本发明涉及一种用于评估车辆的位置的方法以及一种用于确定车辆的位置的装置。
背景技术：
全球导航卫星系统如gps、galileo等是现有技术。所述全球导航卫星系统在当今车辆中用于在全球坐标系中确定车辆绝对位置。位置现如今主要用于执行车辆的导航。
随着自动化行驶辅助系统以及应自主引导车辆的规划的发展，位置数据的精度具有较高的重要意义。为了可以可靠地自主引导车辆，需要确定车辆位置，这超越现今系统的精度。除了较高的精度，在任意时刻必须保证，确定车辆位置受制于功能安全，以便确定仅假定地正确地确定的位置并且将其分拣出来。因为行驶辅助系统基于错误位置进行的干涉可能产生灾难性后果。虽然由现代航空公知了不仅实现高精度而且实现功能安全性的系统，但所述系统对于在车辆、例如传统汽车或摩托车中的应用而言大多过大且昂贵。
技术实现要素：
因此，由此出发，本发明的目的在于，给出一种方法或一种装置，通过所述方法或所述装置可以可靠地执行对所确定的位置的评估。本发明应允许提供用于判断的基础以便在行驶辅助系统中使用所确定的位置。
根据本发明的第一方面，所述目的通过用于借助于用于确定车辆的位置的装置评估尤其是自主引导的车辆的位置的方法来实现，所述装置具有用于接收全球卫星导航系统(gnss)的卫星导航数据的天线、至少一个用于处理所接收的卫星导航数据的处理单元和用于受保护地/经确保地处理数据的受保护的/防范的安全单元，所述方法具有步骤：
-将由处理单元确定的第一绝对位置传输给安全单元，
-借助于安全单元接收卫星导航数据，
-通过卫星导航数据借助于安全单元确定第二绝对位置，
-借助于安全单元将第一绝对位置与第二绝对位置相比较，以及
-借助于安全单元根据与第二绝对位置的偏差评估第一绝对位置或反之。
根据本发明方法，首先借助于处理单元或gnss接收器以公知方式确定第一绝对位置。不必以专门方式和方法构造第一处理单元或gnss接收器来使安全性要求足够高。而是可动用由现有技术公知的处理单元或gnss接收器，尤其是适用于在机动车中使用的处理单元或gnss接收器。由第一处理单元确定的第一绝对位置可能带有误差。为了可识别所述误差并且可能情况下也对其进行量化，根据本发明，设置有安全单元，所述安全单元确定第二绝对位置并且提供用于评估第一绝对位置的比较基础。由此，对于车辆的位置，用两种不同的彼此无关的方式确定两个绝对位置，其中，第二绝对位置通过受保护的安全单元确定。安全单元的保障在此保证，安全单元不遭受功能误差或不具有非探测类误差或者说误差模式。以此方式也可认为，第二绝对位置形成用于第一绝对位置的可信赖的比较基础。
特别有利地仅在安全单元中执行步骤：确定第二绝对位置、将第一绝对位置与第二绝对位置相比较以及评估第一绝对位置。因此，硬件投入可保持很小。作为替换方案，也可在另一个硬件或另一个芯片上执行比较步骤。
也有利的是，安全单元动用也在处理单元中用于确定第一绝对位置的相同卫星导航数据。因此，安全单元也可提早地借助于卫星导航数据来确定：是否在数据组本身中或在处理单元中存在误差。
需要注意的是，根据本发明的方法也可用于确定车辆的位置。根据本发明的主题因此也包括用于确定用于车辆或机动车、尤其是自主引导的车辆的尤其是经验证的位置的方法。
根据本发明方法的一个有利实施形式，至少安全单元的确定第二绝对位置的部分、优选整个安全单元构造成在软件方面和/或硬件方面受保护的安全单元。
特别有利的是根据本发明的方法的这样的实施形式，在所述实施形式中，安全单元构造成独立的微控制器。
此外，特别优选根据本发明的方法的这样的实施形式，在所述实施形式中，微控制器被这样构造，使得满足按照iso26262的asila、b、c或d的要求。根据上述实施形式，安全单元被这样构造，使得所述安全单元始终满足相应应用所需的安全性要求。尤其是安全单元的在硬件和软件方面的保障保证在考虑现今使用的安全标准的情况确定第二绝对位置。特别优选硬件或芯片达到期望的asil等级的要求，即一方面提供足够好的失效概率或者说高的可用性，另一方面不具有非探测类误差模式。通过这种组合，在asil分解的意义上除了硬件的保障之外也实现在所使用的软件或固件中的冗余度。
根据本发明方法的一个有利实施形式，仅仅通过安全单元进行位置的输出。以此方式保证，使用位置的应用通过受保护的通道接收所述位置。需要注意的是，安全单元同时也可输出多个位置输出。根据应用需要判断，是否第一绝对位置直接或间接地在计算第二绝对位置之后输出。此外可考虑，除了第一绝对位置之外也输出第二绝对位置。
根据本发明方法的一个有利实施形式，安全单元接收行驶动态传感器、尤其是惯性传感器的融合的或直接的传感器数据，用于确定第二绝对位置。以此方式，安全单元可确定具有较高精度的第二绝对位置。
根据本发明方法的一个有利实施形式，行驶动态传感器被这样构造，使得满足按照iso26262的asila、b、c或d的要求。以此方式保证，没有功能误差通过行驶动态传感器输入到安全单元中。
根据本发明方法的一个有利实施形式，在卫星导航数据上使用尤其是卫星引起的、信号引起的、大气的、环境引起的误差的校正之前，将卫星导航数据传输给安全单元。虽然这导致安全单元确定可能比第一绝对位置不精确的第二绝对位置，但以此方式可排除在确定第二绝对位置时带有误差地影响校正数据。即如果打算虽然不精确地但以较高可信度确定第二绝对位置，则该实施形式特别有利。如果比较结果处于确定的容差内，则可输出可靠的位置。容差可动态地相应地匹配于当前gnss精度。对于校正数据例如应理解为对通过大气或多路径误差造成的恒定误差进行校正的数据。
根据本发明方法的一个有利实施形式，根据借助于第一处理单元确定的第一绝对位置相对于第二绝对位置的偏差给待输出的位置配置尤其是呈asil等级形式的安全标准。安全标准以这样的方式区别于精度标准：安全标准涉及关于所确定的绝对位置以何概率或安全性不遭受误差、尤其是功能误差的描述。因此，根据本发明提出，两个不同的品质标准即一方面精度标准以及此外安全标准配置给相应的待输出的位置。以此方式，下列应用可独立地进行位置的使用。
根据本发明方法的一个有利实施形式，为了确定安全标准，考虑所使用的软件和硬件部件的安全等级、尤其是asil安全等级。
根据本发明方法的一个有利实施形式，所述方法包括步骤：借助于安全单元检验卫星导航数据。在此提出，安全单元对用于确定绝对位置的原始数据在其可信度方面进行检验。为此使原始数据彼此关联并且检验：是否存在彼此不可信的偏差。
在此，特别优选根据本发明方法的这样的有利实施形式，在所述有利实施形式中，将多个卫星导航数据相互比较或彼此相对进行考察，尤其是按照下列准则：
-相对于卫星的距离变化，
-相对速度，
-相对于卫星的接近速率，
-不同卫星信号的信号关联中的偏差。
根据本发明方法的一个有利实施形式，第一处理单元和安全单元分别处理彼此无关的卫星信号来确定第一或者说第二绝对位置。以此方式可避免所谓的共因误差。尤其是提出，第一处理单元例如使用或者说处理gps卫星的卫星信号，安全单元使用或者说处理例如galileo、glonass或beidou的卫星信号。
根据本发明方法的一个有利实施形式或本发明的另一个方面提出，卫星导航数据借助于尤其是与第一处理单元无关的第二处理单元传输给安全单元。该实施形式或本发明的该方面的基本构思在于，使用两个彼此无关的处理单元或gnss接收器。其中之一或者说第一处理单元完全被构造并且适用于确定一个或第一绝对位置。第二处理单元与第一处理单元不同：所述第二处理单元优选不是以与第一处理单元相同的方式来构造。以此方式，一方面可将处理单元中的系统误差仅限制到第一处理单元或者说处理单元之一。此外，第二处理单元优选具有用于处理卫星导航数据的缩短的数据处理链，由此可较容易地识别出误差类型的可能结论。第二处理单元中的缩短的数据处理链此外具有优点：可能造成误差的链元件的数量保持尽可能小。理想地，第二处理单元包括用于gnss的rf部分，包括滤波器和混频器，关联单元或关联器和用于探测卫星信号的追踪器。
根据本发明方法的一个有利实施形式，在使用尤其是卫星引起的、信号引起的、大气的、环境引起的误差的校正之前或之后，将卫星导航数据传输给安全单元。以此方式可独立地确定，第二处理单元对待传输的卫星导航数据具有何影响。
根据本发明方法的一个有利实施形式，安全单元对第一绝对位置在以下方面进行检验：是否所述第一绝对位置相对于第二绝对位置处于容差范围内。
根据本发明方法的一个有利实施形式，如果第一绝对位置处于容差范围外，则给待输出的位置设置标志或数据内容。以此方式保证可识别不可靠的位置。
根据本发明的另一个方面，所述目的通过用于确定车辆的位置、尤其是用于实施根据上述实施形式任意之一的方法的装置来实现，所述装置具有：
-用于接收全球卫星导航系统(gnss)的卫星导航数据的天线，以及
-至少一个用于处理所接收的卫星导航数据的处理单元，
-所述装置还具有用于采用防护措施地处理卫星导航数据的受保护的安全单元。
根据本发明装置的一个有利实施形式，安全单元具有用于采用防护措施地确定绝对位置的单元。
根据本发明装置的一个有利实施形式，安全单元具有用于采用防护措施地比较两个绝对位置的比较单元。
根据本发明装置的一个有利实施形式，安全单元具有用于采用防护措施地输出位置的输出单元。
根据本发明装置的一个有利实施形式，所述装置还具有用于处理所接收的卫星导航数据的第二处理单元，其中，第二处理单元被构造得与第一处理单元无关并且与安全单元耦合。
优选第一和第二处理单元关于其软件和/或硬件构造得不同。特别优选使用源于不同制造的处理单元。
此外，特别优选第二处理单元至少也构造有高频转换器、模数转换器和用于将卫星导航数据分配给相应卫星的关联单元。以此方式一方面可节省用于第二处理单元的成本。此外，可能的误差原因的链保持尽可能小。
根据本发明装置的一个有利实施形式，所述装置还具有分别用于第一和第二处理单元的校正单元，用于校正卫星导航数据中的误差、尤其是卫星引起的、信号引起的、大气的、环境引起的误差。
根据本发明装置的一个有利实施形式，至少安全单元的可实现第二绝对位置的部分、优选整个安全单元构造成在软件方面和/或硬件方面受保护的安全单元。
根据本发明装置的一个有利实施形式，安全单元构造成独立的微控制器。
根据本发明装置的一个特别优选的实施形式，微控制器被这样构造，使得满足按照iso26262的asila、b、c或d的要求。
另外，本发明包括一种用于在根据本发明的装置上实施根据上述实施形式任意之一的方法的计算机程序。
附图说明
下面借助于两个实施例和附图详细描述本发明。附图表示：
图1根据本发明的用于实施根据本发明的方法的装置的第一实施例的框图，以及
图2根据本发明的用于实施根据本发明的方法的装置的第二实施例的框图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于确定车辆位置的装置pu的第一实施例的框图。装置pu优选安装在机动车、尤其是自主引导的车辆中。车辆在图中未画出。另外，车辆包括用于接收gnss卫星sat的卫星数据的天线ant。
所述装置具有第一处理单元r1，所述第一处理单元通过天线ant接收卫星数据d'。此外，所述装置pu具有安全单元su，所述安全单元与处理单元r1耦合，以便由第一处理单元r1接收绝对位置p1。此外，所述装置具有校正单元cu1，所述校正单元与第一处理单元r1耦合。另外，装置pu具有传感器单元imu，所述传感器单元检测关于车辆动态的传感器数据sd。校正单元cu1是可选的并且当应提高待确定的第一绝对位置的精度或可靠度时是有利的。传感器单元imu也是可选的并且当需要这些绝对位置或者说绝对位置的较高可用性和精度时是有利的。
第一处理单元r1具有多个功能块。由天线ant接收的卫星数据d'借助于高频滤波器hf和模数转换器ad进行预处理。经预处理的数据于是传输给关联单元或关联器和追踪器cm。关联单元负责将卫星数据d'分配给相应的卫星，所述卫星数据已由所述相应的卫星接收。这样处理的卫星数据d'于是可作为卫星导航数据的原始数据或者说卫星导航数据rp用于确定绝对位置。在第一处理单元r1中，为此存在软件方面或硬件方面的处理器g_cpu，所述处理器由原始数据或者说卫星导航数据rp确定第一绝对位置p1。所述第一绝对位置于是传输给安全单元su的比较器su_c。
安全单元su具有总共三个功能块。一方面，所述安全单元具有软件算法块su_a，所述软件算法块由卫星导航数据的原始数据rp确定第二绝对位置p2。另外，安全单元su具有比较器su_c，所述第二绝对位置p2提供给所述比较器。
在比较器su_c内部，第一和第二绝对位置相互进行比较并且以不同方式进行验证。基于第二绝对位置p2对第一绝对位置p1的评估在此以不同方式进行，如下文另外所述。
安全单元su的输出和评估单元su_o被构造用于用精度标准和/或安全标准标记待输出的位置p。
为了确定安全标准，根据本发明提出，不借助于校正单元cu1处理卫星导航数据rp的传输给安全单元su的原始数据。但这对在第一处理单元r1中处理卫星导航数据不产生影响。所述卫星导航数据另外借助于校正单元cu1进行校正，以便确定尽可能精确的绝对位置。在此情况下虽然可以的是，第二绝对位置不具有与第一绝对位置p1相同的精度。但保证，第二绝对位置可信。由此，如果第一绝对位置p1相对于第二绝对位置处于较大的容差范围内，则也可确定所述第一绝对位置的可信度。以此方式可用两个不同的品质标准即精度标准和安全标准来标记第一绝对位置p1。
理想地，在此在高精度与对安全重要之间对位置输出进行区分。因此可输出高精度位置，包括高的精度，而对于“高精度”位置的安全应用而言存在具有所属动态安全极限的asil，其基本上由相应的gnss精度和asil比较得到。由此，例如可输出在精度方面优化的具有例如10cm精度的位置信息和具有达到所述动态安全极限的asil(automotivesafetyintegritylevel，汽车安全完整性等级)的经确保的信息，例如7m。连续应用于是可基于两个值来最佳地工作并且使精确的调节与经确保的功能相联系。在此悬而未决的可以是，所述品质标准、即精度标准和安全标准以何数据格式输出。
此外，安全单元su的位置确定单元so_a被构造用于，所述位置确定单元可直接验证卫星导航数据rp。卫星导航数据rp的原始数据为此彼此相对进行比较。如果确保卫星导航数据rp的原始数据可信，则可接着确定经确保的第二绝对位置p2。在检验卫星导航数据rp的原始数据时可有意地放弃考虑传感器单元imu的行驶动态传感器数据。卫星导航数据rp的原始数据的检验例如可包括位置变化以及由此导出的参量的检验、相对于卫星的距离变化、相对于卫星的相对速度和合成接近速率、原始信号相互间的比较以及信号关联的利用。以此方式，安全单元su可用于监测处理单元或者说gnss接收器r1，但仍然生成经确保的绝对位置。
优选可这样构造根据本发明的装置pu，使得处理单元r1为安全单元su提供源于与第一处理单元r1所使用的卫星导航类型不同的卫星导航类型的卫星导航数据rp。在gnss接收器r1和安全单元su中位置确定的不相关性以此方式进一步提高并且共因误差的概率进一步降低。
通过所描述的方法可用相对低的投入在绝对位置的计算方面实现冗余，所述计算理想地利用可供使用的处理单元、gnss接收器或具有其属性的gnss芯片。利用gnss芯片、尤其是除了行业惯例品质措施之外不提供其它保障的芯片以及用于安全单元su的asil芯片、尤其是按照iso26262开发的芯片，通过相应的监测可提供asil位置p。由此可放弃不常用且昂贵的asilgnss芯片，其分别适用于小件数(<1000p.a.)的单个系统和开发，由此不适用于大众市场(>1000000p.a.)。由此，对于大众市场gnss供应商，不需要昂贵且高投入地开发具有asil功能的专用硬件用于汽车市场，因为其焦点通常在于智能手机的质量要求及其它无安全功能的大宗商品。
图2中画出了根据本发明的装置的第二实施例。第二实施例与第一实施例的区别在于，所述第二实施例具有第二处理单元r2，但所述第二处理单元构造得与第一处理单元r1不同。第二处理单元r2在该实施例中仅具有高频滤波器hf、模数转换器ad和关联单元cm。在第二处理单元中，就此而言与第一处理单元r1无关地仅生成卫星导航数据rp2的原始数据。所述原始数据然后提供给安全单元su，由此，在安全单元su的位置确定单元su_a中可确定第二绝对位置p2。
位置p现在可进一步在车辆中使用。视应用情况而定，可考虑输出和评估单元su_o的多个输出。待输出的位置p可相应于第一绝对位置。作为替换方案，待输出的位置p也可相应于第二绝对位置。另外，作为替换方案，待输出的位置p可由第一和第二绝对位置确定。此外，作为替换方案，也可输出第一和第二绝对位置。如果不应通过比较来验证绝对位置，则这在车辆中通过标志来通知。
第二实施例的优点基本上在于，通过不同地构造处理单元，可以可靠地识别不同的误差源。因为所接收的卫星导航数据d'在两个不同的通道上进行处理并且接着一方面在第一处理单元r1和安全单元中处理成绝对位置p1、p2，所以可将在处理单元r1、r2中可能出现的各个误差类型相互比较并且进行识别。以此方式保证在根据本发明的装置中识别误差并且可相应地进行标记。
两个实施例基于这样的基本构思：安全单元形成一个受保护的单元，所述受保护的单元在任意时刻都无误差地工作。在此，计算、比较以及硬件和软件的设计必须根据所需的安全完整性、例如根据asil等级来进行。为此优选使用根据iso26262的安全等级asila-d构造的微控制器。第一和第二处理单元r1和r2于是不必再构造成也满足高安全等级的昂贵部件。用于制造根据本发明的装置的成本以此方式可有效地降低，而同时不降低在确定绝对位置时的安全性。
视对信号的品质和可用性的要求而定，也可取消校正服务和/或惯性传感装置。就此而言，gnss接收器也可采用一个或多个布局来工作(gps，galileo，glonass，……)。这些gnss接收器对于位置计算不必相同。不同的布局就安全完整性而言是有利的论据。采用不同的gnss频率工作也是可以的并且可附加地支持安全性论证。
附加地，由绝对位置数据也可计算具有安全完整性的绝对速度和加速度。