fusionsfilter 105. Fusionsfilter 105 stellt im Zuge der gemeinsamen Auswertung der Messdaten von Odometrienavigationssystem 103, von Satellitennavigationssystems 104 und von Trägheitssensornavigationssystem 101 einen Fusionsdatensatz 106 bereit. Fusionsdatensatz 106 weist die erfassten Messdaten der unterschiedlichen Sensorsysteme auf, wobei Fusionsdatensatz 106 beispielsgemäß zusätzlich Fehlerwerte und den Fehlerwerten zugeordnete Varianzen, welche die Datenqualität beschreiben, umfasst.
Die Messwerte von Trägheitssensornavigationssystem 101 werden während des Betriebs des Kraftfahrzeugs in einem hierfür vorgesehenen elektronischen Datenspeicher 113 von Fusionsfilter 105 für einen vorgegebenen Zeitraum gespeichert. Trägheits- navigationssystems 101 stellt dabei das sog. Basissystem dar, während Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennaviga¬ tionssystem 104 die sog. Korrektursysteme darstellen, deren Messwerte zur Korrektur der Messwerte des Basissystems her¬ angezogen werden. Somit ist sichergestellt, dass stets Werte, die zumindest scheinbar zu einem identischen Zeitpunkt erfasst wurden, dem Vergleich unterworfen werden können.
Von Fusionsfilter 105 bereitgestellter Fusionsdatensatz 106 umfasst beispielsgemäß die mittels der plausibilisierten Messwerte der Korrektursysteme bestimmten quantitativen Fehler des Basissystems.
Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 korrigiert nun mittels Fu¬ sionsdatensatz 106 die Messwerte des Basissystems.
Fusionsdatensatz 106 wird von Fusionsfilter 105 aus den
Messwerten von Odometrienavigationssystem 103, Satellitennavigationssystems 104 und Trägheitsnavigationssystem 101 berechnet .
Fusionsfilter 105 ist beispielsgemäß als Er- ror-State-Space-Kalman Filter ausgebildet ist, also als Kaiman-Filter, das insbesondere eine Linearisierung der Messwerte ausführt und in welchem die quantitativen Fehlerwerte der Messwerte berechnet bzw. geschätzt werden und welches se¬ quentiell arbeitet und dabei die in dem jeweiligen Funkti¬ onsschritt der Sequenz verfügbaren Messwerte korrigiert.
Fusionsfilter 105 ist so ausgebildet, dass es stets asynchron die aktuellsten von Trägheitsnavigationssystem 101,
Odometrienavigationssystem 103 und Satellitennavigationssystem 104 verfügbaren Messwerte erfasst. Beispielsgemäß werden die Messwerte dabei über Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 und Aus¬ richtungsmodelleinheit 109 geführt.
Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 ist so ausgebildet, dass sie aus den Messwerten von Odometrienavigationssystem 103 zumindest die Geschwindigkeit entlang einer ersten Achse, die Geschwindigkeit entlang einer zweiten Achse sowie die Drehrate um eine dritte Achse berechnet und diese Fusionsfilter 105 bereitstellt.
Das beispielsgemäße System umfasst außerdem Reifenparameter- Schätzungseinheit 110, welche so ausgebildet ist, dass sie zumindest den Halbmesser, beispielgemäß den dynamischen
Halbmesser, aller Räder berechnet und zusätzlich die Schräglaufsteifigkeit und die Schlupfsteifigkeit aller Räder berechnet und diese Kraftfahrzeugmodelleinheit 107 als zusätzliche Eingangsgrößen bereitstellt. Reifenparameterschätzungseinheit
110 ist weiterhin so ausgebildet, dass sie ein im Wesentlichen lineares Reifenmodell zur Berechnung der Reifengrößen verwendet.
Die beispielgemäßen Eingangsgrößen von Reifenparameterschät- zungseinheit 110 sind dabei die Raddrehzahlen und den Lenkwinkel beschreibende Messwerte, zumindest teilweise die Ausgangswerte von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 sowie die von Fusions¬ filter 105 bestimmten Varianzen. Das beispielsgemäße System umfasst außerdem
GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111, welche so ausgebildet ist, dass sie beispielsgemäß als Eingangsdaten die Messwerte von Satellitennavigationssystem 104 sowie zumindest teilweise Messwerte von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 erhält und in ihren Berechnungen berücksichtigt.
GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111 prüft die Messwerte gegen ein an Satellitennavigationssystem 104 angepasstes stochastisches Modell. Sofern die Messwerte im Rahmen einer dem Rauschen Rechnung tragenden Toleranz dem Modell entsprechen, werden sie plausibilisiert .
Dabei ist GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit
111 zusätzlich mit Fusionsfilter 105 auf Datenebene verbunden und übermittelt die plausibilisierten Messwerte an Fusionsfilter 105.
GPS-Fehlererkennungs-und-Plausibilisierungseinheit 111 ist beispielhaft so ausgebildet, dass sie ein Verfahren zum Auswählen eines Satelliten u.a. mittels der folgenden Verfahrensschritte durchführt :
- Messen von Positionsdaten des Kraftfahrzeugs gegenüber dem Satelliten basierend auf den Sensorsignalen von Satelliten- navigationssystems 104,
- Bestimmen von zu den basierend auf den Sensorsignalen von Satellitennavigationssystems 104 bestimmten Positionsda¬ ten redundanten Referenzpositionsdaten des Kraftfahrzeugs,
- Auswählen des Satelliten, wenn eine Gegenüberstellung der Positionsdaten und der Referenzpositionsdaten einer vorbestimmten Bedingung genügt,
- wobei zur Gegenüberstellung der Positionsdaten und der Referenzpositionsdaten eine Differenz zwischen den Positionsdaten und den Referenzpositionsdaten gebildet wird,
- wobei die vorbestimmte Bedingung eine maximal zulässige
Abweichung der Positionsdaten von den Referenzpositionsdaten ist,
- wobei die maximal zulässige Abweichung von einer Standard¬ abweichung abhängig ist, die basierend auf einer Summe aus einer Referenzvarianz für die Referenzpositionsdaten und einer Messvarianz für die Positionsdaten berechnet wird und
- wobei die maximal zulässige Abweichung einem Vielfachen der Standardabweichung derart entspricht, dass eine Wahrscheinlichkeit, dass die Positionsdaten in ein von der Standardab- weichung abhängiges Streuintervall fallen, einen vorbestimmten Schwellwert unterschreitet.
Das beispielsgemäße System weist außerdem
Stillstandserkennungseinheit 108 auf, welche so ausgebildet ist, dass sie einen Stillstand des Kraftfahrzeugs erkennen kann und im Falle eines erkannten Stillstands des Kraftfahrzeugs zu¬ mindest Fusionsfilter 105 Informationen aus einem
Stillstandsmodell bereitstellt. Die Informationen aus einem Stillstandsmodell beschreiben dabei, dass die Drehraten um alle drei Achsen den Wert Null aufweisen und die Geschwindigkeiten entlang aller drei Achsen den Wert Null aufweisen.
Stillstandserkennungseinheit 108 ist dabei beispielgemäß so ausgebildet, dass sie als Eingangsdaten die Messwerte der , n
15
Raddrehzahlsensoren von Odometrienavigationssystem 103 sowie die Messwerte von Trägheitsnavigationssystem 101 nutzt.
Das Sensorfusionssystem verwendet beispielgemäß eine erste Gruppe von Messwerten, die sich auf ein Kraftfahrzeugkoordi¬ natensystem beziehen und zusätzlich eine zweite Gruppe von Messwerte, die sich auf ein Weltkoordinatensystem beziehen, wobei das Weltkoordinatensystem zur Beschreibung der Ausrichtung und von dynamischen Größen des Kraftfahrzeugs verwendet wird. Mittels Ausrichtungsmodelleinheit 109 wird ein Ausrichtungs¬ winkel zwischen dem Kraftfahrzeugkoordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem bestimmt.
Der von Ausrichtungsmodelleinheit 109 bestimmte Ausrich¬ tungswinkel zwischen dem Kraftfahrzeugkoordinatensystem und dem Weltkoordinatensystem wird dabei bestimmt auf Basis folgender physikalischer Größen:
- der vektoriellen Geschwindigkeit bezüglich des
Weltkoordinatensystems ,
- der vektoriellen Geschwindigkeit bezüglich des
Kraftfahrzeugkoordinatensystems ,
- des Lenkwinkels und
- der jeweiligen quantitativen Fehler der die genannten Größen beschreibenden Messdaten bzw. Werte.
Ausrichtungsmodelleinheit 109 greift dabei auf sämtliche der Ausgangsdaten von Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 zurück.
Ausrichtungsmodelleinheit 109 ist beispielgemäß so ausgebildet, dass sie zusätzlich zu dem Ausrichtungswinkel noch eine In¬ formation über die Datenqualität des Ausrichtungswinkels in Form einer Varianz berechnet und Fusionsfilter 105 bereitstellt.
Fusionsfilter 105 verwendet den Ausrichtungswinkel und die Varianz des Ausrichtungswinkels bei seinen Berechnungen, deren Ergebnisse er über Fusionsdatensatz 106 an
Strapdown-Algorithmus-Einheit 102 weiterleitet. Fusionsfilter 105 erfasst also die Messwerte von Trägheits- navigationssystem 101, dem Basissystem, sowie von
Odometrienavigationssystem 103 und von Satellitennavigationssystem 104, den Korrektursystemen.
Wenn sich die Verfügbarkeit mindestens eines der beiden Kor¬ rektursysteme, also von Odometrienavigationssystem 103 oder von Satellitennavigationssystem 104, ändert, wird dies mittels einer Selbstdiagnosefunktion festgestellt. Die Selbstdiagnosefunk- tion ist dabei im Wesentlichen ein Abgleich der erfassten
Messwerte zu einem bestimmten Zeitpunkt mit anderen Messwerten bevorzugt zum selben Zeitpunkt oder aber auch zu einem im Wesentlichen unmittelbar benachbarten Zeitpunkt. Wenn erkannt wird, dass die Verfügbarkeit von Odometrienavigationssystem 103 oder von Satellitennavigationssystem 104 nur noch eingeschränkt vorhanden ist, so wird in Fusionsfilter 105 ein der jeweiligen Verfügbarkeit entsprechender Parametersatz für die Rauschmatrix geladen, d.h. die Parameter des das Rauschverhalten beschreibenden, stochastischen Systemmodells werden entsprechend angepasst. Durch diese Anpassung der Parameter werden die
Messwerte des nur noch eingeschränkt verfügbaren Korrektursystems als mit quantitativ größeren Fehlerwerten behaftet angenommen und gegenüber den Messwerten des Basissystems und den Messwerten des uneingeschränkt verfügbaren Korrektursystems weniger schwer gewichtet.
Fig. 2 zeigt beispielhaft eine weitere mögliche Ausbildungsform eines erfindungsgemäßen Systems, welches ebenfalls zur Anpassung eines Navigationssystems ausgebildet ist, in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt) . Das System umfasst beispielsgemäß Träg- heitsnavigationssystem 201 , Satellitennavigationssystem 204 und Odometrienavigationssystem 203 als unterschiedliche Sensorsysteme. Trägheitsnavigationssystem 201, Satellitennavigati¬ onssystem 204 und Odometrienavigationssystem 203 geben Mess- werte, die direkt bzw. indirekt Navigationsdaten, nämlich eine Position, eine Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Ausrichtung, eine Gierrate bzw. eine Gierbeschleunigung beschreiben, an Fusionsfilter 205 aus. Die Ausgabe der Messwerte erfolgt dabei über einen Fahrzeugdatenbus, beispielsgemäß über einen sog. CAN-Bus . Beispielsgemäß gibt Satellitennavigati¬ onssystem 204 seine Messdaten in Rohdatenform an aus. Als zentrales Element bei einer Positionsbestimmung des
Kraftfahrzeugs wird Trägheitsnavigationssystem 201, bei dem es sich um eine sog. MEMS-IMU
(Micro-Electro-Mechanical-System-Inertial Measurement Unit) handelt in Kombination mit Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 verwendet, da dieses als fehlerfrei angenommen wird, d.h., es wird angenommen, dass die Werte von Trägheitsnavigationssystem 201 stets ihrem stochastischen Modell entsprechen, dass sie lediglich Rauscheinflüsse aufweisen und somit frei von äußeren bzw. zufälligen Fehlern bzw. Störungen sind. Das Rauschen sowie verbleibende, nicht modellierte Fehler von Trägheitsnaviga¬ tionssystem 201, wie z.B. Nichtlinearität , werden dabei über den Messbereich als mittelwertfrei, stationär und normalverteilt (sog. Gaußsches Weißes Rauschen) angenommen. Trägheitsnavigationssystem 201 umfasst drei zueinander jeweils orthogonal erfassende Drehratensensoren und drei zueinander jeweils orthogonal erfassende Beschleunigungssensoren.
Satellitennavigationssystem 204 umfasst einen GPS-Empfänger, welcher über die Satellitensignallaufzeit zunächst Entfer¬ nungsmessungen zu den empfangbaren GPS-Satelliten vornimmt und außerdem aus der Änderung der Satellitensignallaufzeit sowie zusätzlich aus der Änderung der Anzahl der Wellenlängen der Satellitensignale eine vom Kraftfahrzeug zurückgelegte Weg- strecke bestimmt. Odometrienavigationssystem 203 umfasst je¬ weils einen Raddrehzahlsensor an jedem Rad des Kraftfahrzeugs sowie einen Lenwinkelsensor . Die Raddrehzahlsensoren bestimmen jeweils die Raddrehgschwindigkeit des ihnen zugeordneten Rads und der Lenkwinkelsensor bestimmt den eingeschlagenen Lenk- winkel .
Trägheitsnavigationssystem 201 gibt seine Messwerte an Vorverarbeitungseinheit 206 von Trägheitssensornavigationssystem 201 aus. Vorverarbeitungseinheit 206 korrigiert nun die
Messwerte bzw. die darin beschriebenen Navigationsdaten mittels Korrekturwerten, die Vorverarbeitungseinheit 206 von Fusi¬ onsfilter 205 erhält. Die solcherart korrigierten Messwerte bzw. die darin beschriebenen Navigationsdaten werden weitergeführt an Strapdown-Algorithmus-Einheit 207.
Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 nimmt anhand der korrigierten Messwerte von Vorverarbeitungseinheit 206 nun eine Positi- onsbestimmung vor. Diese Positionsbestimmung ist dabei eine sog. Koppelnavigation auf Basis von Trägheitsnavigationssystem 201. Dazu werden die von Vorverarbeitungseinheit 206 ausgegebenen korrigierten Messwerte bzw. die darin beschriebenen Navigationsdaten fortlaufend über die Zeit aufintegriert bzw. auf- addiert. Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 kompensiert wei¬ terhin eine auf Trägheitssensornavigationssystem 201 wirkende Corioliskraft , welche sich auf die Messdaten von Trägheits¬ navigationssystem 201 auswirken kann. Zur Positionsbestimmung führt Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 eine zweifache In- tegration der von Trägheitsnavigationssystem 201 erfassten
Messwerte, welche Beschleunigungen beschreiben, über die Zeit durch. Dies ermöglicht eine Fortschreibung einer zuvor bekannten Position sowie eine Fortschreibung einer zuvor bekannten Ausrichtung des Kraftfahrzeugs. Zur Bestimmung einer Ge- schwindigkeit bzw. einer Drehrate des Kraftfahrzeugs führt
Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 eine einfache Integration der von Trägheitssensornavigationssystem 201 erfassten Messwerte über die Zeit durch. Weiterhin korrigiert
Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 auch die bestimmte Position mittels entsprechender Korrekturwerte von Fusionsfilter 205. Fusionsfilter 205 führt in diesem Beispiel die Korrektur also nur mittelbar über Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 aus. Die von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bestimmten und korrigierten Messwerte bzw. Navigationsdaten, also die Position, die Ge- schwindigkeit, die Beschleunigung, die Ausrichtung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs werden nun an Ausgabemodul 212 und an Fusionsfilter 205 geführt. Der von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 ausgeführte sog. Strapdown-Algorithmus ist dabei rechnerisch nur wenig komplex und lässt sich daher als echtzeitfähiges Basissystem reali¬ sieren. Er stellt einen Verfahrensablauf zur Integration der Messwerte von Trägheitsnavigationssystem 201 zu Geschwindigkeit, Ausrichtung und Position dar und beinhaltet keine Fil¬ terung, so dass sich eine annähernd konstante Latenzzeit und Gruppenlaufzeit ergibt. Der Begriff Basissystem beschreibt dabei dasjenige Sensorsystem, dessen Messwerte mittels der Messwerte der anderen Sensorsysteme, der sog. Korrektursysteme, korrigiert werden. Bei¬ spielsgemäß handelt es sich, wie bereits ausgeführt, bei den Korrektursystemen um Odometrienavigationssystem 203 und um Satellitennavigationssystem 204.
Trägheitsnavigationssystem 201, Vorverarbeitungseinheit 206 von Trägheitssensornavigationssystem 201 und
Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bilden beispielsgemäß zu- sammen das sog. Basissystem, zu welchem zusätzlich anteilig auch Fusionsfilter 205 gezählt wird.
Ausgabemodul 212 gibt die von Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 bestimmten und korrigierten Navigationsdaten an beliebige weitere Systeme des Kraftfahrzeugs weiter.
Die von Satellitennavigationssystem 204 erfassten Messwerte werden beispielsgemäß in Form von Sensorsignalen über eine sog. UART-Datenverbindung zunächst an Vorverarbeitungseinheit 208 von Satellitennavigationssystem 204 weitergeführt. Vorverarbeitungseinheit 208 bestimmt nun aus den von Satellitenna¬ vigationssystem 204 ausgegebenen Messwerten, welche
GPS-Rohdaten darstellen und auch eine Beschreibung der Umlaufbahn des jeweils die GPS-Signale sendenden GPS-Satelliten umfassen, eine Position und eine Geschwindigkeit des Kraft¬ fahrzeugs im GPS-Koordinatensystem. Außerdem bestimmt Satellitennavigationssystem 204 eine relative Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zu den GPS-Satelliten, von denen GPS-Signale empfangen werden. Weiterhin korrigiert Vorverarbeitungseinheit 208 einen in den Messwerten enthaltenen Zeitfehler einer Empfängeruhr von Satellitennavigationssystem 204, welcher durch eine Drift der Empfängeruhr entsteht, sowie mittels eines Korrekturmodells die durch atmosphärische Einwirkungen auf die von den GPS-Satelliten gesendeten GPS-Signale verursachten Veränderungen in der Signallaufzeit und dem Signalweg. Die Korrektur des Zeitfehlers sowie der atmosphärischen Einwirkungen erfolgen mittels von Fusionsfilter 205 über den CAN-Bus erhalten Korrekturwerten.
Satellitennavigationssystem 204 ist weiterhin Plausibilisie- rungsmodul 209 zugeordnet, welches die von Vorverarbeitungs¬ einheit 208 ausgegebenen Messwerte der Navigationsdaten, also der Position und der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, plausibilisiert . Die von Plausibilisierungsmodul 209 plausi- bilisierten Messwerte werden dann an Fusionsfilter 205 ausgegeben . Das System umfasst weiterhin Vorverarbeitungseinheit 210 von Odometrienavigationssystem 203, welche über den CAN-Bus die von Odometrienavigationssystem 203 erfassten Messwerte erhält. Die erfassten Messwerte sind in diesem Fall die Messwerte der einzelnen Raddrehzahlsensoren sowie die Messwerte des Lenk- winkelsensors . Vorverarbeitungseinheit 210 bestimmt nun aus den von Odometrienavigationssystem 203 ausgegebenen Messwerten gemäß einem sog. Koppelnavigationsverfahren die Position und die Ausrichtung des Kraftfahrzeugs im Kraftfahrzeugkoordinatensystem. Weiterhin werden die Geschwindigkeit, die Beschleu- nigung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraft¬ fahrzeugs bestimmt, ebenfalls im Kraftfahrzeugkoordinaten¬ system. Außerdem korrigiert Vorverarbeitungseinheit 210 die von Odometrienavigationssystem 203 erhaltenen Messwerte mittels von Fusionsfilter 205 erhaltenen Korrekturwerten.
Odometrienavigationssystem 203 ist weiterhin Plausibilisierungsmodul 211 zugeordnet, welches die von Vorverarbeitungs¬ einheit 210 ausgegebenen Messwerte, also die Position, die Ausrichtung, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Drehrate und die Drehbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, plausibilisiert . Da die Störungen der Messwerte von
Odometrienavigationssystem 203 häufig zufällige, umweltbedingte Störungen sind, die nicht Weißem Rauschen entsprechen, z.B. bei vergleichsweise großem Radschlupf, werden die mittels Träg- heitsnavigationssystem 201 und mittels Satellitennavigati¬ onssystem 204 bestimmten Messwerte genutzt, um die Messwerte von Odometrienavigationssystem 203 zu plausibilisieren . Zunächst werden auch hier aber die Messwerte gegen ein ihnen zugeordnetes, sensorindividuelles Modell abgeglichen, welches Messunsi¬ cherheiten wie Rauscheinflüsse berücksichtigt. Sofern die Messwerte dem Modell innerhalb der gegebenen Grenzwerte bzw. Toleranzbereiche entsprechen, erfolgt hier eine erste
Plausibilisierung und die solcherart plausibilisierten Werte werden weiterverarbeitet. Die plausibilisierten Werte werden dann an Fusionsfilter 205 weitergeführt. Sofern eine
Plausibilisierung dieser Messwerte nicht erfolgen kann, werden die entsprechenden Messwerte verworfen und nicht weiter ver- arbeitet.
Fusionsfilter 205 ist beispielsgemäß als Er- ror-State-Space-Kalman-Filter ausgebildet. Die Hauptaufgabe von Fusionsfilter 205 ist es beispielsgemäß, die Messwerte des Basissystems, also von Trägheitsnavigationssystem 201, mittels aus Messwerten von Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204, welche die Korrektursysteme darstellen, zu korrigieren, bzw. entsprechende Korrekturwerte an Strapdown-Algorithmus-Einheit 207 auszugeben. Da Trägheits- navigationssystem 201 beispielsgemäß als frei von zufälligen Fehlern und äußeren Störungen angenommen wird, unterliegen die Messwerte von Trägheitsnavigationssystem 201 ausschließlich Weißem Rauschen. Da es sich bei Fusionsfilter 205 um einen sog. Er- ror-State-Space-Kalman-Filter handelt, werden ausschließlich die quantitativen Fehlerwerte der Messwerte bestimmt und entsprechende Korrekturen ausgeführt. Dies vereinfacht und beschleunigt die von Fusionsfilter 205 vorgenommene Fusion der Messwerte von Trägheitsnavigationssystem 201,
Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204 zu einem gemeinsamen Fusionsdatensatz. Somit wird eine echtzeitfähige Positionsbestimmung und Korrektur der Positionsbestimmung ermöglicht.
Das in Fig. 2 dargestellte System stellt einen sog. virtuellen Sensor dar, wobei Trägheitsnavigationssystem 201,
Odometrienavigationssystem 203 und Satellitennavigationssystem 204 jedoch nicht Bestandteile des virtuellen Sensors sind. Ein virtueller Sensor ist ein System, welches unabhängig von der Art der eingebundenen Sensorsysteme - hier also Trägheitsnaviga¬ tionssystem 201, Odometrienavigationssystem 203 und Satelli- tennavigationssystem 204 - stets die gleichen Ausgangsdaten bzw. Ausgaben erzeugt. Anhand der Ausgangsdaten bzw. Ausgaben ist nicht ersichtlich, welche Sensorsysteme in das System einge¬ bunden sind. Bei einer Änderung der Verfügbarkeit eines Korrektursystems, beispielsgemäß von Satellitennavigationssystem 204 erfolgte eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells, nämlich der sog. Rauschmatrix des Systems,
mittels derer die geänderte Verfügbarkeit von Satellitenna- vigationssystem 204 berücksichtigt wird. Die Änderung der Verfügbarkeit von Satellitennavigationssystem 204 erfolgt beispielsgemäß verursacht durch eine Tunnelfahrt des Kraft¬ fahrzeugs, so dass Satellitennavigationssystem 204 keine Signale der zugehörigen Navigationssatelliten mehr empfangen kann. Dieser Umstand wird einerseits mittels einer Selbstdiagnose¬ funktion von Satellitennavigationssystem 204 erkannt und an Fusionsfilter 205 gemeldet und andererseits mittels einer im Navigationssystem vorhanden digitalen Straßenkarte erkannt und ebenfalls an Fusionsfilter 205 gemeldet. Das erfindungsgemäße System lädt nun aus einem digitalen Speicher einen Parametersatz zur Gewichtung der unterschiedlichen Messwerte, der speziell an eine Tunnelfahrt angepasst ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Anpassung eines Navigationssystems,
wobei das Navigationssystem ein Basissystem (101, 201) und mindestens ein Korrektursystem (103, 104, 203, 204) umfasst, wobei vom Basissystem (101, 201) und vom mindestens einen Korrektursystem (103, 104, 203, 204) jeweils Messwerte erfasst werden, wobei die Messwerte Navigationsdaten beschreiben, wobei die Messwerte jeweils mit Fehlerwerten behaftet sind, wobei die Fehlerwerte Abweichungen der Messwerte von den beschriebenen Navigationsdaten beschreiben und wobei eine Erkennung zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems mittels der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung unter Berücksich- tigung einer Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) erfolgt,
wobei die Berücksichtigung eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells darstellt und wobei das sto- chastische Systemmodell nach Maßgabe der Parameter eine Ge- wichtung von Messwerten des mindestens einen Korrektursystems gegenüber Messwerten des Basissystems (101, 201) vorgibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Korrektur zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems (101, 201) mittels der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) erfolgt, wobei die Korrektur unter Berücksichtigung der Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) erfolgt.
3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Basissystem (101, 201) ein Trägheitsnavigationssystem (101, 201) ist und das mindestens eine Korrektursystem (103, 104, 203, 204) ein globales Sa- tellitennavigationssystem (104, 204) und/oder ein
Odometrienavigationssystem (103, 203) ist.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfügbarkeit des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) mittels einer Selbstdiagnosefunktion bestimmt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung und/oder die Korrektur mittels eines Error-State-Space-Filters (105, 205), insbesondere mittels eines Error-State-Space-Kalman-Filters (105, 205), erfolgen.
6. System zur Anpassung eines Navigationssystems,
wobei das Navigationssystem ein Basissystem (101, 201) und mindestens ein Korrektursystem (103, 104, 203, 204) umfasst, wobei das Basissystem (101, 201) und das mindestens eine Korrektursystem (103, 104, 203, 204) jeweils dazu ausgebildet sind, Messwerte zu erfassen, wobei die Messwerte Navigati¬ onsdaten beschreiben, wobei die Messwerte jeweils mit Feh¬ lerwerten behaftet sind, wobei die Fehlerwerte Abweichungen der Messwerte von den beschriebenen Navigationsdaten beschreiben und wobei das System dazu ausgebildet ist, eine Erkennung zumindest der Fehlerwerte der Messwerte des Basissystems (101, 201) mittels der Messwerte des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) durchzuführen,
dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist, die Erkennung unter Berücksichtigung eines Erfassungszustands des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) durchzuführen, wobei die Berücksichtigung eine Anpassung von Parametern eines stochastischen Systemmodells darstellt und wobei das stochastische Systemmodell nach Maßgabe der Parameter eine Gewichtung von Messwerten des mindestens einen Korrektursystems (103, 104, 203, 204) gegenüber Messwerten des Basissystems (101, 201) vorgibt.
7. System nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass das System dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 auszu¬ führen .
8. Verwendung des Systems nach mindestens einem der Ansprüche 6 und 7 in einem Kraftfahrzeug.
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