用于车辆中的运动估计的方法、对应设备和计算机程序产品技术

本公开提供了一种用于车辆中的运动估计的方法、对应设备和计算机程序产品。一种系统包括惯性传感器和GPS。该系统基于运动数据和定位数据来生成第一经估计的车辆速度，基于经处理的运动数据和第一经估计的车辆速度来生成第二经估计的车辆速度，并且基于经处理的运动数据、定位数据和第二经估计的车辆速度来生成指示车辆的定位、速度和姿态的融合数据集。生成第二经估计的车辆速度包括：对运动数据进行滤波；基于第一经估计的车辆速度，在频域中变换经滤波的运动数据，以生成频谱功率密度信号；基于频谱功率密度信号，生成经估计的车轮角频率和经估计的车轮尺寸；以及根据经估计的车轮角频率和经估计的车轮尺寸，生成第二经估计的车辆速度。计的车辆速度。计的车辆速度。

【技术实现步骤摘要】
用于车辆中的运动估计的方法、对应设备和计算机程序产品


[0001]本说明书涉及导航领域，例如，设备确定用户定位、速度(速率)和姿态(例如，3D方向)的能力。
[0002]一个或多个实施例可以涉及用于提供导航信息(例如在陆地车辆中，包括定位和姿态信息)的技术。

技术介绍

[0003]目前用于汽车领域的定位应用的领先技术是全球导航卫星系统(GNSS)，GNSS通常用于包括导航和远程信息处理的导航系统。
[0004]预计在不久的将来，诸如自动驾驶、车对车(和车对基础设施)通信的新兴应用将带来进一步的技术挑战。
[0005]虽然能够提供绝对的定位参考，但GNSS接收器可能会表现出各种缺点：例如，它依赖于卫星信号，而卫星信号可能不可用(例如，室内、隧道)或损坏(例如，城市环境、反射和/或多径)。
[0006]例如，运动和定位传感器(MPS)电子设备可以用于各种领域中的许多应用中，诸如汽车和消费电子产品。在汽车领域，该电子设备可以位于车辆上。
[0007]这种电子设备可以包括：
[0008]GNSS接收器，被配置为提供车辆的准确定位；
[0009]惯性测量单元(IMU)，包括一个或多个惯性传感器(陀螺仪、加速度计等)，被配置为提供(冗余)定位信息，在GNSS不可用或损坏的情况下可以用作备份，如上所述；以及
[0010]被耦合到GNSS接收器和IMU的处理单元，这样的单元被配置为接收数据并且部署这些数据以使(外部)用户应用受益。
[0011]如本领域技术人员所知，IMU可以根据经典的惯性导航理论来提供定位信息，即，对由陀螺仪感测的角速率进行积分以获取车辆姿态数据(例如，相对于参考框架的俯仰、滚转、偏航角)，并且对由加速度计感测到的加速度/速度(例如，车辆速度)进行(两次)积分。
[0012]该处理的准确性可能受以下影响：
[0013]校准质量，可以是有关陀螺仪的关键品质因数；以及
[0014]补偿被叠加到由加速度计测量的加速度上的地球重力的能力：如果补偿不当，则可能会导致速度积分的误差(并且因此导致定位的误差)。
[0015]用于从加速度计测量中过滤重力贡献的现有解决方案依赖于姿态补偿：这可能涉及将加速度计测量转动等于姿态角的角度，从而将它们映射到不同的参考系中，即，所谓的“导航框架”，该参考系包括三元组轴(x，y，z)，其中x和y轴平行于地球表面，z轴与其正交。在这样的参考系中，重力加速度矢量可以表示为矢量g，例如g＝[0，0，9.81m/s2]，其坐标可以从来自加速度计的数据被减去。
[0016]现有解决方案可能存在各种缺点：
[0017](车辆)姿态的计算可能会导致速度和定位误差，因为陀螺仪测量的漂移可能随时
间增加(例如，由于传感器的磨损)；校正这种漂移可能涉及观察由加速度计提供的即时俯仰/滚转值，其中这种观察可能主要是在特殊条件(例如，其中车辆停止)下；以及
[0018]检测可能影响加速度计传感器(例如，交叉轴灵敏度)的更多误差可能涉及传感器生产线中的测量(和定制补偿)，这可能导致成本和复杂度增加。
[0019]由于上述随时间演变的漂移，在没有GNSS信号的情况下，传统的惯性导航系统仅针对有限的时间段(例如，大约1分钟)提供可靠的导航：在这段时间之后，误差可能会不期望地超出容限。

技术实现思路

[0020]在实施例中，一种方法包括：从轮式车辆中的至少一个惯性感测单元接收运动数据的运动数据集；从轮式车辆中的全球导航系统接收绝对定位数据的绝对定位数据集；根据绝对定位数据集中的绝对定位数据来对运动数据集中的运动数据应用预处理，并且由此获取经预处理的运动数据的经预处理的运动数据集和轮式车辆的至少一个经估计的速度值；根据轮式车辆的至少一个经估计的速度值来对经预处理的运动数据集中的经预处理的运动数据应用管线数据处理，并且由此获取计算出的虚拟车辆速度；对经预处理的运动数据集中的经预处理的运动数据以及对绝对定位数据集中的绝对定位数据和计算出的虚拟车辆速度中的至少一个应用定位速度姿态、PVA、滤波，并且由此获取指示车辆的定位、速度和姿态信息的融合数据的融合数据集；以及将指示轮式车辆的定位、速度和姿态信息的融合数据集中的融合数据提供给用户电路，其中用于由此获取虚拟车辆速度的管线数据处理包括：对经预处理的运动数据集中的经预处理的运动数据进行高通或低通滤波，并且由此获取经滤波的数据的经滤波的数据集；对经滤波的数据的经滤波的数据集中的经滤波的数据应用频域变换，并且由此获取包括单独的频谱功率密度信号的经频率分析的数据的经频率分析的数据集，该单独的频谱功率密度信号包括功率最大化的频率的集合；根据经频率分析的数据的经频率分析的数据集中的功率最大化的频率的集合，计算指示轮式车辆的车轮的角频率的车轮角频率信号和指示轮式车辆的车轮的径向尺寸的车轮尺寸信号；以及根据车轮角频率信号和车轮尺寸信号，计算虚拟车辆速度。
[0021]一个或多个实施例可以涉及对应的设备。
[0022]例如，车辆运动和定位传感器(VMPS)设备(引擎)可以是这种设备的示例。
[0023]一个或多个实施例可以涉及对应的系统。
[0024]一个或多个实施例可以涉及作为计算机实现的方法的方法。
[0025]为此，一个或多个实施例可以包括一种计算机程序产品，该计算机程序产品可加载到至少一个处理电路(例如，计算机)的存储器中并且包括软件代码部分，该软件代码部分用于当产品在至少一个处理电路上运行时执行该方法的步骤。如本文中所使用的，对这种计算机程序产品的引用被理解为等同于对包含指令的计算机可读介质的引用，该指令用于控制处理系统以便协调根据一个或多个实施例的方法的实现。对“至少一个计算机”的引用旨在强调一个或多个实施例以模块化和/或分布式形式实现的可能性。
[0026]一个或多个实施例可以适合于加载到至少一个处理电路(例如，微控制器)的存储器中并且包括软件代码部分，该软件代码部分用于当产品在至少一个处理电路上运行时执行该方法的步骤。
[0027]在实施例中，一种方法包括：基于由轮式车辆的惯性感测电路装置生成的运动数据和由轮式车辆的全球定位电路装置生成的定位数据，生成经处理的运动数据和第一经估计的车辆速度；基于经处理的运动数据和第一经估计的车辆速度，生成第二经估计的车辆速度；以及基于经处理的运动数据、定位数据和第二经估计的车辆速度，生成指示车辆的定位、速度和姿态的融合数据集。生成第二经估计的车辆速度包括：对经处理的运动数据进行滤波，以生成经滤波的运动数据；基于第一经估计的车辆速度，在频域中变换经滤波的运动数据，以生成频谱功率密度信号；基于频谱功率密度信号，生成经估计的车轮角频率和经估计的车轮尺寸；以及根据经估计的车轮角频率和经估计的车轮尺寸，生成第二经估计的车辆速度。
[0028]在实施例中，一种设备包括：滤波器，在操作中对运动数据进行滤波；变换器，被耦合到滤波器，其中变换器在操作中基于第一经估计的车辆速度和经估计本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：基于由轮式车辆的惯性感测电路装置生成的运动数据和由所述轮式车辆的全球定位电路装置生成的定位数据，生成经处理的运动数据和第一经估计的车辆速度；基于所述经处理的运动数据和所述第一经估计的车辆速度，生成第二经估计的车辆速度；以及基于所述经处理的运动数据、所述定位数据和所述第二经估计的车辆速度，生成指示所述车辆的定位、速度和姿态的融合数据集，其中所述生成所述第二经估计的车辆速度包括：对所述经处理的运动数据进行滤波，以生成经滤波的运动数据；基于所述第一经估计的车辆速度，在频域中变换所述经滤波的运动数据，以生成频谱功率密度信号；基于所述频谱功率密度信号，生成经估计的车轮角频率和经估计的车轮尺寸；以及根据所述经估计的车轮角频率和所述经估计的车轮尺寸，生成所述第二经估计的车辆速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中：在所述频域中变换所述经滤波的运动数据包括：选择频率范围，所述频率范围包括等于所述第一经估计的速度与所述经估计的车轮尺寸的比值的频率值；选择分布函数并且产生N个频率值的序列，所述N个频率值的序列具有由所选择的分布函数确定的跨所选择的所述频率范围的空间分布；以及根据所述N个频率值的序列，计算单独的信号的频谱功率，以产生单独的频谱功率密度信号。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述计算所述单独的信号的所述频谱功率包括：在所述N个频率值的序列中依次选择频率点值；在所选择的所述频率点值处生成第一周期信号和第二周期信号，其中所述第一周期信号和所述第二周期信号之间是正交的；在单独的信号与所生成的所述第一周期信号和所述第二周期信号之间应用混合处理，由此获取第一混合信号和第二混合信号；执行所述第一混合信号和所述第二混合信号的周期性时间积分，以产生一对经积分的混合信号，其中所述周期性时间积分包括作为达到与车轮转动的周期成比例的所确定的时间阈值的结果而触发所述时间积分的重置；计算相应的所述经积分的混合信号的二次幂的总和的平方根；以及将所述依次选择、所述应用混合处理、所述执行周期性时间积分和所述计算二次幂的总和的平方根迭代N次。4.根据权利要求2所述的方法，包括：检测功率最大化的频率值，在所述功率最大化的频率值处，所述单独的频谱功率密度信号中的每个单独的功率密度信号具有相对最大的频谱功率值；以及在功率最大化的频率的集合中收集检测到的所述功率最大化的频率值，其中所述经估计的车轮角频率是基于所述功率最大化的频率的集合而生成的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述生成所述经估计的车轮角频率包括：计算所述经频率分析的数据集中的所述功率最大化的频率的集合的平均值和方差；以及验证所述功率最大化的频率的集合的计算出的所述方差在所确定的阈值内，并且基于所述验证，选择性地提供等于所述功率最大化的频率的集合的计算出的所述平均值的角频率信号。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述选择分布函数包括：从由均匀分布函数、加权分布函数和高斯分布函数组成的分布函数组合中选择分布函数。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成所述经估计的车轮尺寸包括使用卡尔曼滤波器。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述生成经处理的运动数据包括：根据所述定位数据，调准运动数据，以获取经调准的运动数据集；以及根据所述定位数据，校准所述经校准的运动数据集，以获取经校准的运动数据集。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述惯性感测电路装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。10.一种设备，包括：滤波器，在操作中对运动数据进行滤波；变换器，被耦合到所述滤波器，其中所述变换器在操作中基于第一经估计的车辆速度和经估计的车轮尺寸来在频域中变换经滤波的运动数据，以生成频谱功率密度信号；频率检测器，被耦合到所述变换器，其中所述频率检测器在操作中基于所生成的所述频谱功率密度信号来生成经估计的车轮角频率；尺寸估计器，被耦合到所述频率检测器和所述变换器，其中所述尺寸估计器在操作中基于所述经估计的车轮角频率和定位数据来生成所述经估计的车轮尺寸；以及混合器，被耦合到所述频率检测器和所述尺寸估计器，其中所述混合器在操作中根据所述经估计的车轮角频率和所述经估计的车轮尺寸来生成第二经估计的车辆速度。11.根据权利要求10所述的设备，包括：惯性感测电路装置，被耦合到所述滤波器，其中所述惯性感测电路装置在操作中生成所述运动数据。12.根据权利要求11所述的设备，其中所述惯性感测电路装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪。13.根据权利要求11所述的设备，包括：全球定位系统(GPS)电路装置，被耦合到所述尺寸估计器，其中所述GPS电路装置在操作中生成所述定位数据。14.根据权利要求13所述的设备，包括：定位速度姿态(PVA)滤波器，被耦合到所述变换器和混合器，其中所述PVA滤波器在操作中生成所述第一经估计的车辆速度。15.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：意法半导体公司意法半导体大西部公司，
类型：发明
国别省市：