用于惯性传感器偏移补偿的系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于速率传感设备的补偿方法，以及更具体地涉及用于角度和线 性惯性传感器的偏置的抵消（offset)和补偿的方法和系统，所述传感器主要在自推进式 车辆（automotivevehicle)中。
【背景技术】
[0002] 惯性传感器包括多种类别的用来测量角速度和线性加速度的传感器，它们具有不 同级别的精度和范围。具体地在汽车领域中，近来惯性传感器已变得更加广泛并且被应用 于各种应用中，以提高自推进式车辆的安全性、性能和舒适性。汽车中惯性传感器的现有应 用范围从作为先进的防抱死制动系统（ABS)、电子稳定程序（ESP)和其它形式的自动偏航 和翻滚控制（这些其它形式的自动偏航和翻滚控制对车辆的纵向速度和加速度进行测量， 以确定底盘是否仍然在移动）的一部分到更复杂的系统（例如驾驶员辅助系统、甚至是自 主车辆操作）。在追求更先进的系统的过程中，汽车制造商继续推动惯性传感器的能力界 限。这一追求开创了对创新的、有成本效益的解决方案的需求，以改进惯性传感器的能力。
[0003] 惯性传感器在精度和性能上变化，但它们通常有一些共同的不足之处。惯性传感 器精度上的误差的常见来源包括：温度变化、闪烁噪声、热机械白噪声和偏置（偏移）不稳 定。惯性传感器输出信号或速率信号的偏置是指惯性传感器的输出与由惯性传感器体验的 真实测量值相比的初始误差。偏置是误差的主要来源之一，因为如果不校正，其会产生稳定 增长的角度或线性位置误差。由于环境状态的改变引起的温度变化也导致了惯性传感器的 输出的波动，并增加了惯性传感器测量的误差。当来自惯性传感器的输出应用到越来越复 杂的方程式以模拟车辆行为时，惯性传感器的不足之处也被强化。该强化的最突出的示例 是由惯性传感器的多个测量引起的增加的误差，这种误差可通过速率测量、速度和位置之 间的积分关系而蔓延。
[0004] 与惯性传感器的应用相关的组合问题显示出一些限制因素，这些限制因素抑制惯 性传感器的有成本效益的应用。为了促进广泛应用于自推进式车辆中的先进的车辆系统， 确保这些传感器的精度十分必要。此处公开的方法和系统可提供改进的惯性传感器精度和 有成本效益的实施，以促进自推进式车辆中的改进的安全性和诊断。
【发明内容】
[0005] 当车辆停止或处于某种其它限定的状态时，静态偏置抵消可应用于更新惯性传感 器的偏置。该过程假定当车辆停止时，车辆的速率为零。惯性传感器的传感器输出在车辆 静置时可被测量并记录，并且而后在车辆正在移动时从传感器的输出过滤出来，从而通过 考虑传感器的偏置而进行校正。该过程将误差的并发和来源引入到对确保传感器精度已经 具有挑战的过程。虽然看似微不足道，但误差的一个本质来源是在车辆静置时确定，意味着 车辆停止后的细微运动已停滞和环境状况不影响传感器测量。这些问题也可在车辆不频繁 停止时在在公路上漫长行驶期间变得更加明显。
[0006] 本发明提供了用于惯性传感器的补偿的改进的方法和系统。在一个实施中，当车 辆在运动时计算的修正的移动平均值被介绍并应用以提供用于惯性传感器的输出的动态 偏移补偿。该实施可为车辆在运动时更新或过滤惯性传感器的输出的方法提供所需。该方 法可通过滤波方法进一步为误差的多个来源相关的补偿提供所需，所述滤波方法与简单的 且有成本效益的处理或驱动电路相兼容。惯性传感器偏移补偿方法的其它实施可包括当车 辆停止时计算惯性传感器的输出的静态修正的移动平均值（MM)，以及当车辆运动时的惯 性传感器的动态MMA。该特定方法可进一步为动态MMA与静态MMA之间的过渡时段提供所 需，用于进一步改进的补偿。
[0007] 此处公开的偏移补偿及方法的实施为偏移补偿的适应性的方法提供所需，所述适 应性的方法可应用于不同范围的惯性传感器和组合的系统，包括加速度计、陀螺仪、惯性测 量单元（IMU)以及其它相关的感应设备。虽然下文将详细地提供偏移补偿的系统和方法的 具体实施，但对本领域技术人员来说明显地是公开的方法和系统适于广泛范围的应用并且 可在与本公开中讨论的领域类似的其它领域中提供解决方案。
[0008] 在一个实施中，为了考虑到本发明的普遍的应用，其并且在实施时对最新的车辆 产生很少的额外成本，介绍了应用普通电子稳定控制系统（ESC)的系统。另一实施可为更 先进的系统（包括惯性测量单元（IMU))中以及其它先进的系统（包括机动车辆的驾驶员 辅助和自助操作）中的补偿提供所需。最后，在许多情况下，本发明可为包括额外设备的组 合补偿系统以及操作方法提供所需。此处公开的示例性实施为用于惯性传感器补偿的改进 的方法和系统提供所需，并且具体地为在保持具有成本效益的操作的同时用于改进的惯性 传感器性能的适应性的偏移补偿方法提供所需。
[0009] 适用性的进一步的领域可从此处提供的描述变得明显。应该理解地是，这些描述 和具体示例仅是为了说明的目的，且不欲限制本发明的范围。
【附图说明】
[0010] 图1A、图IB和图IC分别是根据本发明的自推进式车辆的前视、俯视和侧视的正交 视图；
[0011] 图2是根据本发明的惯性传感器偏移补偿方法的实施的框图；
[0012] 图3是根据本发明的惯性传感器偏移补偿方法的实施的框图；
[0013]图4是根据本发明的展示用于惯性传感器补偿的系统的机动车辆的俯视图；以及
[0014]图5是根据本发明的惯性传感器补偿系统的惯性测量单元实施的示意图。
【具体实施方式】
[0015] 参照图1A、图IB和图1C，示出了根据本发明的机动车辆（motorvehicle)的俯 视、前视和侧视轮廓的相互垂直的视图。图1描绘了由一个或多个惯性传感器测量的角度 和线性运动的常规方向。可由车辆应用中的惯性传感器测量的方向和旋转分量包括线性分 量2、4、6和旋转分量8、10、12，此处分别称之为乂（纵向）、￥(横向）和2(竖直）正交分量 以及滚动、俯仰和偏航旋转分量。这些传感器可进一步偏移以在所示的方向之间直接进行 测量。多种传感器可被实施以在操作期间测量影响车辆的加速度和/或速度的线性和旋转 分量。通常，线性加速度计应用于测量线性加速度，角速率传感器或两个或更多个加速度计 应用于测量角速度。虽然此处广泛地提及了加速度计和角速率传感器，但是包括压电和微 机械传感器的具体传感器类型可应用于实践此处公开的方法和系统。对本领域技术人员来 说，明显地是，本发明的教导可进一步应用于大范围的惯性传感器，包括陀螺式、微机械电 容式、压电式、声波式，机电式以及它们的任意组合（如惯性测量单元（MU))。
[0016] 本发明广泛应用的性质可为大范围的惯性传感器的补偿提供支持，这至少部分地 是因为惯性传感器多