[發明專利]用于確定交通工具的角位置的方法和裝置

有效

• 申請號: 201710509312.9
• 申請日: 2017-06-28
• 公開（公告）號: CN107560612B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 亞歷山大·索米斯基
• 申請（專利權）人: 瑞士優北羅股份有限公司
• 主分類號: G01C21/18
• 分類號: G01C21/18
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 黃綸偉

本發明涉及用于確定交通工具的角位置的方法和裝置，該角位置例如為俯仰角。根據實施方式，使用安裝到交通工具的第一角速度傳感器來檢測交通工具圍繞第一旋轉軸線的第一旋轉角速度。使用安裝到交通工具的第二角速度傳感器來檢測交通工具圍繞第二旋轉軸線的第二旋轉角速度。第二旋轉軸線基本上與第一旋轉軸線正交。基于交通工具的第一旋轉角速度與交通工具的第二旋轉角速度的比率來確定交通工具的角位置。

技術領域

本發明涉及用于確定交通工具的角位置的方法和裝置。

背景技術

本發明涉及交通工具位置感測領域，更具體地說，本發明涉及感測交通工具的角位置，例如其側傾、俯仰角或偏轉。

由于全球導航衛星系統(GNSS)的精密性和準確性，其已經成為交通工具導航解決方案的實際標準。然而，在汽車應用中，具有天空的視線角度的先決條件不一定能夠滿足。例如，高層建筑物、茂密的樹葉周圍、在隧道內和在堆疊的道路和屋頂下方，GNSS接收嚴重受損。

航位推算是指通過附加傳感器信息來增加GNSS位置定位以推斷交通工具在GNSS中斷期間的位置的過程。通常用于航位推算的一種類型的傳感器是車輪傳感器，其可以提供關于當GNSS信號不可用時的行進的距離的信息。通常，這些經由放置在車輪軸上的軸編碼器來計算車輪轉數。

然而，純粹基于機輪旋轉的航位推算位置更新具有其局限性，因為交通工具可以在三個維度上移動。例如，如圖1所示，交通工具向上傾斜30度行駛距離L。車輪編碼器將從斜坡起點推導距離L，盡管在水平方向上行進的實際距離僅為0.87L。因此，航位推算誤差在水平方向上高估了13％，而沒有提供在垂直方向行進的距離的指示。使用差速機輪旋轉，例如左后輪上的單獨的編碼器和右后輪上的另一個編碼器，可以允許在兩個維度上進行航位推算，但是，這仍然不提供有關第三個維度中的運動的任何信息。

為此，許多現代的航位推算系統采用大量附加的傳感器，例如加速度計和陀螺儀來檢測交通工具的運動。當GNSS信號不可用時，知道交通工具的角位置可以大大地改善交通工具的位置估計。在上述示例中，知道交通工具的俯仰角將允許更準確地確定交通工具在三個維度中的位置。如下所述，有各種已知的技術來確定交通工具的俯仰角。

僅陀螺儀方法

原則上，可以使用與交通工具主體的橫向軸線(y軸)完美對準的陀螺儀來確定交通工具的俯仰角。雖然簡單，但是僅僅基于這樣的陀螺儀測量的俯仰角確定不是很準確的原因有幾個。

與使用陀螺儀相關的一個問題是由傳感器本身的性質引起的。陀螺儀僅提供角速度，而不是角度的絕對測量。為了獲得后者，需要對陀螺儀的輸出求積分。然而，在不知道初始條件即安裝陀螺儀的主體的初始俯仰角的情況下，計算的輸出將是有誤的，除非在t＝0時主體的初始俯仰角為零。

其次，由于陀螺儀僅表示角位移的變化率，所以在某些情況下測量具有極其短的持續時間。想象一下，例如交通工具經過平坦地面行進到具有恒定坡度的斜坡上。y軸陀螺儀的輸出將記錄在交通工具進入斜坡的瞬間的俯仰角的變化。然而，這種測量僅在交通工具爬坡時返回到零之前的很短的持續時間才會存在。測量的非常短的持續時間使獲得可靠的結果具有挑戰性，特別是如果使用俯仰角來推導出交通工具的高度。

多傳感器方法

更常見的是，陀螺儀與加速度計一起使用，以更準確地確定角位置。在確定交通工具的俯仰角時，加速度計通常會提供更可靠的結果。在如前所述交通工具穿過斜坡的情況下，即使俯仰角沒有改變，加速度計也在沿著恒定斜面向上行駛時連續地提供測量。這是因為加速度計提供了交通工具所經歷的加速度的測量。

利用兩種類型的傳感器來確定準確的俯仰角的一種方式包括計算由每種類型的傳感器確定的兩個角度的差并反饋該“錯誤”差以校正由陀螺儀傳感器測量的俯仰角。陀螺儀的輸出與以前一樣被積分，除了這次是它與從加速度計傳感器間接收集的信息相關。

僅加速度計方法