專利名稱：使用推算定位法追蹤車輛位置和車輛方位角的方法以及實(shí)現(xiàn)該方法的追蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用推測(cè)定位法追蹤車輛位置和車輛方位角的方法。該方法應(yīng)用在小汽車以及其他種類車輛上，特別是當(dāng)車輛在隧道中、停車場(chǎng)等GNSS信號(hào)較弱或暫無(wú)的情形下，用于對(duì)使用GNSS(GlcAal Navigation Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))確定的車輛位置進(jìn)行補(bǔ)充。本發(fā)明還涉及一種能夠?qū)崿F(xiàn)所述方法的追蹤裝置。
背景技術(shù)：
通過(guò)推測(cè)定位法利用傳感器測(cè)量值中的后輪速來(lái)追蹤車輛位置和車輛方位角是一種公知技術(shù)。盡管由于輪偏轉(zhuǎn)角的可變性使前輪速的測(cè)定變得更為復(fù)雜，但通過(guò)推測(cè)定位法同樣可使用前輪速來(lái)追蹤車輛位置和行駛方向。迄今為止，僅利用了一些將車速、轉(zhuǎn)首角速度與左右前輪速結(jié)合在一起的近似解。例如，2008年9月在薩凡納召開的 2008年國(guó)際導(dǎo)航技術(shù)大會(huì)的會(huì)議記錄中記載的Ch. Hollenstein, E. Favey, C. Schmid, A. Somieski, D. Ammann !“Performance of a Low-cost Real-time Navigation System using Single-frequency GNSS Measurements Combined with Wheel-tick Data，，(“使用結(jié)合了輪標(biāo)記數(shù)據(jù)的單頻GNSS測(cè)量值的廉價(jià)實(shí)時(shí)導(dǎo)航系統(tǒng)的特性”)。根據(jù)這篇論文的記載，可以通過(guò)迭代的方法確定出車輪轉(zhuǎn)角。在無(wú)法排除大的輪偏轉(zhuǎn)角時(shí)，所使用的近似解在追蹤精度上有所欠缺。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種如權(quán)利要求1中提高追蹤精度的相關(guān)部分所述的用于追蹤車輛位置和車輛方位角的方法。通過(guò)權(quán)利要求1中特征部分記載的技術(shù)特征可以實(shí)現(xiàn)所述發(fā)明目的。本發(fā)明所述方法的優(yōu)點(diǎn)特別適用于出現(xiàn)大的車輪轉(zhuǎn)角的情形，例如車輛在地下停車場(chǎng)以及相似環(huán)境下行駛時(shí)，GNSS信號(hào)逐漸減弱或消失的情形?？梢栽谔幚砟芰蛢?nèi)存需求非常經(jīng)濟(jì)的方式下執(zhí)行所述方法。傳感器測(cè)量值可以與GNSS測(cè)量值結(jié)合在一起使用，例如將二者輸入緊密耦合的卡爾曼濾波器。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能夠執(zhí)行本發(fā)明所述方法的追蹤裝置。


下面，參照以下用于解釋具體實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹圖1為安裝有本發(fā)明追蹤裝置且通過(guò)本發(fā)明所述方法追蹤位置和方位角的車輛示意圖；圖2為本發(fā)明所述方法的流程圖；圖3為圖2所示流程圖中的一部分過(guò)程的詳細(xì)示意圖4為圖1示出的中間輪偏轉(zhuǎn)角δ的近似解和精確解的示意圖。
具體實(shí)施例方式在車輛中，所謂“推測(cè)定位法”經(jīng)常通過(guò)確定輪速來(lái)追蹤車輛位置，并根據(jù)追蹤結(jié)果來(lái)更新所述車輛的位置，其可結(jié)合GNSS —起使用，在所述GNSS無(wú)法使用時(shí)，還可以單獨(dú)使用。推測(cè)定位法和GNSS的追蹤計(jì)算可在適當(dāng)?shù)淖粉櫻b置中完成。該追蹤裝置通常是所述車輛的組件或附屬于所述車輛。最終顯示出所述追蹤計(jì)算的結(jié)果或?qū)⑺鼋Y(jié)果另作他用。一般地，可從傳感器測(cè)量值中確定輪速。該傳感器測(cè)量值是在間隔有固定角增量的特定轉(zhuǎn)動(dòng)位置上產(chǎn)生的、通常被稱為“輪標(biāo)記”的信號(hào)。根據(jù)來(lái)自于后輪的傳感器測(cè)量值， 假設(shè)輪偏轉(zhuǎn)角為等于0的常量，通常可直接推導(dǎo)出的所述車輛的速度和轉(zhuǎn)首角速度。然而在某些情況下，無(wú)法使用來(lái)自后輪的傳感器測(cè)量值，只能單獨(dú)地從來(lái)自于前輪的傳感器測(cè)量值中推導(dǎo)出所述車輛的速度和轉(zhuǎn)首角速度。這就需要進(jìn)行更復(fù)雜的計(jì)算， 因?yàn)樾枰紤]變化的輪偏轉(zhuǎn)角，而所述的輪偏轉(zhuǎn)角度須從所述輪標(biāo)記中推導(dǎo)出，除非所述的輪偏轉(zhuǎn)角可從諸如直接測(cè)量值中得出。下面，詳細(xì)介紹必須從前輪傳感器測(cè)量值中單獨(dú)推導(dǎo)出輪偏轉(zhuǎn)角的情況。假設(shè)所述車輛(如圖1所示)包括剛性車架1，在所述剛性車架1上安裝有后輪h、2b以及前輪 3a、!3b。由于所述前輪3a、!3b可繞穿過(guò)其中心的縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此所述車輛是可轉(zhuǎn)向的。假設(shè)輪偏轉(zhuǎn)角覆蓋了一個(gè)包含0°角的區(qū)間，此處的0°角表示所述車輛的運(yùn)動(dòng)為向前直行；追蹤設(shè)備，其包括固定在所述剛性車架1上的追蹤裝置4以及用于監(jiān)測(cè)前輪3a、!3b轉(zhuǎn)動(dòng)的輪標(biāo)記單元如、恥或者為其它用于產(chǎn)生傳感器測(cè)量值的傳感器，從所述傳感器測(cè)量值中可以獲得所述前輪3a、3b的輪速；同樣被安裝在所述剛性車架1上的GNSS天線6，像所述輪標(biāo)記單元5ajb那樣向所述追蹤裝置4提供數(shù)據(jù)。所述追蹤裝置4用于處理所述傳感器測(cè)量值，即，利用來(lái)自于所述輪標(biāo)記單元5a、b的信號(hào)以及所述GNSS天線6收到的信號(hào)，提取出所述車輛的位置和車輛方位角。所述追蹤裝置4包括用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及輸出處理結(jié)果等信息的部件。這些部件是所述追蹤裝置4用來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的所需要的。假設(shè)，所述剛性車架1與所述后輪2a、2b和所述前輪3a、3b的懸掛相對(duì)于穿過(guò)所述后輪2a、2b和所述前輪3a、3b之間的中間點(diǎn)的對(duì)稱軸對(duì)稱。在下列推導(dǎo)過(guò)程中，假設(shè)車輪沒出現(xiàn)滑移，并且在由所述輪偏轉(zhuǎn)角指向的不同方向上輪心沒有瞬間運(yùn)動(dòng)。為了簡(jiǎn)單起見，所述車輛在一個(gè)由北向(η)和東向(e)定義的水平面上運(yùn)動(dòng)。因此，所述水平面上的每個(gè)矢量1構(gòu)成了北向分量和東向分量，即1= (χ(η), X(e))。如果所述車輛所在的平面是傾斜的，那么直接將所述車輛的運(yùn)動(dòng)投射在一個(gè)水平面上。在具體實(shí)例中，可通過(guò)所述車輛的剛性車架1上的參照點(diǎn)= (xref(n),xref(e))和車輛方位角H即所述北向與所述車架縱軸之間的、順時(shí)針測(cè)量出的角度，來(lái)描述所述車輛的狀態(tài)。在所述車輛位置的推測(cè)定位追蹤過(guò)程中，可通過(guò)使用以下運(yùn)動(dòng)方程從上次時(shí)間更新間隔結(jié)束時(shí)的狀態(tài)中推導(dǎo)出在第0^+1)&次長(zhǎng)度為At的時(shí)間更新間隔結(jié)束時(shí)所述車輛假定的新狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種追蹤車輛位置(Iref)和車輛方位角(H)的方法，基于前輪(3a，3b)速，至少間歇地使用推測(cè)定位法，其中包括測(cè)量表示左前輪(3a)輪速V1的參數(shù)，以及測(cè)量表示右前輪(3b)輪速\的參數(shù)； 由所述參數(shù)推導(dǎo)出左前輪(3a)輪速V1的值，以及右前輪(3b)輪速\的值； 由左前輪(3a)輪速V1和右前輪(3b)輪速\計(jì)算估算輪偏轉(zhuǎn)角Scal的函數(shù)，所述估算輪偏轉(zhuǎn)角在輪偏轉(zhuǎn)角區(qū)間上變化；使用所述估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al的函數(shù)計(jì)算出所述車輛的速度ν和轉(zhuǎn)首角速度h ； 基于所述車輛之前的位置和方位角，并使用已求出的所述車輛的速度ν和轉(zhuǎn)首角速度 h，求出所述車輛位置(2LMf)以及方位角(H)的值；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在整個(gè)所述輪偏轉(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi)，所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al的偏離輪偏轉(zhuǎn)角精確解δ 的偏差范圍小于2°，優(yōu)選為小于1°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_的函數(shù)，并在所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ app小于輪偏轉(zhuǎn)角閥值(Sthr)時(shí)，在所述轉(zhuǎn)首角速度h的計(jì)算中所使用的所述輪偏轉(zhuǎn)角函數(shù)中使所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al等于所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解 δ app ；反之，在所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ app大于所述輪偏轉(zhuǎn)角閥值(Stto)時(shí)，所述輪偏轉(zhuǎn)角函數(shù)中使用不同于所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解Sapp的估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al，并且所述估算輪偏轉(zhuǎn)角 S。al是由所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_的函數(shù)確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過(guò)使用查找表，由所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解 δ app的函數(shù)來(lái)確定所述估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al的函數(shù)，所述查找表中成對(duì)存放所述輪偏轉(zhuǎn)角精確解的函數(shù)值以及所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_對(duì)應(yīng)值的函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，使用內(nèi)插法，優(yōu)選使用線性內(nèi)插法，所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解Sapp的函數(shù)值落入存放于所述查找表中的兩個(gè)所述函數(shù)值之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)如下公式計(jì)算所述車輛的速度ν :
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)如下公式計(jì)算所述車輛的速度ν :
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)如下公式計(jì)算所述轉(zhuǎn)首角速度h:
9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)如下公式計(jì)算所述車輛的轉(zhuǎn)首角速度h:
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述估算輪偏轉(zhuǎn)角在包含區(qū)間[-35°，35° ]的范圍上變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，由連續(xù)的濾波周期組成，每個(gè)濾波周期包括至少由一個(gè)時(shí)間更新步驟組成的預(yù)測(cè)步驟；在每個(gè)預(yù)測(cè)步驟下，由所述速度ν和轉(zhuǎn)首角速度h計(jì)算出所述車輛的位置和方位角(H)的值；每次計(jì)算都基于之前確定的位置和方位角(H)的值，并且在GNSS測(cè)量值可供使用之時(shí)，還包括校正步驟，以便在考慮GNSS測(cè)量值的基礎(chǔ)上對(duì)在所述預(yù)測(cè)步驟中計(jì)算得到的位置(Iref)和方位角(H)的值進(jìn)行校正。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每次預(yù)測(cè)步驟都包含一定次數(shù)(N)的連續(xù)時(shí)間更新步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，在每次校正步驟中，都需要重校輪校正系數(shù)(f1; fr)；其中，所述輪校正系數(shù)用來(lái)根據(jù)基于測(cè)量到的輪標(biāo)記次數(shù)的初始輪速度確定左前輪(3a)和右前輪(3b)的速度V1, ^。
14.一種應(yīng)用在車輛上用于執(zhí)行如權(quán)利要求1至13所述方法的追蹤裝置，其特征在于，包括輸入線，用于從輪標(biāo)記單元( ，5b)處接收數(shù)據(jù)；輸出線，用于提供并處理參考位置；以及數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)機(jī)構(gòu)，用于接收用來(lái)表示左、右前輪(3a，北)速度Vl，vr的傳感器測(cè)量值；由所述傳感器測(cè)量值推導(dǎo)出左、右前輪(3a，3b)速度Vl，vr的值；由左、右前輪(3a，3b)的速度Vl，^計(jì)算估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al的函數(shù)，所述估算輪偏轉(zhuǎn)角 Scal在輪偏轉(zhuǎn)角區(qū)間上變化；使用所述估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al的函數(shù)計(jì)算出所述車輛的速度ν和轉(zhuǎn)首偏轉(zhuǎn)角h ；使用求得的所述車輛的速度ν和轉(zhuǎn)首偏轉(zhuǎn)角h，并根據(jù)所述車輛先前的位置和方位角， 計(jì)算出所述車輛的位置和方位角(H)；其中，表達(dá)在所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S…函數(shù)中的、用于計(jì)算所述轉(zhuǎn)首角速度h的所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al至少在在一部分輪偏轉(zhuǎn)角區(qū)間中偏離輪偏轉(zhuǎn)角精確解δ ，所述輪偏轉(zhuǎn)角精確解是按方程
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的追蹤裝置G)，其特征在于，在整個(gè)所述輪偏轉(zhuǎn)角區(qū)間內(nèi)， 所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al的偏離輪偏轉(zhuǎn)角精確解δ 的偏差范圍小于2°，優(yōu)選為小于1°。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的追蹤裝置，其特征在于，用于計(jì)算所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ app的函數(shù)，并在所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_小于輪偏轉(zhuǎn)角閥值(Stto)時(shí)，在所述轉(zhuǎn)首角速度h的計(jì)算中所使用的所述輪偏轉(zhuǎn)角函數(shù)中使所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al等于所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ app ；反之，在所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_大于所述輪偏轉(zhuǎn)角閥值(Stto)時(shí)，所述輪偏轉(zhuǎn)角函數(shù)中使用不同于所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解Sapp的估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al，并且所述估算輪偏轉(zhuǎn)角S。al是由所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_的函數(shù)確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的追蹤裝置，其特征在于，用于由所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解Sapp的函數(shù)來(lái)確定所述估算輪偏轉(zhuǎn)角δ。al的函數(shù)；查找表中成對(duì)存放有所述輪偏轉(zhuǎn)角精確解的函數(shù)值以及所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ_對(duì)應(yīng)值的函數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的追蹤裝置G)，其特征在于，可配置為使用內(nèi)插法，優(yōu)選使用線性內(nèi)插法，在存放于所述查找表中的兩個(gè)所述函數(shù)值之間確定所述輪偏轉(zhuǎn)角近似解δ app的函數(shù)值。
19.根據(jù)權(quán)利要求14至18中任意一項(xiàng)所述的追蹤裝置，其特征在于，其至少還包括一個(gè)通過(guò)GNSS天線(6)接收信號(hào)的輸入線；并配置為執(zhí)行連續(xù)的濾波周期，每個(gè)濾波周期包括至少由一個(gè)時(shí)間更新步驟組成的預(yù)測(cè)步驟；在每一個(gè)預(yù)測(cè)步驟中，由所述速度ν和轉(zhuǎn)首角速度h計(jì)算出所述車輛的位置(Iref)和方位角(H)的值；每次計(jì)算都基于之前確定的位置和方位角(H)的值，并且如果在GNSS天線(6)接收信號(hào)中能夠得到GNSS測(cè)量值，則還包括校正步驟，以便在考慮GNSS測(cè)量值的基礎(chǔ)上對(duì)在所述預(yù)測(cè)步驟中計(jì)算得到的位置(Irf)和方位角(H)的值進(jìn)行校正。
全文摘要
通過(guò)使用來(lái)自于安裝在前輪(3a，3b)處的輪標(biāo)記單元(5a，5b)的輪標(biāo)記次數(shù)，來(lái)追蹤車輛的位置(xref)和方位角(H)。由所述車輛的位置(xref)和方位角(H)計(jì)算出速度(v)和轉(zhuǎn)首角速度(h)。上述計(jì)算基于中間輪偏轉(zhuǎn)角(δ)。根據(jù)方程其中使用精確解完成上述計(jì)算取決于左、右輪速vl，vr。根據(jù)更為簡(jiǎn)單的方程計(jì)算出近似解δapp。并在近似解δapp沒有明顯偏離精確解δex的任何情況下使用近似解δapp，即δapp不大于輪偏轉(zhuǎn)角的閥值δthr。僅當(dāng)δapp＞δthr，其中偏離程度大于2°或優(yōu)選為1°時(shí)，使用輪偏轉(zhuǎn)角的精確解δex。后者的確定過(guò)程為首先確定所述近似解δapp，然后在查找表中讀取所述近似解δapp對(duì)應(yīng)的精確解δex，必要時(shí)可使用內(nèi)插法讀取。
文檔編號(hào)G01S19/00GK102466802SQ20111019296
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月4日
發(fā)明者霍倫施泰因·克里斯汀 申請(qǐng)人:瑞士?jī)?yōu)北羅股份有限公司