專利名稱：車輛動態(tài)慣性感測器學(xué)習(xí)校正方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種車輛慣性感測器，尤指一種車輛動態(tài)慣性感測器學(xué)習(xí)校正方法及其裝置。
背景技術(shù)：
為了提供更舒適及更安全駕駛，許多車商已對中高單價的車輛開始使用多功能電子裝置或附加更多電子裝置，例如適路性車燈、導(dǎo)航系統(tǒng)、即時車況警示裝置等等，期以實現(xiàn)輔助自動駕駛功能。上述大部份車輛用電子裝置主要目的不外乎依據(jù)即時車況輔助駕駛?cè)俗⒁饣蛘{(diào)整車輛安全行駛功能，以適路性車燈來說，會依據(jù)車輛轉(zhuǎn)彎、車速判斷路況(上坡、下坡、彎道等)，調(diào)整切換近燈、遠燈以及近燈與遠燈燈形，再以導(dǎo)航系統(tǒng)來說，提供駕駛?cè)四壳败囕v 位置及指引駕駛?cè)寺肪€；是以，該些車用電子裝置或輔助駕駛用電子裝置必須取得車輛的即時動態(tài)資訊，才能作出最適切的控制。目前常見用以提供車輛動態(tài)資訊的裝置即稱為慣性感測器，概如加速器、陀螺儀等等用以檢知車速、加速度、角速度，以確實反應(yīng)車輛行進中的移動狀態(tài)。然而，車輛實際取用慣性感測器的感應(yīng)信號，必須經(jīng)過有效的運算(積分運算)，才能獲得有用且正確的車輛移動資訊，而又為了確保運算結(jié)果的誤差值可降到最低，一般會輔助參考衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、電子羅盤或壓力感測器進行誤差校正。然而，用于輔助慣性感測器進行誤差校正的電子裝置，卻易受地理環(huán)境影響，例如行經(jīng)附近高建筑物道路、地下道而無法收到衛(wèi)星信號，又例如隧道內(nèi)的地球磁場效應(yīng)不明顯、壓力周波影響等等，均使得原本可作為校正參考值的信號消失或正確性變差，導(dǎo)致慣性感測器的感測信號經(jīng)過積分計算后的誤差無法降低，使得依賴慣性感測器感測信號作為控制信號的電子裝置，在通過該些道路時產(chǎn)生不佳的反應(yīng)，無法提供最佳適路性的輔助駕駛功能。以導(dǎo)航系統(tǒng)來說，通過如地下道等無法順利接衛(wèi)星信號的道路，其定位連續(xù)性及可用性均會降低，無法作到定位精準度，而有暫時迷航狀態(tài)出現(xiàn)；再以適路性車燈來說，通過該些道路可能無法提供最佳的投射角度或光形等等問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述車用慣性感測器誤差校正技術(shù)缺陷，本發(fā)明主要目的系提供一種車輛動態(tài)慣性感測器校正方法及其裝置。欲達上述目的所使用的主要技術(shù)手段系令該車輛動態(tài)慣性感測器學(xué)習(xí)校正方法包含有將一車輛動態(tài)變化觀測器及一慣性感測器共同設(shè)置于一進行慣性移動的車輛之相同位置上；取得該車輛動態(tài)變化觀測器的實際車輛動態(tài)變化，與該慣性感測器的初始感測信號;對初始感測信號進行積分，以獲得感測該車輛的車輛動態(tài)變化，該車輛動態(tài)變化模型系包含有偏移量及比例因子參數(shù)；取得實際車輛動態(tài)變化與感測車輛動態(tài)變化的差值；以該差值使用誤差能量最佳化對車輛動態(tài)變化取離散，以獲得參數(shù)誤差變化量；及再反饋至車輛動態(tài)變化模型校正其偏移量及比例因子，獲得一校正后的車輛動態(tài)變化模型。欲達上述目的所使用的主要技術(shù)手段系令該具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置包含有一車輛動態(tài)變化觀測器，系感知并輸出一進行慣性移動車 輛的實際車輛動態(tài)變化；一慣性感測器，系感測一慣性移動車輛的慣性信號，并輸出該感測慣性信號；一存儲單元，系電連接該車輛動態(tài)變化觀測器及該慣性感測器，以儲存實際車輛動態(tài)變化及感測慣性信號，以及包含偏移量及比例因子參數(shù)的車輛動態(tài)變化模型；一處理單元，系電連接至該存儲單元，并內(nèi)建一學(xué)習(xí)校正程序，以學(xué)習(xí)不同路況之實際車輛動態(tài)變化，校正該車輛動態(tài)變化模型并回存至該存儲單元。上述本發(fā)明系預(yù)先讓慣性感測器進行各種路況的學(xué)習(xí)，最后儲存各路況的車輛動態(tài)變化模型，當實際上路后即可依據(jù)目前路況進行正確車輛動態(tài)變化的計算，可在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、電子羅盤或壓力感測器等等條件下，仍可作長時間高穩(wěn)定性的空間定位導(dǎo)航，反而提供衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)車輛即時移動資訊，而提高其定位連續(xù)性及可用性。


圖I為本發(fā)明車輛動態(tài)慣性感測裝置的功能方塊圖。圖2為本發(fā)明車輛動態(tài)慣性感測器校正方法的流程圖。圖3A為本發(fā)明對陀螺儀進行校正的功能方塊圖。圖3B為本發(fā)明對陀螺儀進行微調(diào)校正的示意圖。圖4A為本發(fā)明對加速規(guī)進行校正的功能方塊圖。圖4B為本發(fā)明對加速規(guī)進行微調(diào)校正的示意圖。主要元件符號說明10車輛動態(tài)慣性感測裝置11車輛動態(tài)變化觀測器12慣性感測器12a陀螺儀12b加速規(guī)13存儲單元14處理單元20車輛
具體實施例方式首先請參閱圖I所示，系為本發(fā)明具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置10，其包含有一車輛動態(tài)變化觀測器11，系感知并輸出一進行慣性移動車輛的實際車輛動態(tài)變化；一慣性感測器12，系感測一慣性移動車輛的慣性信號，并輸出該感測慣性信號；
一存儲單元13，系電連接該車輛動態(tài)變化觀測器11及該慣性感測器12，以儲存實際車輛動態(tài)變化及感測慣性信號，以及包含偏移量及比例因子參數(shù)的車輛動態(tài)變化模型；一處理單元14，系電連接至該存儲單元13，并內(nèi)建一學(xué)習(xí)校正程序，以學(xué)習(xí)不同路況之實際車輛動態(tài)變化，校正該車輛動態(tài)變化模型并回存至該存儲單元13。上述學(xué)習(xí)校正程序再請配合參閱圖2所示，系包含有以下步驟將一車輛動態(tài)變化觀測器11及一慣性感測器12共同設(shè)置于一進行慣性移動的車輛20之相同位置上,如圖3B所示；

取得該車輛動態(tài)變化觀測器11的實際車輛動態(tài)變化，與該慣性感測器12的初始感測信號Sll ；對初始感測信號進行積分，以獲得感測該車輛20的車輛動態(tài)變化，該車輛動態(tài)變化模型系包含有偏移量(offset)及比例因子(scale factor)參數(shù)S12 ；取得實際車輛動態(tài)變化與感測車輛動態(tài)變化的差值S13 ；以該差值配合使用誤差能量最佳化對車輛動態(tài)變化取離散，以獲得參數(shù)誤差變化量;及再反饋至車輛動態(tài)變化模型校正其偏移量及比例因子，獲得一校正后的車輛動態(tài)變化模型S15。以下謹進一步以陀螺儀12a為例說明上述慣性感測器學(xué)習(xí)校正后之車輛動態(tài)變化模型過程由于陀螺儀12a系用以感測車輛20的角速率，故請配合參閱圖3A所示，首先設(shè)定陀螺儀初始參數(shù)，令車輛20開始進行轉(zhuǎn)彎的慣性運動u (k)，此時該車輛動態(tài)變化觀測器11會輸出實際轉(zhuǎn)換角度變化h(k)，而該陀螺儀會輸出角速率w(k);此時，儲存單元13會周期性地儲存角速率w(k)，并以陣列數(shù)據(jù)型態(tài)儲存之。該處理單元14系自儲存單元13內(nèi)取得角
速率陣列數(shù)據(jù)，帶入車輛動態(tài)變化模型(HW=f(凡、…+凡)成
進行積分運算，求得感測的轉(zhuǎn)換角度。在積分期間，該處理單元14同時自存儲單元13讀取實際轉(zhuǎn)彎角度變化H[k]，并計算實際轉(zhuǎn)彎角度變化H[k]的變化量，取實際航向變化H[k]的變化量與感測的航向變化之差值eH[k]。接著，再以二次能量誤差最佳化與梯度法計算該車輛動態(tài)變化模型中偏移量誤差變化量及比例因子誤差變化量，再用離散化積分完成陀螺儀參數(shù)校正方程式，詳如下列公式eH[k] = H[k]-H[k-m]
19Jw =-(eH(k)-eA[k]f
2H
八dJP = -Vo —^； Vo :陀螺儀學(xué)習(xí)率
8P
PnW Pnik-^
八八1p^[k] ='
//\I
_尸0[々]」L」
由于該慣性感測器為模擬電壓，而經(jīng)上述積分運算后系為數(shù)字數(shù)據(jù)，必須再經(jīng)一道數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換程序；而在數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換程序中，會因取樣量化誤差與門檻值取樣的判斷，而降低慣性感測器的靈敏度，因此最好再經(jīng)一道微調(diào)校正調(diào)整程序，以更貼近實際轉(zhuǎn)換角度。請配合參閱圖3B所示，令設(shè)置有該車輛動態(tài)變化觀測器12的車輛20，重復(fù)一固定轉(zhuǎn)彎角度的移動，例如將方向盤打到底，原地繞圈n次(包含左轉(zhuǎn)彎及右轉(zhuǎn)彎)，如此即可具體得知正確的轉(zhuǎn)彎角度H，再與運算該車輛動態(tài)變化模型時，獲得的累積積分角度變化進行比對，調(diào)整該車輛動態(tài)變化模型的偏移量及比例因子，直到二者角度變化差距接近O。以下再以另一慣性感測器(加速規(guī)12b)學(xué)習(xí)校正后之車輛動態(tài)變化模型過程由于加速規(guī)12b系用以感測車輛的加速度V，故請配合參閱圖4A所示，首先設(shè)定加速規(guī)初始參數(shù)，令車輛開始進行直線加速的慣性運動，此時該車輛動態(tài)變化觀測器11會輸出實際車輛速度V，而該加速規(guī)會輸出加速度a [k];此時，儲存單元13會周期性地儲存加速度a[k]，并以陣列數(shù)據(jù)型態(tài)儲存之。該處理單元14系自儲存單元13內(nèi)取得加速度陣列
數(shù)據(jù)，帶入車輛動態(tài)變化模型
權(quán)利要求
1.一種車輛動態(tài)慣性感測器校正方法，其特征在干，所述的車輛動態(tài)慣性感測器校正方法包含有 將ー車輛動態(tài)變化觀測器及ー慣性感測器共同設(shè)置于一進行慣性移動的車輛之相同位置上； 取得所述的車輛動態(tài)變化觀測器的實際車輛動態(tài)變化，與所述的慣性感測器的初始感測信號； 對初始感測信號進行積分，以獲得感測所述的車輛的車輛動態(tài)變化，所述的車輛動態(tài)變化模型系包含有偏移量及比例因子參數(shù)； 取得實際車輛動態(tài)變化與感測車輛動態(tài)變化的差值； 以所述的差值使用誤差能量最佳化對車輛動態(tài)變化取離散以獲得參數(shù)誤差變化量；及 再反饋至車輛動態(tài)變化模型校正其偏移量及比例因子，獲得一校正后的車輛動態(tài)變化模型。
2.如權(quán)利要求I所述的車輛動態(tài)慣性感測器校正方法，其特征在于，上述慣性感測器系為ー陀螺儀，故其感測車輛動態(tài)變化為轉(zhuǎn)彎角度變化；又上述取得參數(shù)差分誤差變化量步驟系以二次能量誤差最佳化與梯度法計算所述的車輛動態(tài)變化模型中偏移量誤差變化量及比例因子誤差變化量。
3.如權(quán)利要求I所述的車輛動態(tài)慣性感測器校正方法，其特征在于，上述慣性感測器系為ー加速規(guī)，故其感測車輛動態(tài)變化為加速度變化；又上述取得參數(shù)差分誤差變化量步驟系以二次能量誤差最佳化與梯度法計算所述的車輛動態(tài)變化模型中偏移量誤差變化量及比例因子誤差變化量。
4.如權(quán)利要求2所述的車輛動態(tài)慣性感測器校正方法，其特征在干，所述的方法進ー步包含有ー微調(diào)校正程步驟，系令設(shè)置有所述的車輛動態(tài)變化觀測器的車輛，重復(fù)ー固定轉(zhuǎn)彎角度的移動，以獲得正確的轉(zhuǎn)彎角度，再與運算所述的車輛動態(tài)變化模型時，所獲得的累積積分角度變化進行比對，調(diào)整所述的車輛動態(tài)變化模型的偏移量及比例因子，直到ニ者角度變化差距接近O。
5.如權(quán)利要求3所述的車輛動態(tài)慣性感測器校正方法，其特征在干，所述的方法進ー步包含有ー微調(diào)校正程步驟，系令設(shè)置有所述的車輛動態(tài)變化觀測器的車輛，重復(fù)進行一直線移動，以獲得正確的速度，再與運算所述的車輛動態(tài)變化模型時，所獲得速度變化進行比對，調(diào)整所述的車輛動態(tài)變化模型的偏移量及比例因子，直到二者角度變化差距接近O為止。
6.ー種具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置其包含有 ー車輛動態(tài)變化觀測器，系感知并輸出一進行慣性移動車輛的實際車輛動態(tài)變化； ー慣性感測器，系感測ー慣性移動車輛的慣性信號，并輸出所述的感測慣性信號； 一存儲單元，系電連接所述的車輛動態(tài)變化觀測器及所述的慣性感測器，以儲存實際車輛動態(tài)變化及感測慣性信號，以及包含偏移量及比例因子參數(shù)的車輛動態(tài)變化模型； 一處理單元，系電連接至所述的存儲單元，井內(nèi)建一學(xué)習(xí)校正程序，以學(xué)習(xí)不同路況之實際車輛動態(tài)變化，校正所述的車輛動態(tài)變化模型并回存至所述的存儲單元。
7.如權(quán)利要求6所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置包含有 取得所述的車輛動態(tài)變化觀測器的實際車輛動態(tài)變化，與所述的慣性感測器的初始感測信號； 對初始感測信號進行積分，以獲得感測所述的車輛的車輛動態(tài)變化，所述的車輛動態(tài)變化模型系包含有偏移量及比例因子參數(shù)； 取得實際車輛動態(tài)變化與感測車輛動態(tài)變化的差值； 以使用誤差能量最佳化對車輛動態(tài)變化取離散以獲得參數(shù)誤差變化量；及 再反饋至車輛動態(tài)變化模型校正其偏移量及比例因子，獲得一校正后的車輛動態(tài)變化模型。
8.如權(quán)利要求7所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的慣性感測器系為ー陀螺儀，故其感測車輛動態(tài)變化為轉(zhuǎn)彎角度變化；又上述取得參數(shù)差分誤差變化量步驟系以二次能量誤差最佳化與梯度法計算所述的車輛動態(tài)變化模型中偏移量誤差變化量及比例因子誤差變化量。
9.如權(quán)利要求7所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的慣性感測器系為ー加速規(guī)，故其感測車輛動態(tài)變化為加速度變化；又上述取得參數(shù)差分誤差變化量步驟系以二次能量誤差最佳化與梯度法計算所述的車輛動態(tài)變化模型中偏移量誤差變化量及比例因子誤差變化量。
10.如權(quán)利要求8所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的 裝置進ー步包含有ー微調(diào)校正程步驟，系令設(shè)置有所述的車輛動態(tài)變化觀測器的車輛，重復(fù)ー固定轉(zhuǎn)彎角度的移動，以獲得正確的轉(zhuǎn)彎角度，再與運算所述的車輛動態(tài)變化模型時，所獲得的累積積分角度變化進行比對，調(diào)整所述的車輛動態(tài)變化模型的偏移量及比例因子，直到二者角度變化差距接近O。
11.如權(quán)利要求9所述的具學(xué)習(xí)校正功能的車輛動態(tài)慣性感測裝置，其特征在于，所述的裝置進ー步包含有ー微調(diào)校正程步驟，系令設(shè)置有所述的車輛動態(tài)變化觀測器的車輛，重復(fù)進行一直線移動，以獲得正確的速度，再與運算所述的車輛動態(tài)變化模型時，所獲得速度變化進行比對，調(diào)整所述的車輛動態(tài)變化模型的偏移量及比例因子，直到二者角度變化差距接近O為止。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車輛動態(tài)慣性感測器學(xué)習(xí)校正方法及其裝置，系將一車輛動態(tài)變化觀測器及一慣性感測器共同設(shè)置于一進行慣性移動的車輛上，取得實際車輛動態(tài)變化及初始感測信號，并對初始感測信號進行積分，以獲得感測該車輛的車輛動態(tài)變化；對此二者取其差值，再以該差值配合使用誤差能量最佳化對車輛動態(tài)變化取離散以獲得參數(shù)誤差變化量，之后再反饋至車輛動態(tài)變化模型，進行參數(shù)校正以獲得一校正后的車輛動態(tài)變化模型；是以，本發(fā)明可在沒有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、電子羅盤或壓力感測器等等條件下，仍可作長時間高穩(wěn)定性的空間定位導(dǎo)航。
文檔編號G01C21/20GK102853832SQ20111017964
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者許展維, 柯亮宇 申請人:財團法人車輛研究測試中心