用于输出指示物理测量参量的测量信号的装置

摘要

本发明涉及一种用于输出指示车辆(2)中的物理测量参量的测量信号(18)的装置(4)，该装置包括：‑第一处理器(44)，其被设置用于，基于第一传感器信号(16)确定用于物理测量参量的第一比较信号(18)，‑第二处理器(46)，其被设置用于，基于第二传感器信号(8)确定用于物理测量参量的第二比较信号(34)，和‑滤波设备(30)，该滤波设备被设置用于，确定两个比较信号(18、34)之间的误差(40)并将该误差输出至第一处理器(44)，‑其中，第一处理器(44)被设置用于，基于利用误差(40)对第一比较信号(18)的修正来确定测量信号(18)。

权利要求

1.一种用于输出指示车辆(2)中的物理测量参量的测量信号的装置(4)，该装置包括：-第一处理器(44)，该第一处理器被设置用于，基于第一传感器信号(16)确定用于物理测量参量的第一比较信号(18)，-第二处理器(46)，该第二处理器被设置用于，基于第二传感器信号(8)确定用于物理测量参量的第二比较信号(34)，和-滤波设备(30)，该滤波设备被设置用于，确定两个比较信号(18、34)之间的误差，-其中，所述第一处理器(44)被设置用于，基于利用误差对第一比较信号(18)的修正来确定测量信号，其中，传感器信号中的一个(8)是全球卫星导航信号，传感器信号中的另一个(16)是行驶动力学信号，而物理测量参量是方位测定信号，所述方位测定信号测定车辆(2)的绝对位置和车辆的位置变化，其特征在于，

在分开的处理器上确定所述两个比较信号；

所述滤波设备(30)基于所述两个比较信号(18、34)计算用于第一比较信号(18)的第一误差预算(40)和用于第二比较信号(34)的第二误差预算(42)，将第一误差预算(40)输出至第一处理器(44)，将第二误差预算(42)输出至第二处理器(46)；

所述第一处理器(44)基于第一误差预算(40)修正第一比较信号(18)，并将修正后的第一比较信号(18)作为测量信号；

所述第二处理器(46)基于第二误差预算(42)修正第二比较信号(34)，并将修正后的第二比较信号(34)输出至滤波设备(30)。

2.根据权利要求1所述的装置(4)，其中，至少一个处理器(44、46)被设置用于，对相应另外的处理器(46、44)进行监控。

3.根据权利要求2所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、46)被设置用于，计算被监控的处理器(46、44)的比较信号(34、18)和用于物理测量参量的模型之间的余数(56、54)。

4.根据权利要求3所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、46)被设置用于，基于计算出的余数(56、54)和理论值的比较来对被监控的处理器(46、44)的工作进行监控。

5.根据权利要求4所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、46)被设置用于，当被监控的处理器(46、44)的工作被识别为有错误时，输出所述进行监控的处理器所确定的比较信号(34、18)作为测量信号。

6.根据权利要求5所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、46)在被监控的处理器(46、44)有错误的状况下被设置用于，使测量信号带有关于被监控的处理器(46、44)失效的信息(56、54)。

7.根据前述权利要求3至6中任一项所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、

46)被设置用于，把其比较信号(34、18)与计算出的余数(56、54)关联起来并输出。

8.根据前述权利要求2至6中任一项所述的装置(4)，其中，所述进行监控的处理器(44、

46)是数据加密处理器。

9.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的装置(4)的车辆(2)。

说明书

用于输出指示物理测量参量的测量信号的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种在车辆中用于输出指示物理测量参量的测量信号的装置以及一种包括所述装置的车辆。

背景技术

[0002] 由WO 2011/098 333 A1已知，在车辆中考虑不同的传感器参量，以便基于合并改进已经存在的传感器参量或者产生新的传感器参量并进而增加可检测的信息。

发明内容

[0003] 本发明的任务在于，改进对多个传感器参量的使用以用于增加信息。

[0004] 该任务通过独立权利要求所述的特征完成。从属权利要求的主题是优选的改进方案。

[0005] 根据本发明的一个方面，用于输出指示车辆中的物理测量参量的测量信号的装置包括：第一处理器，其被设置用于，基于第一传感器信号确定用于物理测量参量的第一比较信号；第二处理器，其被设置用于，基于第二传感器信号确定用于物理测量参量的第二比较信号；和滤波设备，该滤波设备被设置用于，确定两个比较信号之间的误差并将该误差输出至第一处理器，其中，第一处理器被设置用于，在考虑误差的情况下基于对第一比较信号的修正来确定测量信号。

[0006] 所述装置的基本考虑在于，应该以极高的安全水平由例如ISO-标准ISO 26262中的ASIL B或者甚至ASIL D输出传感器参量的前述合并的结果以及进而输出期望的测量信号。然而符合测量信号的这种高安全性要求的相应的算法直接带来相应高的计算花费，该计算花费要求相应高的处理器功率，以便以期望的安全水平输出测量信号。

[0007] 然而在所述装置的框架内认识到，当在分开的处理器上确定被作为传感器合并的基础的比较信号时，已经可以实现输出测量信号中的基本安全性。在这种情况下，两个处理器之一可能失效，且始终还可能有比较信号可用，该比较信号有利地可以用作具有较小质量的测量信号。通过这种方式可以放弃使用上述计算资源密集的算法用于实现高的安全水平，因为安全水平已经可以通过使用两个冗余然而价廉的处理器实现。

[0008] 尽管传感器信号和测量信号可以描述任意的物理参量，像轮胎压力、轮胎半径等，然而在所述装置的改进方案中，传感器信号中的一个是全球卫星导航信号——下文称为GNSS信号，传感器信号中的另一个是行驶动力学信号，而物理测量参量是方位测定信号，所述方位测定信号测定车辆的绝对位置和车辆的位置变化。例如，如果用于确定传感器合并的处理器的行驶动力学信号失效，则可以由GNSS信号至少初步地推导出行驶动力学数据，以便例如为初步的行驶动力学调节推导出车辆的运动。在处理器失效时情况类似，在传感器合并的框架内该处理器确定GNSS信号。在此，例如可以通过返回至本身已知的松散耦合的方法(Loosly-Coupled Ansatz)基于行驶动力学数据对车辆的、可由GNSS信号推导出的方位测定数据进行内插。

[0009] 在所述装置的另一个改进方案中，至少一个处理器被设置用于，对相应另外的处理器进行监控。通过这种方式可以识别出错误工作的处理器并采取合适的对策，例如利用所述对策把车辆转换至不威胁安全性的行驶状态。例如，如果行驶动力学数据被省去，则车辆可以转换至紧急工作模式，在该紧急工作模式中对车辆来说允许了特定的最高速度，在该最高速度本身下利用由GNSS信号推导出的行驶动力学数据能实现初步的行驶动力学调节。备选地或附加地，可以在导航仪上搜索用于车辆的下一个维修车间并为驾驶员显示出来。

[0010] 在所述装置的额外的改进方案中，进行监控的处理器被设置用于，计算被监控的处理器的比较信号和用于物理测量参量的模型之间的余数。在下文中，余数应该理解为一种偏差，当取代理想的解决方案数据而把来自比较信号的数据用在模型中时，得出所述偏差。因此，余数是用于来自被监控的处理器的比较信号中的误差的指示物，通过在待监控的处理器上独立的计算能可靠地找到该误差。

[0011] 在所述装置的特殊的改进方案中，进行监控的处理器被设置用于，基于计算出的余数和理论值的比较来对被监控的处理器的工作进行监控，从而确定一标准，即应该从何时起确定误差。

[0012] 在所述装置的优选改进方案中，进行监控的处理器被设置用于，当被监控的处理器的工作被识别为有错误时，输出所述进行监控的处理器所确定的比较信号作为测量信号。通过这种方式，监控处理器可以由于不起作用的传感器合并弥补测量信号的失效，直至例如在维修车间中排除该失效。

[0013] 在所述装置的特别优选的改进方案中，进行监控的处理器在被监控的处理器有错误的状况下被设置用于，使测量信号带有关于被监控的处理器失效的信息。通过这种方式，其它执行器、调节电路或控制装置能识别失效，即仍无错误的处理器的比较信号(其用作测量信号)的较差的数据完整性，并鉴于此校准其工作。例如，可以在特定条件下关掉或完全关掉行驶动力学调节装置，以便不通过不稳定的调节把车辆转换至对交通重要的情况中。

[0014] 在所述装置的另一个改进方案中，进行监控的处理器被设置用于，把其比较信号与计算出的余数关联起来并输出。例如，该输出可以持续地且与被监控的处理器的错误情况无关地进行。通过这种方式，比较信号本身的接收器可以确定，其是否把比较信号用作测量信号或者使用来自传感器合并的测量信号。

[0015] 在所述装置的备选改进方案中，进行监控的处理器是数据加密处理器，该数据加密处理器以如下方式执行其处理过程，即所述处理过程例如不能通过系统分析从外部实行。通过这种方式使得对进行监控的处理器的操纵变得困难。特别有利地，应该把处理器选择为数据加密处理器，在该数据加密处理器上不运行滤波设备执行的处理过程，且因此承受最小的计算花费。因此，数据加密处理器可以相应地选择为功率较小，这才可能实现用作数据加密处理器。数据加密处理器优选可以验证被监控的处理器的比较信号的可信性且接着直接发送可信性验证结果，因为其它车辆组件由此得到可靠的且主要是不被操纵的、关于被监控的处理器的状态报告。

[0016] 根据本发明的另一个方面，车辆包括所述装置。

附图说明

[0017] 结合下文对实施例的描述使得本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现这些特性、特征和优点的方式和方法更清楚且更容易理解，结合附图进一步阐述所述实施例，其中：

[0018] 图1示出具有合并传感器的车辆的原理图；以及

[0019] 图2示出图1的合并传感器的原理图。

[0020] 在附图中，相同的技术元件具有相同的附图标记且仅描述一次。

具体实施方式

[0021] 参考图1，其示出具有合并传感器4的车辆2的原理图。

[0022] 在该实施方案中，合并传感器4通过本身已知的GNSS接收器6接收车辆2的位置数据8，所述位置数据包括车道10上车辆2的绝对位置。除了绝对位置外，来自GNSS接收器6的位置数据8还包括车辆2的速度。在该实施方案中，来自GNSS接收器6的位置数据8以本领域技术人员已知的方式由GNSS接收器6中的GNSS信号12推导出，所述GNSS信号通过GNSS天线13接收并因此在下文中称为GNSS位置数据8。对此的细节参见相关技术文献。

[0023] 合并传感器4以下文仍将描述的方式设计用于，增加由GNSS信号12推导出的GNSS位置数据8的信息内容。这一方面是必要的，因为GNSS信号12具有极小的信号/噪声带间隙且因此会极不准确。另一方面，GNSS信号12不是一直可用。

[0024] 在该实施方案中，车辆2为此具有检测车辆2的行驶动力学数据16的运动确定设备14。其中已知有车辆2的纵向加速度、横向加速度以及竖直加速度和摆动率、俯仰率以及偏转率。在该实施方案中考虑该行驶动力学数据16，以便增大GNSS位置数据8的信息内容并例如精确说明车辆2在车道10上的位置和速度。当例如GNSS信号12在隧道中完全不可用时，被精确说明的位置数据18则可以由导航仪20本身使用。

[0025] 在该实施方案中，为了进一步增大GNSS位置数据8的信息内容，还可以选择性地使用轮转速传感器22，所述轮转速传感器检测车辆2的各个车轮26的轮转速24。

[0026] 参见图2，其示出图1中的合并传感器4的原理图。

[0027] 在该实施方案中，合并传感器4具有特殊结构，随后仍将进一步描述该结构。

[0028] 在图1中已经提到的测量数据到达合并传感器4中，所述测量数据通过数据总线29在传感器6、14、22、合并传感器4和导航仪20之间交换。数据总线29例如可以构造为控制器区域网络总线(称为CAN总线)。随后进一步更具体地描述合并传感器4内的参与数据传输的元件，例如端口等。

[0029] 合并传感器4应该输出被精确说明的位置数据18。基本思想是，对比来自GNSS位置数据8的信息和来自运动确定设备14进入滤波器30中的行驶动力学数据16并由此增大GNSS接收器6的位置数据8中的或者来自运动确定设备14的行驶动力学数据16中的信号/噪声带间隙。为此尽管可以任意设计滤波器，然而卡尔曼滤波器最有效地且以相对较小的计算资源要求完成该任务。因此，滤波器30在下文中应该优选为卡尔曼滤波器30。

[0030] 车辆2的被精确说明的位置数据18和车辆2的比较位置数据34到达卡尔曼滤波器30中。在该实施方案中，被精确说明的位置数据18以例如由DE 10 2006 029 148 A1已知的捷联算法36由行驶动力学数据16产生。其包含关于车辆2的被精确说明的位置信息，也包括其它关于车辆2的位置数据，例如其速度、其加速度和其移动方向。相对地，由车辆2的模型
38得到比较位置数据34，所述模型首先由GNSS接收器6供给GNSS位置数据8。由该GNSS位置数据8在模型38中确定比较位置数据34，所述比较位置数据包含和被精确说明的位置数据
18一样的信息。被精确说明的位置数据18和比较位置数据34仅在它们的值上有区别。

[0031] 卡尔曼滤波器30基于被精确说明的位置数据18和比较位置数据34计算用于被精确说明的位置数据18的误差预算40和用于比较位置数据34的误差预算42。误差预算在下文中应该理解为信号中的总误差，该信号由在检测和传输信号时不同的单个误差组成。对GNSS信号12来说以及进而对GNSS位置数据8来说，相应的误差预算能由卫星轨道、卫星时间、其余的折射效应的误差组成以及由GNSS接收器6中的误差组成，所述误差例如能通过把误差预算42返回至GPS接收器6中通过该误差预算修正。

[0032] 被精确说明的位置数据18的误差预算40和比较位置数据34的误差预算42则对应于捷联算法36和模型38被输入以用于修正被精确说明的位置数据18或比较位置数据34。也就是说，被精确说明的位置数据18和比较位置数据34迭代地消除其误差。

[0033] 在该实施方案中，捷联算法36以及卡尔曼滤波器30应该在第一处理器44上以一种算法的形式设计，所述第一处理器相对于第二处理器46(在第二处理器上计算模型38)表现为分开的计算单元。例如，如果第二处理器46失效，则还输出被精确说明的位置数据18——尽管这种类型的被精确说明的位置数据18由于错误的比较位置数据34承受较大的位置公差。

[0034] 在第一处理器44失效的情况下，第二处理器46也能够以为了清楚而未进一步示出的方式输出比较位置数据34作为被精确说明的位置数据18，以便在这种错误状态下至少以在被精确说明的位置数据18中之前提到的更大的位置公差继续进行合并传感器4的基本的功能性。

[0035] 为了通过总线29在传感器6、14、22、合并传感器4和导航仪20之间交换上述测量数据8、16、18、22，两个处理器44、46具有各一个总线端口48，通过该总线端口可以交换该测量数据8、16、18、22。为了相对彼此交换被精确说明的位置数据18、比较位置数据34以及误差预算42，在该实施方案中，两个处理器44、46具有各一个直接端口50。然而备选地，该数据同样可以通过总线29以相应较高的传输等待时间进行传输。

[0036] 在该实施方案中，两个处理器44、46应该彼此监控其无错误的工作状态。为此，在该实施方案中，在每个处理器44、46中执行可信性验证算法52。

[0037] 例如，每个可信性验证算法52可以基于比较位置数据34通过对比验证被精确说明的位置数据18的可信性，其中在此在错误状态下不清楚，被精确说明的位置数据18或比较位置数据34是否错误且因此相应地第一处理器44或第二处理器46处于错误工作状态中。

[0038] 因此，在该实施方案的框架中建议了，每个可信性验证算法52基于未进一步示出的比较模型通过把被精确说明的位置数据18和/或比较位置数据34用在比较模型中来计算余数。该第一处理器44例如可以基于比较位置数据34计算比较余数54，而第二处理器46基于被精确说明的位置数据18计算主余数56。两个处理器44、46可以彼此交换该余数54、56以用于比较。

[0039] 备选地或附加地，单独的处理器44、46或两个处理器44、46也可以持续地把相应的基于另外的处理器46、44的位置数据18、34计算出的余数54、56和其自身的位置数据18、34一起馈入总线29中，从而被精确说明的位置数据18的接收器——例如导航仪20——独立地基于余数54、56能够决定，哪些位置数据18、34其可以用于其自身的工作。

[0040] 特别有利地，可以在本身已知的数据加密处理过程的框架中在两个处理器44、46的至少一个中执行可信性验证算法52，以便例如通过对可信性验证算法52的操纵阻止在车辆2处掩盖增大功率的操纵。