[发明专利]利用GNSS/INS数据的六自由度惯性测量单元的偏移和失准补偿

说明书

一种用于校正来自安装至车辆的六自由度IMU的角速度和加速度输出中的偏移和角度失准误差的系统和方法。该方法包括：从例如GNSS/INS提供惯性框架中的速度和评估姿态数据，以及利用该速度和姿态数据来确定车辆框架中的理想的加速度评估和理想的速度评估。然后，该方法利用该理想的加速度和速度评估以及来自IMU的IMU主体框架中的角速度和加速度输出来确定IMU偏移误差和失准误差。

发明背景

技术领域

本发明总体涉及用于确定六自由度(DOF)惯性测量单元(IMU)的输出的偏移和失准误差的系统和方法，且更具体地涉及用于利用来自全球导航卫星系统(GNSS)和/或惯性导航系统(INS)的速度和姿态数据来确定车辆上六自由度(6-DOF)IMU的输出的偏移和失准误差的系统和方法，其中，该方法包括利用速度和姿态来确定车辆框架中的理想加速度评估和理想角速度评估，以及利用理想加速度和角速度以及测得的来自IMU的角速度和加速度输出来确定IMU的偏移误差和失准误差。

背景技术

现代车辆的操作正变得更加自动化，即车辆能够提供需要更少驾驶员介入的驾驶控制。在车辆上使用巡航控制系统已经多年，其中，车辆操作员可以设置一特定的车辆速度，且车辆将维持该速度而无需驾驶员对油门进行操作。在本领域中，最近已经开发了自适应巡航控制系统，其中，该系统不仅维持设定速度，而且还将自动地减缓车辆(在利用各种传感器(例如雷达和相机)来检测到在前车辆移动移动的情况下)。某些现代车辆还提供自动泊车，其中，车辆将自动地提供用于泊车的转向控制。一些车辆系统提供无需驾驶员介入的自动制动，以避免后端碰撞。随着车辆系统的改进，它们将变得更自动，其目标是成为完全自动驾驶车辆。例如，未来车辆很可能将采用用于换道、让车、转离交通、转向交通等的自动系统。

车辆上各种主动安全控制系统、驾驶员辅助系统和自动驾驶操作，例如提供电子稳定控制(ECS)、自适应巡航控制(ACC)、车道保持(LK)、车道改变(LC)等，需要用于评估各种车辆动力学的高鲁棒性和精确性的模块。这种模块有必要提供获知车辆位置和速度以控制车辆。

以上所述的用于系统的主动安全性控制以及其它控制依赖于用于实现适当性能的精确的车辆速度评估。目前，提出的这些类型的系统依赖于车轮速度传感器和其它车辆运动输入，以提供车辆速度评估。然而，有时，确定车辆速度的传感器和控制模块失效或操作不当，在该情况下，车辆速度的损失可是严重的。在初级评估处理器失效的情况下，某些自动安全性需求(例如ASIL-D)需要多余的车辆速度评估过程。例如，针对那些需要主动控制的系统，需要控制系统在失效事件发生之后5秒之内来提供精确的速度评估，以便给驾驶员时间来控制车辆。

本领域已知可在车辆上提供六自由度(6-DOF)IMU，其提供6个测量变化率，具体地，为车辆滚动、俯仰和偏转的角速度测量，以及纵向加速度、横向加速度和向上/向下加速度的角速度测量。在车辆上提供的典型的IMU将包括三个提供角速度测量的陀螺仪以及三个提供加速度测量的加速计。

本领域中已经提出利用来自车辆上IMU的角速度和加速度测量来提供能够被车辆使用用于实现车辆速度评估的信号。2015年4月7日提出申请的、标题为通过六自由度IMU、GPS和雷达的数据融合实现的故障后可操作的车辆速度评估的美国专利申请系列号No.14/680,894，公开了用于提供多余车辆速度评估的系统和方法，其可确定一个或多个提供车辆速度的初级传感器是否已经失效，且倘若如此，则在次级模块中利用缓存的车辆速度值以及来自IMU的惯性测量信号来评估车辆速度。该方法还利用GPS信号数据和/或由来自静止物体的距离传感器(倘若它们是可用的)提供的速度数据来改进评估的车辆速度。