CN103047955B - 用于求得便携式设备的位置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计算单元、一种计算机程序产品以及一种用于求得被装配在车辆中的便携式设备的至少一个设备轴线相对于所述车辆的轴线的位置的方法，其中，使所述车辆在运动轨迹上以加速度沿着所述车辆的轴线运动，其中，求得所述车辆沿着所述轴线的加速度的值，其中，在所述运动轨迹期间测量设备沿着一个设备轴线的加速度，其中，从在测得的加速度和所求得的加速度之间的比较求得所述设备轴线相对于所述车辆的轴线的倾斜角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于求得便携式设备的位置的方法以及一种根据权利要求12所述的用于车辆的计算单元。
背景技术
从文件WO00/2002018873A2中已知用于借助于GPS数据校准导航系统的传感器的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于求得被装配在车辆中的便携式设备的设备轴线的位置的简单且可靠的方法。
此外，本发明的还目的在于，实现被装配在车辆中的设备的数据的更好的利用。
本发明的目的通过根据权利要求1所述的方法和通过根据权利要求13所述的计算单元以及通过根据权利要求15所述的计算机程序产品实现。
在从属的权利要求中给出本发明的其它有利的实施形式。
根据本发明的方法的优点在于，以简单的方式确定被装配在车辆中的便携式设备的相对位置。这通过以下方式实现，即，使车辆在运动轨迹上运动，根据运动轨迹求得车辆的加速度，在运动轨迹期间测量设备沿着设备轴线的加速度并且从在测得的加速度和所求得的加速度之间的比较求得设备轴线相对于车辆轴线的倾斜角度。
在另一实施方式中，运动轨迹被实施成车辆的转弯行驶的形式，其中确定车辆的运动轨迹的半径和车辆在运动轨迹上的速度。从转弯半径和速度计算沿着车辆轴线的期望的加速度。通过转弯行驶，可以简单的方式对车辆上进而同样对被装配在车辆中的设备施加加速度。此外，通过确定转弯半径和确定速度可以简单的方式计算出作用到设备上的加速度。
在另一实施方式中，运动轨迹可存在于车辆在运动方向上的加速或制动中。由此，也可使用该运动轨迹用于求得设备在车辆中的相对定向。
优选地，相对于两个设备轴线进行设备的相对定向。优选地，也可针对三个彼此垂直的设备轴线求得相对于相应的车辆轴线的偏差。由此，可进行设备相对于车辆坐标系的相对位置的精确确定。
在另一实施方式中，多次地求得用于设备轴线的倾斜角度并且尤其地计算出平均值。由此，可进行对倾斜角度的精确的计算。在求得平均值时，例如可使用数学的手段或参数化的模型、例如卡尔曼滤波。
在另一实施方式中，使驾驶员已知设备轴线的倾斜角度。由此，驾驶员能够沿相对于车辆的定向改变便携式设备以确定用于便携式设备的更好的位置。
在另一实施方式中，在使用设备的数据时，通过车辆的计算单元或设备的计算单元参考设备轴线的倾斜角度。例如，该倾斜角度可被用于评估已由设备获取的影像图像。例如，可根据该倾斜角度使用图像的确定的局部用于评估。例如，如果车辆驶过道路，则当设备处于相对于行车道边缘的相应的位置时，对于交通标志的光学识别来说足够的是评估图像的右上象限。由此，可减小计算时间和所需的计算功率。用于识别对象(例如交通标志或行人)的图像的评估需要非常大量的计算。通过限制待检查的图像局部，可实现明显的节电和用于识别对象的明显加速。
在另一实施方式中，使用设备的倾斜角度用于在设备的连续图像中模拟对象、尤其是交通标志的运动。由此，对于连续的图像可以一起移动图像之内对于评估有用的图像局部。由此，实现计算时间和计算功率的进一步减小以及由此实现进一步减少耗电。
在另一实施方式中，使用设备的倾斜角度用于借助于由设备拍摄的图像进行相对于周边环境、尤其地相对于道路的行车道的车辆位置的测量。由此，可测量车辆相对于其周边环境的位置，并且使用该信息以用于示出驾驶员辅助功能。
附图说明
下面根据附图详细解释本发明。其中：
图1显示了带有便携式设备的车辆的示意性的图示，该便携式设备被装配在车辆中，
图2显示了用于执行该方法的程序流程的示意图，
图3显示了用于参考设备的角度位置的程序流程的示意图，
图4显示了用于根据倾斜角度确定图像局部的示例，
图5显示了带有用于评估的被移动的图像局部的图像，
图6显示了设备2的图示，以及
图7显示了在具有坐标系9的图1的车辆之内的、具有其局部坐标系10的设备2。
具体实施方式
从驾驶员穿过车辆前窗玻璃观察的视角，图1以示意性的图示显示了车辆1。车辆1具有设备2，其被构造成便携式并且被固定在车辆中。设备2通过数据连接件与车辆1的计算单元3相连接。计算单元3此外与数据储存器4、显示器5和传感器6相连接。例如，设备2借助于吸盘7被固定在车辆1的前窗玻璃8处。
车辆1具有带有X轴、Y轴和Z轴的坐标系9。X、Y、Z轴分别彼此垂直。Z轴相应于车辆的纵轴线。Y轴相应于车辆的竖轴并且X轴相应于车辆的横轴。以相似的方式，便携式设备2具有包括X轴、Z轴和Y轴的第二坐标系10。设备2的第二坐标系的三个轴线同样被布置成分别彼此垂直。便携式设备2具有第二计算单元11、第二传感器12和摄像机13、屏幕14和其它输入/输出器件。在所示出的实施例中，设备2构造成移动电话、尤其地智能电话的形式。与所选择的实施方式相关地，该设备也可被构造成导航设备、通讯设备、摄像机或计算机。设备2通过数据连接件15与计算单元3处于连接。数据连接可通过电缆或通过无电缆的连接(例如蓝牙)实现。
优选地，车辆1具有导航系统16，其与计算单元3处于连接。此外，车辆1例如具有行驶辅助系统17，其例如取用设备2的数据。
为了改进由设备2获取的和/或被提供到计算单元3处的数据的使用和评估，有利的是已知设备2相对于车辆的坐标系9的至少一个轴线的定向。例如，设备2可通过传感器12和/或通过摄像机13获取来自周边环境的数据、尤其是图像，并且将其传输到计算单元3处。计算单元3可使用该数据和/或图像用于引导车辆、尤其是用于在导航系统中进行参考和/或用于在行驶辅助系统中进行参考。为了精确地、简化地且更好地使用该数据和/或图像，有利的是，了解准确的安装位置、也就是说设备2的坐标系统10相对于车辆1的坐标系9的位置。
图2显示了程序流程的示意图，利用该程序流程根据简单的方法根据简单的方法可求得设备2的坐标系10的设备轴线相对于车辆1的坐标系9的相应的轴线的至少一个角度。在程序段100中，使车辆在运动轨迹上沿着车辆的至少一个轴线以一个加速度运动。例如，运动轨迹可存在于车辆的转弯行驶、加速或制动过程。
在随后的程序段110中，计算单元3求得在运动轨迹期间作用到车辆上的加速度。为此，例如可直接通过车辆的相应加速度传感器测得该加速度。此外，例如可借助于GPS系统获取车辆的运动轨迹(地理位置、速度)。GPS系统可被集成在导航设备16中或者被构造成独立的系统。此外，可根据车速表信号或借助于GPS系统求得车辆的速度。此外，可从运动轨迹中求得转弯行驶的半径。在使用车辆的速度的情况下可计算出作用到车辆上的加速度。在此，至少参照车辆1的坐标系9的一个轴线、或优选地参照车辆1的坐标系的多个、尤其是所有三个轴线求得该加速度。例如，可利用公式从基于GPS的运动轨迹中确定沿着车辆1的x轴线的期望的横向加速度。在此，vz表示车辆的纵向速度(沿着坐标系9的z轴线)，并且R表示借助于运动轨迹确定的转弯半径。由于GPS系统的测量精度和外部误差影响(例如由于卫星信号在车辆周边环境中的对象上的反射引起的多路接收)，期望的横向加速度ax期望受误差影响。然而，通过由一个或多个车辆在一个地理位置处进行多次测量并且例如将这些值取平均值，可提高用于确定的转弯的精度。
相似地，可求得沿着其它车辆轴线y、z的期望的加速度ay期望、az期望。
随后，在程序段120中，由设备2借助于加速度传感器12测量在运动轨迹期间在设备2的第二坐标系10的三个轴线中的至少一个的方向上、优选在其中两个轴线上、尤其是在设备2的坐标系的三个轴线上作用到设备2上的加速度a测量(ax测量，ay测量，az测量)。为此，设备2具有相应地在设备2的坐标系10的一个、两个或三个轴线上灵敏的加速度传感器。
在随后的程序段130中，将由设备2测得的用于加速度的值传输到计算单元3处。计算单元3比较由设备2测得的值a测量和由计算单元3求得的或测得的加速度的值a期望，并且从中计算出设备2的坐标系10的至少一个轴线、优选所有三个轴线相对于车辆1的坐标系9的角度偏差。
例如，上述求得可通过使用三角函数实现。图7显示了在具有坐标系9的图1的车辆之内的、具有局部坐标系10的设备2。在此，设备2沿着z轴向左旋转了角度α。由此，在该示例中，坐标系9和10的z轴的定向一致，但是其它轴线的定向不同。如果车辆在平面(没有倾斜分布)沿着弯道运动，则在该示例中从基于GPS的运动轨迹求得期望的横向加速度ax期望(例如根据以上描述的方法)。
同时，设备2借助于其加速度传感器测得横向加速度ax测量。如果仅仅以沿着z轴相对于车辆的坐标系9旋转了角度α的方式安装设备2，则测得的横向加速度ax测量在值上小于期望的横向加速度ax期望。在水平运动的车辆的理想情况中，可借助于三角函数确定角度α。
相似地，在绕x轴和y轴旋转设备2时可确定相对于车辆坐标系9的相应的角度。
不仅测得的加速度值ax测量，ay测量，az测量而且通过运动轨迹所预期的加速度值ax期望，ay期望，az期望受到多种误差影响。因此，例如实际的车辆不在理想的平面中运动。例如，实际的道路具有横向倾斜。在驶过弯道时，车辆偏向(einfedern)弯道外的一例。通过在运动的车辆中的振动，智能手机传感器的安装位置持续变化，因为智能手机通常以浮动的方式被装配在车辆中(在挡风玻璃上带有吸盘的保持架)。为了更好地求得设备2在车辆1中的安装位置，可使用附加的方法。例如，尤其有利的是：
a)对一个车辆的在不同的地理位置上测得的角度值α取平均值，
b)在确定角度之前对一个或多个车辆的在一个地理位置处的期望的转弯半径R取平均值，
c)借助于弹性偏移传感技术(Federwegsensorik)获取车辆1的横向倾斜，并且使用该值以修正所求得的安装位置(角度α)，
最终，将角度偏差α储存在数据储存器4中。根据所选择的实施方式，也可将在设备2和车辆1的坐标系之间的角度偏差传输到设备2处。
根据所选择的实施方式，也可由设备2的GPS系统将运动轨迹传输到计算单元3处。
根据所选择的实施方式，也可通过在车辆1之内的另一设备提供该运动轨迹(例如固定地被安装的导航系统或带有GPS定位的通讯单元)。
根据所选择的实施方式，可通过车辆的显示器5或通过移动设备的显示器向驾驶员显示坐标系的轴线中的至少一个轴线的角度偏差。由此，驾驶员能够改变设备2的位置以实现坐标系的更好的一致性。
根据所选择的实施方式，多次执行根据图2的方法，其中，求得在坐标系10、9之间的一个或多个倾斜角度。由此，得到用于倾斜角度的更精确的值。例如，可借助于数学的手段或参数化的模型(例如卡尔曼滤波)进行取平均值。
图3显示了方法的程序流程的示意图，在其中，使用设备2的坐标系10与车辆1的坐标系9的相对位置用于更好地评估或利用设备2的数据。
在程序段200中，设备2将数据、例如影像数据传输到计算单元3处。例如，影像数据可以是由摄影机13以固定的时间间隔在车辆的行驶方向上拍摄的图像。在程序段210中由计算单元3评估该图像。例如，该评估可以是借助于图像识别方法识别在图像中的对象。例如，有用的对象可为行人、车辆或交通标志。由于图像数据的评估需要高的计算成本，有利的是，已知摄像机13相对于车辆的相对定向。如果可以基于不同的坐标系确定摄像机13基本上侧向地平行于车辆方向定向，则例如为了识别交通标志可使用图像的右侧或优选地图像的右上象限侧用于评估，因为交通标志通常出现在右边的行车道侧上。行人以相似的方式行动，其通常在右边的行车道边缘行走或从右侧的行车道边缘进入行车道。
例如，如果应识别前方行驶的车辆，则可参考图像的相应的局部以用于评估。例如，如果应识别靠近的车辆，则评估左边的图像侧可为足够的。由此，基于摄影机相对于车辆的坐标系的已知的定向，通过选择图像的一部分用于评估，可简化、加快和改善图像数据的评估。
在此，用于图像评估的计算单元3也可位于设备2之内。
在程序段220中，继续处理由计算单元3的图像识别软件识别的对象，并且例如将其传输给行驶辅助系统或导航系统。
根据所选择的实施方式，可在识别出在图像中的对象之后模拟该对象相对于车辆行驶的运动并且在此进一步优化待评估的图像区域。
图4显示了图像20的示意图，该图像20被分成四个象限。基于前述对设备2的坐标系相对于车辆的坐标系的定向的检查，对于计算单元3已知的是，摄影机13基本上被布置成相对于车辆的坐标系对称。由此，为了识别交通标志，可使用右上的象限21用于图像评估。现在，如果由计算单元3识别出对象、例如交通标志，并且车辆以一定的速度向交通标志的方向运动，则可以相似的方式模拟交通标志的运动。在接近交通标志时，交通标志在右上区域中向外运动。以相应的方式，同样可一起移动对于评估有用的图像区域，如可从图5中看出的那样。在识别行人和/或车辆时以相似的方式进行。
在另一实施方式中，计算单元3可将车辆1的坐标系9的相对位置传输到设备2处。设备2可基于该信息以相应的方式在设备2的屏幕14上示出车辆的示意图。由此，驾驶员在由设备2拍摄的周边环境的图像中得到其自身位置的更自然的印象。同样，计算单元3在显示器5上示出由设备2获取的图像时，可参考在显示器5上的车辆的示意图的位置、设备2相对于车辆的定向。
图6显示了带有显示器14的设备2，其中，示出了带有右侧的行车道边界线24和中央分隔带(Mittelstreifen)25的位于车辆1前方的道路23。此外，在显示器14中给出了车辆的示意性的图示26。根据设备2的和车辆1的坐标系的相对位置或定向来定位图示26的位置。由此，驾驶员可更好地使用由设备2拍摄的图像用于其位置的定位。由此，改进了识别自身位置的精度和可靠性。
Claims (19)
1.一种用于求得被装配在车辆中的便携式设备的至少一个设备轴线相对于所述车辆轴线的位置的方法，其中，使所述车辆在运动轨迹上以加速度沿着所述车辆轴线运动，其中，求得所述车辆沿着所述轴线的加速度的值，其中，在所述运动轨迹期间测量设备沿着一个设备轴线的加速度，其中，从在测得的加速度和所求得的加速度之间的比较求得所述设备轴线相对于所述车辆轴线的倾斜角度。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述运动轨迹是转弯行驶，其中，确定所述车辆的所述运动轨迹的半径和所述车辆在所述运动轨迹上的速度，其中，从所述转弯半径和所述速度计算出沿着所述车辆轴线的期望的加速度。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述运动轨迹为所述车辆在所述车辆的运动方向上的加速或制动，其中，求得所述车辆沿着所述车辆轴线的加速度，其中，在所述运动轨迹期间测量所述设备沿着一个设备轴线的加速度，其中，从在测得的加速度和所求得的加速度之间的比较求得所述设备轴线相对于所述车辆轴线的倾斜角度。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其中，针对至少两个相互垂直的设备轴线计算相应的相对于两个车辆轴线的倾斜角度。
5.按照权利要求1或2所述的方法，其中，多次地求得针对所述设备轴线的倾斜角度并且借助于数学手段计算出所述倾斜角度的平均值。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，借助于参数化的模型计算出所述倾斜角度的平均值。
7.按照权利要求5所述的方法，其中，借助于卡尔曼滤波计算出所述倾斜角度的平均值。
8.按照权利要求1或2所述的方法，其中，使所述车辆的驾驶员已知所述轴线的倾斜角度，以了解且改进所述设备的安装位置。
9.按照权利要求1或2所述的方法，其中，在使用所述设备的数据时，参考所述设备轴线的倾斜角度。
10.按照权利要求9所述的方法，其中，使用所述倾斜角度用于评估由所述设备获取的影像图像。
11.按照权利要求10所述的方法，其中，根据所述倾斜角度使用所述图像的确定的局部用于评估。
12.按照权利要求11所述的方法，其中，根据所述倾斜角度仅使用所述确定的局部用于评估。
13.按照权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，使用所述倾斜角度，以在图像中识别对象的运动并参考所述对象的运动用于评估。
14.按照权利要求13所述的方法，其中，被识别的对象是交通标志。
15.按照权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，使用所述倾斜角度，以在所述图像中使所述车辆的图示相对于在所述图像中示出的周边环境定向。
16.按照权利要求15所述的方法，其中，所述在所述图像中示出的周边环境是道路的行车道。
17.按照权利要求1或2所述的方法，其中，借助于GPS系统求得所述运动轨迹。
18.一种用于车辆的计算单元，其中，所述计算单元能够执行按照前述权利要求中任一项所述的方法，并且其中，所述计算单元包括用于求得所述车辆沿着所述车辆轴线的加速度的值的装置、用于在所述运动轨迹期间测量设备沿着一个设备轴线的加速度的装置以及用于从在测得的加速度和所求得的加速度之间的比较求得所述设备轴线相对于所述车辆轴线的倾斜角度的装置。
19.按照权利要求18所述的用于车辆的计算单元，其中，所述计算单元能够根据所述便携式设备相对于所述车辆的相对位置评估或参考由所述便携式设备传输的数据。
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