Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Orten

Fahrzeuges sowie ein Fahrzeug mit der Vorrichtung.

Aus der WO 2011/ 098 333 AI ist bekannt, in einem Fahrzeug verschiedene Sensorgrößen heranzuziehen, um bereits vorhandene Sensorgrößen zu verbessern oder neue Sensorgrößen zu generieren und somit die erfassbare Information zu steigern.

Es ist Aufgabe die Nutzung mehrerer Sensorgrößen zur Informationssteigerung zu verbessern.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Orten eines Fahrzeuges mit einer Positionsbestimmungseinrichtung die Positionsbestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer das Fahrzeug ortenden Lage, eine Bewegungsbestimmungs- einrichtung zum Bestimmen einer Fahrdynamik des Fahrzeuges und eine Filtereinrichtung zum Bestimmen eines Fehlers in der Lage des Fahrzeuges basierend auf der Fahrdynamik, wobei die Positionsbestimmungseinrichtung und die Bewegungsbestimmungs- einrichtung mit der Filtereinrichtung über je eine dedizierte Leitung verbunden sind.

Der angegebenen Vorrichtung liegt die Idee zugrunde, dass der durch die Filtereinrichtung bestimmte Fehler beispielsweise zur Korrektur der ortenden Lage in der Filtereinrichtung selbst oder in der Positionsbestimmungseinrichtung herangezogen werden könnte. Die Korrektur wäre aber nur sinnvoll, wenn der Fehler zeitnah zur Erfassung der das Fahrzeug ortenden Lage und der Fahrdynamik des Fahrzeuges bestimmt wird, da der Fehler sonst nicht mehr zu der das Fahrzeug ortenden Lage passt und damit veraltet. Der bestimmte Fehler wäre damit wertlos. Der angegebenen Vorrichtung liegt weiter die Überlegung zugrunde, dass es in einer normalen Fahrzeugarchitektur sinnvoll ist die Positionsbestimmungseinrichtung, wie beispielsweise einen Empfänger für ein globales Navigationssatellitensystem-Signal, nachstehend GNSS-Empfänger genannt, und die Be- wegungsbestimmungseinrichtung, wie beispielsweise einen Inertialsensor, IMU genannt, an zwei verschiedenen Stellen zu verbauen, da ihre zu erfassenden Messgrößen durch unterschiedliche Randbedingungen verfälscht werden. So sollte beispielsweise ein GNSS-Empfänger möglichst nahe an der Antenne angeordnet sein, um Signalschwächungen des GNSS-Signals durch lange Kabel möglichst gering zu halten. Demgegenüber sollte eine IMU möglichst am Schwerpunkt des Fahrzeuges angeordnet sein, um hebelarm-bedingte Fehler bei der Erfassung der Fahrdynamik des Fahrzeuges zu vermeiden. Daher müssten die Daten der beiden Sensoren in irgendeiner Weise miteinander ausgetauscht werden, wofür sich ein ohnehin im Fahrzeug verbautes Bussystems, wie beispielsweise ein CAN-Bus (Controller Area Network-Bus) eignen würde .

Basierend auf dieser weiteren Überlegung wird im Rahmen der angegebenen Erfindung jedoch erkannt, dass durch die Übertragung der Daten aus der Positionserfassungseinrichtung und der Be- wegungserfassungseinrichtung über das Bussystem nicht deterministische und damit nicht korrigierbare Übertragungslatenzen entstehen könnten. Im Falle des zuvor genannten CAN-Busses können diese nicht deterministischen Übertragungslatenzen bis zu 2ms betragen, die sich aufgrund von Jittern von typischerweise bis zu 2ms, im Maximum auf bis zu 10ms erhöhen können. Die Filtereinrichtung würde damit entsprechend veraltete Daten empfangen, wodurch die Datenintegrität des berechneten Fehlers der Filtereinrichtung entsprechend sinkt. Würde ein derartig veralteter Fehler zur Korrektur der das Fahrzeug ortenden Lage oder der Fahrdynamik des Fahrzeuges verwendet werden, könnte er sogar den gegenteiligen Effekt hervorrufen und die Datenintegrität der das Fahrzeug ortenden Lage oder der Fahrdynamik des Fahrzeuges verschlechtern. Aus diesem Grund wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, einen entsprechend höheren elektronischen Aufwand in Kauf zu nehmen und die Positionsbestimmungseinrichtung und die Bewegungsbestimmungseinrichtung über eine dedizierte Leitung miteinander zu verbinden, so dass die zuvor genannten Übertragslatenzen gesenkt und damit die Datenintegrität zumindest des Fehlers, vorzugsweise jedoch auch der das Fahrzeug ortenden Lage und/oder der Fahrdynamik des Fahrzeuges erhöht werden. Unter die Datenintegrität soll nachstehend zumindest eine temporale Korrektheit von Daten fallen, anhand derer erkannt werden kann, ob ein durch die Daten beschriebener Sachverhalt bereits veraltet ist, oder nicht.

Im Rahmen der angegebenen Vorrichtung sollen unter den von der Bewegungsbestimmungseinrichtung ausgegebenen Fahrdynamikdaten Beschleunigungs- und/oder Drehratendaten des Fahrzeuges um die Hauptachsen verstanden werden. Die von der Bewegungsbestim- mungseinrichtung ausgegebenen Fahrdynamikdaten können dabei Längsbeschleunigungen, Querbeschleunigungen, Höhenbeschleunigungen, Gierraten, Wankdaten und/oder Nickdaten umfassen.

In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung sind die Positionsbestimmungseinrichtung, die Bewegungsbestimmungs- einrichtung, die Filtereinrichtung und die dedizierten Leitungen in einem gemeinsamen Modul integriert . Auf diese Weise können die Längen der dedizierten Leitungen zwischen der Positionsbestimmungseinrichtung, der Bewegungsbestimmungseinrichtung und der Filtereinrichtung und damit LaufZeitverzögerungen weiter gesenkt werden, wodurch die Datenintegrität der Daten aus der Filtereinrichtung weiter gesteigert wird.

In einer besonderen Weiterbildung umfasst das gemeinsame Modul ein gemeinsames Substrat, auf dem die Positionsbestimmungseinrichtung, die Bewegungsbestimmungseinrichtung, die Filtereinrichtung und die dedizierten Leitungen angeordnet sind. Auf diese Weise können die Längen der dedizierten Leitungen und damit die zuvor genannten LaufZeitverzögerungen minimiert werden, wodurch die Datenintegrität der Daten aus der Fil- tereinrichtung weiter gesteigert wird.

Um Ubertragungslatenzen zwischen den einzelnen Einrichtungen in der angegebenen Vorrichtung weiter zu senken, kann die angegebene Vorrichtung in einer besonders bevorzugten Weiterbildung einen Speicher umfassen, der von der Positionsbestimmungseinrichtung, der Bewegungsbestimmungseinrichtung und der Filtereinrichtung gemeinsam genutzt wird, so dass Verzögerungen beim Speicherzugriff auf ein Minimum reduziert werden können.

In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die Positionsbestimmungseinrichtung eingerichtet, die absolute Position des Fahrzeuges basierend auf zwei verschiedenen Positionsbestimmungssignalen mit zwei verschiedenen Freguenzen zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine größere Genauigkeit der Positionsbestimmungseinrichtung und damit eine bessere Basis für die Fusionierung mit der Bewegungsbestimmungseinrichtung erreicht werden.

In einer zusätzlichen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die Positionsbestimmungseinrichtung eingerichtet, den Fehler aus der Filtereinrichtung zu empfangen und die ortende Lage des Fahrzeuges basierend auf dem Fehler zu korrigieren. Unter eine derartige Positionsbestimmungseinrichtung fällt beispielsweise ein Empfänger für ein Signal eines deeply coupled globalen Navigationssatellitensystems, deeply coupled GNSS Empfänger genannt. Hierbei werden die Navigationsinformationen wie Position, Geschwindigkeit und so weiter zurück in den deeply coupled GNSS Empfänger gespielt, um damit Schwankungen durch zum Beispiel Dopplerverschiebungen der Eingangsfreguenzen und so weiter besser ausgleichen zu können. Im Vergleich zu einem tightly coupled GNSS Empfänger werden die Daten der Bewe- gungsbestimmungseinrichtung also nicht nur ausschließlich in der Filtereinrichtung verwendet, um eine möglichst präzise Ortung zu ermöglichen, sondern auch in der Positionsbestimmungseinrichtung, um die Robustheit und Sensitivität des

GNSS-Signalempfangs zu verbessern. Zwar lassen sich die zuvor genannten Verbesserungen auch bei der Verwendung eines tightly coupled GNSS Empfängers als Positionsbestimmungseinrichtung in der angegebenen Vorrichtung beobachten, in einem deeply coupled GNSS Empfänger wird ein Fehler in der das Fahrzeug ortenden Lage jedoch durch eine Rückkopplung in die Positionsbestimmungs- einrichtung weiter gesenkt, was zu einer höheren Datenintegrität führt. Diese höhere Datenintegrität lässt sich jedoch nur bei ausreichend geringen Totzeiten in der Rückkopplung und damit ausreichend geringen Übertragungslatenzen erreichen, weshalb die angegebene Vorrichtung in Verbindung mit einem deeply coupled GNSS Empfänger ihr volles Potential zur Steigerung der Datenintegrität ausspielen kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrzeug eine der angegebenen Vorrichtungen.

In einer Weiterbildung umfasst das angegebene Fahrzeug eine Antenne zum Empfang eines Signals für die Positionsbestimmungseinrichtung, wobei die Vorrichtung an der Antenne angeordnet ist. Wie bereits erwähnt sollten oben erwähnten

Übertragungslatenzen soweit wie möglich verringert werden. Der angegebenen Weiterbildung liegt diesbezüglich die Überlegung zugrunde, dass die Bewegungsbestimmungseinrichtung, hauptsächlich Fehler durch Hebelarme in die Fahrdynamikdaten einbringt, wenn diese nicht im Fahrzeugschwerpunkt angeordnet ist. Im Gegensatz zu den stochastischen Übertragungslatenzen bei dem über die Antenne empfangenen GNSS-Signal sind die Hebelarme jedoch insbesondere bei Fahrzeugen mit steifen Fahrzeugkarosserien weitgehend deterministische Fehlerguellen und können bei der Ausgabe der Fahrdynamikdaten berücksichtigt werden. Daher ist die Anordnung der Bewegungsbestimmungseinrichtung zusammen mit der Positionsbestimmungseinrichtung in der Nähe der Antenne technisch am sinnvollsten. Aber auch bei Fahrzeugen mit nicht steifen Fahrzeugkarosserien ist die Anordnung der Be- wegungsbestimmungseinrichtung an der Antenne vorteilhaft, da sich die Bewegungsbestimmungseinrichtung bei der Erfassung der Fahrdynamik des Fahrzeuges synchron mit der Antenne bewegt kann, und dadurch Fehler in der Ortung des Fahrzeuges unterdrückt werden können, die in einem Fahrzeug mit einer nicht starren Fahrzeugkaros serie durch die Bewegung der Antenne gegenüber dem Schwerpunkt des Fahrzeuges auftreten.

In einer alternativen oder zusätzlichen Weiterbildung umfasst das angegebene Fahrzeug eine weitere Bewegungsbestimmungs- einrichtung, die an einem Schwerpunkt des Fahrzeuges angeordnet ist. Im Falle der zuvor genannten nicht steifen Fahrzeugkarosserien ist der oben genannte Hebelarmfehler nicht mehr rein deterministisch, da die Verformung der Fahrzeugkarosserie, die schwierig erfassbar ist, Einfluss auf die Fahrdynamik hat. Durch die Verwendung zweier Bewegungsbestimmungseinrichtungen können insbesondere in wenig steifen Fahrzeugkaros Serien die oben genannten Vorteile bei der Anordnung der Bewegungsbestim- mungseinrichtung in Antennennähe und die Anordnung der Bewe- gungsbestimmungseinrichtung in Schwerpunktnähe kombiniert werden .

In besonders günstiger Weise könnte das angegebene Fahrzeug in einer zusätzlichen Weiterbildung eine Drehratenbestimmungs- einrichtung aufweisen, die eingerichtet ist, basierend auf aus den Bewegungsbestimmungseinrichtungen ausgegebenen Beschleunigungssignalen Drehraten des Fahrzeuges zu bestimmen. Auf diese Weise könnten für die beiden Bewegungsbestimmungseinrichtungen beispielsweise statt zwei kostenintensiven sechs Achsen IMUs zwei kostengünstige Beschleunigungsmessgeräte verwendet werden, die die Beschleunigungen des Fahrzeuges in Längs-, Quer- und Höhenrichtung erfassen.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei :

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges mit einem Fusionssensor, und Fig. 2 eine Prinzipdarstellung des Fusionssensors aus Fig. 1 zeigt .

In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung eines Fahrzeuges 2 mit einem Fusionssensor 4 zeigt. Der Fusionssensor 4 empfängt in der vorliegenden Ausführungsform über einen an sich bekannten GNSS-Empfänger 6 Lagedaten 8 des Fahrzeuges 2, die eine absolute Position des Fahrzeuges 2 auf einer Fahrbahn 10 umfassen. Neben der absoluten Position umfassend die Lagedaten 8 aus dem GNSS-Empfänger 6 auch eine Geschwindigkeit des Fahrzeuges 2. Die Lagedaten 8 aus dem

GNSS-Empfänger 6 werden in der vorliegenden Ausführung in einer dem Fachmann bekannten Weise aus einem GNSS-Signal 12 in dem GNSS-Empfänger 6 abgeleitet, das über eine GNSS-Antenne 13 empfangen wird und daher nachstehend GNSS-Lagedaten 8 genannt. Für Details dazu wird auf die einschlägige Fachliteratur dazu verwiesen .

Der Fusionssensor 4 ist in einer noch zu beschreibenden Weise dazu ausgebildet, den Informationsgehalt der aus dem GNSS-Signal 12 abgeleiteten GNSS-Lagedaten 8 zu steigern. Dies ist einerseits notwendig, da das GNSS-Signal 12 einen sehr niedrigen Signal/Rauschbandabstand aufweisen und so sehr ungenau sein kann. Andererseits ist das GNSS-Signal 12 nicht ständig verfügbar. In der vorliegenden Ausführung weist das Fahrzeug 2 dazu eine Bewegungsbestimmungseinrichtung 14 auf, die Fahrdynamikdaten 16 des Fahrzeuges 2 erfasst. Darunter fallen bekanntermaßen eine Längsbeschleunigung, eine Querbeschleunigung sowie eine Vertikalbeschleunigung und eine Wankrate, eine Nickrate sowie eine Gierrate des Fahrzeuges 2. Diese Fahrdynamikdaten 16 werden in der vorliegenden Ausführung herangezogen, um den Informationsgehalt der GNSS-Lagedaten 8 zu steigern und beispielsweise die Position und die Geschwindigkeit des Fahrzeuges 2 auf der Fahrbahn 10 zu präzisieren. Die präzisierten Lagedaten 18 können dann von einem Navigationsgerät 20 selbst dann verwendet werden, wenn das GNSS-Signal 12 beispielsweise unter einem Tunnel überhaupt nicht verfügbar ist.

Zur weiteren Steigerung des Informationsgehaltes der

GNSS-Lagedaten 8 können in der vorliegenden Ausführung optional noch Raddrehzahlsensoren 22 verwendet werden, die die Raddrehzahlen 24 der einzelnen Räder 26 des Fahrzeuges 2 erfassen. Ebenso kann ein Lenkwinkelsignal zur weiteren Steigerung des Informationsgehalts der GNSS-Lagedaten herangezogen werden.

Es wird auf Fig. 2 Bezug genommen, die eine Prinzipdarstellung Fusionssensors 4 aus Fig. 1 zeigt.

In den Fusionssensor 4 gehen die in Fig. 1 bereits erwähnten Messdaten ein. Der Fusionssensor 4 soll die präzisierten Lagedaten 18 ausgeben. Grundgedanke dazu ist es, die Information aus den GNSS-Lagedaten 8 den Fahrdynamikdaten 16 aus dem Be- wegungsbestimmungseinrichtung 14 in ein Filter 30 gegenüberzustellen und so einen Signal/Rauschbandabstand in den Lagedaten 8 des GNSS-Empfängers 6 oder den Fahrdynamikdaten 16 aus dem Bewegungsbestimmungseinrichtung 14 zu erhöhen. Dazu kann das Filter zwar beliebig ausgebildet, ein Kaiman-Filter löst diese Aufgabe am wirkungsvollsten mit einem vergleichsweise geringen Rechenressourcenanspruch. Daher soll das Filter 30 nachstehend vorzugsweise ein Kaiman-Filter 30 sein.

In das Kaiman-Filter 30 gehen die präzisierten Lagedaten 18 des Fahrzeuges 2 und Vergleichslagedaten 34 des Fahrzeuges 2 ein. Die präzisierten Lagedaten 18 werden in der vorliegenden Ausführung in einem beispielsweise aus der DE 10 2006 029 148 AI bekannten Strapdown-Algorithmus 36 aus den Fahrdynamikdaten 16 generiert. Sie enthalten präzisierten Positionsinformationen über das Fahrzeug, aber auch andere Lagedaten über das Fahrzeug 2, wie beispielsweise seine Geschwindigkeit, seine Beschleunigung und sein Heading. Demgegenüber werden die Vergleichslagedaten 34 aus einem Modell 38 des Fahrzeuges 2 gewonnen, das zunächst einmal aus dem GNSS-Empfänger 6 mit den GNSS-Lagedaten 8 gespeist wird. Aus diesen GNSS-Lagedaten 8 werden dann in dem Modell 38 die Vergleichslagedaten 34 bestimmt, die die gleichen Informationen enthalten, wie die präzisierten Lagedaten 18. Die präzisierten Lagedaten 18 und die Vergleichslagedaten 34 unterscheiden sich lediglich in ihren Werten.

Das Kaiman-Filter 30 berechnet basierend auf den präzisierten Lagedaten 18 und den Vergleichslagedaten 34 einen Fehlerhaushalt 40 für die präzisierten Lagedaten 18 und einen Fehlerhaushalt 42 für die Vergleichslagedaten 34. Unter einem Fehlerhaushalt soll nachstehend ein Gesamtfehler in einem Signal verstanden werden, der sich aus verschiedenen Einzelfehlern bei der Erfassung und Übertragung des Signals zusammensetzt . Bei dem GNSS-Signal 12 und damit bei den GNSS-Lagedaten 8 kann sich der entsprechende Fehlerhaushalt aus Fehlern der Satellitenbahn, der Satellitenuhr, der restlichen Refraktionseffekte und aus Fehlern im GNSS-Empfänger 6 zusammensetzen. Dieser Fehlerhaushalt würde mit in den Fehlerhaushalt 42 der Vergleichslagedaten 34 eingehen.

Der Fehlerhaushalt 40 der präzisierten Lagedaten 18 und der Fehlerhaushalt 42 der Vergleichslagedaten 34 werden dann entsprechend dem Strapdown-Algorithmus 36 und dem Modell 38 zur Korrektur der präzisierten Lagedaten 18 beziehungsweise der Vergleichslagedaten 34 zugeführt. Das heißt, dass die präzisierten Lagedaten 18 und die Vergleichslagedaten 34 iterativ um ihre Fehler bereinigt werden.

In der vorliegenden Ausführung sind der Fusionssensor 4, der GNSS-Empfänger 6 und Teile der in Fig. 2 nicht weiter refe- renzierten Positionsbestimmung 14 in einem gemeinsamen Fusionsmodul 44 angeordnet, das beispielsweise als gemeinsames Gehäuse, als gemeinsames Substrat, wie eine Leiterplatte, oder sogar als gemeinsame Schaltung auf einem Chip ausgebildet sein kann. Das Fusionsmodul 44 ist im Fahrzeug 2 dabei lokal an der Antenne 13 angeordnet.

Im Fusionsmodul 44 gibt der GNSS-Empfänger 6 die Lagedaten 8 über eine in Fig. 2 mit einer verdickten Linie angedeuteten dedizierten Leitung 46 an den Fusionssensor 4 aus.

Ferner umfasst das Fusionsmodul 44 eine erste Beschleuni- gungserfassungseinrichtung 48, die lokal an der Antenne 13 gemeinsam mit dem GNSS-Empfänger 6 angeordnet ist. Die erste Beschleunigungserfassungseinrichtung 48 erfasst die Beschleunigungen 50 des Fahrzeuges 2 am Ort der Antenne 13 in allen drei Raumrichtungen und gibt diese über eine dedizierte Lei- tung 46 an eine Inertialberechnungseinrichtung 52, die wiederum die Fahrdynamikdaten 16 in einer noch zu beschreibenden Weise über eine dedizierte Leitung an den Fusions sensor 4 ausgibt.

Das Fusionsmodul 44 umfasst ferner eine Bus schnittsteile 54, über die die präzisierten Lagedaten 18 und die Raddrehzahlen 24 über einen CAN-Bus 56 entsprechend an das Navigationsgerät 20 gesendet und von den Raddrehzahlsensoren 22 empfangen werden können . In der vorliegenden Ausführung ist an den CAN-Bus 56 ferner eine zweite Beschleunigungserfassungseinrichtung 58 angeschlossen, die die Beschleunigungen 50 des Fahrzeuges 2 am Schwerpunkt des Fahrzeuges 2 erfasst und über den CAN-Bus 56 an die Inertialberechnungseinrichtung 52 ausgibt, gemeinsam mit einem präzisen Zeitstempel. Die Inertialberechnungseinrichtung 52 kennt den Abstand zwischen der ersten Beschleunigungserfassungseinrichtung 48 und der zweiten Beschleunigungserfassungseinrichtung 58, so dass sie basierend auf den erfassten Beschleunigungen 50 des Fahrzeuges an den beiden Orten die Drehraten des Fahrzeuges 2, also hinsichtlich Gieren, Wanken und Nicken berechnen kann. Damit ersetzen die beiden Beschleunigungserfassungseinrichtungen 48, 58 gemeinsam mit der Inertialberechnungseinrichtung 52 einen herkömmlichen

Inertialsensor.

In der vorliegenden Ausführung kann optional der Fehlerhaushalt 42 beispielsweise der Vergleichslagedaten 34 mit dem oben genannten Fehlerhaushalt des GNSS-Signals 12 über eine dedi- zierte Leitung 46 zurück in den GNSS-Empfänger 6 gesendet werden, damit der GNSS-Empfänger 6 wie in einem an sich bekannten deeply coupled GNSS-Empfänger die Bestimmung der Lagedaten 8 basierend auf dem GNSS-Signal 12 unter Berücksichtigung des Fehlerhaushaltes 42 präzisieren kann.