CN109282832B - 适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统 - Google Patents

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CN109282832B CN201811153071.XA CN201811153071A CN109282832B CN 109282832 B CN109282832 B CN 109282832B CN 201811153071 A CN201811153071 A CN 201811153071A CN 109282832 B CN109282832 B CN 109282832B
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Abstract

本发明公开一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统。方法包括：获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；根据两种里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；判断打滑倍数是否等于设定值且加速度计输出方差值是否位于惯性导航的振动特征量级范围内；若是，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定和补偿；若否，则为普通路面滑行行驶状态；判断补偿后的打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值；若是，则表示退出当前特殊路面。采用本发明的方法或系统能够实现特殊路面运动下，惯性/里程计组合的良好使用。

Description

适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统
技术领域
本发明涉及交通运输领域，特别是涉及一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统。
背景技术
在文件《车辆导航系统中里程计标度因数的自标定》，汽车工程，2013年，35(5)，朱立彬等中给出了一种基于惯导零速修正算法的里程计标度因数标定方案，分析了惯导初始对准后短时间影响导航精度的主要因素，通过零速修正算法估计惯导的剩余水平不对准角和天向加速度计零偏，将经修正的惯导位置信息用于里程计标度因数的标定。上述文件中仅考虑了车辆在匀速运动时对里程计标度因素进行高精度标定，适用于常规路面。但是在特殊路面条件下，比如冰面、沙路等，是不能实现基于惯性辅助信息实现里程计标度因数自适应标定的。因此，亟需一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法及系统，能够实现特殊路面运动下，惯性/里程计组合的良好使用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，所述方法包括：
获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
可选的，所述根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数，具体包括：
根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示路面下驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
可选的，所述对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值，具体包括：
对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
可选的，所述根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量，具体包括：
根据公式
Figure BDA0001818353840000021
得到等效惯性导航里程计增量
Figure BDA0001818353840000022
其中，
Figure BDA0001818353840000023
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示路面下驱动轮里程计增量，
Figure BDA0001818353840000024
表示标定零偏估值，
Figure BDA0001818353840000025
表示标定系数估值。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
打滑倍数计算模块，用于根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
第二获取模块，用于获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
第一判断模块，用于判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
标定模块，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
补偿模块，用于根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
第二判断模块，用于判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
特殊路面退出模块，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
特殊路面滑行模块，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
普通路面滑行模块，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
可选的，所述打滑倍数计算模块，具体包括：
打滑倍数计算单元，用于根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示路面下驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
可选的，所述标定模块，具体包括：
标定单元，用于对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
可选的，所述补偿模块，具体包括：
补偿单元，用于根据公式
Figure BDA0001818353840000041
得到等效惯性导航里程计增量
Figure BDA0001818353840000042
其中，
Figure BDA0001818353840000043
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示路面下驱动轮里程计增量，
Figure BDA0001818353840000044
表示标定零偏估值，
Figure BDA0001818353840000045
表示标定系数估值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，所述方法包括：获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。采用本发明的方法能够在特殊路面条件下，实现基于惯性辅助信息实现里程计标度因数自适应标定，由此能够实现特殊路面运动下，惯性/里程计组合的良好使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法流程图；
图2为本发明实施例适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法流程图。如图1所示，一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，所述方法包括：
步骤101：获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
步骤102：根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
步骤103：获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
步骤104：判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
步骤105：若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
步骤106：根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
步骤107：判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
步骤108：若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
步骤109：若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
步骤110：若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
步骤102，具体包括：
根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示路面下驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
步骤105，具体包括：
对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
步骤106，具体包括：
根据公式
Figure BDA0001818353840000061
得到等效惯性导航里程计增量
Figure BDA0001818353840000062
其中，
Figure BDA0001818353840000063
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示路面下驱动轮里程计增量，
Figure BDA0001818353840000064
表示标定零偏估值，
Figure BDA0001818353840000065
表示标定系数估值。
图2为本发明实施例适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统结构图。如图2所示，一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，所述系统包括：
第一获取模块201，用于获取设定单位时间内路面下驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
打滑倍数计算模块202，用于根据所述路面下驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
第二获取模块203，用于获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
第一判断模块204，用于判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
标定模块205，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
补偿模块206，用于根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
第二判断模块207，用于判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
特殊路面退出模块208，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
特殊路面滑行模块209，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
普通路面滑行模块210，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
所述打滑倍数计算模块202，具体包括：
打滑倍数计算单元，用于根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示路面下驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
所述标定模块205，具体包括：
标定单元，用于对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
所述补偿模块206，具体包括：
补偿单元，用于根据公式
Figure BDA0001818353840000081
得到等效惯性导航里程计增量
Figure BDA0001818353840000082
其中，
Figure BDA0001818353840000083
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示路面下驱动轮里程计增量，
Figure BDA0001818353840000084
表示标定零偏估值，
Figure BDA0001818353840000085
表示标定系数估值。
具体实施例1：
以某型卡车为例，驱动轮(后轮)上装有里程计，能够实时检测输出驱动轮里程。惯导安装于车体质心附近，正常工作，能够实现惯性递推计算。设定单位时间内常规路面下(例如，取1秒)里程计的增量为Sodo；惯性导航单位时间内里程计算增量为Sins；依据计划行程中经历的特殊路段比如(冰面、沙路)等，分别存储对应该特殊路面卡车轮胎的打滑倍数η1,η2...(在不同特殊路面，驱动轮的路程增量Sodo与惯性导航里程增量Sins之比的平均值)以及惯性器件的振动特征量级范围
Figure BDA0001818353840000086
(使用加速度计输出均方根ξa判断)。
(1)当卡车从普通路面转入特殊路面行驶时，由于轮胎会持续打滑，依据历史行程中普通路面里程计标定结果以及传统方法进行判断，里程计的路程增量一般远大于惯性导航里程增量，此时里程计信息不可用，并且传统方法由于导航滤波器认为里程计在过往行程已经标定准确，里程计无法自动切换为重新标定状态；
(2)如果驱动轮的路程增量Sodo与惯性导航里程增量Sins之比始终保持在一个特定倍数η附近并且加速度计输出方差ξa满足特征量级范围(查阅存储值，对应哪种特殊路面)，根据一段时间内(例如1分钟)驱动轮与惯性里程之比的稳定性判断，如满足下述不等式条件，可判断切换为某特殊路面滑行行驶状态：
η-δ≤Sodo/Sins≤η+δ,ξ-≤ξa≤ξ+
式中，η为设置的特殊路面滑行里程计倍数判断均值，δ为设置的特殊路面滑行里程计倍数离散度范围阈值，η与δ的选取与车辆行驶路面平滑度、运动速度、轮胎材质、里程计的测量噪声等有关。ξ-和ξ+分别为设置的特殊路面加表输出均方根上下边界阈值。
(3)当判断切换为特殊路面滑行工况时，对里程计进行重新标定，取一段时间内(例如5分钟)驱动轮与惯性里程进行最小二乘标定。
令Sodo＝KSins+B
其中K为系数，B为零偏
依据最小二乘公式，解得K和B的估计值。
Figure BDA0001818353840000091
Figure BDA0001818353840000092
式中上标i为第i次采样段驱动轮和惯性里程。
(4)后续里程计增量按照标定值
Figure BDA0001818353840000093
和
Figure BDA0001818353840000094
进行估计，也即将驱动轮路程增量转为等效惯性导航里程增量
Figure BDA0001818353840000095
式中
Figure BDA0001818353840000096
为自适应标定后的里程计增量，将该增量与惯导进行组合导航。
(5)维持步骤(2)的判断，当不满足步骤(2)的条件时：
Sodo/Sins＞η+δ或Sodo/Sins＜η-δ
此时判定已离开当前特殊路面；
(6)须重新转至步骤(2)对路面判断，如判断进入另一特殊路面，则继续步骤(3)-(5)完成自适应标定后进行后续组合导航；如判断不属于任何特殊路面，则转入常规路面导航，使用常规路面里程计的标定值补偿进行组合导航。
和常规路面组合相比，本发明能够实现特殊路面工况下的惯性/里程计组合导航。
本发明不限于本方案的具体判定方法，基于惯性和里程计信息之间关联性，其他类似的方法同样能够实现本方案目的。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，其特征在于，所述方法包括：
获取设定单位时间内驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
根据所述驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对驱动轮里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
2.根据权利要求1所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，其特征在于，所述根据所述驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数，具体包括：
根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
3.根据权利要求1所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，其特征在于，所述对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值，具体包括：
对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
4.根据权利要求1所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定方法，其特征在于，所述根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对驱动轮里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量，具体包括：
根据公式
Figure FDA0002507149540000021
得到等效惯性导航里程计增量
Figure FDA0002507149540000022
其中，
Figure FDA0002507149540000023
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示驱动轮里程计增量，
Figure FDA0002507149540000024
表示标定零偏估值，
Figure FDA0002507149540000025
表示标定系数估值。
5.一种适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，其特征在于，所述系统包括：
第一获取模块，用于获取设定单位时间内驱动轮里程计增量和惯性导航里程计增量；
打滑倍数计算模块，用于根据所述驱动轮里程计增量和所述惯性导航里程计增量计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数；
第二获取模块，用于获取加速度计输出方差值和惯性导航的振动特征量级范围；
第一判断模块，用于判断所述打滑倍数是否等于设定值且所述加速度计输出方差值是否位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，得到第一判断结果；
标定模块，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围内，则为特殊路面滑行行驶状态，对驱动轮里程计和惯性导航里程计标定，得到标定系数估值和标定零偏估值；
补偿模块，用于根据所述标定系数估值和所述标定零偏估值对驱动轮里程计进行补偿，得到等效惯性导航里程计增量；
第二判断模块，用于判断所述打滑倍数是否大于设定值或者小于设定值，得到第二判断结果；
特殊路面退出模块，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数大于设定值或者小于设定值，则表示退出当前特殊路面；
特殊路面滑行模块，用于若所述第二判断结果表示所述打滑倍数等于设定值，则表示仍在当前特殊路面滑行；
普通路面滑行模块，用于若所述第一判断结果表示所述打滑倍数大于或等于设定值且所述加速度计输出方差值位于所述惯性导航的振动特征量级范围外，则为普通路面滑行行驶状态。
6.根据权利要求5所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，其特征在于，所述打滑倍数计算模块，具体包括：
打滑倍数计算单元，用于根据公式η＝S1/S2计算对应路面卡车轮胎的打滑倍数η；
其中，S1表示驱动轮里程计增量，S2表示惯性导航里程计增量；η对应路面卡车轮胎的打滑倍数。
7.根据权利要求5所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，其特征在于，所述标定模块，具体包括：
标定单元，用于对所述驱动轮里程计和惯性导航里程计采用最小二乘法标定，得到标定系数估值和标定零偏估值。
8.根据权利要求5所述的适用于特殊路面的惯性辅助里程计自适应标定系统，其特征在于，所述补偿模块，具体包括：
补偿单元，用于根据公式
Figure FDA0002507149540000031
得到等效惯性导航里程计增量
Figure FDA0002507149540000032
其中，
Figure FDA0002507149540000033
表示等效惯性导航里程计增量，S1表示驱动轮里程计增量，
Figure FDA0002507149540000034
表示标定零偏估值，
Figure FDA0002507149540000035
表示标定系数估值。
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