CN106525040B - 监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法 - Google Patents

监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106525040B
CN106525040B CN201610752464.7A CN201610752464A CN106525040B CN 106525040 B CN106525040 B CN 106525040B CN 201610752464 A CN201610752464 A CN 201610752464A CN 106525040 B CN106525040 B CN 106525040B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
estimated
navigation system
vehicle location
error
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610752464.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106525040A (zh
Inventor
X·张
X·F·宋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN106525040A publication Critical patent/CN106525040A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106525040B publication Critical patent/CN106525040B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G01S19/49—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system whereby the further system is an inertial position system, e.g. loosely-coupled
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/34—Route searching; Route guidance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/40—Correcting position, velocity or attitude

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Navigation (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

提供一种监测车辆上的导航系统的性能的方法。所述方法在车辆电子控制单元(ECU)处获得三角测量的车辆位置和车辆运动数据，所述三角测量的车辆位置从导航系统获得；使用三角测量的车辆位置和车辆运动数据计算所估算的车辆位置；计算所估算的车辆位置存在于所述三角测量的车辆位置的误差界限内的概率；当所述概率表示所估算的车辆位置不存在于误差界限内时，执行车辆上的任务。

Description

监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法
技术领域
本文所描述的主题的实施例总体上涉及导航系统的性能评估。更具体地，本主题的实施例涉及使用自适应随机滤波技术评估车辆导航系统的精确性。
背景技术
驾驶者通常使用包括全球定位系统(GPS)的车辆导航系统获得当前 位置信息、地图数据以及从当前位置到达目的地位置的详细转弯方向。然 而，通常的导航系统仅保持高达2-3米(大约6.6-9.8英尺)的精确性。用 户获得的实际精确性取决于多个因素，包括但不限于大气效应、天空阻断 以及接收机质量。来自联邦航空局(FAA)的真实世界数据表明他们的高 质量GPS SPS接收机提供优于3.5米的水平精确性。
特定应用(例如自主车辆操作)可能需要更高的导航系统精确性，这 使误差为2米(或者更加)不切实际。进一步地，驾驶者依靠有潜在问题 的导航系统可能存在难以预料的后果(例如用户跟随导航系统所呈现的有 问题的方向)
因此，希望使用一种用于确定导航系统是否提供精确输出的机构。此 外，通过以下结合附图和前面的技术领域及背景技术进行的详细说明和所 附权利要求，其他理想特征和特性将变得显而易见。
发明内容
本发明的一些实施例提供了一种用于监测车辆上的导航系统的性能 的方法。所述方法在车辆电子控制单元(ECU)处获得三角测量的车辆位 置和车辆运动数据，所述三角测量的车辆位置从导航系统获得；使用三角 测量的车辆位置和车辆运动数据计算所估算的车辆位置；计算所估算的车 辆位置存在于三角测量的车辆位置的误差界限内的概率；以及当概率表示 所估算的车辆位置不存在于误差界限内时，执行车辆上的任务。
一些实施例提供了一种用于监测车辆上的导航系统的性能的系统。所 述系统包括：导航系统，其被配置为提供与导航系统的操作相关联的所检 测到的车辆位置和精度规格；至少一个车辆运动传感器，其被配置为提供 车辆运动数据；以及分析模块，其被配置为：使用精度规格确定所检测到 的车辆位置所处的区域；基于所检测到的车辆位置和车辆运动数据计算所 估算的车辆位置和相关联的误差值(例如所估算的分布值)；计算所估算的车辆位置存在于所述区域内的概率；以及当概率小于预定义的阙值时， 设置车辆上的故障标记。
一些实施例提供一种在其上包含指令的非临时性计算机可读介质，当 处理器执行所述指令时，所述指令执行方法。所述方法在车辆上的电子控 制单元(ECU)处计算所估算的车辆位置存在于三角测量的车辆位置的容 许误差余量内的概率，其中三角测量的车辆位置由车辆导航系统提供，并 且容许误差余量与车辆导航系统相关联；以及当概率小于预定义的阙值时， 完成车辆上的任务。
提供本发明内容来以简化形式引入在以下详细说明中进一步描述的 概念的选择。本发明内容的目的不旨在鉴别所要求保护的主题的关键特征 或基本特征，也不是要用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
对本主题的更全面的理解可以通过参照结合下列附图考虑的详细说 明和权利要求书获得，其中在整个附图中相同的附图标记指示同样的元件。
图1是根据所公开的实施例的沿着行驶路径按照不同源的车辆位置之 间的关系的示图；
图2是根据所公开的实施例的用于导航系统的性能评估系统的功能框 图；
图3是根据所公开的实施例的示出了基于所检测到的和所计算的车辆 位置的车辆实际上可以所处的界限区域的重叠的曲线图。
图4是图示了一种用于监测车辆上的导航系统的性能的方法的实施例 的流程图；以及
图5是根据所公开的实施例的图示了输入参数的处理到性能评估系统 的示图。
具体实施方式
以下详细说明本质上仅仅是说明性的，并不用来限制本主题的实施例 或者这些实施例的应用和用途。如本文所使用的，词语“示例性的”是指 “用作实例、例子或例示”。本文描述为示例性的任何实现方式并不一定 要被解释为相比其他实现方式更优选或有利。另外，不存在被前述的技术 领域、背景技术、发明内容或者下面的具体实施方式中提出的任何表述的 或暗示的理论约束的意图。
本文所提出的主题涉及用于监测车辆上的导航系统的性能，而不需已 知的“地面实况”值帮助的设备和方法。如以下在本发明的上下文中所描 述的，通过将自适应随机滤波应用到以下各项评估导航系统性能：(i)车 辆的测量位置，(ii)车辆的惯性测量值，以及(iii)车辆上的导航系统的 精度规格。然后，将次级处理技术应用到自适应随机滤波器的输出以产生 所估算的车辆位置存在于与所测量的车辆位置相关联的最大容许误差所 限定的区域内的概率。
对于本发明的各种实施例使用某些术语。“地面实况”为给定时间处 的车辆的实际物理位置。“所测量的”车辆位置为车载导航系统(例如GPS) 检测到的三角测量的位置。“所估算的”车辆位置为使用理论上的公式和 检测到的输入参数计算的车辆的位置。误差余量通常由特定导航系统的精 度规格指示，并且表示与特定导航系统的操作相关联的预期最大误差量。 误差界限描绘了误差余量所指示的地理区域，当导航系统提供特定读数时， 车辆可以位于所述地理区域中。
现在转向附图，图1是根据所公开的实施例的沿着行驶路径112的所 估算的、所测量的和实际的车辆位置。图1描述了车辆102，该车辆102 包括导航系统(未示出)，其沿着路径112行驶。车辆102可以为许多不同 类型的汽车(轿车、篷车、货车、摩托车、运动用车辆、有篷货车等)、 航空车辆(例如飞机、直升飞机等)、水运工具(船只、轮船、喷射式滑 雪橇等)、火车、全路面汽车(雪地汽车、四轮车等)、军用车辆(军用悍 马、坦克、消防车等)、救援车辆(消防车、梯式卡车、警车、救急医疗 服务车和救护车等)、宇宙飞船、气垫船等中的任何一个。车辆102可包 括用于控制车辆102的操作的一个或多个电子控制单元(ECU)；用于提 供车辆运动数据(例如速度、偏航率)的惯性测量单元(IMU)；以及导航 系统。导航系统可被实现为全球定位系统(GPS)，或者能够检测给定时间 处且在已知误差余量内的三角测量的车辆位置的任何其他系统。导航系统 可用于提供当前时间的车辆位置数据、与当前车辆位置相关联的地图数据 和/或从当前位置到所选位置的各转弯方向。
当在路径112行进时，车辆102在特定的估算时刻位于“实际”位置 上。该实际位置是车辆102在任何给定时间的物理位置并且可以指“地面 实况”。车辆102的实际位置通常是未知的，并且必须使用导航系统进行 检测和/或进行数学估算。由导航系统检测的车辆的位置是“被检测到的”、 “三角测量的”或“测量到的”位置，这可能会由于操作中的错误和导航 系统的精确性而偏离实际位置。数学地计算的车辆位置通常是理论上的、 数学的或所估算的位置。该位置可能会由于在计算中使用的参数的误差 (例如，速度计读数的误差、偏航率的误差等等)、应用公式中的误差或 理论值与实际值比较中的预期量的误差而偏离实际位置。例如，在所述路 径112的左侧用虚线圆示出时间状况(t)104。该时间状况(t)104包括 车辆102在时间t的实际位置。由该导航系统提供的用于时间t的三角测 量位置110；和所估算的位置108，其是基于使用测量的和理论的输入值进 行的计算的车辆102的理论位置。实际的、测量的和所估算的车辆位置的 附加分组沿驱动路径112示出。
图2是根据所公开的实施例的用于车辆200的导航系统的性能评估系 统202的功能框图。应当注意的是性能评估系统202可以与在图1中所描 绘的车辆102一起实施。就这点而言，性能评估系统202更详细地示出了 车辆102的一些元件和组件。性能评估系统202一般包括，但并不限于： 至少一个处理器204；系统存储器206；导航系统208；车辆运动传感器 210；分析模块212；和输出模块214。如本文所述，所述性能评估系统202 的这些元件和特征可以彼此可操作地相关联，彼此联接，或以其他方式根 据支持所需功能的需要被配置为彼此配合，特别是监视车辆200的导航系 统的精确性。为了说明清楚和方便起见，各种物理、电子、逻辑联接和相 互连接没有在图2中描绘出。此外，应当理解，本发明的实施例的性能评 估系统202将包括配合支持所需功能的其他元件、模块和特征。为简单起 见，图2仅描绘了涉及性能评估技术的某些元件，在下文中会进一步详述。
可以通过使用一个或多个通用处理器、内容定址存储器、数字信号处 理器、专用集成电路场可编程门阵列、任何适当的可编程逻辑设备、离散 门或晶体管逻辑电路、离散硬件组件或被设计成执行此处所述的功能的任 意组合来实施或执行该至少一个处理器204。具体地，至少一个处理器204 可以作为一个或多个微处理器、控制器、微控制器或状态机被实现。此外， 至少一个处理器204还可实施为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器联合数字信号处 理器核心或者任意其他这种配置。
可通过使用任何数量的设备、组件或模块来实现系统存储器206，以 便适合于该实施例。在实际操作中，系统存储器206可以实现为RAM存 储器、快闪存储器、EEPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、 移动磁盘或本领域中已知的任何其他形式的存储介质。在某些实施例中， 系统存储器206包括硬盘，其也可用来支撑至少一个处理器204的功能。系统存储器206可联接到所述至少一个处理器204上使得至少一个处理器 204能从系统储存储器206中读取信息并写入信息。作为选择，系统存储 器206可以集成到至少一个处理器204中。作为一个实例，至少一个处理 器204和系统存储器206可以驻留在一个适当设计的专用集成电路(ASIC) 中。
导航系统208部署在主车辆200上。在实际操作中，导航系统208可 以被实施为车辆上的娱乐系统、车辆上的展示的系统、车辆上的仪表组等 的一部分。在一个实际的实施例中，导航系统208实现为，包括或与车辆 上的全球定位系统(GPS)配合，该车辆上的全球定位系统可推断出车辆 的实时或基本上实时的当前地理位置。导航系统也配置为获得来自适当源 地址的地图数据。该源地址提供指示当前制图、拓扑、位置、公路以及对 导航系统208有用的其他可能的数据。
导航系统208被配置为向车辆200的驾驶员提供导航数据。导航数据 可包括用于车辆200的位置数据、路线规划驾驶方向及给车辆操作者的地 图信息。当车辆200正被驾驶时，导航系统208用作定期地检测和/或测量 车辆200的当前位置。导航系统208可以经由展示的元件或其他呈现设备 将该位置数据呈现给车辆200的驾驶员。车辆200的当前位置可以是三角 位置、纬度/经度位置，或者指示车辆200的位置的任何其他符号。
由于在导航系统208中的操作缺陷(例如，卫星通信、硬件，或导航 系统208的软件的缺陷和限制)在误差余量内操作每个导航系统208。换 言之，来自导航系统208的输出数据在预期量的误差内是精确的。该预期 量的误差限定在导航系统208本身的精度规格内，并通常与导航系统208 的特定模型或由导航系统208所使用的固件版本相关联。
车辆运动传感器210定位在车辆200上，并且被配置为将车辆运动数 据提供至性能评估系统202。在示例性实施例中，车辆运动传感器210检 测并提供在x方向和y方向上的车速以及车辆的偏航率。在一些实施例中， 车辆运动传感器210还可以检测并提供与车辆200的运动相关的其他参数， 包括但不限于：加速度、侧倾角、滑行、阻力、牵引力、制动力等。在某 些示例性实施例中，车辆运动传感器210可被实现为车辆200的惯性测量 单元(IMU)。在一些实施例中，车辆运动传感器210可以包括IMU和其 他基于车辆的传感器的组合。车辆运动传感器210经由串行通信总线被通 信地联接到一个或多个电子控制单元(ECU)，其可以包括在车辆200上 的控制器局域网(CAN)总线。使用这种通信硬件，车辆运动传感器210 进一步被配置为将车辆运动数据提供给车辆200的一个或多个电子控制单 元(ECU)。
分析模块212被配置为使用输入数据参数来计算指示导航系统208的 精确性等级的值。分析模块212被配置为接收输入数据参数，包括但不限 于：用于车辆200的导航数据、运动数据和用于车辆200上的导航系统208 的精度规格。分析模块212被配置为执行可应用计算，涉及自适应随机滤 波和次级处理操作，以产生一组输出值。输出值可以包括，但不限于，所 估算的车辆200的位置，与所估算的位置相关联的误差值(例如，估算分 布)，以及所估算的车辆200的位置存在于车辆200的当前检测到的(经 由导航系统208)位置的预定距离内的计算出的概率。应当理解，分析模 块212可获取和使用更多或更少的输入变元，并且可以生成通过性能评估 系统202使用的更多或更少的输出值。
当导航系统208的性能不在可接受的误差余量内，输出模块214被配 置为生成和提供完成车辆200上的任务的适当的控制指令、命令或信号。 在某些实施例中，已完成的任务可以包括在车辆200的计算系统中设置错 误标志。错误标志是用来指示导航系统208的某部分的不精确性，其可以 防止依靠导航系统208的精确读数的额外动作。在一些实施例中，输出模 块214可停止在车辆200的操作期间执行的全部或部分动作，以包括车辆 上的车辆200上的自主驾驶程序的潜在去激活操作。
在实际操作中，分析模块212和/或输出模块214可通过至少一个处理 器204来实现(与至少一个处理器配合)，以执行这些功能中的至少一些 功能以及本文更详细描述的操作。就这点而言，分析模块212和/或输出模 块214可实现为适宜书写的处理逻辑、应用程序代码等等。
图3是根据所公开的实施例的示出了基于所检测到的和所计算的车辆 位置的车辆实际上可以所处的界限区域的重叠的曲线图。如图所示，车辆 的测量位置(zm)308存在于误差余量316内。测量位置(zm)308表示辆 当前的三角位置，其通过车辆上的车辆导航系统获得。该测量位置(zm) 308在误差余量316内是精确的，该误差余量由导航系统的一组精度规格 指示。精度规格通常由导航系统的生产商提供。误差余量316针对每个导 航系统，并基于导航系统的操作限制(例如，硬件缺陷、通信缺陷等)。 误差余量316自身表现为半径为(2σ)312且以测量位置(zm)为中心的 圆。半径(2σ)312由导航系统的精度规格表示。当车辆车辆上的导航系 统检测测量位置(zm)308时，误差余量316限定出车辆可能的实际位置(例如，车辆实际所处的位置)。换言之，当导航系统读数为zm时，车辆 定位于误差余量316所围绕的区域。
还示出了同一车辆的所估算的位置310。所估算的位置310 是利用理论公式和与车辆操作相关的惯性测量结果的输入值获得的计算 值。所估算的位置310自身表现为半径为314的大圆318的中 心位置。在本文中，自适应随机滤波器产生形式为高斯分布函数的车辆位 置所估算的值，其可以由两个参数充分地说明：位置的平均值(或 期望值)以及标准偏差同样，它可以由大圆318表示(其中圆心处 的平均并且(3X)标准偏差代表半径)，圆越大，分布就越宽，所估 算的值就越不确定。数值用来替代因为在中，置信度为99.7％， 所以可以估算车辆的位置处于大圆318内。总之，半径为314的大 圆318限定出以下边界，其中根据所估算的结果，车辆处于99.7％的概率。
重叠区域320存在以下位置：误差余量316所限定的区域与大圆318 所环绕的区域相交。这个重叠区域320表明，基于车辆的测量位置(zm) 308的可能实际位置与基于车辆的所估算的位置310的可能实际位置 相交。误差余量316和大圆318的重叠区域320为车辆的实际位置提供更 加精确的预测。
在本文中，x和y轴表示定位(笛卡尔)坐标系，单位为米(m)。所 估算的高斯分布函数是基于2σ圆314所包围的区域计算(或估算)的。 为此，估算的和测量的位置(以及表示估算分布的圆)位于地域全局坐标 内。但是，由于关注的是相对而非绝对位置，且由于分布函数在每个方向 上都是均匀的(为了简单起见)，所以大圆318的中心可用作坐标系的原 点。因此，测量位置(zm)308可能位于x轴，可以在这个定位坐标系对 车辆的实际位置进行研究。
评价导航系统性能确定了车辆实际位置存在于重叠区域320的概率。 概率的计算值表示车辆实际位于重叠区域320内的可能性是可接受的情况 下，则确定导航系统在可接受的误差余量内操作。但是，概率的计算值表 示车辆实际位于重叠区域320内的可能性很小的情况下，则确定导航系统 不在可接受的误差余量内操作。
图4是表示监测车辆上的导航系统性能的方法的实施例的流程图。过 程400执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或它们的任意组合来实施。 为了说明的目的，以下过程400的描述可指结合图1-3的上述元件。在实 际操作中，过程400的一部分可以由所述系统的不同元件来实施。应当理 解，过程400可以包括任意数目的额外或替代任务，图4所示的任务并不 是必须按所示顺序实施，并且过程400可以结合到具备额外功能的更全面 的程序或过程，本文不再赘述。而且，只要想要整体功能保持完整，图4 所示的一个或多个任务可以从过程400的实施例中省去。
为了便于描述和清楚起见，假设过程400开始于获得三角车辆位置和 车辆运动数据(步骤402)。三角车辆位置从车辆上的导航系统获得，并可 指测量车辆位置或GPS车辆测量。车辆运动数据从车辆上的传感器和/或 车辆惯性测量单元(IMU)获得。在某些实施例中，车辆运动数据包括X 方向和y方向上的车辆速度，以及车辆偏航率。在一些实施例中，车辆运 动数据还包括与车辆运动有关的其他参数，包括但不限于，加速度、俯仰 角、侧倾角、滑行、阻力、牵引力、制动力等。
随后过程400利用三角车辆位置和车辆运动数据(步骤404)计算所 估算的车辆位置。以下结合图6描述一种适用于计算所估算的车辆位置的 方法。过程400利用自适应随机滤波器计算所估算的车辆位置，其可包括 卡尔曼滤波器、粒子滤波器等等。
接着，过程400计算所估算的车辆位置存在于三角车辆位置的误差余 量内的概率(步骤406)。以下结合图5描述一种适用于计算概率的方法。 过程400可利用任何公式、数学模型或理论模型的应用计算概率，以生成 所估算的车辆位置存在于与导航系统所提供的测量车辆位置相关的误差 余量内的概率。在一个示例性实施例中，过程400通过将正态分布函数与 最大允许误差限制的区域相结合，如前所述(见图3，参考标记316、320)。
计算所估算的车辆位置位于三角车辆位置的误差余量内的概率(步骤 406)后，过程400通过利用指数平均移动数过滤器过滤所计算的瞬时概 率获得规定时间帧的统计性能指数在本文中，“瞬 时”是指，对于每个步骤，计算概率值其表示当前时间 步骤测量足够好的可能性有多大。
获得统计性能指数(步骤408)后，过程400将统计性能指数与预 定阈值比较(步骤410)，以确定车辆实际上位于导航系统所报告的测量车 辆位置或位于可接受的误差余量内的可能性的大小。在本文中，预定阈值 表示所估算的车辆位置位于误差余量内的允许最小可能性。
当概率不小于预定阈值(412的“是”分支)时，过程400避免执行 车辆上的车辆上的任务(步骤416)。在本文中，过程400测度所估算的车 辆位置位于误差余量内，且导航系统在正常操作范围内起作用。在这种情 况下，过程400允许车辆和所有车辆上的系统继续正常操作。
然而，当概率小于阈值时(412的“否”分支)，则过程400执行车辆 上的任务(步骤414)。在本文中，过程400确定所估算的车辆位置不存在 于误差界限内并且导航系统的操作超出了正常操作限制(例如，在导航系 统读数中存在允许量的误差)。该任务可包括，但不限于，在车辆上的ECU 处激活错误标记或故障标记、发出警报或通知、将车辆上的一个或多个操 作激活或去激活等。在一个示例性实施例中，过程400将自主驾驶程序去 激活。在一些实施例中，过程400经由导航系统会告知驾驶员导航系统的 操作中出现超过允许量的误差。
按照所公开的实施例，图5是示出了输入参数处理以评估车辆上的导 航系统的性能的图解500。应当理解，图4中所述的图表500表示在上述 图4的讨论中所述的步骤402-406的一种示例性实施例，包括更多细节。 如图所示，自适应随机滤波502与次级处理504功能结合使用以产生所估 算的车辆位置(Z)512存在于与被测量车辆位置(zm)506相关联的误差 界限内测量的车辆位置的概率516。在本文中，是表示可 能位置的平均值的点估计并且不能单独用于表示估算分布。值也可用来 计算在可接受的误差界限内的实际车辆位置的瞬时概率，然后通过长期平 均化得到长期性能指数
自适应随机滤波502处理接收输入参数。该输入参数包括但不限于： 测量的车辆位置(zm)506，惯性测量值(IMU)508；和与车辆上的导航 系统相关的精度规格(σ)510。测量的车辆位置(zm)506是从车辆的导 航系统中获得的检测值。惯性测量值(IMU)508是从车辆惯性测量单元 中获得的，但也可以从其他车辆上的运动传感器上获得。精度规格(σ) 510可直接从车辆导航系统或系统存储器中的存储位置获得。
自适应随机滤波502产生的输出数据包括所估算的车辆位置512 和相关联的所估算的协方差矩阵514。所估算的协方差矩阵514 也可以指相关的“所估算的分布值”。这些输出参数在次级处理504的功 能中与测量的车辆位置(zm)506结合使用。次级处理504功能可包括理 论模型的任何计算或应用，该理论模型的任何计算或应用用于生成测量的 车辆位置512存在于与由导航系统提供的测量的车辆位置(zm)506 相关联的误差余量内的概率
合适的次级处理功能的一个示例性实施例包括在由导航系统的误差 余量所限定的区域上整合正态分布函数(此区域先前参照图3进行描述)。 在本实施例中，通过式其中计算 516。在本文中，导航系统是通过计算概率 516和将其与预定阈值进行比较而估算的。在本文中，导航系统是通 过计算概率516和将其与预定阈值进行比较而估算的。当 计算出的概率516不低于预定阈值时，其指示导航系统是否正提供精确的读数(在允许量的误差余量内)，从而判定导航系统是否 在可接受的限度内操作。
在本文中，自适应随机滤波选取测量的车辆位置和测量值的标称噪音 水平(规格s)以及高可信度IMU信号以产生实际位置的最优估算。此估 算由位置的平均(或期望)值和协方差矩阵(或相当于标准偏差) 表示。
本文中可以以功能和/或逻辑块组件的形式来描述工艺和技术，并参考 操作的符号表示、处理任务和由各种计算组件或设备来执行的功能。这样 的操作、任务和功能有时是指由计算机执行、计算机化、软件实施或计算 机实施。在实际操作中，一个或多个处理器设备可以通过操作系统存储器 中的存储位置处的数据位以及其他处理信号来执行所述操作、任务和功能。 保持数据位的存储位置是具有对应于数据位的特定的电、磁、光或有机特性的物理位置。应当理解，图中所示的各种块组件可以通过配置为执行指 定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件组件来实现。例如，系统或组件 的实施例可采用各种集成电路组件(例如，存储器元件、数字信号处理元 件、逻辑元件、查询表等)，它们可以在一个或多个微处理器或其他控制 设备的控制下执行各种功能。
当在软件或固件中实施时，本文所描述的系统的各种元件在本质上是 执行各种任务的代码段或指令。程序或代码段可存储在可读处理器介质中， 或由计算机数据信号传输，该计算机数据信号包含在传输介质或通信路径 上的载波中。“计算机可读介质”、“处理器可读介质”或“机器可读介质” 可以包括能存储或发送信息的任何介质。可读处理器介质的实例包括电子 电路、半导体存储器设备、只读存储器(ROM)、闪存、可擦除ROM(EROM)、 软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路等。计算机数 据信号可包括能在传输介质传播的任何信号，所述传输介质诸如电子网络 信道、光纤、空气、电磁场路或RF链路。代码段可经由计算机网络下载， 诸如因特网，内联网和局域网(LAN)等。
为了简洁起见，在本文中可能没有详细描述与信号处理、数据传输、 发信号、网络控制以及所述系统的其他功能方面(以及系统的独立操作组 件)相关的常规技术。此外，本文中包含的各图中展示的连接线旨在表示 各元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意的是，在本主题的 实施例中存在许多可替代的或者其他的功能关系或者物理连接。
本说明书中所描述的一些功能性单元是指“模块”，以便更具体地强 调它们的实现独立性。例如，将本文的功能性所指为模块可被全部或部分 地实施为硬件电路，该硬件电路包括惯用VLSI电路或门阵列、现有半导 体，诸如逻辑芯片、晶体管或其他分立元器件。也可以将模块实施于可编 程硬件设备中，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设 备等。也可以在由各种类型的处理器执行的软件中实施模块。例如，所识 别出的可执行代码可以包括计算机指令的一个或多个物理或逻辑模块，这 些模块可以，例如被组织为对象、过程或函数。然而，识别模块的可执行 文件不必物理地设置在一起，而是可以包括存储在不同位置的迥然不同的 指令，当识别模块的可执行文件逻辑地接合在一起时，包括该模块并实现 该模块所宣称的目的。可执行代码的模块可以是单个指令或许多指令，并且甚至可以在几个不同的代码段上、不同的程序中和跨越几个存储器设备 来分布。同样地，操作数据可以以任何适合的形式被包含并组织在任何合 适类型的数据结构中。操作数据可以收集为单个数据集，或者分布到不同 位置，包括不同存储设备上，并且可以至少部分地、仅仅作为系统或网络 上的电子信号而存在。
虽然在本发明的上述详细描述中提出了至少一个示例性实施例，但应 当理解，存在很多变化。应当理解，在此描述的示例性实施例或若干个实 施例并不旨在以任何方式限制所要求保护的本主体的范围、适用性或配置。 而前述详细说明为本领域技术人员实施所述的实施例和实施方式提供了 便利的路线图。应当理解，在不背离本发明的范畴的情况下，可以在元件 的功能和布置上进行各种变化，本发明的范畴由权利要求限定，所述权利要求包括提交该专利申请时的已知等效物和可预见性的等效物。

Claims (7)

1.一种监测车辆上的导航系统的性能的方法，所述方法包括：
在车辆电子控制单元处获得三角测量的车辆位置和车辆运动数据，其中，所述三角测量的车辆位置是从导航系统获得，其中，所述车辆运动数据是从车辆惯性测量单元获得；
使用所述三角测量的车辆位置和所述车辆运动数据计算所估算的车辆位置，这是通过：
基于所述三角测量的车辆位置和所述车辆运动数据，产生形式为高斯分布函数的所估算的车辆位置；
计算所述高斯分布函数的平均值和标准偏差值以确定所估算的位置圆，其中所述平均值对应于所估算的位置圆的圆心，以及所述标准偏差值对应于所估算的位置圆的半径；
计算所估算的车辆位置存在于三角测量的车辆位置的误差界限内的概率，这是通过：
识别重叠区域，所述重叠区域包括由所述误差界限所界定的第一区域与由所述所估算的位置圆所界定的第二区域相交的区域，其中所述误差界限包括对于所述导航系统的最大允许误差；
将正态分布函数与由所述误差界限所界定的所述第一区域相结合；以及
基于与正态分布函数相结合，利用指数移动平均过滤器过滤所述概率以获得规定时间帧的统计性能指数；
将所述统计性能指数与预定阈值比较，其中所述预定阈值表示所估算的车辆位置位于所述第一区域与所述第二区域的所述重叠区域内的所允许的最小可能性；以及
当所述概率小于所述预定阈值时，表示所估算的车辆位置不存在于所述误差界限内：
由所述车辆电子控制单元确定了所述导航系统在正常操作限制外操作；以及
通过所述车辆电子控制单元将自主驾驶应用去激活。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述车辆电子控制单元被配置为通过控制器局域网总线与车辆惯性测量单元相连通；以及
其中，所述车辆运动数据包括x方向上的第一车辆速度、y方向上的第二车辆速度和车辆偏航率。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算步骤进一步包括使用自适应的随机滤波器来计算所估算的车辆位置和所估算的位置圆。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述计算步骤进一步包括使用卡尔曼滤波器来计算所估算的车辆位置和所估算的位置圆。
5.一种监测车辆上的导航系统的性能的系统，所述系统包括：
导航系统，其被配置为提供与所述导航系统的操作相关联的三角测量的车辆位置和精度规格；
至少一个车辆运动传感器，其被配置为用于提供车辆运动数据；以及
车辆电子控制单元的至少一个处理器，所述至少一个处理器被通信地联接到所述导航系统和所述至少一个车辆运动传感器，所述至少一个处理器被配置为：
经由所述导航系统获得所述三角测量的车辆位置；
经由所述至少一个车辆运动传感器获得所述车辆运动数据，其中所述至少一个车辆运动传感器包括车辆惯性测量单元；
使用所述三角测量的车辆位置和所述车辆运动数据计算所估算的车辆位置，这是通过：
基于所述三角测量的车辆位置和所述车辆运动数据，产生形式为高斯分布函数的所估算的车辆位置；
计算所述高斯分布函数的平均值和标准偏差值以确定所估算的位置圆，其中所述平均值对应于所估算的位置圆的圆心，以及所述标准偏差值对应于所估算的位置圆的半径；
计算所估算的车辆位置存在于三角测量的车辆位置的误差界限内的概率，这是通过：
识别重叠区域，所述重叠区域包括由所述误差界限所界定的第一区域与由所述所估算的位置圆所界定的第二区域相交的区域，其中所述误差界限包括对于所述导航系统的最大允许误差；
将正态分布函数与由所述误差界限所界定的所述第一区域相结合；以及
基于与正态分布函数相结合，利用指数移动平均过滤器过滤所述概率以获得规定时间帧的统计性能指数；
将所述统计性能指数与预定阈值比较，其中所述预定阈值表示所估算的车辆位置位于所述第一区域与所述第二区域的所述重叠区域内的所允许的最小可能性；以及
当概率小于所述预定阈值时，表示所估算的车辆位置不存在于所述误差界限内：
确定了所述导航系统在正常操作限制外操作；以及
使自主驾驶应用去激活。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述车辆运动数据包括x方向上的第一车辆速度、y方向上的第二车辆速度和车辆偏航率。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述至少一个处理器进一步被配置来：
接收所述导航系统的精度规格；以及
基于所述精度规格确定所述误差界限。
CN201610752464.7A 2015-09-10 2016-08-29 监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法 Active CN106525040B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/849726 2015-09-10
US14/849,726 US9952049B2 (en) 2015-09-10 2015-09-10 Methods and apparatus for performance assessment of a vehicle onboard navigation system using adaptive stochastic filtering

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106525040A CN106525040A (zh) 2017-03-22
CN106525040B true CN106525040B (zh) 2019-10-29

Family

ID=58160099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610752464.7A Active CN106525040B (zh) 2015-09-10 2016-08-29 监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9952049B2 (zh)
CN (1) CN106525040B (zh)
DE (1) DE102016116282A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2552706B (en) * 2016-08-04 2019-09-11 Jaguar Land Rover Ltd A system for use in a vehicle
US10989560B2 (en) * 2017-06-07 2021-04-27 Nissan Motor Co., Ltd. Map data correcting method and device
US11740366B2 (en) * 2020-05-20 2023-08-29 Radius Networks, Inc. GPS based location determination using accurately mapped polygonal areas
DE112022003351T5 (de) * 2021-06-30 2024-04-18 Aisin Corporation Steuerungsvorrichtung für automatisiertes Bremsen und Verarbeitungsprogramm für automatisiertes Bremsen
US11835341B2 (en) 2021-07-20 2023-12-05 Honeywell International Inc. Integrity monitoring of vehicle kinematic states using map-based, vision navigation systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101696886A (zh) * 2009-10-29 2010-04-21 哈尔滨工业大学 一种在gps盲区内的电子地图辅助惯性导航方法
CN102227612A (zh) * 2008-10-24 2011-10-26 格瑞股份公司 自主驾驶车辆的控制和系统
CN104778850A (zh) * 2014-01-06 2015-07-15 集奥数字国际有限公司 确定道路模型需要更新的部分

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140379254A1 (en) 2009-08-25 2014-12-25 Tomtom Global Content B.V. Positioning system and method for use in a vehicle navigation system
US9052207B2 (en) 2009-10-22 2015-06-09 Tomtom Polska Sp. Z O.O. System and method for vehicle navigation using lateral offsets
US20110118979A1 (en) * 2009-11-19 2011-05-19 Robert Bosch Gmbh Automotive location data integrity
US8700324B2 (en) * 2010-08-25 2014-04-15 Caterpillar Inc. Machine navigation system having integrity checking
JP5263260B2 (ja) * 2010-10-27 2013-08-14 株式会社デンソー 移動体用測位装置及びカーナビゲーション装置
KR101919366B1 (ko) 2011-12-22 2019-02-11 한국전자통신연구원 차량 내부 네트워크 및 영상 센서를 이용한 차량 위치 인식 장치 및 그 방법
US9109907B2 (en) 2012-07-24 2015-08-18 Plk Technologies Co., Ltd. Vehicle position recognition apparatus and method using image recognition information
US8996197B2 (en) 2013-06-20 2015-03-31 Ford Global Technologies, Llc Lane monitoring with electronic horizon
US9529092B2 (en) 2013-06-25 2016-12-27 Caterpillar Inc. Positioning error detection and mitigation system and method
US9435653B2 (en) 2013-09-17 2016-09-06 GM Global Technology Operations LLC Sensor-aided vehicle positioning system
US9711050B2 (en) * 2015-06-05 2017-07-18 Bao Tran Smart vehicle
EP3109589B1 (en) 2015-06-23 2019-01-30 Volvo Car Corporation A unit and method for improving positioning accuracy

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102227612A (zh) * 2008-10-24 2011-10-26 格瑞股份公司 自主驾驶车辆的控制和系统
CN101696886A (zh) * 2009-10-29 2010-04-21 哈尔滨工业大学 一种在gps盲区内的电子地图辅助惯性导航方法
CN104778850A (zh) * 2014-01-06 2015-07-15 集奥数字国际有限公司 确定道路模型需要更新的部分

Also Published As

Publication number Publication date
CN106525040A (zh) 2017-03-22
US20170074661A1 (en) 2017-03-16
US9952049B2 (en) 2018-04-24
DE102016116282A1 (de) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106525040B (zh) 监测车辆上的导航系统的性能的系统及方法
US9921065B2 (en) Unit and method for improving positioning accuracy
US10422872B2 (en) Integrity monitoring of radar altimeters
CN104919276B (zh) 用于确定作为惯性导航系统的起始位置的基准位置的方法
US20200331495A1 (en) System for steering an autonomous vehicle
US11117576B2 (en) Vehicle lane trace control system
CN106441354B (zh) 用于使用横向偏移数据来评估车载导航系统的运行的方法和设备
DE102017108774A1 (de) Fahrzeugspurkartenschätzung
CN108287541A (zh) 优化自主车辆的轨迹的方法和装置
US20170297571A1 (en) Method and arrangement for monitoring and adapting the performance of a fusion system of an autonomous vehicle
US20110307175A1 (en) Method and system for collision assessment for vehicles
CN105277959B (zh) 车辆定位装置及方法
US20200192383A1 (en) Vehicle path processing
CN110471406A (zh) 自动驾驶系统
US10438073B2 (en) Augmented lane detection using kinematic data
JP7190493B2 (ja) 地図上の車両の位置を推定する方法
US11150099B2 (en) Detecting vehicular deviation from a specified path
CN109923375A (zh) 道路确定装置和车辆控制系统
CN105571585A (zh) 用于隔离飞行器中姿态故障的系统和方法
CN112689586B (zh) 远程安全驾驶方法和系统
CN111984018A (zh) 自动驾驶方法及装置
CN107923981A (zh) 在一车辆中选择定位算法的方法
JP2022513511A (ja) 完全性範囲を特定するための方法
CN113341443A (zh) 一种定位轨迹信息的处理方法和车载导航装置
US10024977B1 (en) Low speed heading measurement

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant