專利名稱：基于車載傳感器的用于偏航率傳感器標(biāo)定的標(biāo)定算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及標(biāo)定航向傳感器的系統(tǒng)和方法，例如，偏航率傳感器，更具體 地，涉及從偏航率傳感器中去除傳感器偏移誤差的系統(tǒng)和方法，以便當(dāng)無法獲得GPS信號 時使用偏航率傳感器來提供準(zhǔn)確的車輛航向，其中該系統(tǒng)和方法利用偏差更新模型來標(biāo)定 傳感器，使用偏航率、方向盤角度和差異車輪速度度來識別當(dāng)車輛相對直線行駛時的時間 窗。標(biāo)定
背景技術(shù)：
GPS信號，或其他全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)信號，可以提供準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航。然 而，GPS接收器受天空能見度相關(guān)限制，例如，在城市峽谷和密集的樹木覆蓋區(qū)域。此外， GPS信號可能受到上述區(qū)域的多路徑誤差或交叉相關(guān)誤差影響。當(dāng)天空能見度短期內(nèi)(例 如10-20秒)短暫提升時，由于存在高靈敏度和快速重新獲取GPS技術(shù)，精確的GPS信號會 變得可用，甚至在欠佳的環(huán)境中也是如此。因此，GPS技術(shù)持續(xù)性歸結(jié)為在GPS可用時間窗 之間的GPS中斷內(nèi)維持定位精度。車輛級慣性傳感器(例如偏航率傳感器和加速度計(jì))具有高度變化的偏差和比例 特性，從而引起傳感器漂移，在沒有合適的誤差校正技術(shù)的情況下，該漂移典型地使得他們 不適宜導(dǎo)航和航向測定功能。例如，某些車輛級偏航率傳感器允許高達(dá)2度/秒的偏航率 傳感器偏差變化。如果不校正該變化，并允許超過兩分鐘時段，開始時在0秒具有0度/秒 偏差的偏航率傳感器可以在120秒后達(dá)到2度/秒的偏差。如果為了簡單起見假定偏差是 線性增長的，作為偏差變化的結(jié)果，通過集成未標(biāo)定的偏航率傳感器信號獲得的航向變化 將僅指示120°的航向變化。如果距離測量(例如車車輪速度度)可用，甚至當(dāng)GPS信號不可用時，可采用慣性 傳感器與GPS接收器結(jié)合以提供合理精度的車輛航向和位置，然而，車輛級慣性傳感器通 常不提供與GPS信號相同等級的精度。當(dāng)GPS信號可用時，GPS/慣性傳感器集成系統(tǒng)可采 用GPS信號來標(biāo)定慣性傳感器且維持車輛航向和位置的精確，且當(dāng)GPS信號不可用時，采用 標(biāo)定的慣性傳感器來維持航向和位置的求解，直到GPS信號變得再次可用。已知的偏航率傳感器標(biāo)定算法通常采用兩步過程來達(dá)到偏差和比例的標(biāo)定，且為 了標(biāo)定需要執(zhí)行特定的車輛操作。例如，傳感器偏差標(biāo)定可需要車輛直線駕駛或在已知的 時間段內(nèi)靜止，以便作為傳感器偏差的結(jié)果，累積的航向誤差可被直接估算。對于比例標(biāo) 定，車輛可能需要駕駛通過受控圈數(shù)。2007 ^ 6 ^ 29 H | 交、H 為 GPS-based in—vehicle sensor calibrationalgorithm(基于GPS的車載傳感器標(biāo)定算法)、轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓者且在此 將其并入作為參考的美國專利申請序列號11/770898，公開了采用GPS信號以標(biāo)定航向傳 感器的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)接收車輪速度或旋轉(zhuǎn)信號、車輛里程表讀數(shù)、GPS信號和偏航率 信號，且當(dāng)GPS信號可用時采用GPS信號以標(biāo)定航向傳感器。如上討論的，’ 898申請當(dāng)GPS信號可用時采用GPS信號標(biāo)定航向傳感器，這樣當(dāng)
5GPS信號不可用時，航向傳感器會在一段時間內(nèi)相當(dāng)精確。然而，如果GPS信號在延長的時 間段內(nèi)不可用時，則為了維持航向傳感器精度，需要在GPS信號不可用時標(biāo)定航向傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，公開了當(dāng)GPS信號不可用時采用偏差更新模型標(biāo)定車輛航向 傳感器(例如偏航率傳感器)的系統(tǒng)和方法，偏差更新模型采用了偏差增益系數(shù)。為了偏 差更新模型準(zhǔn)確，車輛應(yīng)該相對直線行駛。本發(fā)明的一個實(shí)施例采用了三個閾值以確定車 輛是否直線行駛。這些閾值包括偏航率閾值、方向盤角度閾值以及車輪速度閾值。如果所 有這三個閾值都指示車輛直線行駛，那么更新偏差模型可用于標(biāo)定偏航率傳感器。由下面的說明和所附權(quán)利要求結(jié)合附圖將清楚本發(fā)明的附加特征。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括提供偏航率傳感器標(biāo)定的系統(tǒng)的車輛的平面 圖；以及圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器的過程的 流程圖。
具體實(shí)施例方式涉及在GPS信號不可用時采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器的系統(tǒng)和方法的 本發(fā)明實(shí)施例的以下討論本質(zhì)上僅僅是示范性的，絕不是打算限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括偏航率傳感器標(biāo)定控制器12的車輛10的平面 圖。車輛10還包括前輪14和16以及后輪18和20。車輪14，16，18和20各分別包括車 輪速度傳感器22，24，26和28，給控制器12提供車輪速度和/或車輪旋轉(zhuǎn)信號。GPS接收 器32給控制器12提供GPS信號，以及偏航率傳感器34給控制器12提供車輛偏航率傳感 器信號。此外，手輪角度傳感器36給控制器12提供方向盤38旋轉(zhuǎn)的方向盤角度信號。本發(fā)明提出當(dāng)GPS信號不可用時在控制器12中采用固定航向更新(CHUPT)算 法以標(biāo)定偏航率傳感器34，該算法使用了偏差更新模型。盡管偏差更新模型標(biāo)定偏航率 傳感器34，但是在其它實(shí)施例中，任何合適的提供車輛航向的航向或慣性傳感器都可通過 CHUPT算法標(biāo)定。CHUPT算法計(jì)算偏航偏差信號YawBiasi,用于減少偏航率傳感器34的偏 差，以便提供精確的航向讀數(shù)。在此實(shí)施例中，偏差更新模型定義為=YawBiasi = (Hchupt) YawBiasw+β OiupTYawRatei,CHUPT (D 其中 β CHuPT 為偏差增益系數(shù)。為了偏差更新模型的準(zhǔn)確性，車輛10需要相對直線行駛。CHUPT算法使用了車 輛偏航率，方向盤角度以及差異車輪速度以識別在車輛航向相對固定(也就是車輛直線 行駛)時的時間窗。車輛需要行駛多直的程度以及時間窗需要多久可由四個預(yù)定參數(shù)控 制，即，偏航標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值Vfcwsro，方向盤角度標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值，差異車輪速度閾值 ▽rfra^s^w和時間窗長度。下面的公式⑵和(3)識別出該算法如何分別確定在時間窗P期間偏航率信號YawRate的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否小于偏航標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值Vri^ro以及方 向盤角度信號SteeringWheelAng的標(biāo)準(zhǔn)偏差是否小于方向盤角度標(biāo)準(zhǔn)偏差
閾值 VSteerAngSm。Std(JcmRatelIi) < VYawSTD (2)其中 N 是偏航率窗的長度。 std(SteeringWheelAng) < VSteerAngSTD(3)其中 P 是方向盤角度窗。在當(dāng)車輛10沿著曲線行駛且方向盤角度保持固定的情況下仍然可以滿足公式 (2)和(3)的條件。偏航率信號在這種情況下也可指示固定的車輛航向。在這種情況 下，偏航率信號指示不應(yīng)該在偏差中被考慮為變化的實(shí)際航向速率。為了避免這樣的錯 誤判定，可執(zhí)行差異車輪速度確認(rèn)。此確認(rèn)由下面的公式(4)示出，確認(rèn)出在左右非驅(qū) 動輪計(jì)數(shù)或速度之間的差僅僅指示出測量噪音和在給定的時間窗期間未看到明顯差別。 ^WheelSpeedl — WheelSpeedR | < VdwheelSpeed (4)其中WheelSpeec^是左非驅(qū)動輪的車輪 速度且WheelSpeedK是右非驅(qū)動輪的車輪速度。如果方向盤角度標(biāo)準(zhǔn)偏差和偏航率標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有變化超過預(yù)定閾值且非驅(qū)動輪 之間的相對速度在預(yù)定閾值內(nèi)也大約相同，那么認(rèn)定車輛10沒有轉(zhuǎn)彎。當(dāng)公式(2)-(4) 中給出的條件滿足時，CHUPT算法采用偏航率信號和公式(1)來更新當(dāng)前偏航率偏差 YawBiasi0圖2是示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的本發(fā)明校正偏航率傳感器34偏航偏差的步驟 的流程圖40。在框42處，算法采用公式(2)的偏航率閾值計(jì)算來確定車輛10是否直線行 駛。在框44處，算法采用公式(3)的方向盤角度閾值計(jì)算來確定車輛10是否直線行駛。在 框46處，算法采用公式(4)的車輪速度閾值計(jì)算來確定車輛10是否直線行駛。如果所有 的這些計(jì)算都確定車輛10相對直線行駛，那么算法采用公式(1)的更新偏差模型來更新或 標(biāo)定偏航率傳感器34。前面討論公開和描述的僅僅是本發(fā)明的示范性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易由 此討論以及由附圖和權(quán)利要求認(rèn)識到，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍 的情況下，可以進(jìn)行各種變化、修改和變型。
權(quán)利要求
1. 一種車輛中的偏航率傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，所述車輛包括4個車輪，所述系統(tǒng)包括偏航率傳感器，提供指示車輛偏航的偏航率信號；手輪角度傳感器，提供車輛方向盤旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)信號；多個車輪速度傳感器，提供車輛車輪速度的車輪速度信號；以及偏航率傳感器標(biāo)定控制器，所述控制器采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器，所述控 制器響應(yīng)于偏航率信號、旋轉(zhuǎn)信號和車輪速度信號，所述標(biāo)定控制器采用對偏航率信號、手 輪角度信號和車輪速度信號中的每一個的獨(dú)立計(jì)算來確定車輛是否相對直線行駛，如果車 輛相對直線行駛，所述控制器標(biāo)定偏航率傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括給標(biāo)定控制器提供GPS信號的GPS接收器，以指示 車輛的位置，當(dāng)GPS信號可用時所述標(biāo)定控制器采用GPS信號來標(biāo)定偏航率傳感器，當(dāng)GPS 信號不可用時所述標(biāo)定控制器采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用偏差更新模型通過使用下面的公式 計(jì)算偏航偏差來標(biāo)定偏航率傳感器YawBiasi = (1- β CHUPT) YawBias^1+ β CHUPT YawRatei, CHUPT其中，YawBiasi是偏航偏差且β CHUPT為偏差增益系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用偏航率信號標(biāo)準(zhǔn)偏差以及下面的公 式確定車輛是否相對直線行駛StdiYawRatei^i) < NYawSTD其中N是偏航率窗的長度，YawRate是偏航率信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差，偏航率標(biāo)準(zhǔn)偏 差閾值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用旋轉(zhuǎn)信號和下面的公式確定車輛是 否直線行駛std(SteeringWheelAng^pi) < ^SteerAngSTD其中，P是方向盤角度窗長度，SteeringffheelAngle是旋轉(zhuǎn)信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差，Vto^ism3 是方向盤角度標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用車輪速度信號和下面的公式確定車 輛是否直線行駛\WheelSpeedL -WheelSpeedR \ < ^dwheelspeed其中，^dWheelSpeed是差異車輪速度閾值，ffheelSpeedL是左非驅(qū)動輪的速度且 WheelSpeedE是右非驅(qū)動輪的速度。
7. —種車輛中的航向傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，所述車輛包括4個車輪，所述系統(tǒng)包括航向傳感器，提供指示車輛航向的航向信號；多個車輛傳感器，提供識別車輛參數(shù)的傳感器信號；以及航向傳感器標(biāo)定控制器，采用偏差更新模型標(biāo)定航向傳感器，所述控制器響應(yīng)于航向 信號和傳感器信號，所述控制器采用航向信號和傳感器信號以確定車輛是否相對直線行 駛，如果車輛相對直線行駛，所述控制器標(biāo)定航向傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，航向傳感器是偏航率傳感器，提供指示車輛偏航的偏 航率信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用偏差更新模型通過使用下面的公式 計(jì)算偏航偏差來標(biāo)定偏航率傳感器YawBiasi = (1- β CHUPT) YawBias^1+ β CHUPTYawRatei7 CHUPT其中，YawBiasi是偏航偏差且β CHUPT為偏差增益系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，其中，所述多個車輛傳感器包括提供車輛方向盤旋轉(zhuǎn)的 旋轉(zhuǎn)信號的手輪角度傳感器、以及提供車輛車輪速度的車輪速度信號的多個車輪速度傳感 器，所述標(biāo)定控制器采用旋轉(zhuǎn)信號、航向信號和車輪速度信號以確定車輛是否相對直線行 駛。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用航向信號以及下面的公式確定車輛是否相對直線行駛
12.根據(jù)權(quán)利要求10系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用旋轉(zhuǎn)信號和下面的公式確定車輛是 否直線行駛
13.根據(jù)權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用車輪速度信號和下面的公式確定 車輛是否直線行駛
14.根據(jù)權(quán)利要求7的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括給標(biāo)定控制器提供GPS信號的GPS接收器，以 指示車輛的位置，當(dāng)GPS信號可用時所述標(biāo)定控制器采用GPS信號來標(biāo)定航向傳感器，當(dāng) GPS信號不可用時所述標(biāo)定控制器采用偏差更新模型標(biāo)定航向傳感器。
15.一種車輛中的偏航率傳感器標(biāo)定系統(tǒng)，所述車輛包括4個車輪，所述系統(tǒng)包括偏航率傳感器，提供指示車輛偏航的偏航率信號；手輪角度傳感器，提供車輛方向盤旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)信號；多個車輪速度傳感器，提供車輛車輪速度的車輪速度信號；GPS接收器，提供指示車輛位置的GPS信號；以及偏航率傳感器標(biāo)定控制器，采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器，所述控制器響應(yīng)于 偏航率信號、手輪旋轉(zhuǎn)信號、車輪速度信號和GPS信號，當(dāng)GPS信號可用時所述標(biāo)定控制器 采用GPS信號來標(biāo)定偏航率傳感器，當(dāng)GPS信號不可用且車輛相對直線行駛時所述標(biāo)定控 制器采用偏差更新模型標(biāo)定偏航率傳感器，所述標(biāo)定控制器采用對偏航率信號、手輪角度 信號和車輪速度信號中的每一個的獨(dú)立計(jì)算來確定車輛是否相對直線行駛。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用偏差更新模型通過使用下面的公 式計(jì)算偏航偏差來標(biāo)定偏航率傳感器YawBiasi = (1- β CHUPT) YawBias^1+ β CHUPT YawRatei, CHUPT其中，YawBiasi是偏航偏差且β CHUPT為偏差增益系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用偏航率信號以及下面的公式確定 車輛是否相對直線行駛Std(JawRatei-Ni) < Vwro其中N是偏航率窗的長度，YawRate是偏航率信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差，Vtosro是偏航率標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用旋轉(zhuǎn)信號和下面的公式確定車輛 是否直線行駛std(SteeringWheelAng^pj) < ^SleerAngSTD其中，P是方向盤角度窗長度，SteeringffheelAngle是旋轉(zhuǎn)信號的標(biāo)準(zhǔn)偏差，VsW^stp 是方向盤角度標(biāo)準(zhǔn)偏差閾值。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，標(biāo)定控制器采用車輪速度信號和下面的公式確定 車輛是否直線行駛\WheelSpeedL - WheelSpeedR\ < ^dwheelspeed其中，^dWheelSpeed是差異車輪速度閾值，ffheelSpeedL是左非驅(qū)動輪的速度且 WheelSpeedE是右非驅(qū)動輪的速度。
全文摘要
一種標(biāo)定車輛航向傳感器例如偏航率傳感器的系統(tǒng)和方法，當(dāng)GPS信號不可用時，采用偏差更新模型，該模型利用了偏差增益系數(shù)。為了偏差更新模型的準(zhǔn)確性，車輛應(yīng)該相對直線行駛。本發(fā)明的一個實(shí)施例采用了三個閾值來確定車輛是否直線行駛。這些閾值包括偏航率閾值，方向盤角度閾值和車輪速度閾值。如果所有三個閾值都指示車輛直線行駛，則更新偏差模型可用于標(biāo)定正偏航率傳感器。
文檔編號G01P3/00GK102007417SQ200980113504
公開日2011年4月6日 申請日期2009年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者C·巴斯納亞克 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作公司