專利名稱：調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的方法、一種對(duì)應(yīng)的激光自混合傳感器、一種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序、一種包括該計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)、一種與該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)耦接的自混合激光傳感器系統(tǒng)、以及一種包括該自混合激光傳感器系統(tǒng)和該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的車輛。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的車輛速度測(cè)量設(shè)備需要另外的獨(dú)立參考速度來校準(zhǔn)該測(cè)量設(shè)備。例如，在 US2006/0265112 Al中，公開了一種用于校準(zhǔn)具有多個(gè)車輪的車輛的速度的方法和系統(tǒng)。該方法包括以下步驟基于與多個(gè)車輪相關(guān)聯(lián)的平均輪胎尺寸，感測(cè)第一車輛速度；基于全球定位數(shù)據(jù)，感測(cè)第二車輛速度；以及自動(dòng)校準(zhǔn)第一車輛速度和第二車輛速度的速度。當(dāng)?shù)谝卉囕v速度和第二車輛速度不是直接確定的并且不是獨(dú)立的時(shí)，該校準(zhǔn)方法是不準(zhǔn)確的。預(yù)期基于自混合激光多普勒干涉測(cè)量法的機(jī)動(dòng)車對(duì)地速度感測(cè)日益重要，尤其是改進(jìn)ESP和其它汽車安全系統(tǒng)。然而，為了測(cè)量汽車的對(duì)地速度，傳感器相對(duì)于道路表面的取向影響該測(cè)量。同樣，相對(duì)于行駛方向的橫向速度分量和振動(dòng)影響根據(jù)所測(cè)量的干涉測(cè)量信號(hào)對(duì)速度的計(jì)
笪弁。對(duì)于汽車安全系統(tǒng)，不斷地監(jiān)視汽車的動(dòng)態(tài)。當(dāng)前，安全系統(tǒng)使用測(cè)量每單個(gè)車輪的轉(zhuǎn)數(shù)的車輪傳感器的輸入、以及來自具有例如多軸加速度計(jì)和陀螺儀的中央傳感器箱的幾個(gè)輸入信號(hào)。所記錄的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)不幸地是不完整的。當(dāng)前，僅能夠測(cè)量汽車車體的加速度和旋轉(zhuǎn)、以及從車輪的轉(zhuǎn)數(shù)推導(dǎo)的汽車的前向速度。然而，沒有可用的測(cè)量汽車獲得的相對(duì)于道路的速度的商用傳感器系統(tǒng)。這樣的汽車的對(duì)地速度測(cè)量將(1)導(dǎo)致直接的而非推導(dǎo)的前向速度的測(cè)量，以及 (2)允許獲得(give access to)汽車的橫向速度。尤其，汽車獲得的橫向速度對(duì)于汽車安全系統(tǒng)而言是非常有用的控制參數(shù)，其使得當(dāng)前安全系統(tǒng)的顯著改進(jìn)成為可能。原則上，可以采用幾種技術(shù)來測(cè)量對(duì)地速度。例如，可以考慮雷達(dá)(RADAR)、基于照相機(jī)的圖像識(shí)別技術(shù)、或激光多普勒干涉測(cè)量法。然而，這些技術(shù)需要能夠應(yīng)對(duì)在機(jī)動(dòng)車中典型地面臨的強(qiáng)烈變化條件(例如，諸如下雨、或下雪之類的惡劣天氣)，需要具有可管理的尺寸，以及需要是成本有效的。首次，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到一種技術(shù)，即，使用自混合干涉原理的激光傳感器，其歸結(jié)為激光多普勒干涉測(cè)量法，其滿足所有這些機(jī)動(dòng)車的特有需求。SMI傳感器合并了以某一角度指向道路的激光器。當(dāng)激光束照射道路時(shí)，其將沿所有方向被反射。當(dāng)?shù)缆废鄬?duì)于激光器運(yùn)動(dòng)(即，其上安裝有激光器的汽車相對(duì)于道路運(yùn)動(dòng)) 時(shí)，反射光的頻率與入射激光束的頻率稍有不同。該頻率偏移是所謂的多普勒偏移，并且與向著激光束方向的道路的速度分量成比例。當(dāng)一小部分該反射的、多普勒偏移的激光再次進(jìn)入激光器腔時(shí)，其將與“未受干擾的”激光器腔的光混合，導(dǎo)致干涉圖案。該干涉圖案將再次準(zhǔn)確地以多普勒頻率周期性地改變。激光器腔內(nèi)部的這些改變的干涉圖案導(dǎo)致激光功率波動(dòng)；以此方式，可以依據(jù)激光功率來確定多普勒頻率以及因而確定道路速度。為了測(cè)量汽車相對(duì)于道路的二維速度向量，需要兩個(gè)激光束。而且，需要知道激光束與道路之間的準(zhǔn)確角度、以及激光束與汽車之間的準(zhǔn)確角度，以便將多普勒頻率偏移與汽車速度關(guān)聯(lián)。應(yīng)用多普勒干涉來測(cè)量汽車的對(duì)地速度的問題在于以下事實(shí)對(duì)于速度測(cè)量而言，必須知道傳感器相對(duì)于道路的準(zhǔn)確取向以及傳感器相對(duì)于前進(jìn)方向的準(zhǔn)確取向。然而， 由于激光傳感器被安裝到汽車車體，因此其取向以及因而入射激光束的角度將由于懸架振動(dòng)而不斷地改變。仿真已經(jīng)示出5厘米的平衡懸架位置的小偏差導(dǎo)致不可接受的測(cè)量誤差。然而，懸架系統(tǒng)的動(dòng)作是不可預(yù)測(cè)的，并且由此其導(dǎo)致不可接受的低的測(cè)量準(zhǔn)確度。這同樣也適用于傳感器相對(duì)于前向或前進(jìn)方向未配準(zhǔn)的情況。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種具有增加準(zhǔn)確度的光學(xué)速度傳感器。通過獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)該目的。在從屬權(quán)利要求中指定了本發(fā)明的有利實(shí)施例和改進(jìn)。如在權(quán)利要求中定義的本發(fā)明的解決方案基于確定傳感器關(guān)于相對(duì)于傳感器運(yùn)動(dòng)的表面的取向、并且然后在橫向速度較小且前向速度較大時(shí)獲取數(shù)據(jù)。然后，確定傳感器相對(duì)于前向速度的方向的取向，并且使用所測(cè)量的傳感器相對(duì)于參考表面和前向速度方向的取向來校正隨后測(cè)量的速度數(shù)據(jù)。借助于一種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器的方法來實(shí)現(xiàn)該目的。該方法包括以下步驟
一確定由從該表面反射回并再次進(jìn)入至少一個(gè)激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合強(qiáng)度振蕩(intensity oscillation)的頻率， 一依據(jù)所述自混合強(qiáng)度振蕩的頻率計(jì)算速度，
一使用自混合激光傳感器的至少第一激光束確定傳感器相對(duì)于參考表面和預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的取向，確定傳感器的取向的步驟包括以下步驟確定車輛的運(yùn)動(dòng)方向是否與預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向一致；獲得車輛沿預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)；以及基于所述車輛沿預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換。該方法還包括以下步驟通過向所測(cè)量的速度數(shù)據(jù)應(yīng)用變換，基于所確定的傳感器取向，來調(diào)節(jié)借助于自混合激光傳感器所確定的速度數(shù)據(jù)。用于確定相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的對(duì)應(yīng)激光自混合速度傳感器包括 用于確定由從該表面反射回并再次進(jìn)入至少一個(gè)激光器的腔的激光的多普勒引起的
相移造成的自混合強(qiáng)度振蕩的頻率的電路，
用于依據(jù)自混合強(qiáng)度振蕩來確定沿至少一個(gè)預(yù)定方向的速度的電路，以及用于使用自混合激光傳感器的至少第一激光束來確定傳感器相對(duì)于參考表面的取向的電路。該電路包括用于確定車輛的運(yùn)動(dòng)方向與預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向是否一致、獲得所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)、并且基于用于車輛沿預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換的電路。此外，提供用于通過向所測(cè)量的速度數(shù)據(jù)應(yīng)用變換來基于所確定的傳感器取向而調(diào)節(jié)借助于自混合激光傳感器所確定的速度數(shù)據(jù)的電路。
所測(cè)量的運(yùn)動(dòng)方向與預(yù)定方向的一致可能不準(zhǔn)確。相反，一般地，在滿足閾值條件的情況下，已經(jīng)假設(shè)為一致。例如，在所測(cè)量的橫向速度落在閾值以下的情況下，可以假設(shè)所測(cè)量的速度主要是沿著前向方向的速度，而沒有橫向速度分量的實(shí)質(zhì)貢獻(xiàn)。下面更詳細(xì)地提出這些和其它準(zhǔn)則。此外，可以將本發(fā)明實(shí)現(xiàn)為一種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序、或一種包括該計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。該計(jì)算機(jī)程序包括用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的程序代碼部件，以便當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在控制自混合激光傳感器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如上所述的方法的步驟。然后，如上所述的自混合激光傳感器系統(tǒng)可以耦接到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，從而執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向具體地可以為前向方向。因此，在汽車或摩托車的情況下，如果車輛正向前直行行駛，則前向方向?yàn)閷?shí)際運(yùn)動(dòng)方向。傳感器系統(tǒng)相對(duì)于運(yùn)動(dòng)表面的未配準(zhǔn)可能由相對(duì)于參考表面未配準(zhǔn)以及相對(duì)于速度向量未配準(zhǔn)兩者引起。根據(jù)本發(fā)明的方法用來補(bǔ)償這兩種未配準(zhǔn)。如果向速度數(shù)據(jù)應(yīng)用變換，則可以明確地提取橫向運(yùn)動(dòng)分量和前向運(yùn)動(dòng)分量。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，通過至少三個(gè)激光束來確定速度，每個(gè)激光束相對(duì)于參考表面的垂向具有不同的方位角。已經(jīng)示出三個(gè)激光束的布置允許正確確定幾乎獨(dú)立于傳感器系統(tǒng)的未配準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)向量。然而，本發(fā)明允許清楚地在實(shí)際的橫向速度分量和前向速度分量之間進(jìn)行區(qū)分。由于在應(yīng)用通過根據(jù)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法獲得的變換之后已知激光束相對(duì)于參考表面和前向速度方向的準(zhǔn)確取向，因此本發(fā)明的方法還允許以增加的準(zhǔn)確度進(jìn)行測(cè)量，這是因?yàn)榭梢元?dú)立于多于一個(gè)激光束地確定前向速度。因此，優(yōu)選地提出使用多軸激光傳感器。根據(jù)本發(fā)明的這種系統(tǒng)包括至少三個(gè)激光器，在它們之間具有已知且恒定的(即例如整體式(monolithically)固定的)角度。它們之間這些已知的良好固定的角度具有令人驚訝的優(yōu)點(diǎn)，即可以依據(jù)三個(gè)多普勒頻率來準(zhǔn)確地計(jì)算前向(forward)速度分量和橫向(lateral)速度分量，并且沒有干擾測(cè)量結(jié)果的振動(dòng)?？梢詫⒂蓚鞲衅鱥測(cè)量的多普勒頻率寫為
這里，描述傳感器i和速度分量vk的角度配置，#是速度向量的維度。
假設(shè)應(yīng)用0個(gè)激光傳感器來測(cè)量#維速度向量，則依據(jù)所有多普勒頻率的速度向
量的估計(jì)G被給出為
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器的方法，該方法包括以下步驟-確定由從該表面反射回并再次進(jìn)入至少一個(gè)激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合強(qiáng)度振蕩的頻率，-依據(jù)所述自混合強(qiáng)度振蕩的頻率，計(jì)算速度，-使用所述自混合激光傳感器的至少第一激光束，確定傳感器相對(duì)于參考表面和預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的取向，所述確定傳感器的取向的步驟包括以下步驟確定車輛的運(yùn)動(dòng)方向是否與預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向一致，獲得用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)，以及基于用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換， 該方法還包括以下步驟-基于所確定的傳感器取向，調(diào)節(jié)借助于自混合激光傳感器所確定的速度數(shù)據(jù)，所述調(diào)節(jié)速度數(shù)據(jù)的步驟包括向所測(cè)量的速度數(shù)據(jù)應(yīng)用所述變換。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過測(cè)量車輛的與參考表面垂直的垂直速度來確定傳感器的取向，以及借助于坐標(biāo)變換來調(diào)節(jié)速度數(shù)據(jù)，使得調(diào)節(jié)后的平均垂直速度為零。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過沿相對(duì)于彼此線性獨(dú)立的方向發(fā)射的至少第二激光束和第三激光束來確定車輛的取向，以及借助于坐標(biāo)變換來調(diào)節(jié)第一激光束和速度數(shù)據(jù)，所述坐標(biāo)變換補(bǔ)償傳感器的取向與參考表面的失配。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，包括借助于以下來確定車輛的預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向 -方向盤傳感器，或-加速度傳感器，或 -羅盤，或-車輪速度傳感器的旋轉(zhuǎn)速度數(shù)據(jù)的比較，或 -GPS單元。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過存儲(chǔ)所測(cè)量的速度數(shù)據(jù)并對(duì)所述數(shù)據(jù)求平均來確定車輛的預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向，平均后的數(shù)據(jù)表示所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，響應(yīng)于對(duì)于速度分量超過或低于預(yù)定閾值的測(cè)量， 而執(zhí)行獲得用于車輛沿著預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)的步驟。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，基于用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換的步驟包括以下步驟-確定第一變換，其將傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的平面配準(zhǔn)為平行于參考表面，以及 -確定第二變換，其繞傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的垂直方向旋轉(zhuǎn)傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的平面，使得橫向速度的量最小化。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，基于用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換的步驟包括以下步驟-確定第一變換，其使沿傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)的與參考表面垂直的方向的前向速度的分量最小化，或者使與參考表面垂直的速度的量最小化， -確定第二變換，其使橫向速度的分量最小化，以及 -確定第三變換，其使運(yùn)動(dòng)的橫向分量和垂直分量之間的相關(guān)性最小化。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，基于用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換的步驟包括以下步驟“確定激光和所述參考表面之間的三個(gè)距離，并依據(jù)所述三個(gè)距離計(jì)算變換，所述變換將傳感器在中心坐標(biāo)的速度與參考表面的速度配準(zhǔn)。
10.一種用于確定相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的激光自混合速度傳感器，包括 至少一個(gè)激光器，用于確定由從該表面反射回并再次進(jìn)入至少一個(gè)激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合強(qiáng)度振蕩的頻率的電路，用于依據(jù)所述自混合強(qiáng)度振蕩來確定沿至少一個(gè)預(yù)定方向的速度的電路，以及用于使用所述自混合激光傳感器的至少第一激光束來確定傳感器相對(duì)于參考表面的取向的電路，所述電路包括用于確定車輛的運(yùn)動(dòng)方向與預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向是否一致、獲得所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的速度數(shù)據(jù)、并且基于用于所述車輛沿所述預(yù)定運(yùn)動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)的所述速度數(shù)據(jù)來計(jì)算變換的電路， 該激光自混合速度傳感器還包括-用于通過向所測(cè)量的速度數(shù)據(jù)應(yīng)用所述變換來基于所確定的傳感器取向而調(diào)節(jié)借助于自混合激光傳感器所確定的速度數(shù)據(jù)的電路。
11.如前一權(quán)利要求所述的激光自混合速度傳感器，包括 -至少兩個(gè)激光器，優(yōu)選地至少三個(gè)激光器，-用于依據(jù)所述自混合強(qiáng)度振蕩確定沿著至少一個(gè)預(yù)定方向的速度的電路， -用于檢測(cè)在斑紋引起的強(qiáng)度振蕩的交界處至少三個(gè)激光束中的至少一個(gè)的自混合多普勒引起的強(qiáng)度振蕩的相位跳躍或極小值的電路，以及-用于校正在斑紋引起的強(qiáng)度振蕩的交界處由多普勒引起的強(qiáng)度振蕩的頻率推導(dǎo)的信號(hào)的偏差的電路，該偏差源自相位跳躍。
12.—種調(diào)節(jié)用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序包括用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)的程序代碼部件，以便當(dāng)計(jì)算機(jī)程序在控制自混合激光傳感器系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行時(shí)執(zhí)行如權(quán)利要求1所述的方法的步驟。
13.—種包括如權(quán)利要求12所述的計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
14.一種用于測(cè)量車輛相對(duì)于參考表面運(yùn)動(dòng)的速度的自混合激光傳感器系統(tǒng)，其耦接到如權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)。
15.一種包括如權(quán)利要求10所述的自混合激光傳感器或如權(quán)利要求13所述的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的車輛。
全文摘要
該方法基于確定傳感器關(guān)于相對(duì)于該傳感器運(yùn)動(dòng)的表面的取向、并且然后在橫向速度較小而前向速度較大時(shí)獲取數(shù)據(jù)。然后，確定傳感器相對(duì)于前向速度方向的取向，并且使用所測(cè)量的傳感器相對(duì)于參考表面和前向速度方向的取向來校正隨后測(cè)量的速度數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01P21/02GK102292646SQ201080004994
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月20日
發(fā)明者M. 范 德 李 A., 恩格爾布雷赫特 B., 海因克斯 C., 門希 H., 卡派 M., 舍曼 M. 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司