使用三轴惯性测量装置的集成坡度和俯仰估计的制作方法
【技术领域】
[0001] 本公开一般涉及用于估计道路坡度角和车辆俯仰角的系统和方法，并且更具体而 言，涉及用于使用三轴惯性测量装置来估计所述角度的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 现代车辆正越来越多地配备有自主驾驶（AD)系统。这些系统的操作利用可获得 的车辆和环境数据的精度来改进。
[0003] 先进的AD系统使用包括道路坡度角和车辆俯仰角的数据，特别是在加速、减速和 /或倾斜道路的情况下。
[0004] 道路坡度角和车辆俯仰角能够被直接测量。例如，所述角度能够使用一个或多个 专用的光学传感器和/或多天线卫星布置(例如，全球定位系统（GPS))来测量。高精度GPS 单元能够被放置在车辆的四个角中的每一个处，以测量所述车辆的俯仰（同样，侧倾和/或 偏转）角。但是，这些方法是非常昂贵的，并且在典型的消费者价格点内不可行。
[0005] 而且，由于甚至轻微的测量装置偏移或误差、噪声和/或系统的故障，测量数据可 具有不准确性，为了仍然将测量数据纳入考虑，例如，即使俯仰方向移动使用GPS单元来精 确地检测，系统也将需要精确的道路坡度角数据，以便适当地确定相对于道路坡度所测量 的俯仰方向移动的多大比例是由于车辆俯仰引起。
[0006] 本技术通过使用应用调谐的观测器增益的校正观测器软件模块一起精确地估计 车辆俯仰角和道路坡度角二者来解决这些和其他不足。
【发明内容】
[0007] 在一些实施例中，本公开涉及一种系统，其用于在车辆处使用以实时和大致同时 地估计车辆俯仰角和道路坡度角，其包括配置成测量车辆俯仰率的传感器、处理器和保持 计算机可执行指令的计算机可读介质，当通过所述处理器执行时，所述计算机可执行指令 使所述处理器执行各种操作。
[0008] 这些操作包括使用观测器和测量的车辆俯仰率来估计车辆俯仰率。所述操作还包 括使用观测器和测量的车辆俯仰率来估计车辆俯仰角。并且所述操作包括基于估计的车辆 俯仰率和估计的车辆俯仰角来估计道路坡度或斜率、角度。
[0009] 在另一方面，本技术包括一种方法，其包括如与所述系统相关的上述操作的操作。
[0010] 在另一方面，本技术包括如上述系统的计算机可读介质的计算机可读存储装置。
[0011] 本技术的其他方面部分将是显而易见的，并且部分将在下文中指出。
【附图说明】
[0012] 图1示意性地图示了根据本公开的一个实施例的处于斜坡或倾斜的道路上的车 辆以及包括道路和车辆的角度的所选变量。
[0013] 图2图示了根据本公开的一个实施例的包括增益调适功能的本技术的操作的示 例性流程图。
[0014] 图3为示出了与第一道路上的车辆操作相关的第一示例性坡度和俯仰估计数据 的示图。
[0015] 图4为示出了与第二道路上的车辆操作相关的第二示例性坡度和俯仰估计数据 的示图。
[0016] 图5为示出了与测量的俯仰数据相比的第一示例性车辆俯仰估计数据的示图。
[0017] 图6为示出了与测量的俯仰数据相比的第二示例性车辆俯仰估计数据的示图。
[0018] 图7为示出了与测量的俯仰数据相比的第三示例性车辆俯仰估计数据的示图。
[0019] 图8图示了用于在执行本技术的功能中使用的示例性计算系统。
[0020] 将会理解的是，为了说明的简单和清楚，附图中示出的元件不一定按比例绘制。例 如，为了清楚起见，可相对于其他元件扩大元件中的一些的尺寸。此外，在认为适当的情况 下，附图标记可在附图之间重复，以指示相对应或类似的元件。
【具体实施方式】
[0021] 根据需要，本文公开了本发明的详细实施例。所公开的实施例仅仅是可以按照各 种和替代性的形式及其组合来实施的示例。例如，如本文所用的，"示例性"及相似的术语广 泛地表示用作例示、样本、模型或模式的实施例。
[0022] 描述应当在说明书的精神内被广泛地考虑。例如，本文中对任何两个部分之间的 连接的引用意在涵盖直接或间接地连接到彼此的所述两个部分。作为另一个示例，本文所 述的单部件，例如与一个或多个功能相关的单部件，应当被解释为覆盖其中替代地使用超 过一个部件来执行所述功能的实施例。并且反之亦然，即，与一个或多个功能相关的本文所 述的多个部件应当被解释为覆盖其中单部件执行所述功能的实施例。
[0023] 附图不一定按比例绘制，并且一些特征可被扩大或最小化，例如用于示出特定部 件的细节。
[0024] 在一些情况下，未详细描述公知的部件、系统、材料或方法，以避免模糊本公开。因 此，本文公开的具体的结构和功能细节不应被解释为限制性的，而是仅作为权利要求的基 础以及作为教导本领域技术人员使用本公开的代表性基础。
[0025] I.本公开的概述 在各个实施例中，本公开描述了配置成估计道路坡度角和车辆俯仰角的至少一种算 法。所述道路坡度或斜率、角度是车辆在其上行进的道路沿车辆的行进方向或纵向方向向 上倾斜或向下倾斜的角度。
[0026] 如在第一附图中作为示例示出的，坡度角形成在车辆位于其上的道路和真实的或 环境标架（environmental-frame)的水平面之间，所述水平面也能被称为地平面或海平面， 所述坡度角在下文中进一步描述。坡度的形式能够包括车辆行进的主方向或沿车辆行进的 主方向下降。
[0027] 所述车辆俯仰角是车辆的簧上部分（sprung portion)和车辆关于车辆的横轴或y 轴的平衡姿态（balance)之间的角度。根据常见的约定，正的俯仰角将由车辆的前部升高 (例如，响应于快的加速）引起，并且负的俯仰角将由车辆的前部降低(例如，响应于积极的 制动（aggressive braking))引起。车辆的簧上部分一般是在悬架和轮胎之上连接的那部 分。
[0028] 在一个实施例中，所述角度使用来自三轴惯性测量装置的输出来估计。然后，所述 角度能够被用于各种车辆功能中。在一个主要的场景中，所估计的角度被用于支持自主驾 驶的功能中。
[0029] 在一些实施例中，本技术被配置成同时或大致同时地估计道路坡度角和车辆俯仰 角。
[0030] 在一些实施方式中，所述算法至少部分地通过计算机代码来实施，所述计算机代 码配置成使处理器执行本文所述的操作中的一些或全部。
[0031] 如所提供的，当可获得关于车辆和环境的更精确的数据时会改进自主驾驶系统的 操作。精确的数据在车辆操纵移动的情况下是特别有用的，例如加速、转向、制动和/或当 道路例如由于具有斜坡和/或边坡（bank)而不平时。
[0032] 本技术能够被用于提供包括道路坡度角和车辆俯仰角的精确的道路和车辆位置 数据。类似地，本技术还能被用于精确地估计道路倾斜角（bank angle)和车辆侧倾角（roll angle)。
[0033] 通过道路角度和车辆角度的高精度估计而改进的自主驾驶相关的功能包括摄像 机感测。车辆在解释车辆摄像机数据中使用所述角度信息。当车辆处于倾斜的和/或坡面 的道路上并且系统可能未以其他方式精确地将摄像机数据纳入考虑时，所述信息是特别有 帮助的。
[0034] 摄像机通常被刚性地安装到车辆的簧上部分，并且因此响应于车辆的俯仰而移 动。在没有指示车辆弹簧移动（sprung movement)(例如，俯仰)的数据的情况下，或在弹簧 移动数据不那么精确的情况下，系统将不能精确地解释摄像机数据。例如，系统可能不能很 好地确定所感测的簧上部分和道路表面之间的角度改变是由于道路表面的改变引起还是 由于簧上部分的移动(例如，俯仰）引起。
[0035] 通过道路角度和车辆角度的高精度估计而改进的自主驾驶相关的功能包括对在 成一定角度的道路(例如，倾斜的等）上的制动和操纵的控制。当车辆处于倾斜的和/或坡 面的道路上时，所述信息能够是特别有帮助的，所以自主动作被最好地调整成适合道路状 况和车辆位置。
[0036] 如所提供的，例如通过专用的光学传感器或双天线GPS单元，道路和车辆的角度 (例如，道路坡度角和车辆俯仰角）能够被直接地测量。并且实施的高成本是这些直接测量 方法的一个缺点。
[0037] 使用标准的惯性移动单元aMU)传感器组来测量道路和车辆的角度，例如，道路坡 度角和车辆俯仰角，也是具有挑战性的，并且可能是甚至不可行的。
[0038] 在常见于大多数当今的车辆中的运动传感器之外，本技术还使用至少一种附加的 传感器。对于估计道路坡度和车辆俯仰，所述附加的传感器包括俯仰率传感器。所述附加 的传感器能