基于GPS的车辆中传感器校准算法制造技术

本发明专利技术涉及基于ＧＰＳ的车辆中传感器校准算法。一种利用ＧＰＳ信号校准诸如偏航率传感器的转首角速度传感器的偏差和比例因子的系统和方法。该系统接收轮转速或者旋转信号、车辆里程表读数、ＧＰＳ信号和偏航率信号。该系统包括根据轮转速信号和ＧＰＳ信号确定是否存在车轮滑转的车轮滑转检测处理器。该系统还包括估计车辆加速度的基于车轮的加速度处理器。该系统还包括根据轮转速确定车辆航向的差动测距处理器。该系统还包括使用估计的车辆加速度和轮转速来确定ＧＰＳ信号是否有效的ＧＰＳ参考数据验证处理器。然后该有效的ＧＰＳ信号被用于校准偏航率传感器信号，其可用于车辆航向的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术通常涉及一种用于校准诸如惯性传感器(即偏航率( yaw—rate )传感器)的寿争首角速度4专感器(heading rate sensor)的 系统和方法，并且更特别地，涉及一种用于消除来自转首角速度传感器 的传感器偏差和比例因子(scale factor)误差的系统和方法，以使用 传感器信号提供精确的车辆航向。
技术介绍
GPRS信号或者其他全球导航卫星系统(GNSS)信号可以提供准确的 定位和导航。然而，例如，在密林覆盖的地区和城市峡谷中，GPS接收 器遭受到与天空可见度相关的限制。而且，在这些地区中GPS信号会遭 受相关的多路径误差或者互相关误差。因为现有的高度敏感且快速的重 新获取GPS技术，在天空可见度暂时得到短时间(例如10-20秒)的改 善时，即使在不太适宜的环境中，也可以得到精确的GPS信号。因此， GPS技术的连续性归结为在GPS的可用时间窗之间的GPS中断过程( outage)中维持定位精度。i者^口偏4元率传感器和力口速度i十之类的汽车级(automotive—grade ) 惯性传感器具有导致传感器漂移的高度可变偏差和比例特性，该传感器 漂移通常使得它们在没有适当的误差校正技术的情况下不适于导航和 航向确定功能。例如，对于偏航率传感器偏差而言，某些汽车级偏航率 传感器允许高达2度/秒的变化。如果这种变化没有被校正，并且在两分 钟的时间内被允许，那么在零秒处具有0度/秒偏差而开始的偏航率传感 器在120秒后会达到2度/秒的偏差。如果为了简单起见假设偏差是线性 增长的，则通过累积(integrate)没有被校准的偏航率传感器信号而 导出的航向变化将指示仅由偏差变化产生的120°的航向变化。惯性传感器可以与GPS接收器结合使用以提供相当精确的车辆航向 ,并且即使在GPS信号不可用时，如果诸如车辆轮转速的距离度量可用 ，也能够定位。然而，汽车级惯性传感器通常不能提供与GPS信号相同 级别的精度。当GPS信号可用时，GPS/惯性传感器集成系统可以使用GPS 信号校准惯性传感器并且维持车辆航向和定位精度，并且在GPS信号不 可用时使用经过校准的惯性传感器维持航向和位置解算(positionsolution)直到GPS信号再次可用。已知的偏航率传感器校准算法通常作为两步过程来逼近偏差和比 例校准，并且要求执行特殊的车辆操纵用于校准。例如，传感器偏差校 准可能要求在已知时间段内沿直线驾驶车辆或者使车辆静止，以便可以 作为传感器偏差误差的结果直接估计累积的偏航航向误差。对于比例校 准而言，可能要求驾驶车辆通过受控弯道以提供比例校准。
技术实现思路
根据本专利技术的教导，公开了 一种使用GPS信号校准诸如偏航率传感 器的转首角速度传感器的偏差和比例因子的系统和方法。该系统接收轮 转速或者旋转信号、车辆里程表读数、GPS信号和偏航率信号。该系统 包括基于轮转速信号和GPS信号确定是否存在车轮滑转(wheel slip) 的车轮滑转检测处理器。该系统还包括估计车辆加速度的基于车轮的加 速度处理器。该系统还包括基于轮转速确定车辆航向的差动测距( differential odometry)处理器。该系统还包括使用轮转速和估计的 车辆加速度确定GPS信号是否有效的GPS参考数据验证处理器。然后使用 有效的GPS信号校准偏航率传感器信号，该偏航率传感器信号可以用于 车辆4元向的目的。结合附图，根据下面的描述和随附的权利要求书，本专利技术的其他特 征将变得显而易见。附图说明图l是横轴为时间、纵轴为航向的曲线图，其中包括示出由GPS信号 、未经过校准的偏航率传感器信号、经过偏差校准的偏航率传感器信号 和经过偏差和比例校准的偏航率传感器信号所提供的车辆航向的曲线；图2为根据本专利技术实施例的车辆的平面图，其包括用于提供惯性传 感器偏差和比例^f吏准的系统；以及图3为图2中示出的偏差和比例校准系统的方框图。具体实施方式本专利技术实施例的下述讨论针对 一 种用于提供惯性传感器偏差和比 例才交准以提供精确的车辆4元向读数的系统和方法，该讨i仑本质上但J又是 示例性的，并且决不打算限制本专利技术或者其应用或用途。本专利技术提出一种使用GPS信号校准诸如偏航率传感器的转首角速度传感器的比例和偏差的系统和方法，从而维持惯性传感器的精度，使得当GPS信号不可用时允许使用汽车级偏航率传感器用于导航、定位、领 航(heading)以及改善的车辆稳定性控制功能。本专利技术的算法使用同 一数据集校准偏差和比例因子，并且不需要进行特殊的车辆操纵以实现 校准。在一个非限制性实施例中，长达40秒的在lHz或更高数据率的偏 航率和GPS航向数据集被用于偏航率传感器的校准，在此期间可识别相 对较直的驾驶区域和一个或多个车辆转弯(turn)。图l是横轴为时间、纵轴为车辆航向的曲线图，其包括示出来自GPS 信号的车辆航向的曲线10和示出对于未经过偏差和比例校准的偏航率 传感器的车辆航向的曲线12。曲线14示出来自已经由本专利技术的算法进行 了偏差校准的偏航率传感器的车辆航向，曲线16示出来自已经由本专利技术 的算法进行了偏差和比例校准的偏航率传感器的车辆航向。图2是车辆20的平面图，其包括前轮22和24以及后轮26和28。根据 本专利技术实施例，车辆20还包括偏差和比例校准系统30。车轮22, 24, 26 和28均分别包括轮转速传感器32, 34, 36和36，其向系统30提供轮转速 和/或轮旋转信号。GPS接收器42向系统30提供GPS信号并且里程表44向 系统30提供车辆里程表信号，尤其是驱动轴计数。此外，系统30从偏航 率传感器46接收车辆偏航率信号并且从横向加速度传感器48接收车辆 横向加速度信号。图3是系统30的方框图，其中来自传感器32, 34， 36,和38的轮转 速和/轮旋转信号在线52上提供，来自里程表44的里程表信号在线54上 提供，来自GPS接收器42的GPS信号在线56上提供，并且来自偏航率传感 器46的偏航率信号在线58上提供。正如将在下面进一步详细讨论的那样 ,系统3O提供可以用于任何适当目的的车辆^l元向估计，所述适当目的例 如数字罗盘、车辆导航、车辆稳定性控制等。当GPS信号可用时，系统 30使用这些信号提供车轮航向并且使用该GPS信号校准偏航率传感器46 的偏差和比例因子。当GPS信号不可用时，系统30使用先前校准的偏航 率信号提供车辆航向。当GPS信号不可用并且偏航率传感器46不能正常 工作时，那么系统3 0利用差动测距使用轮转速信号估计车辆转首角速度 ,其中以与校准偏航率传感器而提供车辆航向相同的方式，利用本专利技术 的校准算法对差动测距进行偏差和比例校准。虽然为了车辆航向的目的 系统30校准的是偏航率传感器46，但是可替换地，本专利技术的校准算法也 可以用于任何车辆转首角速度传感器，例如差动测距传感器。GPS参考数据的精度验证是本专利技术提供的传感器校准的一部分。对 于本专利技术，车辆速度和位置估计被看作是用于校准过程的可用GPS参考 速度数据。低成本GPS接收器通常使用伪距或者载波平滑(carrier smooth )伪距用于位置估计并且使用多普勒效应或者伪距变化率观测用 于速度估计。在提到的所有GPS测量中，多普勒效应观测受多路径误差 的影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定车辆航向的系统，所述系统包括：　ＧＰＳ接收器，其提供指示车辆位置的ＧＰＳ信号；　偏航率传感器，用于提供指示车辆的偏航率的偏航率信号；　加速度估计处理器，用于确定车辆的加速度并且提供加速度信号；　ＧＰＳ验证处理器，其接收ＧＰＳ信号、轮转速或旋转信号以及加速度信号，并且确定该ＧＰＳ信号是否有效；以及　响应于偏航率传感器信号和ＧＰＳ信号的偏差和比例校准处理器，如果该验证处理器确定ＧＰＳ信号是有效的，那么所述校准处理器使用ＧＰＳ信号为偏航率传感器信号提供偏差和比例校准因子。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：C巴斯纳亚克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]