用于慣性傳感器偏移補償?shù)南到y(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于速率傳感設備的補償方法，以及更具體地涉及用于角度和線 性慣性傳感器的偏置的抵消（offset)和補償?shù)姆椒ê拖到y(tǒng)，所述傳感器主要在自推進式 車輛（automotivevehicle)中。
【背景技術】
[0002] 慣性傳感器包括多種類別的用來測量角速度和線性加速度的傳感器，它們具有不 同級別的精度和范圍。具體地在汽車領域中，近來慣性傳感器已變得更加廣泛并且被應用 于各種應用中，以提高自推進式車輛的安全性、性能和舒適性。汽車中慣性傳感器的現(xiàn)有應 用范圍從作為先進的防抱死制動系統(tǒng)（ABS)、電子穩(wěn)定程序（ESP)和其它形式的自動偏航 和翻滾控制（這些其它形式的自動偏航和翻滾控制對車輛的縱向速度和加速度進行測量， 以確定底盤是否仍然在移動）的一部分到更復雜的系統(tǒng)（例如駕駛員輔助系統(tǒng)、甚至是自 主車輛操作）。在追求更先進的系統(tǒng)的過程中，汽車制造商繼續(xù)推動慣性傳感器的能力界 限。這一追求開創(chuàng)了對創(chuàng)新的、有成本效益的解決方案的需求，以改進慣性傳感器的能力。
[0003] 慣性傳感器在精度和性能上變化，但它們通常有一些共同的不足之處。慣性傳感 器精度上的誤差的常見來源包括：溫度變化、閃爍噪聲、熱機械白噪聲和偏置（偏移）不穩(wěn) 定。慣性傳感器輸出信號或速率信號的偏置是指慣性傳感器的輸出與由慣性傳感器體驗的 真實測量值相比的初始誤差。偏置是誤差的主要來源之一，因為如果不校正，其會產生穩(wěn)定 增長的角度或線性位置誤差。由于環(huán)境狀態(tài)的改變引起的溫度變化也導致了慣性傳感器的 輸出的波動，并增加了慣性傳感器測量的誤差。當來自慣性傳感器的輸出應用到越來越復 雜的方程式以模擬車輛行為時，慣性傳感器的不足之處也被強化。該強化的最突出的示例 是由慣性傳感器的多個測量引起的增加的誤差，這種誤差可通過速率測量、速度和位置之 間的積分關系而蔓延。
[0004] 與慣性傳感器的應用相關的組合問題顯示出一些限制因素，這些限制因素抑制慣 性傳感器的有成本效益的應用。為了促進廣泛應用于自推進式車輛中的先進的車輛系統(tǒng)， 確保這些傳感器的精度十分必要。此處公開的方法和系統(tǒng)可提供改進的慣性傳感器精度和 有成本效益的實施，以促進自推進式車輛中的改進的安全性和診斷。
【發(fā)明內容】
[0005] 當車輛停止或處于某種其它限定的狀態(tài)時，靜態(tài)偏置抵消可應用于更新慣性傳感 器的偏置。該過程假定當車輛停止時，車輛的速率為零。慣性傳感器的傳感器輸出在車輛 靜置時可被測量并記錄，并且而后在車輛正在移動時從傳感器的輸出過濾出來，從而通過 考慮傳感器的偏置而進行校正。該過程將誤差的并發(fā)和來源引入到對確保傳感器精度已經 具有挑戰(zhàn)的過程。雖然看似微不足道，但誤差的一個本質來源是在車輛靜置時確定，意味著 車輛停止后的細微運動已停滯和環(huán)境狀況不影響傳感器測量。這些問題也可在車輛不頻繁 停止時在在公路上漫長行駛期間變得更加明顯。
[0006] 本發(fā)明提供了用于慣性傳感器的補償?shù)母倪M的方法和系統(tǒng)。在一個實施中，當車 輛在運動時計算的修正的移動平均值被介紹并應用以提供用于慣性傳感器的輸出的動態(tài) 偏移補償。該實施可為車輛在運動時更新或過濾慣性傳感器的輸出的方法提供所需。該方 法可通過濾波方法進一步為誤差的多個來源相關的補償提供所需，所述濾波方法與簡單的 且有成本效益的處理或驅動電路相兼容。慣性傳感器偏移補償方法的其它實施可包括當車 輛停止時計算慣性傳感器的輸出的靜態(tài)修正的移動平均值（MM)，以及當車輛運動時的慣 性傳感器的動態(tài)MMA。該特定方法可進一步為動態(tài)MMA與靜態(tài)MMA之間的過渡時段提供所 需，用于進一步改進的補償。
[0007] 此處公開的偏移補償及方法的實施為偏移補償?shù)倪m應性的方法提供所需，所述適 應性的方法可應用于不同范圍的慣性傳感器和組合的系統(tǒng)，包括加速度計、陀螺儀、慣性測 量單元（IMU)以及其它相關的感應設備。雖然下文將詳細地提供偏移補償?shù)南到y(tǒng)和方法的 具體實施，但對本領域技術人員來說明顯地是公開的方法和系統(tǒng)適于廣泛范圍的應用并且 可在與本公開中討論的領域類似的其它領域中提供解決方案。
[0008] 在一個實施中，為了考慮到本發(fā)明的普遍的應用，其并且在實施時對最新的車輛 產生很少的額外成本，介紹了應用普通電子穩(wěn)定控制系統(tǒng)（ESC)的系統(tǒng)。另一實施可為更 先進的系統(tǒng)（包括慣性測量單元（IMU))中以及其它先進的系統(tǒng)（包括機動車輛的駕駛員 輔助和自助操作）中的補償提供所需。最后，在許多情況下，本發(fā)明可為包括額外設備的組 合補償系統(tǒng)以及操作方法提供所需。此處公開的示例性實施為用于慣性傳感器補償?shù)母倪M 的方法和系統(tǒng)提供所需，并且具體地為在保持具有成本效益的操作的同時用于改進的慣性 傳感器性能的適應性的偏移補償方法提供所需。
[0009] 適用性的進一步的領域可從此處提供的描述變得明顯。應該理解地是，這些描述 和具體示例僅是為了說明的目的，且不欲限制本發(fā)明的范圍。
【附圖說明】
[0010] 圖1A、圖IB和圖IC分別是根據(jù)本發(fā)明的自推進式車輛的前視、俯視和側視的正交 視圖；
[0011] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器偏移補償方法的實施的框圖；
[0012] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器偏移補償方法的實施的框圖；
[0013]圖4是根據(jù)本發(fā)明的展示用于慣性傳感器補償?shù)南到y(tǒng)的機動車輛的俯視圖；以及
[0014]圖5是根據(jù)本發(fā)明的慣性傳感器補償系統(tǒng)的慣性測量單元實施的示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 參照圖1A、圖IB和圖1C，示出了根據(jù)本發(fā)明的機動車輛（motorvehicle)的俯 視、前視和側視輪廓的相互垂直的視圖。圖1描繪了由一個或多個慣性傳感器測量的角度 和線性運動的常規(guī)方向?？捎绍囕v應用中的慣性傳感器測量的方向和旋轉分量包括線性分 量2、4、6和旋轉分量8、10、12，此處分別稱之為乂（縱向）、￥(橫向）和2(豎直）正交分量 以及滾動、俯仰和偏航旋轉分量。這些傳感器可進一步偏移以在所示的方向之間直接進行 測量。多種傳感器可被實施以在操作期間測量影響車輛的加速度和/或速度的線性和旋轉 分量。通常，線性加速度計應用于測量線性加速度，角速率傳感器或兩個或更多個加速度計 應用于測量角速度。雖然此處廣泛地提及了加速度計和角速率傳感器，但是包括壓電和微 機械傳感器的具體傳感器類型可應用于實踐此處公開的方法和系統(tǒng)。對本領域技術人員來 說，明顯地是，本發(fā)明的教導可進一步應用于大范圍的慣性傳感器，包括陀螺式、微機械電 容式、壓電式、聲波式，機電式以及它們的任意組合（如慣性測量單元（MU))。
[0016] 本發(fā)明廣泛應用的性質可為大范圍的慣性傳感器的補償提供支持，這至少部分地 是因為慣性傳感器多