專利名稱：基于gps的車輛中傳感器校準(zhǔn)算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種用于校準(zhǔn)諸如慣性傳感器(即偏航率( yaw—rate )傳感器)的壽爭首角速度4專感器(heading rate sensor)的 系統(tǒng)和方法，并且更特別地，涉及一種用于消除來自轉(zhuǎn)首角速度傳感器 的傳感器偏差和比例因子(scale factor)誤差的系統(tǒng)和方法，以使用 傳感器信號提供精確的車輛航向。
背景技術(shù)：
GPRS信號或者其他全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)信號可以提供準(zhǔn)確的 定位和導(dǎo)航。然而，例如，在密林覆蓋的地區(qū)和城市峽谷中，GPS接收 器遭受到與天空可見度相關(guān)的限制。而且，在這些地區(qū)中GPS信號會遭 受相關(guān)的多路徑誤差或者互相關(guān)誤差。因為現(xiàn)有的高度敏感且快速的重 新獲取GPS技術(shù)，在天空可見度暫時得到短時間(例如10-20秒)的改 善時，即使在不太適宜的環(huán)境中，也可以得到精確的GPS信號。因此， GPS技術(shù)的連續(xù)性歸結(jié)為在GPS的可用時間窗之間的GPS中斷過程( outage)中維持定位精度。i者^口偏4元率傳感器和力口速度i十之類的汽車級(automotive—grade ) 慣性傳感器具有導(dǎo)致傳感器漂移的高度可變偏差和比例特性，該傳感器 漂移通常使得它們在沒有適當(dāng)?shù)恼`差校正技術(shù)的情況下不適于導(dǎo)航和 航向確定功能。例如，對于偏航率傳感器偏差而言，某些汽車級偏航率 傳感器允許高達(dá)2度/秒的變化。如果這種變化沒有被校正，并且在兩分 鐘的時間內(nèi)被允許，那么在零秒處具有0度/秒偏差而開始的偏航率傳感 器在120秒后會達(dá)到2度/秒的偏差。如果為了簡單起見假設(shè)偏差是線性 增長的，則通過累積(integrate)沒有被校準(zhǔn)的偏航率傳感器信號而 導(dǎo)出的航向變化將指示僅由偏差變化產(chǎn)生的120°的航向變化。慣性傳感器可以與GPS接收器結(jié)合使用以提供相當(dāng)精確的車輛航向 ,并且即使在GPS信號不可用時，如果諸如車輛輪轉(zhuǎn)速的距離度量可用 ，也能夠定位。然而，汽車級慣性傳感器通常不能提供與GPS信號相同 級別的精度。當(dāng)GPS信號可用時，GPS/慣性傳感器集成系統(tǒng)可以使用GPS 信號校準(zhǔn)慣性傳感器并且維持車輛航向和定位精度，并且在GPS信號不 可用時使用經(jīng)過校準(zhǔn)的慣性傳感器維持航向和位置解算(positionsolution)直到GPS信號再次可用。已知的偏航率傳感器校準(zhǔn)算法通常作為兩步過程來逼近偏差和比 例校準(zhǔn)，并且要求執(zhí)行特殊的車輛操縱用于校準(zhǔn)。例如，傳感器偏差校 準(zhǔn)可能要求在已知時間段內(nèi)沿直線駕駛車輛或者使車輛靜止，以便可以 作為傳感器偏差誤差的結(jié)果直接估計累積的偏航航向誤差。對于比例校 準(zhǔn)而言，可能要求駕駛車輛通過受控彎道以提供比例校準(zhǔn)。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了 一種使用GPS信號校準(zhǔn)諸如偏航率傳感 器的轉(zhuǎn)首角速度傳感器的偏差和比例因子的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)接收輪 轉(zhuǎn)速或者旋轉(zhuǎn)信號、車輛里程表讀數(shù)、GPS信號和偏航率信號。該系統(tǒng) 包括基于輪轉(zhuǎn)速信號和GPS信號確定是否存在車輪滑轉(zhuǎn)(wheel slip) 的車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器。該系統(tǒng)還包括估計車輛加速度的基于車輪的加 速度處理器。該系統(tǒng)還包括基于輪轉(zhuǎn)速確定車輛航向的差動測距( differential odometry)處理器。該系統(tǒng)還包括使用輪轉(zhuǎn)速和估計的 車輛加速度確定GPS信號是否有效的GPS參考數(shù)據(jù)驗證處理器。然后使用 有效的GPS信號校準(zhǔn)偏航率傳感器信號，該偏航率傳感器信號可以用于 車輛4元向的目的。結(jié)合附圖，根據(jù)下面的描述和隨附的權(quán)利要求書，本發(fā)明的其他特 征將變得顯而易見。


圖l是橫軸為時間、縱軸為航向的曲線圖，其中包括示出由GPS信號 、未經(jīng)過校準(zhǔn)的偏航率傳感器信號、經(jīng)過偏差校準(zhǔn)的偏航率傳感器信號 和經(jīng)過偏差和比例校準(zhǔn)的偏航率傳感器信號所提供的車輛航向的曲線；圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的車輛的平面圖，其包括用于提供慣性傳 感器偏差和比例^f吏準(zhǔn)的系統(tǒng)；以及圖3為圖2中示出的偏差和比例校準(zhǔn)系統(tǒng)的方框圖。
具體實施方式
本發(fā)明實施例的下述討論針對 一 種用于提供慣性傳感器偏差和比 例才交準(zhǔn)以提供精確的車輛4元向讀數(shù)的系統(tǒng)和方法，該討i侖本質(zhì)上但J又是 示例性的，并且決不打算限制本發(fā)明或者其應(yīng)用或用途。本發(fā)明提出一種使用GPS信號校準(zhǔn)諸如偏航率傳感器的轉(zhuǎn)首角速度傳感器的比例和偏差的系統(tǒng)和方法，從而維持慣性傳感器的精度，使得當(dāng)GPS信號不可用時允許使用汽車級偏航率傳感器用于導(dǎo)航、定位、領(lǐng) 航(heading)以及改善的車輛穩(wěn)定性控制功能。本發(fā)明的算法使用同 一數(shù)據(jù)集校準(zhǔn)偏差和比例因子，并且不需要進(jìn)行特殊的車輛操縱以實現(xiàn) 校準(zhǔn)。在一個非限制性實施例中，長達(dá)40秒的在lHz或更高數(shù)據(jù)率的偏 航率和GPS航向數(shù)據(jù)集被用于偏航率傳感器的校準(zhǔn)，在此期間可識別相 對較直的駕駛區(qū)域和一個或多個車輛轉(zhuǎn)彎(turn)。圖l是橫軸為時間、縱軸為車輛航向的曲線圖，其包括示出來自GPS 信號的車輛航向的曲線10和示出對于未經(jīng)過偏差和比例校準(zhǔn)的偏航率 傳感器的車輛航向的曲線12。曲線14示出來自已經(jīng)由本發(fā)明的算法進(jìn)行 了偏差校準(zhǔn)的偏航率傳感器的車輛航向，曲線16示出來自已經(jīng)由本發(fā)明 的算法進(jìn)行了偏差和比例校準(zhǔn)的偏航率傳感器的車輛航向。圖2是車輛20的平面圖，其包括前輪22和24以及后輪26和28。根據(jù) 本發(fā)明實施例，車輛20還包括偏差和比例校準(zhǔn)系統(tǒng)30。車輪22, 24, 26 和28均分別包括輪轉(zhuǎn)速傳感器32, 34, 36和36，其向系統(tǒng)30提供輪轉(zhuǎn)速 和/或輪旋轉(zhuǎn)信號。GPS接收器42向系統(tǒng)30提供GPS信號并且里程表44向 系統(tǒng)30提供車輛里程表信號，尤其是驅(qū)動軸計數(shù)。此外，系統(tǒng)30從偏航 率傳感器46接收車輛偏航率信號并且從橫向加速度傳感器48接收車輛 橫向加速度信號。圖3是系統(tǒng)30的方框圖，其中來自傳感器32, 34， 36,和38的輪轉(zhuǎn) 速和/輪旋轉(zhuǎn)信號在線52上提供，來自里程表44的里程表信號在線54上 提供，來自GPS接收器42的GPS信號在線56上提供，并且來自偏航率傳感 器46的偏航率信號在線58上提供。正如將在下面進(jìn)一步詳細(xì)討論的那樣 ,系統(tǒng)3O提供可以用于任何適當(dāng)目的的車輛^l元向估計，所述適當(dāng)目的例 如數(shù)字羅盤、車輛導(dǎo)航、車輛穩(wěn)定性控制等。當(dāng)GPS信號可用時，系統(tǒng) 30使用這些信號提供車輪航向并且使用該GPS信號校準(zhǔn)偏航率傳感器46 的偏差和比例因子。當(dāng)GPS信號不可用時，系統(tǒng)30使用先前校準(zhǔn)的偏航 率信號提供車輛航向。當(dāng)GPS信號不可用并且偏航率傳感器46不能正常 工作時，那么系統(tǒng)3 0利用差動測距使用輪轉(zhuǎn)速信號估計車輛轉(zhuǎn)首角速度 ,其中以與校準(zhǔn)偏航率傳感器而提供車輛航向相同的方式，利用本發(fā)明 的校準(zhǔn)算法對差動測距進(jìn)行偏差和比例校準(zhǔn)。雖然為了車輛航向的目的 系統(tǒng)30校準(zhǔn)的是偏航率傳感器46，但是可替換地，本發(fā)明的校準(zhǔn)算法也 可以用于任何車輛轉(zhuǎn)首角速度傳感器，例如差動測距傳感器。GPS參考數(shù)據(jù)的精度驗證是本發(fā)明提供的傳感器校準(zhǔn)的一部分。對 于本發(fā)明，車輛速度和位置估計被看作是用于校準(zhǔn)過程的可用GPS參考 速度數(shù)據(jù)。低成本GPS接收器通常使用偽距或者載波平滑(carrier smooth )偽距用于位置估計并且使用多普勒效應(yīng)或者偽距變化率觀測用 于速度估計。在提到的所有GPS測量中，多普勒效應(yīng)觀測受多路徑誤差 的影響最小。更重要的是，多路徑誤差也是汽車導(dǎo)航和定位應(yīng)用的主要 誤差貢獻(xiàn)者。因此，認(rèn)為從多普勒效應(yīng)導(dǎo)出的GPS速度在精度、可靠性 和可用性方面比GPS位置估計好^艮多。本發(fā)明的算法使用GPS報告的車輛速度和輪旋轉(zhuǎn)/轉(zhuǎn)速之間的比率 來檢驗GPS參考數(shù)據(jù)的精度。這能夠?qū)崿F(xiàn)更可靠的檢驗而不使用位置域 數(shù)據(jù)(position domain data)。除了基于GPS接收器42使用的可見GPS 衛(wèi)星的數(shù)量的一般的GPS數(shù)據(jù)驗證技術(shù)之外，進(jìn)行該檢驗，以產(chǎn)生一個 解決方案(solution)和信噪比、每個衛(wèi)星衛(wèi)星高度和位置估計最小二 乘殘余(least square residuals)。系統(tǒng)3 0包括車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器6 0,該車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器利用線 52上的來自傳感器32， 34, 36和38的每一個的輪轉(zhuǎn)速和/或輪旋轉(zhuǎn)信號 和線56上的GPS信號檢測車輪滑轉(zhuǎn)并且最小化作為任意車輪22 - 28滑轉(zhuǎn) 結(jié)果的GPS驗證機制的惡化。處理器60用作主要數(shù)據(jù)檢驗過程，并且利 用簡單的車輪速度(wheel velocity)-里程表速度比率以確定輪計數(shù) 是否包括由車輪滑轉(zhuǎn)產(chǎn)生的誤差。根據(jù)一個非限制性實施例，處理器60 利用根據(jù)基于下面等式(1)的算法的模型，確定是否存在任何車輪22 -28的車輪滑轉(zhuǎn)。其中Vws是基于GPS的速度，V絲s是基于輪傳感器的車輛速度，5是預(yù)定 數(shù)據(jù)質(zhì)量閾值。如果處理器60確定不存在車輪滑轉(zhuǎn)，那么輪轉(zhuǎn)速和/或旋轉(zhuǎn)信號以 及里程表信號被發(fā)送給基于車輪的加速度估計處理器62或者可以由基 于車輪的加速度估計處理器62適當(dāng)使用，所述基于車輪的加速度估計處 理器6W古計車輛加速度。估計處理器62利用車輪速度的簡單時間微分來 估計車輛加速度。GPS位置和速度數(shù)據(jù)流通常因為處理延遲而滯后于車 輛內(nèi)的其他數(shù)據(jù)流。如果作為GPS信號處理和估計的 一部分進(jìn)行了過濾,那么這尤其正確。大多數(shù)可選的傳感器使能的GPS接收器(即其中車 輛傳感器數(shù)據(jù)用于GPS位置和速度估計以及援助)發(fā)出觸發(fā)脈沖以讀取 車輛數(shù)據(jù)消息，隨后將該數(shù)據(jù)與GPS信號組合以提供內(nèi)部組合的解決方 案。因此，在相應(yīng)GPS速度估計可用之前，通過輪轉(zhuǎn)速傳感器32, 34, 36和38可以得到特定時間的車輛速度。雖然這個延遲的量會變化，但是 現(xiàn)有的硬件和軟件已經(jīng)顯示出幾十毫秒到 一 秒的延遲，最糟糕的情況是 可選的傳感器使能的GPS接收器。處理器62使用從輪轉(zhuǎn)速傳感器32, 34, 36和38得到的估計的車輛加 速度來識別由GPS信號的時間延遲導(dǎo)致的速度比率(GPS速度對基于車輪 的速度)變化，因為它們是高度相關(guān)的。因此，與加速和減速期間GPS 時間延遲相對應(yīng)的比率變化不會被誤識別為被破壞的GPS參考數(shù)據(jù)。線56上的來自GPS接收器42的GPS信號和來自處理器60的輪轉(zhuǎn)速/旋 轉(zhuǎn)信號被發(fā)送給重采樣和時間同步處理器66,以使GPS信號和輪轉(zhuǎn)速/里 程表讀數(shù)之間的時間幀同步，從而使車輪傳感器數(shù)據(jù)流與GPS數(shù)據(jù)流同 步。典型地，可以以高于GPS信號的采樣率得到車輛傳感器數(shù)據(jù)，并且 因此，GPS信號速率控制發(fā)送給GPS驗證過程的數(shù)據(jù)速率。例如，GPS信來自處理器66的時間同步的GPS信號和輪轉(zhuǎn)速/旋轉(zhuǎn)信號連同來自 處理器62的加速度估計信號被一起發(fā)送給GPS參考數(shù)據(jù)^S正處理器68。 處理器68選擇滿足傳感器校準(zhǔn)的某些要求的有效GPS參考數(shù)據(jù)。傳感器 68的輸出是識別特定時間段的GPS信號是否有效的信號。在一個非限制 性實施例中，本算法利用基于下述等式(2)的模型提供在處理器68中 對GPS參考數(shù)據(jù)的驗證。其中k為取決于所使用的GPS接收器的預(yù)定常數(shù)，ai為由車輪數(shù)據(jù)時間差 分化估計的車輛加速度。線58上的偏航率傳感器信號和來自處理器68的有效GPS信號被發(fā)送 給偏差和比例校準(zhǔn)處理器70。處理器70利用有效GPS信號消除偏差并且 校準(zhǔn)偏航率傳感器46的比例因子，使得在GPS信號無效時，偏航率傳感 器46可以;故用于車輛^^向的目的。在一個實施例中，處理器70中^f吏用的 校準(zhǔn)算法將GPS航向輪廓(profile)和偏航率航向輪廓當(dāng)作兩個形狀，即，通過時間積分偏航率信號產(chǎn)生的，并且試圖估計偏差和比例因子從而在模型中實現(xiàn)最小化。這個過程由下述等式(3)所示。其中N為數(shù)據(jù)點的數(shù)量，^為信號出現(xiàn)時間(epoch) i的相對重要性， GPSi為GPS航向(時間-i) , S為比例因子，B為偏航偏差，傳感器;為例 如使用下面的等式(6)導(dǎo)出的基于偏航的航向(時間-i)。等式(3)給出的模型也允許包含校準(zhǔn)數(shù)據(jù)集中各個觀測值的相對 重要性的權(quán)重。例如，如果在GPS航向數(shù)據(jù)集中檢測到幾個錯誤的航向 觀測值，即使用GPS航向數(shù)據(jù)的連續(xù)性、車輛動態(tài)約束和基于偏航率的 航向檢測的幾個錯誤的航向觀測值，所述GPS航向數(shù)據(jù)集具有大得多的 連續(xù)性，那么在參數(shù)優(yōu)化過程中可以給那些數(shù)據(jù)點分配較小的權(quán)重或者 甚至忽略。在優(yōu)化等式(3)的模型之前，該算法為偏差和比例參數(shù)建立兩個 搜索空間?；贕PS讀數(shù)和利用理想偏航率傳感器假設(shè)的基于偏航率的 航向估計之間的航向差異，該算法估算偏差值并且在這個近似的偏差周 圍定義搜索空間。例如通過利用未校準(zhǔn)的偏航率信號，其還選擇可識別 的車輛轉(zhuǎn)彎(turn),并且與導(dǎo)致比例因子的搜索空間誤差估計一起估 計近似的比例因子，。接著，進(jìn)行搜索以估計最優(yōu)偏差和比例因子值。該校準(zhǔn)算法的實際實施方式可能根據(jù)用于G P S信號的積分機制( integration mechanism)和車輛傳感器而變化。例如，在復(fù)雜的實施 方式中從經(jīng)過校準(zhǔn)的傳感器得到的車輛航向可以反饋回GPS位置和速度 估計處理器。在任何實施方式中，傳感器的頻繁校準(zhǔn)將提高估計的航向 的精度。理想地，使用有效GPS數(shù)據(jù)的最近片段作為連續(xù)過程進(jìn)行該校 準(zhǔn)。然而，這可能是不可行的，因為車輛平臺中的處理資源有限，因此 在有效參考數(shù)據(jù)可用的任何時間并且當(dāng)檢測到顯著的傳感器偏差或者 比例偏離時，需要自動化沖幾制觸發(fā)新4交準(zhǔn)更新?？梢允褂没谙旅娴仁?4)和(5)的模型監(jiān)控有效GPS數(shù)據(jù)片段 和相應(yīng)的經(jīng)過校準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)報告的航向中的顯著變化，以觸發(fā)校準(zhǔn) 參數(shù)的更新。<formula>formula see original document page 11</formula><formula>formula see original document page 12</formula>偏差 (5 )其中cj)傳感器為基于傳感器的航向(偏航率或者差動測距)，(1) cps為基于GPS 的航向，5^為比例因子闊值，5偏差為偏差閾值。輪轉(zhuǎn)速和/或旋轉(zhuǎn)信號以及里程表信號也被發(fā)送到差動測距處理器 64或者可以;故差動測距處理器64使用。差動測距處理器64利用來自輪轉(zhuǎn) 速傳感器32, 34, 36和38的輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)，以根據(jù)兩個車輪例如車輪22和 26或者24和28之間的距離確定車輛航向。處理器70中的偏差和比例校準(zhǔn) 算法還可以用于校準(zhǔn)差動測距信號的偏差和比例。然后將來自處理器70的偏差和比例校準(zhǔn)因子連同線58上的偏航率 信號一起發(fā)送給航向估計處理器72。處理器72中使用的航向估計算法利 用經(jīng)過處理器70中的算法校準(zhǔn)的偏航率信號來估計車輛航向。在一個非 限制性實施例中，通過下面的等式(6)中的模型，比例和偏差因子可 以被用于估計校準(zhǔn)過的基于偏航率傳感器的航向。<formula>formula see original document page 12</formula> (6)其中c])為基于偏航率傳感器的航向，^為偏航率，s為比例因子，r為 偏差因子，dr為偏航率傳感器數(shù)據(jù)間隔(i/采樣率)。如果在任何特定時間偏航率信號不可用，那么航向估計處理器72可 以利用來自測距處理器64的航向信號。許多因素均會導(dǎo)致處理器72不利 用線"上的偏航率傳感器信號，例如傳感器故障。本領(lǐng)域中眾所周知的 是，通過車輛的兩個前輪和后輪的輪轉(zhuǎn)速提供車輛航向。然而，正如本 領(lǐng)域所熟知的那樣，與使用偏航率傳感器提供車輛航向相比它不太準(zhǔn)確然后可以在車輛20上的任何合適系統(tǒng)(例如數(shù)字羅盤74)中使用來 自處理器72的航向估計。上面的討論僅僅公開并且描述了本發(fā)明的示例性實施例。本領(lǐng)域技 術(shù)人員將從這種討論和附圖以及權(quán)利要求書中容易理解，可以對其進(jìn)行 各種改變、修改和變形而不脫離如下述權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的精 一申和范圍。
權(quán)利要求
1、一種用于確定車輛航向的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括GPS接收器，其提供指示車輛位置的GPS信號；偏航率傳感器，用于提供指示車輛的偏航率的偏航率信號；加速度估計處理器，用于確定車輛的加速度并且提供加速度信號；GPS驗證處理器，其接收GPS信號、輪轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)信號以及加速度信號，并且確定該GPS信號是否有效；以及響應(yīng)于偏航率傳感器信號和GPS信號的偏差和比例校準(zhǔn)處理器，如果該驗證處理器確定GPS信號是有效的，那么所述校準(zhǔn)處理器使用GPS信號為偏航率傳感器信號提供偏差和比例校準(zhǔn)因子。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括輪轉(zhuǎn)速傳感器和響應(yīng)于輪轉(zhuǎn)速信號的車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器，該輪轉(zhuǎn)速傳感器用于提供車輛上的車輪的轉(zhuǎn)速或旋轉(zhuǎn)的輪轉(zhuǎn)速或者旋轉(zhuǎn)信號，所述車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器確定是否存 在車輪滑轉(zhuǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器利用下述等式 判斷車輪滑轉(zhuǎn)其中Vws是基于GPS的速度，V傳感器是基于車輪傳感器的車輛速度，5是預(yù) 定的數(shù)據(jù)質(zhì)量閾值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括響應(yīng)于來自校準(zhǔn)處理器的偏差和 比例校準(zhǔn)因子以及偏航率信號的航向估計處理器，所述航向估計處理器 利用校準(zhǔn)因子和偏航率信號提供車輛航向。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的系統(tǒng)，其中航向估計處理器利用下述等式提供 車輛4元向<formula>formula see original document page 2</formula>其中cb為基于偏航率傳感器的航向，^為偏航率，S為比例因子，r為 偏差因子以及d r為偏航率傳感器數(shù)據(jù)間隔。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中GPS驗證處理器利用GPS信號提供的 速度和輪轉(zhuǎn)速或者旋轉(zhuǎn)信號提供的速度之間的比率確定GPS信號是否有效。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中加速度估計處理器利用車輪速度的時間差分來估計車輪加速度。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，其中偏差和比例校準(zhǔn)處理器利用下述等 式確定偏差和比例;f吏準(zhǔn)因子<formula>formula see original document page 3</formula>其中N為數(shù)據(jù)點的數(shù)量，《 ,為信號出現(xiàn)時間i的相對重要性，GPS;為GPS 航向(時間=1) ， S為比例因子，B為偏航偏差以及傳感器i為基于偏航 的航向。
9、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括使GPS信號和輪轉(zhuǎn)速信號之間的 時間幀同步的重采樣和時間同步處理器。
10、 根據(jù)權(quán)利要求l的系統(tǒng)，還包括差動測距處理器，用于基于車 輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)確定車輛航向。
11、 一種用于校準(zhǔn)車輛中的傳感器的偏差和比例的系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括提供傳感器信號的轉(zhuǎn)首角速度傳感器； GPS接收器，其提供指示車輛位置的GPS信號；多個輪轉(zhuǎn)速/輪旋轉(zhuǎn)傳感器，用于提供車輛上的車輪的輪轉(zhuǎn)速或輪 旋轉(zhuǎn)的信號；車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器，其響應(yīng)于該輪轉(zhuǎn)速或輪旋轉(zhuǎn)信號，并且確定 任何車輪是否具有車輪滑轉(zhuǎn)；加速度估計處理器，用于基于該輪轉(zhuǎn)速或輪旋轉(zhuǎn)信號確定車輛的加 速度；以及響應(yīng)于傳感器信號和GPS信號的偏差和比例校準(zhǔn)處理器，所述校準(zhǔn) 處理器使用GPS信號為傳感器信號提供偏差和比例校準(zhǔn)因子。
12、 根據(jù)權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，還包括響應(yīng)于來自該校準(zhǔn)處理器的偏 差和比例校準(zhǔn)因子以及偏航率信號的航向估計處理器，所述航向估計處 理器利用校準(zhǔn)因子和偏航率信號提供車輛航向。
13、 根據(jù)權(quán)利要求ll的系統(tǒng)，其中加速度估計處理器利用車輪速度 的時間差分來估計車輛加速度。
14、 一種用于確定車輛4元向的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 GPS接收器，其提供指示車輛位置的GPS信號；偏航率傳感器，用于提供指示車輛的偏航率的偏航率信號； 多個輪轉(zhuǎn)速/輪旋轉(zhuǎn)傳感器，用于提供車輛上的車輪的輪轉(zhuǎn)速或輪旋轉(zhuǎn)的信號；車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器，其響應(yīng)于該輪轉(zhuǎn)速或輪旋轉(zhuǎn)信號并且確定任何車輪是否具有車輪滑轉(zhuǎn)；加速度估計處理器，用于基于該輪轉(zhuǎn)速或輪旋轉(zhuǎn)信號確定車輛的加 速度；GPS驗證處理器，其接收GPS信號和加速度信號，并且確定該GPS信 號是否有效；以及響應(yīng)于偏航率傳感器信號和GPS信號的偏差和比例校準(zhǔn)處理器，如 果該驗證處理器確定GPS信號是有效的，那么所述校準(zhǔn)處理器使用GPS信 號為偏航率傳感器信號提供偏差和比例校準(zhǔn)因子；以及響應(yīng)于來自校準(zhǔn)處理器的偏差和比例校準(zhǔn)因子以及偏航率信號的 航向估計處理器，所述航向估計處理器利用校準(zhǔn)因子和偏航率信號提供 車輛航向。
15、根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器利用下述等 式確定車輪滑轉(zhuǎn)其中Vws是基于GPS的速度，V傳感器是基于車輪傳感器的車輛速度，5 是預(yù)定的數(shù)據(jù)質(zhì)量閾值。
16、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中航向估計處理器使用下述等式提 供車輛4元向夂—w — rVr其中4)為基于偏航率傳感器的航向，^為偏航率，S為比例因子，r為 偏差因子以及d r為偏航率傳感器數(shù)據(jù)間隔。
17、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中GPS^r證處理器利用GPS信號提供 的速度和輪轉(zhuǎn)速或者旋轉(zhuǎn)信號提供的速度之間的比率確定GPS信號是否 有效。
18、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中加速度估計處理器利用車輪速度 的時間差分來估計車輪加速度。
19、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其中偏差和比例校準(zhǔn)處理器利用下述等式確定偏差和比例校準(zhǔn)因子 min ^>,2 (GP& — S x (傳感器,—5))S,丑.，其中N為數(shù)據(jù)點的數(shù)量，"i為信號出現(xiàn)時間i的相對重要性，GPSi為GPS 航向(時間=1) , S為比例因子，B為偏航偏差以及傳感器i為基于偏航 的航向。
20、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，還包括使GPS信號和輪轉(zhuǎn)速信號之間 的時間幀同步的重釆樣和時間同步處理器。
21、 根據(jù)權(quán)利要求14的系統(tǒng)，還包括差動測距處理器，用于基于車 輪旋轉(zhuǎn)計數(shù)確定車輛4元向。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于GPS的車輛中傳感器校準(zhǔn)算法。一種利用GPS信號校準(zhǔn)諸如偏航率傳感器的轉(zhuǎn)首角速度傳感器的偏差和比例因子的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)接收輪轉(zhuǎn)速或者旋轉(zhuǎn)信號、車輛里程表讀數(shù)、GPS信號和偏航率信號。該系統(tǒng)包括根據(jù)輪轉(zhuǎn)速信號和GPS信號確定是否存在車輪滑轉(zhuǎn)的車輪滑轉(zhuǎn)檢測處理器。該系統(tǒng)還包括估計車輛加速度的基于車輪的加速度處理器。該系統(tǒng)還包括根據(jù)輪轉(zhuǎn)速確定車輛航向的差動測距處理器。該系統(tǒng)還包括使用估計的車輛加速度和輪轉(zhuǎn)速來確定GPS信號是否有效的GPS參考數(shù)據(jù)驗證處理器。然后該有效的GPS信號被用于校準(zhǔn)偏航率傳感器信號，其可用于車輛航向的目的。
文檔編號G01C21/10GK101334294SQ20081012952
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日
發(fā)明者C·巴斯納亞克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司