用于监控车辆的本征运动状态估计的方法与流程

本发明涉及一种用于监控车辆的本征运动状态估计的方法、一种设备、一种计算机程序和一种机器可读的存储介质。

背景技术：

1、公开文献de 10 2014 211 175 a1公开了用于初始化传感器融合系统的方法和系统。

2、公开文献de 10 2018 206 956 a1公开了一种用于求取车辆位置的方法。

技术实现思路

1、本发明所基于的任务可以视为，提供一种用于高效地监控车辆的本征运动状态估计的方案。

2、该任务借助根据本发明的技术方案来解决。本发明的有利构型是扩展的主题。

3、根据第一方面，提供一种用于监控车辆、特别是机动车的本征运动状态估计的方法，该方法包括以下步骤：

4、接收该车辆的惯性测量单元的当前输出数据，该惯性测量单元包括至少一个加速度计和至少一个陀螺仪传感器，

5、将该惯性测量单元的当前输出数据存储到该车辆的存储器中，其中，在该存储器中存储有该车辆的该惯性测量单元的直至限定的过去的、较旧的输出数据，

6、接收该车辆的绝对速度测量传感器、特别是至少一个车轮传感器的当前输出数据，

7、基于该车辆的绝对速度测量传感器的当前输出数据来确定该车辆的当前速度，

8、基于该车辆的最后估计的第一本征运动状态、该车辆的该惯性测量单元的当前输出数据和当前速度确定来估计该车辆的第一当前本征运动状态，

9、基于处于所述限定的过去中的比最后估计的第一本征运动状态更旧的第一当前本征运动状态，基于该惯性测量单元的在存储器中所存储的在时间上处于从所述限定的过去直至当前时间的时间段内的输出数据，并且基于该惯性测量单元的当前输出数据，来估计该车辆的第二当前本征运动状态，

10、基于所估计的第一当前本征运动状态和所估计的第二当前本征运动状态来监控本征运动状态估计。

11、根据第二方面，提供一种设备，该设备设置为用于实施根据第一方面的方法的所有步骤。

12、根据第三方面，提供一种计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令在通过计算机、例如通过根据第二方面的设备执行该计算机程序时促使所述计算机实施根据第一方面的方法。

13、根据第四方面，提供一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有根据第三方面的计算机程序。

14、本发明基于并且包括这样的认识：上述任务通过基于车辆的两个估计的本征运动状态来监控本征运动状态估计来解决。一方面，基于该车辆的最后估计的第一本征运动状态、惯性测量单元的当前输出数据和该车辆的当前速度来估计该车辆的第一当前本征运动状态。另一方面，为了监控，使用第二本征运动状态估计，其中，该估计基于处于所述限定的过去中的比最后估计的第一本征运动状态更旧的第一当前本征运动状态，基于该惯性测量单元的在存储器中所存储的在时间上处于从所述限定的过去直至当前时间的时间段内的输出数据，并且基于该惯性测量单元的当前输出数据。

15、因此存在两个基本相互独立地估计的车辆本征运动状态。在理想情况下，这两个本征运动状态应一致，特别是至少在预给定的容差范围内一致。当这两个估计的本征运动状态有偏差时，这例如可能提示惯性测量单元的故障功能或绝对速度测量传感器的故障功能。因此能够以有利的方式高效地监控本征运动状态估计。

16、应注意，这些本征运动状态不是完全彼此独立，而是至少通过在过去的限定时间点时已求取的本征运动状态而彼此相关。因此使用了表述“基本独立”。另一种表述是“充分独立”。

17、因此例如可以高效地监控本征运动状态估计，而不必设置冗余的惯性测量单元，这种设置可能成本更高并且例如可能是在技术上更复杂。

18、在本说明书意义上，惯性测量单元也可以称为惯性的测量单元。惯性测量单元也可缩写为imu。imu表示英文术语“inertial measurement unit(惯性测量单元)”。

19、因此，表述“特别是至少一个车轮传感器”包括一个或多个、例如两个、例如四个车轮传感器。这例如意味着，例如使用车辆的后轴的或前轴的两个车轮的两个车轮传感器，或者例如使用车辆的前轴的以及后轴的所有四个车轮的四个车轮传感器，或者例如使用车辆的非驱动轴的一个车轮的车轮传感器，或者使用车辆的非驱动轴的两个车轮的两个车轮传感器，从而基于这些传感器的相应的当前输出数据来确定该车辆的当前速度。

20、例如，所述车辆是机动车。

21、在该方法的一种实施方式中设置，对于车辆的第二当前运动状态的估计，保持不考虑当前速度确定。当前速度确定是基于车辆的绝对速度测量传感器的当前输出数据来确定车辆的当前速度的结果。

22、由此例如引起如下技术优点：能够高效地执行车辆的第二当前运动状态的估计。因此，根据本实施方式设置，不将当前速度确定、即车辆的当前速度用于估计该车辆的第二当前运动状态。

23、在该方法的一种实施方式中设置，在使用估计方法、特别是(扩展)卡尔曼滤波器和/或无迹卡尔曼滤波器和/或粒子滤波器的情况下估计第一当前本征运动状态，该估计方法不仅考虑车辆的运动动态，而且考虑借助绝对速度测量传感器的当前输出数据进行的修正。

24、由此例如引起如下技术优点：能够高效地估计第一当前本征运动状态。

25、例如，卡尔曼滤波器可以是扩展卡尔曼滤波器，英文：“extended kalmanfilter”。例如，该卡尔曼滤波器可以是无迹卡尔曼滤波器。

26、在该方法的一种实施方式中设置，车辆的第一当前本征运动状态和/或车辆的第二当前本征运动状态分别在使用本征运动动态方程、特别是捷联算法的情况下来估计。

27、由此例如引起如下技术优点：能够高效地估计车辆的相应的本征运动状态。

28、这例如意味着，例如能够在使用捷联算法的情况下估计一个或多个本征运动状态。

29、捷联算法亦或反映在其中的本征运动动态方程，借助imu提供对车辆的本征运动(变化)的估计，具有优点：是一种与环境无关然而经受漂移的测量原理。

30、采用绝对速度测量传感器使得能够补偿由imu引起的漂移，但不独立于环境(视行驶道路特性而定传感装置精确度较高或较低)。

31、此外，涉及两个不同的传感器原理和传感器，因此在此给出物理上独立的冗余，这是特别的技术优点。

32、在该方法的一种实施方式中设置，接收车辆的另外的绝对速度测量传感器、特别是另外的车轮传感器的输出数据，基于该车辆的该另外的绝对速度测量传感器的输出数据来确定该车辆的另外的当前速度，其中，基于该另外的当前速度确定来估计该车辆的第一当前本征运动状态。

33、由此例如引起如下技术优点：能够高效地估计车辆的第一当前运动状态。

34、在该方法的一种实施方式中设置，该方法包括以下步骤：

35、接收该车辆的另外的惯性测量单元的当前输出数据，该另外的惯性测量单元包括至少一个另外的加速度计和至少一个另外的陀螺仪传感器，

36、将该车辆的该另外的惯性测量单元的当前输出数据存储到存储器中，在该存储器中存储有该另外的惯性测量单元的直至限定的过去的、较旧的输出数据，

37、基于该车辆的最后估计的第三本征运动状态、车辆的该另外的惯性测量单元的当前输出数据和当前速度确定来估计该车辆的第三当前本征运动状态，

38、基于处于所述限定的过去中的比最后估计的第三本征运动状态更旧的第三当前本征运动状态，基于该另外的惯性测量单元的在存储器中所存储的在时间上处于从所述限定的过去直至当前时间的时间段内的输出数据，并且基于该另外的惯性测量单元的当前输出数据，来估计该车辆的第四当前本征运动状态，

39、基于所估计的第三当前本征运动状态和所估计的第四当前本征运动状态来监控本征运动状态估计。

40、由此例如引起如下技术优点：能够高效地监控本征运动状态估计。因此根据该实施方式设置，除前述两个当前本征运动状态外，还估计另外的本征运动状态，从而可为监控提供更多的信息使用。

41、在该方法的一种实施方式中设置，所述监控包括将估计的第一当前本征运动状态与所估计的第二当前本征运动状态比较，以便求取所估计的第一当前本征运动状态与所估计的第二当前本征运动状态之间的差。

42、由此例如引起如下技术优点：能够高效地执行监控。

43、在该方法的一种实施方式中设置，所述监控包括将估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态比较，以便求取所估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态之间的另一差。

44、此外例如引起如下技术优点：如果基于所估计的第一当前本征运动状态与所估计的第二当前本征运动状态之间的差探测到错误，而基于所估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态之间的差没有探测到错误，则所估计的第三当前本征运动状态和所估计的第四当前本征运动状态是一种(在容差意义上的)备用解决方案或者说可以被用作备用解决方案。

45、在该方法的一种实施方式中设置，基于所求取的差来限制车辆的借助第一车辆系统提供的至少部分自动化的功能、特别是驾驶功能，或者其中，基于所求取的差变换到能够提供相同功能的、替代的车辆系统。

46、由此例如引起如下技术优点：能够高效地确保车辆的安全性。

47、在该方法的一种实施方式中设置，所述监控包括将估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态比较，以便求取所估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态之间的另一差，其中，基于所求取的差来求取关于惯性测量单元的功能性、另外的惯性测量单元的功能性和绝对速度测量传感器的功能性的结论。

48、由此例如引起如下技术优点：能够高效地求取或做出关于惯性测量单元的功能性、另外的惯性测量单元的功能性和绝对速度测量传感器的功能性和/或另外的绝对速度测量传感器的功能性的结论，如果这些装置为了在本方法中使用而被用于确定另外的绝对速度。

49、进一步例如引起如下技术优点：如果基于所估计的第一当前本征运动状态与所估计的第二当前本征运动状态之间的差探测到错误，而基于所估计的第三当前本征运动状态与所估计的第四当前本征运动状态之间的差没有探测到错误，则所估计的第三当前本征运动状态和所估计的第四当前本征运动状态是一种(在容差意义上的)备用解决方案或者说可以被用作备用解决方案。

50、装置特征类似地由相应的方法特征得出，反之亦然。

51、例如，该方法借助该设备执行或实施。

52、设备特征类似地由相应的方法特征得出，反之亦然。

53、例如，该设备在编程技术上被装备为用于实施该计算机程序。

54、例如，该方法是计算机实现的方法。

55、表述“至少一个”意味着“一个或多个”。

56、惯性测量单元例如设立为用于测量车辆的六个自由度的对应的状态变量。

57、惯性测量单元的输出数据例如包括借助惯性测量单元测量的变量，例如运动学变量，即例如加速度和/或转速亦或速度增量和/或角度增量，分别在体固定的坐标系的三个轴上给出。车辆在三维空间中的六个自由度包括沿着三个垂直轴的三个平移和绕三个垂直轴的三个旋转，这也可以称为翻滚、俯仰和偏航。

58、例如，本说明书意义上的运动学变量是以下运动学变量之一：位置、速度和加速度、旋转角度和角速度。

59、惯性测量单元的输出数据例如包括比力、英文“specific forces”的测量值，其除了通过加速度引起的力之外还测量重力加速度和旋转引起的力。比力被定义为每单位质量的非重力引起的力。比力(也称为g力或单位比力)以米/秒2(m-s-2)计量，即加速度的单位。因此，比力不是真正意义上的力，而是一种加速度。然而，(质量)比力不是坐标加速度，而是本征加速度，即相对于自由落体的加速度。力、比力和本征加速度在所有参考系中是相同的，但坐标加速度是与框架相关的。对于自由体来说，比力是物体的本征加速度的原因和量度。g力的加速度与比力相同。自由下落到地球的对象的加速度与参照框架相关(其在自由落体的参照框架、即也称为惯性框架中消失)，但通过g力引起的每个“加速度”在所有参照框架中存在。该比力对于自由下落的对象而言为零，因为重力本身不产生g力或比力。地球表面上的加速度计即使其不加速(即当其不经历坐标加速度时)也测量9.8m/s^2的恒定速度。其原因是，加速度计测量通过由地施加的g力产生的本征加速度(重力本身从不产生g力或比力)。加速度计(akzelerometer)测量比力(本征加速度)，即相对于自由落体的加速度，而不是关于坐标系的“标准”加速度。

60、例如，惯性测量单元的输出数据包括三个分别相互正交地进行检测的转速传感器(其特别是在下文中也可以被称为陀螺仪传感器)的测量值和三个分别相互正交地进行测量的加速度传感器的测量值，这些加速度传感器例如被检测“比力”的加速度计包括。

61、结合惯性测量单元的说明类似地适用于另外的惯性测量单元，反之亦然。

62、惯性测量单元的输出数据也可以称为第一输出数据。

63、绝对速度测量传感器的输出数据也可以称为第二输出数据。

64、另外的惯性测量单元的输出数据也可以称为第三输出数据。

65、另外的绝对速度测量传感器的输出数据也可以称为第四输出数据。