CN109715466A - 用于车辆的传感器平台的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在一个示例中，车辆包含平台和安装在平台上的偏航传感器。偏航传感器提供偏航传感器的旋转的偏航速率的指示。车辆还包含旋转平台的致动器。车辆还包括耦接到偏航传感器和致动器的控制器。控制器从偏航传感器接收偏航速率的指示。控制器还使得致动器(i)沿着与偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向以及(ii)处于基于偏航传感器的偏航速率的旋转速率而旋转平台。控制器还至少基于平台的旋转速率来估计车辆在车辆的环境中的运动方向。

Description

用于车辆的传感器平台的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年9月20日提交的美国专利申请号15/271,140的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
背景技术
除非本文另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请权利要求的现有技术，并且不因被包含在本部分中而被认为是现有技术。
诸如陀螺仪的方向传感器可用于测量方向传感器的方向或取向。例如，陀螺仪可以提供相对于陀螺仪的参考轴的陀螺仪方向的变化率的指示。在该示例中，计算系统可以跟踪由陀螺仪指示的速率测量以确定陀螺仪的方向。
发明内容
在一个示例中，车辆包含平台和安装在平台上的偏航传感器。偏航传感器提供偏航传感器的旋转的偏航速率的指示。车辆还包括旋转平台的致动器。车辆还包含耦接到偏航传感器和致动器的控制器。控制器从偏航传感器接收偏航速率的指示。控制器还使得致动器(i)沿着与偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向并且(ii)以基于偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转平台。控制器还至少基于平台的旋转速率来估计车辆在车辆的环境中的运动方向。
在另一示例中，一种方法涉及接收安装在车辆的平台上的偏航传感器的旋转的偏航速率的指示。该方法还涉及根据(i)与偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向以及(ii)基于偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转平台。该方法还涉及至少基于平台的旋转速率来估计车辆在环境中的方向。
在又一个示例中，一种方法涉及获得使用安装在车辆的平台上的传感器收集的传感器数据。传感器数据包含围绕传感器的参考轴的传感器方向的变化率的指示。该方法还涉及旋转平台，使得(i)旋转方向与传感器方向的变化方向相反，以及(ii)旋转速率基于传感器的方向的变化率。该方法还涉及至少基于平台的旋转速率来估计车辆在环境中的方向。
在又一个示例中，一种系统包含用于接收安装在车辆的平台上的偏航传感器的偏航速率的指示的装置。该系统还包含用于根据(i)与偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向以及(ii)基于偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转平台的装置。该系统还包含用于至少基于平台的旋转速率估计环境中车辆的方向的装置。
在又一个示例中，一种系统包含用于获得使用安装在车辆的平台上的传感器收集的传感器数据的装置。传感器数据包含围绕传感器的参考轴的传感器方向的变化率的指示。该系统还包含用于旋转平台的装置，使得(i)旋转方向与传感器方向的变化方向相反，以及(ii)旋转速率基于传感器的方向的变化的速率。该系统还包含用于至少基于平台的旋转速率来估计环境中的车辆的方向的装置。
通过阅读以下详细描述，并参考适当的附图，这些以及其它方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1A示出了根据示例性实施例的车辆。
图1B是图1A的车辆的另一个图示。
图2是根据示例性实施例的车辆的简化框图。
图3是根据示例性实施例的包含可调整传感器平台的传感器单元的简化框图。
图4A示出了根据示例性实施例的传感器单元的局部侧视图。
图4B示出了处于倾斜配置的图4A的传感器单元的局部侧视图。
图5是根据示例性实施例的方法的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图描述了所公开实现方式的各种特征和功能。在附图中，除非上下文另有指示，否则类似的符号标识类似的组件。本文中描述的说明性实现方式不意味着限制。本领域技术人员可以容易地理解，所公开的实现方式的某些方面可以以各种不同的配置来布置和组合。
1、概述
在某些情况下，由传感器指示的测量值(诸如陀螺仪)可能容易出错。陀螺仪的示例性测量误差或偏移可包含比例因子误差和/或偏差误差以及其它。偏差误差可包含与陀螺仪指示的测量值无关的误差或偏移。比例因子误差可包含随着陀螺仪指示的测量值增加而增加(线性或非线性)的误差或偏移。传感器测量误差可能是由于传感器的物理特性(例如，半导体特性、机械特性等)、各个传感器之间的制造可变性，和/或影响传感器的操作的环境因素(例如，温度、湿度等)以及其它因素。
在一些实现方式中，可校准传感器以测量或以其它方式模拟这种误差或偏移。然后，可以使用得到的校准数据来修改传感器的未来输出，以减轻这些误差的影响。然而，在一些示例中，这些误差的程度、幅度和/或其它特性可能随时间变化(例如，漂移)。结果，例如，校准的传感器测量值可能在自进行校准过程的时间起经过一定量的时间之后变得易于出错。此外，在一些示例中，校准可能不太适合于减轻特定类型的错误。例如，某些类型的测量误差可能随机地或快速地变化，或者可能不适合仅通过校准过程来模拟。
另外，在一些场景中，传感器校准过程可能是耗时的和/或与高校准(例如，维护)成本相关联。举例来说，考虑将传感器安装到车辆——诸如，汽车、卡车、船或任何其它车辆——的场景。在这种场景下，校准传感器可能涉及例如驾驶或运送车辆到维护位置、从车辆上卸下传感器、将传感器安装到校准或测试平台、将一系列传感器输入施加到传感器(例如，根据预定旋转速率的序列来旋转方向传感器等)，以产生校准数据，从测试平台卸下传感器，将传感器重新安装到车辆，以及从维修地点移除或运送车辆。
相应地，本公开可包含减轻传感器测量误差的影响的附加的和/或替代的实现方式。在一个实现方式中，示例性车辆包含旋转平台、旋转平台的致动器(例如，电动机等)以及安装在平台上的偏航传感器。偏航传感器提供偏航传感器围绕偏航传感器的偏航轴旋转的偏航速率的指示。例如，偏航传感器可包含陀螺仪，该陀螺仪布置成具有与车辆的偏航轴对齐或基本平行的参考轴。从而，在该示例中，如果车辆的运动方向(例如，偏航方向、偏航取向、驾驶方向、导航路径方向等)变化(例如，当车辆进行右转或左转时)，则车辆方向的变化量和/或变化率可以类似于(或可以对应于)偏航传感器的偏航方向的变化量和/或变化率。
在该实现方式中，车辆还包含控制器(例如，计算装置、电路、控制系统等)，其接收由偏航传感器提供的偏航速率的指示。控制器还使用接收到的指示作为操作致动器的基础以使平台(i)沿与偏航传感器的偏航旋转方向相反的旋转方向并且(ii)以基于偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转。例如，控制器可以调制电信号，其控制致动器以使平台的旋转与由偏航传感器测量的偏航旋转逆向，从而将由偏航传感器测量的偏航速率朝向零值或朝向另一个常数/目标值驱动。在一个示例中，控制器可以实现为比例积分(PI)控制器，其涉及用于将测量的偏航速率朝向零值(或其它常数/目标值)驱动的控制回路反馈机制。从而，在该示例中，平台的旋转速率可以基于测量的偏航速率的积分。然而，其它实现方式也是可能的，并且在本文的示例性实施例中更详细地描述。无论实现方式，例如通过该过程，由偏航传感器检测到的偏航速率测量的范围可以保持接近零。结果，可以减少或减轻取决于测量的偏航速率的值或幅度的比例因子误差。
另外，在该实现方式中，控制器还可以基于平台的旋转速率估计车辆在环境(例如，偏航取向)中的运动方向。例如，车辆还可包含测量平台的取向(或其变化)的编码器。例如在车辆转弯时，由偏航传感器指示的偏航速率测量可以相应地增加以指示偏航传感器的偏航方向的变化的特定方向，并且车辆可以相应地沿相反方向并且以类似于车辆正在转弯的速率的旋转速率来旋转平台。从而，控制器可以通过考虑平台旋转的特性来估计车辆方向的变化。
另外，通过这种布置，可以改善偏航传感器的校准和/或重新校准过程。例如，车辆可以在不拆卸下传感器并且然后将传感器重新安装到车辆的情况下进行校准过程。
相应地，在一些实现方式中，车辆还包含储存用于偏航传感器的校准数据的数据储存装置。例如，校准数据可以指示由传感器指示的先前测量的偏航速率与平台的预定旋转速率之间的映射。附加地或替代地，在一些示例中，映射可以将先前测量的偏航速率与平台的相应旋转位置相关联。例如，平台的旋转位置可以相对于平台的旋转轴来测量，并且可以由配置成测量平台的旋转位置或取向的编码器或其它取向传感器指示。控制器还可以配置为更新储存在数据储存装置中的校准数据。为此，例如，控制器可以使得致动器根据预定旋转速率的序列来旋转平台，响应于根据序列的平台的旋转，接收由偏航传感器测量的偏航速率的相应指示，并且修改映射以将接收到的偏航速率测量结果与预定的旋转速率相关联。在一个实现方式中，车辆可包含调节装置(例如，加热装置、冷却装置等)，其调整偏航传感器周围的空气的温度(和/或偏航传感器的温度)。在该实现方式中，车辆可以重复校准过程以确定与不同温度相关联的不同映射。
附加地或替代地，可以以各种方式触发校准过程。在第一示例中，车辆可包含输入接口，其接收来自请求校准偏航传感器的用户的输入。在第二示例中，控制器可以监控从先前校准的时间开始的时间流逝，然后可以响应于从先前校准的时间起至少经过阈值量的时间来启动校准过程。在第三示例中，车辆还可包含温度传感器，并且控制器可以响应于传感器的测量的温度而启动校准过程，该测量的温度具有与先前测量的与所储存的校准数据相关联的温度的至少阈值差。在第四示例中，控制器可以响应于车辆的激活而启动校准(例如，当车辆通电时或当车辆进入驾驶模式时等)。
在一些情况下，当车辆转弯时，车辆的估计偏航方向由于车辆动力学而可能仍然容易出错。在示例性场景中，车辆可能进行急向右转操纵，该操纵使得车辆向左倾斜转弯或侧倾。在这种场景中，由于车辆的侧倾取向的变化，当车辆沿直线路径行驶时，偏航传感器(和车辆)的偏航轴可能相对于偏航轴的初始方向倾斜。
相应地，在一些实现方式中，车辆还包含指示车辆的俯仰取向的俯仰传感器。在该实现方式中，控制器还基于来自俯仰传感器的输出来估计车辆的运动方向。此外，在一些实现方式中，车辆还可包含指示车辆的侧倾取向的侧倾传感器。在这些实现方式中，响应于侧倾传感器指示对于车辆的侧倾取向的至少阈值量的变化，控制器可以基于俯仰取向来估计车辆的方向。
替代地或附加地，在一个实现方式中，车辆可包含耦接到平台的第二致动器，以调整平台的倾斜角度。例如，在车辆进行急向右转操纵的场景中，控制器可以操作第二致动器以倾斜支撑偏航传感器的平台，从而减少在操纵期间由车辆的倾斜引起的偏航传感器的偏航轴的倾斜偏移。
在另一个实现方式中，车辆可包含第二偏航传感器。在该实现方式中，(例如，安装到平台的)第一偏航传感器可以以第一倾斜角度安装到车辆，使得第一偏航传感器的第一偏航轴与车辆的偏航轴成第一偏移。此外，第二偏转传感器可以以第二倾斜角度安装，使得第二偏航传感器的第二偏航轴与车辆的偏航轴成第二偏移。在一个示例中，控制器可以然后通过根据车辆的侧倾方向(例如，倾斜转弯方向)选择两个偏航传感器中的一个来估计车辆的偏航方向。例如，第一偏航传感器可以朝向车辆的左侧倾斜，并且第二偏航传感器可以朝向车辆的右侧倾斜。从而，当车辆向右侧侧倾时，控制器可以选择第一偏航传感器，因为第一偏航轴可以变得与车辆的偏航轴相对更加对齐。然而，例如，当车辆向左侧侧倾时，控制器可以选择第二偏航传感器，因为第二偏航轴可以变得与车辆的偏航轴相对更加对齐。
包含可调整传感器平台的车辆的其它示例性配置和操作也是可能的，并且在本公开的示例性实施例中更详细地描述。
II.示例性系统和装置
现在将更详细地描述可以实施示例性实施例的系统和装置。通常，本文中公开的实施例可以与包含方向传感器的任何移动装置一起使用。本文中描述的说明性实施例包含车辆。然而，示例性机电系统也可以在其它装置中实现或采取其它装置的形式，诸如感测平台(例如，旋转性无线电探测器平台、旋转性激光定位器平台、定向感测平台等)、机器人装置、工业系统(例如，装配线等)、医疗装置或移动通信系统等。
术语“车辆”在本文中被广泛地解释为涵盖任何移动物体，包含例如飞行器、船只、航天器、汽车、卡车、货车、半挂车、摩托车、高尔夫球车、越野车辆、仓库运输车辆或农用车辆，以及乘坐在诸如过山车、手推车、电车或火车车厢之类的轨道上的运载器等。
图1A示出了根据示例性实施例的车辆100。特别地，图1A示出了车辆100的右侧视图、前视图、后视图和俯视图。尽管车辆100在图1A中示为汽车，但如上所述，其它实施例也是可能的。此外，尽管示例性车辆100被示出为可以配置为以自动模式操作的车辆，但是本文中描述的实施例也适用于未配置为自动地操作或配置为半自动地操作的车辆。因此，示例性车辆100并不意欲限制。如所示出的，车辆100包含五个传感器单元102、104、106、108和110，以及四个车轮，例如车轮112。
在一些实施例中，传感器单元102-110可包含传感器的任何组合，诸如全球定位系统传感器、惯性测量单元、无线电检测和测距(RADAR)单元、摄像机、激光测距仪、激光定位器(LIDAR)和/或声学传感器等。
如所示出的，传感器单元102安装到车辆100的顶侧，与车辆100的安装有车轮112的底侧相对。此外，传感器单元104-110分别安装到除了顶侧的车辆100的各侧。如所示出的，传感器单元104位于车辆100的前侧，传感器106位于车辆100的后侧，传感器单元108位于车辆100的右侧，并且传感器单元110位于车辆100的左侧。
虽然传感器单元102-110被示出安装在车辆100上的特定位置，但是在一些实施例中，传感器单元102-110可以替代地安装在车辆100的内部或外部的不同位置。例如，尽管图1A示出了安装到车辆100的后视镜的传感器单元108，但是传感器单元108可替代地定位在沿车辆100的右侧的另一位置。作为另一示例，车辆100可以实现为包含沿车辆100的车顶(例如，顶侧)安装的更多传感器单元，以及沿车辆100的其它侧面(例如，右侧，左侧等)安装的更少的传感器或者不安装传感器。传感器单元102-110的其它布置和配置也是可能的。从而，尽管示出了五个传感器单元，但是在一些实施例中，车辆100中可包含更多或更少的传感器单元。然而，为了举例，传感器单元102-110的位置如图1A所示。
在一些实施例中，传感器单元102-110中的一个或多个可包含一个或多个可移动的底座，传感器可在其上可移动地安装。可移动底座可包含例如旋转平台。替代地或附加地，可移动底座可包含倾斜平台。安装在倾斜平台上的传感器可以在给定的角度和/或方位角的范围内倾斜。可移动底座也可以采用其它形式。
此外，在一些实施例中，传感器单元102-110中的一个或多个可包含一个或多个致动器，其配置成通过移动传感器和/或可移动底座来调整传感器单元中的传感器的位置和/或取向。示例性致动器包含电动机、气动致动器、液压活塞、继电器、螺线管和压电致动器。其它致动器也是可能的。
如所示出的，车辆100包含一个或多个轮子，诸如车轮112，其配置为旋转以使车辆沿着驱动表面行进。在一些实施例中，车轮112可包含耦接到车轮112的轮缘的至少一个轮胎。为此，车轮112可包含金属和橡胶的任何组合，或其它材料的组合。除了所示出的那些或代替所示出的那些，车辆100可包含一个或多个其它部件。
图1B示出了车辆100的另一俯视图。在一些场景中，车辆100可以围绕车辆100的一个或多个旋转轴旋转，其示出为偏航轴114、俯仰轴116和侧倾轴118。偏航轴114可以对应于延伸穿过车辆顶部(并且在页面外)的高度轴。在示例性场景中，车辆100围绕偏航轴114的偏航旋转可对应于调整车辆100的指向或前进方向(例如，运动方向或沿着驱动表面行进等)。
俯仰轴116可以对应于在车辆100的右侧和左侧横向延伸的旋转轴。在示例性场景中，车辆100围绕俯仰轴116的俯仰旋转可以由车辆100的加速或减速(例如，施加制动等)产生。例如，车辆的减速可以使车辆朝向车辆的前侧倾斜(即，围绕俯仰轴116的俯仰旋转)。在这种场景中，车辆100的前车轮冲击(未示出)可以压缩以吸收由于车辆的动量变化引起的力，并且后车轮冲击(未示出)可以扩张以允许车辆朝向前侧倾斜。在另一示例场景中，车辆100围绕俯仰轴116的俯仰旋转可以由车辆100沿着倾斜的驱动表面(例如，山坡等)行进而产生，从而使车辆100取决于驱动表面的坡度向上或向下倾斜(即，俯仰方向)。其它场景也是可能的。
侧倾轴118可以对应于纵向延伸穿过车辆100的前侧和后侧的旋转轴。在示例性场景中，车辆100围绕侧倾轴118的侧倾旋转可以响应于车辆进行转弯操纵而发生。例如，如果车辆进行突然的右转操纵，则车辆可以响应于由车辆的变化的动量或由于右转操纵作用在车辆上的向心力所引起的力而朝向左侧倾斜转弯(即，围绕侧倾轴118的侧倾旋转)。在另一示例场景中，车辆100围绕侧倾轴118的侧倾旋转可能由于车辆100沿弯曲的驱动表面(例如，道路弯度等)行进而发生，这可能使得车辆100根据驱动表面的曲率而向侧面地倾斜(即，侧倾地)。其它场景也是可能的。
值得注意的是，各种旋转轴114、116、118的位置可以根据车辆100的各种物理特性而变化，诸如车辆的重心位置、车轮的位置和/或安装位置等。从而，各种轴114、116、118如所示出的仅为了示例而示出。例如，侧倾轴118可以替代地定位成具有穿过车辆118的前侧和后侧的不同路径，并且偏航轴114可以延伸穿过车辆100的顶侧的不同于所示的区域等。
图2是根据示例性实施例的车辆200的简化框图。例如，车辆200可以类似于车辆100。如所示出的，车辆200包含推进系统202、传感器系统204、控制系统206、外围设备208和计算机系统210。在其它实施例中，车辆200可包含更多、更少或不同的系统，并且每个系统可包含更多、更少或不同的部件。此外，所示出的系统和部件可以以任何数量的方式组合或分开。
推进系统202可以配置成为车辆200提供动力运动。如所示出的，推进系统202包含发动机/电动机218、能量源220、变速器222、以及车轮/轮胎224。
发动机/电动机218可以是或包含内燃机、电动机、蒸汽发动机和斯特林发动机的任何组合。其它发动机和电动机也是可能的。在一些实施例中，推进系统202可包含多种类型的发动机和/或电动机。例如，气电混合动力汽车可包含汽油发动机和电动机。其它实例也是可能的。
能量源220可以全部或部分地为发动机/电动机218提供动力的能量源。也就是说，发动机/电动机218可以配置成将能量源220转换成机械能。能源220的示例包含汽油、柴油、丙烷、其它基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能电池板、电池和其它电源。(多个)能量源220可以附加地或替代地包含燃料箱、电池、电容器和/或飞轮的任何组合。在一些实施例中，能量源220也可以为车辆200的其它系统提供能量。
变速器222可配置成将机械动力从发动机/电动机218传递到车轮/轮胎224。为此，变速器222可包含变速箱、离合器、差速器、驱动轴和/或其它元件。在变速器222包含驱动轴的实施例中，驱动轴可包含一个或多个轴，这些轴配置成耦接到车轮/轮胎224。
车辆200的车轮/轮胎224可以以各种形式配置，包含独轮车、自行车/摩托车、三轮车或四轮格式的汽车/卡车。其它车轮/轮胎形式也是可能的，诸如包含六个或更多的车轮的那些。在任何情况下，车轮/轮胎224可以配置成相对于其它车轮/轮胎224区别地旋转。在一些实施例中，车轮/轮胎224可包含固定地连接到变速器222的至少一个车轮，以及耦接到车轮的边缘的至少一个轮胎，轮胎可以与驱动表面接触。车轮/轮胎224可包含金属和橡胶的任何组合、或其它材料的组合。推进系统202可以附加地或替代地包含除了所示出的那些部件的部件。
传感器系统204可包含配置为感测关于车辆200的信息和/或车辆200所处的环境的任何数量的传感器，以及配置为修改传感器的位置和/或取向的一个或多个致动器236。如所示出的，传感器系统204的传感器包含全球定位系统(GPS)226、惯性测量单元(IMU)228、无线电探测器(RADAR)单元230、激光测距仪和/或激光定位器(LIDAR)单元232、以及摄像机234。传感器系统204也可包含附加的传感器，包含例如监测车辆200的内部系统的传感器(例如，O2监控器、燃料表、发动机油温等)。在一些示例中，传感器系统204可以实现为多个传感器单元，每个传感器单元在相应位置(例如，顶侧、底侧、前侧、后侧、右侧、左侧等)安装到车辆。其它传感器也是可能的。
GPS 226可包含配置为估计车辆200的地理位置的任何传感器(例如，位置传感器)。在一些示例中，车辆200(或其部件)可以基于来自GPS 226的输出确定车辆200的速度和/或定时信息(例如，时间、日期等)。为此，例如，GPS 226可包含收发器，其配置为估计车辆200相对于地球的位置，和/或基于来自(多个)卫星和/或车辆200的环境中的其它装置的信号估计其它数据(例如，速度，时间等)等。
IMU 228可以是配置为基于惯性加速度感测车辆200的位置和取向变化的传感器的任何组合。例如，传感器的组合可包含加速度计和陀螺仪等。
无线电探测器单元230可包含任何传感器，其配置为使用无线电信号来感测车辆200位于的环境中的物体。在一些实施例中，除了感测物体，无线电探测器单元230可以配置为感测物体的速度和/或前进方向。
类似地，激光测距仪或激光定位器单元232可包含任何传感器，其配置为使用激光来感测车辆200位于的环境中的物体。特别地，激光测距仪或激光定位器单元232可包含配置成发射激光的激光源和/或激光扫描器以及配置成检测激光反射的检测器。激光测距仪或激光定位器232可以配置为以相干(例如，使用外差检测)或非相干检测模式操作。在一些示例中，激光定位器单元232可包含多个激光定位器，每个激光定位器具有适合于扫描车辆200周围环境的特定区域的独特位置和/或配置。
摄像机234可包含配置为捕获车辆200位于的环境的图像的任何摄像机(例如，静态相机、视频相机等)。为此，摄像机可以采用上述任何形式。传感器系统204可以附加地或替代地包含除了所示出的那些部件的部件。
(多个)致动器236可包含任何类型的致动器，其配置成调整传感器系统204中的一个或多个传感器的位置、取向和/或指向方向。示例性致动器包含电动机、气动致动器、液压活塞、继电器、螺线管和压电致动器。其它致动器也是可能的。
控制系统206可以配置成控制车辆200及其部件的操作。为此，控制系统206可包含转向单元238、节气门240、制动单元242、传感器融合算法244、计算机视觉系统246、导航或路径系统248以及障碍物回避系统250。
转向单元238可以是配置为调整车辆200的前进方向的机制的任何组合。节气门240可以是配置成控制发动机/电动机218的操作速度并且进而控制车辆200的速度的机制的任何组合。制动单元242可以是配置为使车辆200减速的机制的任何组合。例如，制动单元242可以使用摩擦来减慢车轮/轮胎224。作为另一个实例，制动单元242可以将车轮/轮胎224的动能转换成电流。制动单元242也可以采用其它形式。
传感器融合算法244可以是配置为从传感器系统204接收数据作为输入的算法(或储存算法的计算机程序产品)。数据可包含例如表示在传感器系统204的传感器处感测到的信息的数据。传感器融合算法244可包含例如卡尔曼滤波器、贝叶斯网络，用于本文中方法的一些功能的算法，或任何其它算法。传感器融合算法244还可以配置为基于来自传感器系统204的数据提供各种评估，包含例如对车辆100位于的环境中的各个对象和/或特征的评估、对特定情况的评估、和/或基于特定情况的可能影响的评估。其它评估也是可能的。
计算机视觉系统246可以是配置为处理和分析由摄像机234捕获的图像以便识别车辆200所位于的环境中的对象和/或特征的任何系统，包含例如交通信号和障碍物。为此，计算机视觉系统246可以使用对象识别算法、运动结构(SFM)算法、视频跟踪或其它计算机视觉技术。在一些实施例中，计算机视觉系统246可以另外配置为映射环境，跟踪对象，估计对象的速度等。
导航和路径系统248可以是配置成确定车辆200的行驶路径的任何系统。导航和路径系统248可以附加地配置为在车辆200运行时动态地更新行驶路径。在一些实施例中，导航和路径系统248可以配置为合并来自传感器融合算法244、GPS 226、激光定位器单元232和一个或多个预定地图的数据，以便确定车辆200的行驶路径。
障碍回避系统250可以是配置为识别、评估和回避或以其它方式越过车辆200所位于的环境中的障碍物的任何系统。控制系统206可以附加地或替代地包含除了所示部件的部件。
外围设备208(例如，输入接口、输出接口等)可以配置为允许车辆200与外部传感器、其它车辆、外部计算装置和/或用户交互。为此，外围设备208可包含例如无线通信系统252、触摸屏254、扩音器256和/或扬声器258。
无线通信系统252可以是配置为直接或经由通信网络无线地耦接到一个或多个其它车辆、传感器或其它实体的任何系统。为此，无线通信系统252可包含天线和芯片组，用于直接或经由通信网络与其它车辆、传感器、服务器或其它实体通信。芯片组或无线通信系统252通常可以布置为根据一种或多种类型的无线通信(例如，协议)进行通信，诸如蓝牙、IEEE 802.11中描述的通信协议(包含任何IEEE 802.11修订版)、蜂窝技术(诸如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX或LTE)、Zigbee、专用短程通信(DSRC)和射频识别(RFID)通信等。无线通信系统252也可以采用其它形式。
触摸屏254可以由用户用作输入接口以向车辆200输入命令。为此，触摸屏254可以配置为经由电容感测、电阻感测或表面声波过程等来感测用户手指的位置和移动中的至少一个。触摸屏254可能能够在与触摸屏表面平行或平面的方向上，在垂直于触摸屏表面的方向上或两者上感测手指移动，并且还能够感测施加到触摸屏表面的压力水平。触摸屏254可以由一个或多个半透明或透明绝缘层和一个或多个半透明或透明导电层形成。触摸屏254也可以采用其它形式。
扩音器256(例如，“输入接口”)可以配置为从车辆200的用户接收音频(例如，语音命令或其它音频输入)。类似地，扬声器258可以配置为向车辆200的用户输出音频。外围设备208可以附加地或替代地包含除了所示出的那些部件的部件。
计算机系统210可以配置为向推进系统202、传感器系统204、控制系统206和外围设备208中的一个或多个发送数据，从其接收数据，与其交互，和/或控制推进系统202、传感器系统204、控制系统206和外围设备208中的一个或多个。为此，计算机系统210可以通过系统总线、网络和/或其它连接机制(未示出)通信地链接到推进系统202、传感器系统204、控制系统206和外围设备208中的一个或多个。
在一个示例中，计算机系统210可以配置为控制变速器222的操作以改善燃料效率。作为另一个示例，计算机系统210可以配置为使摄像机234捕获环境的图像。作为又一个示例，计算机系统210可以配置为储存和执行对应于传感器融合算法244的指令。其它示例也是可能的。
如所示出的，计算机系统210包含处理器212和数据储存装置214。处理器212可包括一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器。在某种程度上，处理器212包含多于一个的处理器，这种处理器可以单独工作或组合工作。反过来，数据储存装置214可包括一个或多个易失性和/或一个或多个非易失性储存部件，诸如光学、磁性和/或有机储存装置等，并且数据储存装置214可以整体或者部分地与处理器212集成。
在一些实施例中，数据储存装置214可包含可由处理器212执行以执行各种车辆功能的指令216(例如，程序逻辑)。数据储存装置214还可含有附加指令，包含用以向推进系统202、传感器系统204、控制系统206和/或外围设备208中的一个或多个发送数据，从推进系统202、传感器系统204、控制系统206和/或外围设备208中的一个或多个接收数据，与推进系统202、传感器系统204、控制系统206和/或外围设备208中的一个或多个交互和/或控制推进系统202、传感器系统204、控制系统206和外围设备208中的一个或多个的指令。在一些实施例中，数据储存装置214还可含有传感器系统204中的一个或多个传感器的校准数据。例如，校准数据可包含先前获得的传感器测量值与传感器的一个或多个预定输入之间的映射。计算机系统210可以附加地或替代地包含除了所示出的那些的部件。
如所示出的，车辆200还包含电源260，其可以配置成向车辆200的一些或所有部件提供电力。为此，电源260可包含例如可充电锂离子或铅酸电池。在一些实施例中，一个或多个电池组可以配置为提供电力。其它电源材料和配置也是可能的。在一些实施例中，电源260和能量源220可以一起实现为一个部件，如在一些全电动汽车中那样。
在一些实施例中，除了所示出的那些元件或代替所示出的那些元件，车辆200可包含一个或多个元件。例如，车辆200可包含一个或多个附加接口和/或电源。其它附加部件也是可能的。在这种实施例中，数据储存装置214还包含可由处理器212执行以控制附加部件和/或与附加部件通信的指令。
此外，尽管示出了每个部件和系统集成在车辆200中，但是在一些实施例中，一个或多个部件或系统可以使用有线或无线连接来可移除地安装在车辆200上或以其它方式连接(机械地或电气地)到车辆200。车辆200也可以采用其它形式。
III.示例性传感器单元配置
图3是根据示例性实施例的包含可调整传感器安装平台306的传感器单元装置300的简化框图。传感器单元300可以类似于传感器单元102、104、106、108、110和/或传感器系统204中的部件的任何组合。如所示出的，传感器单元300包含一个或多个致动器302、一个或多个编码器304、传感器平台306、温度传感器310、调节装置312和控制器314。值得注意的是，传感器单元300可包含比所示出的部件更多或更少的部件。在一个示例中，除了所示出的部件或代替所示出的部件，传感器单元300可包含车辆200的任何部件。在另一个示例中，装置300可以在没有温度传感器310和/或没有调节装置312的情况下实现。其它示例也是可能的。
(多个)致动器302可包含类似于(多个)致动器236的一个或多个致动器。在一个实现方式中，致动器302可以配置为围绕旋转轴旋转平台306，旋转轴基本平行于车辆的旋转轴(例如，偏航轴、侧倾轴、俯仰轴等)和/或任何其它旋转轴。
(多个)编码器304可包含编码器的任何组合(例如，机械编码器、光学编码器、磁编码器、电容编码器等)，并且可以配置为响应于致动器302将平台306旋转而提供平台306的取向的指示。
平台306可包含适于安装传感器(例如，传感器308)的任何实心结构。例如，平台306可包含转子平台，该转子平台在旋转接头配置中相对于定子平台旋转。
传感器308可包含传感器系统204中包含的传感器的任何组合。在一些实现方式中，传感器308包含方向传感器，诸如陀螺仪，例如，安装在平台306上并与车辆的方向轴(例如，轴114、116或118)对准以提供车辆的运动方向的指示。例如，响应于陀螺仪的运动(例如，由于平台306的旋转或包含传感器单元300的车辆的运动)，陀螺仪传感器308可以提供指示陀螺仪传感器的指向方向的变化率(例如，偏航方向、俯仰方向、侧倾方向等)的输出信号。从而，在各种示例中，传感器308可以配置为提供偏航传感器的旋转的偏航速率(例如，传感器围绕车辆100的轴114的旋转速率)的指示的“偏航传感器”、提供俯仰速率的指示的“俯仰传感器”、或提供侧倾速率的指示的“侧倾传感器”。
温度传感器310可包括任何类型的温度传感器，诸如温度计、热敏电阻、热电偶、电阻温度计、硅带隙温度传感器等。在一些示例中，温度传感器310可以布置为与传感器308相邻或在传感器308附近，以提供传感器308的温度和/或传感器308周围的空气温度的指示。例如，可以在校准期间使用温度传感器310以将测量到的温度与传感器308提供的测量相关联。
调节装置312可包括任何类型的温度调节装置，诸如空调、加热元件、电阻加热元件、空气冷却装置等。在一些实现方式中，调节装置312可以布置在传感器308附近和/或耦接到传感器308，以调整传感器的温度。在一个示例中，调节装置312可用于在传感器308的校准期间模拟不同的操作温度，并且从而允许进行校准的车辆获得或生成适用于在车辆的操作期间期望的各种环境条件(例如，温度)的校准数据。在另一个示例中，调节装置312可用于将传感器308的温度调整到适合于先前生成的校准数据的温度范围内的给定温度。例如，设备300可以储存当传感器308处于特定温度时收集的校准数据。此外，在这种情况下，设备300可包含或以其它方式存取阈值温度范围的指示，其中所储存的校准数据适用于由传感器308减轻测量误差。从而，在示例性场景中，装置300或其部件(例如，控制器314)可以检测(例如，经由温度传感器310)当前温度在阈值温度范围之外，并且响应地操作调节装置312以将传感器308的温度调整到在阈值温度范围内的给定温度。
控制器314可包含可执行以进行本公开中的各种方法的功能的电路和/或计算机逻辑的任何组合。在一个示例中，类似于车辆200的计算机系统210，控制器314可以实现为一个或多个处理器和储存可由一个或多个处理器执行的指令的数据储存装置。在另一个示例中，控制器314可以实现为有线的数字和/或模拟电路，以进行本公开的各种功能。其它实现方式(例如，计算机程序逻辑和电路的组合)也是可能的。
图4A示出了根据示例性实施例的传感器单元装置400的局部侧视图。装置400可以类似于装置300，并且可以与诸如车辆100和200等的机电系统一起使用。例如，如所示出的，装置400包含致动器402、旋转平台406(例如，“转子”)、传感器408和控制器414，其可以分别类似于致动器302、平台306、传感器308和控制器314。此外，如所示出的，装置400包含与旋转平台406相对的基础平台416(例如，“定子”)，以及核心结构418。虽然未示出，但是在一些示例中，装置400可包含比所示出部件附加的或更少的组件。例如，装置400可以可选地包含车辆200和/或装置300的一个或多个部件(例如，编码器、温度传感器、调节装置等)。
在一些示例中，传感器408可以配置为偏航传感器，以提供车辆的运动方向(或其变化率)的指示。作为示例，考虑装置400安装到车辆100的情况，使得图4A中所示的轴422a对应于或平行于图1B中所示的车辆100的偏航轴114。在这种场景中，传感器408可以布置成使得传感器408的偏航轴基本上平行于车辆的偏航轴422a。通过这种布置，传感器408可以提供指示传感器408的偏航方向(或其变化)的输出信号，其也对应于与轴422a相关联的车辆的偏航方向(或其变化)。继续上述场景，传感器408的初始偏航方向可以对应于垂直于轴428并指向页面外的方向。在这种场景中，如果车辆100围绕轴114(即，轴422a)旋转，则传感器408的轴428可以经历类似的旋转，从而传感器408(偏航传感器)的偏航方向将类似于车辆的偏航方向的变化而变化。作为该场景的变型，如果轴428对准以对应于车辆的轴114，则传感器408本身将响应于车辆的旋转(例如，车辆向右转动或向左转动)而围绕轴428(以及轴114)旋转，从而传感器408的偏航方向也可以类似于与车辆的偏航方向的变化而变化。在一个实现方式中，传感器408可包含陀螺仪，并且轴428可以对应于陀螺仪的参考轴。在该实现方式中，传感器408可以提供偏航速率测量(例如，指示陀螺仪围绕参考偏航轴的旋转速率的信号)。
替代地或附加地，在其它示例中，传感器408可以配置为俯仰传感器(例如，通过将轴428与车辆100的轴116对准)或侧倾传感器(例如，通过将轴428与车辆100的轴118对准)。
虽然未示出，但是在一些示例中，传感器408是偏航传感器，装置400还可包含安装到平台406(例如，转子平台)的俯仰传感器和/或侧倾传感器。通过这种布置——例如，将俯仰传感器和侧倾传感器安装在与偏航传感器408相同的平台406上，在旋转轴420未保持完全与偏航轴422a对齐或与偏航轴422a平行(例如，由于机械振动、冲击、其它力、平台406相对于平台416的倾斜等)等场景中，可以减轻由平台406的俯仰和/或侧倾振动引起的噪声波动。
在一些示例中，如所示出的，装置400可以实现为旋转接头装置，其包含安装传感器408的安装平台406(例如，转子)。此外，装置400可包含致动器402，其使平台406相对于平台416(例如，定子)旋转。例如，致动器402可以实现为轴向磁通电动机，其包含安装在(转子侧)平台406上的基本上圆形布置的多个磁体，例如磁体402a和402b。此外，在该示例中，致动器402可包含电动机绕组或线圈402c，其布置成至少部分地与致动器402的磁体402a和402b重叠。从而，装置400(例如，经由控制器414)可以调制流过绕组402c的电流以产生调制磁场，该磁场与磁体402a和402b的磁场相互作用以引起平台406围绕旋转轴420的旋转。在一个实现方式中，平台406可以响应于两个平台之间的相对旋转而保持在平台416的预定距离(例如，大约8-10毫米等)处。然而，致动器402的其它实现方式也是可能的，诸如对于致动器236和/或302描述的任何实现方式，或任何其它致动器实现方式。此外，平台406和416之间的预定距离可以是任何其它距离。
在一些示例中，如所示出的，传感器408可以安装到平台406，使得偏航轴428或传感器408的其它参考轴与平台406的旋转轴420偏移。通过这种布置，例如，平台406的中心区域可以用于安装其它电路，诸如变压器芯、用于平台406与416之间通信的通信电路，和/或更适合安装在平台406的中心区域附近或在平台406的中心区域处的其它电路。然而，在其它示例中，传感器408可以替代地布置在中心区域处，使得传感器408的参考轴428对应于平台406的旋转轴420或与其重叠。
芯418可包含任何固体结构(例如，旋转针等)，其维持平台406和416之间的预定间隔距离。替代地或另外地，在一些示例中，核心418可包含磁芯(例如，变压器核心)，其有助于从平台416到平台406的电力传输。例如，平台406可包含围绕芯418布置的变压器线圈(未示出)，并且平台416可包含围绕芯418布置的对应的变压器线圈(未示出)。在该示例中，装置400(例如，经由控制器414)可以使电流流过平台416的变压器线圈(未示出)，并且然后平台406的相对线圈(未示出)中的感应电流可以用于为传感器408供电。
如上所述，在一些场景中，来自传感器408的输出可能易于出现各种测量误差，包含比例因子误差。比例因子误差是一种根据传感器指示的测量的值或幅值变化的测量误差。例如，在传感器408包括配置为偏航传感器的陀螺仪的情况下，陀螺仪可以提供指示陀螺仪的偏航速率的输出信号，并且由于陀螺仪的物理和/或机械性质，所指示的偏航速率可包含随着所测量的偏航速率增加而(线性地或非线性地)增加的测量误差(例如，更快的车辆转弯操纵可能导致更高的比例因子误差)。相应地，装置400可以配置为通过使平台406逆着传感器408指示的旋转方向旋转来减少这种比例因子误差。在一个示例中，控制器414可以配置为接收来自传感器408的输出，并且主动地或动态地操作致动器402以使平台406朝向来自传感器408的测量到的旋转的相反方向旋转。通过这样做，例如，装置400可以将来自传感器408的测量值降低到更接近零值，并且从而最小化与测量到的更高的偏航速率值相关联的比例因子误差的影响。在一些情况下，控制器414可以经由控制回路反馈机制(例如，比例-积分-微分(PID)控制器等)和/或任何其它计算机逻辑或模拟数字电路来进行这些旋转。
此外，控制器414可以跟踪平台406的致动旋转(例如，经由编码器)，并且可以使用平台旋转历史来推断或估计对车辆的偏航方向的变化。在一个示例中，如果车辆右转，其导致传感器408的右方向偏航旋转，则控制器414可以响应地在左旋转方向上并以与传感器408的测量到的偏航速率基本类似的旋转速率旋转平台406。从而，通过跟踪平台406的旋转特性，控制器414可以稍后推断出车辆以与平台406的旋转速率相关联的角速度(或偏航速率)进行右转操纵。
在一些场景中，如上所述，由传感器408指示的偏航速率测量可能倾向于另一种类型的误差，这在本文中可称为倾斜误差或轴未对准误差。返回参考图1B作为示例，考虑车辆100包含装置400并且在驱动表面(未示出)上进行右转的场景。在这种场景中，车辆100可以响应于车辆运动方向的变化而围绕偏航轴114旋转。理想地，车辆100可以使用来自传感器408的输出来精确地测量车辆运动方向的变化。例如，车辆100可以配置为自动驾驶车辆并且从而可以依赖于来自传感器408的测量值来平稳地进行右转操纵，同时保持在行驶车道(未示出)内。然而，在这种场景中，右转操纵可能导致车辆100朝向车辆100的左侧倾斜(例如，围绕侧倾轴118旋转)，这是由于车辆动力学(诸如作用在车辆上的向心力和/或车辆的动量)。结果，在这种场景中，车辆100的偏航轴114(并且从而传感器408的偏航轴428)可以倾斜与车辆的侧倾取向的变化程度相关联的倾斜角度，从而引起由传感器指示的偏航速率测量的倾斜测量误差。作为该场景的变型，偏航轴114(和428)的倾斜可以附加地或替代地由于车辆100(或装置400)的机械振动、车辆100在不平坦的驱动表面上驾驶、和/或车辆100在不平行与车辆的运动方向的表面上驾驶(例如，倾斜的道路等)的任何组合。作为这些场景的进一步变化，车辆100的偏航轴114的倾斜可能附加地或替代地是由于车辆100围绕俯仰轴116的旋转(例如，由于车辆100的加速或减速)。
为了说明以上场景，例如，图4B示出了处于倾斜配置的传感器单元400的另一侧视图。在图4B中，根据以上任何场景，偏航轴422b可对应于车辆100的倾斜偏航轴(例如，轴114)。如所示出的，倾斜的偏航轴422b从图4A的初始偏航轴422a偏移倾斜角424(θ)。因此，由传感器408测量的观察到的偏航速率(ωG)可以仅指示车辆的运动方向(ωT)的变化率的分量(例如，车辆围绕轴422a的方向的变化)，如在下面的等式[1]中所表示的(其中ωS是平台406的致动旋转速率，其可以使用例如编码器来测量)：
ωG＝ωT cos(θ)+ωS [1]
相应地，本公开包含用于减轻上述倾斜测量误差的影响的各种实现方式。
在第一实现方式中，车辆100还可包含侧倾传感器(和/或俯仰传感器)，以与传感器408测量偏航速率类似地测量车辆100的侧倾速率(和/或俯仰速率)。例如，侧倾传感器可以实现为陀螺仪或其它方向/IMU传感器，其具有与侧倾轴118对准的参考轴。此外，在该示例中，控制器414可以使用来自侧倾传感器(和/或俯仰传感器)的输出来确定倾斜角度424(θ)，并且求解方程[1]以确定车辆的运动方向(ωT)的变化率。
在第二实现方式中，控制器414(或车辆100的另一计算装置)可以计算由俯仰传感器指示的俯仰速率测量的分量，例如，通过求解类似于等式[1]的等式来输出俯仰传感器。在该实现方式中，控制器414然后可以将来自俯仰速率测量的车辆方向的计算分量与来自偏航速率测量的计算分量相加，以确定车辆的方向(ωT)围绕初始偏航轴422a的变化率。
在第三实现方式中，装置400还可包含第二致动器(未示出)，该第二致动器配置成使传感器408朝向与初始轴422a对准与倾斜角度424的方向逆向倾斜。例如，控制器414可以使第二致动器倾斜平台416、平台406和/或以其它方式使传感器408围绕在图4B的图示中指向页面外的旋转轴(未示出)倾斜，从而减少至少围绕传感器408的偏航轴428的倾斜角度424。在一个示例中，由第二致动器引起的倾斜程度可以基于倾斜角度424的确定(例如，基于来自侧倾传感器和/或俯仰传感器的输出)。在另一个示例中，由第二致动器引起的倾斜的程度可以基于所储存的数据(例如，在数据储存装置214中)，其将预期的或预定的倾斜角度与车辆运动特性(诸如车辆在转弯期间的速度、车辆的运动方向的角度变化)相关联。例如，所储存的数据可包含相对于不同类型的驾驶操纵等的先前测量的或模拟的车辆倾斜旋转角度的映射。
在第四实现方式中，车辆100还可包含安装在旋转平台上的侧倾传感器，以与车辆100的测量到的侧倾旋转逆向旋转(类似于平台406与车辆100的偏航旋转逆向旋转)。在该实现方式中，侧倾传感器的旋转平台可以机械地耦接(例如，经由齿轮、机械臂等)到装置400(或传感器408)以使装置400与车辆的侧倾旋转向逆旋转，从而减少倾斜角度424(或至少倾斜角度424的侧倾分量)。附加地或替代地，作为该实现方式的变型，车辆100可包含安装机械地耦接到传感器408的旋转平台(类似于侧倾传感器旋转平台)以减少倾斜角度424的俯仰分量。
在第五实现方式中，车辆100可包含安装在相对于轴422a的不同倾斜偏移处的多个偏航传感器。在该实现方式中，控制器414然后可以基于来自多个偏航传感器的一个或多个输出来计算对车辆的运动方向的变化。例如，类似于传感器408的第一偏航传感器可以以朝向车辆右侧的第一倾斜角度安装到车辆(即，预倾斜以具有相对于轴422a的初始侧倾偏移)，并且类似于传感器408的第二偏航传感器(未示出)可以以朝向车辆左侧的第二倾斜角度安装到车辆(即，预倾斜以具有相对于轴422a的相反的初始侧倾偏移)。在一个示例中，控制器414可以组合来自两个偏航传感器的输出以确定车辆运动方向的变化。在另一个示例中，控制器414可以确定倾斜角度424相对于轴422a的方向，然后选择具有与所确定的方向相反的偏航偏移的两个偏航传感器中的一个。例如，如果车辆正在进行右转操纵(即，向左侧倾斜转弯)，则控制器414可以选择第一偏航传感器(其朝向右侧倾斜)，因为第一偏航传感器由于传感器的右侧倾斜与因车辆转弯操纵引起的左侧倾斜之间的差异从而可以变得与轴422a更加对齐。然而，例如，如果车辆正在进行左转操纵(即，向右侧倾斜转弯)，则控制器414可以选择第二偏航传感器(其朝向左侧倾斜)而不是第一偏航传感器。
作为第五实现方式的变型，例如，第一偏航传感器的第一倾斜角度可包含相对于轴422a的初始俯仰偏移，并且第二偏航传感器的第二倾斜角度可包含相对于轴422a的相反的初始俯仰偏移。例如，第一偏航传感器可以朝向车辆的前侧预倾斜，并且第二偏航传感器可以朝向车辆的后侧预倾斜。替代地或另外地，例如，第一倾斜角度和第二倾斜角度可以分别包含相对于轴422a的初始侧倾偏移和俯仰偏移的组合。
值得注意的是，图4A-4B中所示的装置400及其各种部件的形状、尺寸和位置仅是为了便于描述。从而在一些实现方式中，装置400和/或其部件也可以具有其它形式、形状、布置和/或尺寸。在一个示例中，控制器414可以替代地沿平台416的另一侧安装、安装到平台406、和/或实现为装置400外部的计算系统(例如，计算系统210等)、和/或包含装置400的车辆外部的计算系统(例如，远程服务器等)。在另一示例中，上面对于控制器414描述的功能可以替代地由物理地分布在多个装置中的多个控制器、处理器和/或物理电路逻辑装置来进行。
IV.示例性方法和计算机可读介质
图5是根据示例性实施例的方法500的流程图。图5中示出的方法500示出了可以与例如车辆100、200和/或装置300、400中的任何一起使用的方法的实施例。方法500可包含如框502-506中所示的一个或多个操作、功能或动作。虽然以连续顺序示出了框，但是在某些情况下，可以并行地进行这些框，和/或以与本文描述的顺序不同的顺序进行。而且，可以将各种框组合成更少的框，划分成附加的框，和/或基于期望的实现方式来移除各种框。
另外，对于方法500和本文公开的其它过程和方法，该流程图示出了本实施例的一种可能实现方式的功能和操作。在这方面，每个框可以表示模块、段、制造或操作过程的一部分，或程序代码的一部分，其包含可由处理器执行的一个或多个指令，用于实施过程中的特定逻辑功能或步骤。程序代码可以储存在任何类型的计算机可读介质上，例如，诸如包含磁盘或硬盘驱动器的储存装置。计算机可读介质可包含非暂时性计算机可读介质，例如，诸如短时间段储存数据的计算机可读介质。例如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可包含非暂时性介质，诸如二级或持久性长期储存装置，例如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘(例如，压缩盘只读存储器(CD-ROM))。计算机可读介质还可以是任何其它易失性或非易失性储存系统。计算机可读介质可以被认为是计算机可读储存介质，例如有形储存装置。
另外，对于方法500和本文公开的其它过程和方法，图5中的每个框可以表示被连线进行执行过程中的特定逻辑功能的电路。
在框502处，方法500涉及获得对安装在车辆的平台上的传感器的方向的变化率的指示。在第一示例中，传感器单元(例如，控制器314)的控制器可以接收安装在平台(例如，平台306)上的偏航传感器(例如，传感器308)的旋转的偏航速率的指示。在第二示例中，控制器可以实现为车辆的计算系统(例如，计算系统210)，其提供指令和/或控制信号以操作传感器并在框502处获得指示。在第三示例中，车辆的计算系统可以从储存由传感器输出的数据流的数据储存装置(例如，数据储存装置214)获得指示。在第四示例中，远程计算系统(例如，服务器)可以经由与车辆的无线连接(例如，经由无线通信系统252)获得指示。
在框504处，方法500涉及根据(i)与传感器方向的变化方向相反的旋转方向和(ii)基于与传感器的方向的变化率的旋转速率来旋转平台。例如，控制器(例如，控制器314)可以处理接收到的传感器的旋转速率指示，然后使平台与传感器指示的所测量的速率逆向旋转，以减少(后续)速率测量的幅度或值。结果，例如，控制器可以朝向零值或朝向另一恒定/目标值驱动传感器的速率测量值，从而减少比例因子误差的影响，与上面的讨论一致。
在一些示例中，方法500还可以涉及确定由传感器指示的偏航速率测量的目标值。在这些示例中，在框504处旋转平台还可以基于所确定的目标值。例如，传感器可以与偏航速率测量的偏差或偏移(例如，偏差误差等)相关联，而不是偏航速率测量值为零，其中(多个)比例因子误差被最小化。举例来说，由于传感器与偏差误差相关联，即使传感器静止(例如，传感器的实际偏航方向不变)，传感器也可能输出除了零的偏航速率测量值。相应地，在这些示例中，方法500可以涉及检测车辆静止(例如，使用GPS测量、加速计测量、其它传感器测量、跟踪车轮运动等)，至少基于检测来防止平台的旋转，在防止平台旋转期间从传感器接收偏差偏航速率测量的指示，并基于偏差偏航速率测量来确定目标值。例如，在框504处，车辆可以以同样基于所确定的目标值的旋转速率来旋转平台(即，朝向对应于静止传感器的偏差偏航速率测量的偏差旋转速率)。例如，通过该过程，方法500可以解决偏差测量误差以及比例因子误差。此外，例如，方法500可以朝向偏差偏航速率测量值(例如，静止传感器输出偏差等)驱动来自传感器的输出，其可以与比零值的偏航速率测量更低的(多个)比例因子误差相关联。
在一些示例中，方法500还可以涉及调整平台的倾斜角度。返回参考图4B作为示例，装置400可包含附加致动器(未示出)以使传感器408与倾斜角度424的方向逆向地倾斜或旋转，从而至少减少关于传感器408的偏航轴428的倾斜角度424。在这些示例中，方法500可以可选地涉及基于车辆的预定导航路径来接收对车辆的运动方向的期望的变化的指示，并相应地调整平台的倾斜角度。例如，车辆200的导航系统248可以预期车辆的期望的操纵(例如，右转、左转等)，并且向计算系统210或操作旋转平台的致动器的另一控制器提供其指示。在该示例中，然后计算系统210可以基于预定导航路径估计车辆的预期倾斜(例如，倾斜转弯角度等)并且响应地或主动地倾斜框502的(偏航)传感器以减少倾斜或轴错位错误。在一些实例中，计算系统210可以基于先前储存的(例如，在数据储存装置214中)对于不同导航操纵特性(例如，转弯速度、转弯角度等)测量或模拟的倾斜转弯角来估计预期的倾斜。
在框506处，方法500涉及至少基于平台的旋转速率来估计车辆的运动方向。例如，与上面的讨论一致，方法500的系统可以跟踪平台的旋转并使用旋转历史来识别车辆在环境中的行驶路径的变化。
在一些示例中，方法500还可涉及还基于来自俯仰传感器的输出来估计车辆的方向。在一个实例中，系统可以确定车辆方向的分量和/或由于车辆的俯仰旋转或侧倾旋转的车辆的倾斜角度，并且相应地计算车辆的方向的变化，与图4B中等式[1]的讨论一致。在另一个实例中，系统可以倾斜框502的(偏航)传感器以减少由车辆的俯仰旋转或侧倾旋转引起的倾斜角度。此外，在一些示例中，方法500还可涉及响应于检测到车辆的侧倾取向处于给定的侧倾取向的阈值而基于来自俯仰传感器的输出来估计方向。例如，车辆100可包含侧倾传感器，其测量车辆100围绕侧倾轴118的侧倾取向。从而，车辆100可以当车辆进行围绕轴118的至少阈值侧倾旋转时，开始使用俯仰传感器输出来确定车辆方向的变化的分量。
如上所述，本文的一些示例性实现方式允许通过使用传感器平台(例如，平台406)来校准传感器而不需要拆卸传感器来改善传感器校准和/或重新校准。相应地，在一些示例中，方法500还涉及储存框502的传感器的校准数据。例如，车辆200可以将校准数据储存在数据储存装置214中，作为平台的预定或给定旋转速率与传感器指示的先前测量的速率之间的映射。
相应地，在一些示例中，方法500还涉及使能车辆的校准模式。例如，方法500的系统还可以在框506处基于具有除了校准模式的使能操作模式(例如，驾驶模式等)的车辆来估计车辆的运动方向。此外，在这些示例中，方法500还涉及根据给定或预定旋转速率的序列来旋转平台。例如，系统可以以一个、两个、三个或多个特定(预定)旋转角速率沿着第一方向旋转平台，然后以一个、两个或多个特定(预定)角速率沿着第二方向旋转平台等。其它示例性序列也是可能的。此外，在这些示例中，方法500还涉及获得由传感器指示的对于序列中的给定旋转速率的相应测量值，并生成将序列的给定旋转速率映射到由传感器指示的相应测量速率的校准数据。例如，车辆可以储存(或更新先前储存的)校准数据，该校准数据将测量到的速率映射到序列的旋转速率。
此外，在这些示例中，方法500可以可选地包含使车辆的调节装置将传感器的温度(和/或传感器周围的空气温度)调整到给定温度，并将所生成的校准数据与给定温度相关联。例如，控制器314可以操作调节装置312以模拟传感器308的操作的各种期望的温度，然后生成将平台旋转速率的序列映射到每个温度的相应测量的多组校准数据。例如，通过该过程，示例性系统可以维持可能影响传感器操作的各种环境条件(例如，温度)的准确校准数据。
此外，在一些示例中，方法500还可以涉及响应于一个或多个触发而更新所储存的校准数据。
在第一示例中，车辆可包含输入接口(例如，触摸屏254、扩音器256等)，其配置为接收用于触发校准过程的用户输入。从而，在该示例中，方法500还可以涉及响应于经由输入接口接收校准传感器的请求而更新所储存的校准数据。
在第二示例中，车辆可以监控自传感器的先前校准以来的时间流逝(例如，考虑由于时间的推移而发生的漂移误差)。从而，在该示例中，方法500还可以涉及至少自先前更新所述校准数据的时间起经过至少给定时间量来更新所储存的校准数据。例如，一旦经过给定量的时间，车辆可以警告用户校准数据已经过时，或者车辆可以自动地启动校准(例如，当车辆停放或处于除了驾驶模式的操作模式时等)。给定的时间量可以具有取决于传感器的物理特性(例如，漂移特性)等的任何值。
在第三示例中，车辆可以监测环境的温度或传感器的温度。例如，传感器的响应(以及从而校准数据)可以取决于传感器的操作温度。如果测量的温度超过阈值达到用于获得储存的校准数据的温度，则车辆可以触发或警告用户生成更适合于当前测量温度的更新校准数据。从而，在该示例中，方法500还可涉及基于温度传感器(例如，传感器310)更新校准数据，该温度传感器指示测量的温度与先前测量的与所储存的校准数据相关联的温度相差至少阈值量。阈值量可以具有取决于传感器的物理特性(例如，温度灵敏性等)等的任何值。
在第四示例中，车辆可以通过监控车辆的操作模式来触发校准过程。例如，车辆可以在车辆不太可能使用传感器的操作模式期间触发校准过程，诸如当车辆在停车时或在车辆的初始启动或激活期间(例如，当车辆通电时)。从而，在该示例中，方法500还可涉及响应于至少车辆的激活(例如，当控制器314接受电力时等)而更新校准数据。在一些实现方式中，车辆还可以基于车辆在校准期间保持静止来更新校准数据(例如，响应于激活而进行校准)。然而，在一些场景中，车辆可以在校准过程期间开始移动，并且从而先前所储存的校准数据可以比所更新的校准数据更可靠。
相应地，在一些实现方式中，车辆可以储存在车辆启动之前收集的初始校准数据(例如，在车辆离线或静止时，在将传感器安装到车辆之前等)。一旦激活，在该实现方式中，然后车辆可以进行第二较短的校准过程(例如，使用较短的平台旋转序列等)。然后，车辆可以将第二校准过程的第二校准数据与初始校准数据进行比较，以确认初始校准数据适合于操作传感器(例如，类似于初始校准数据的第二校准数据等)。例如，如果比较指示不匹配，则车辆可以重复第二校准过程以考虑车辆在第二校准过程期间开始移动的情况。例如，如果比较继续指示不匹配，则车辆可以警告用户(例如，经由输入接口)在车辆静止时推荐完整的校准过程以正确地更新先前所储存的校准数据。
应该理解的是，本文中描述的布置仅用于示例的目的。这样，本领域技术人员将理解，可以替代地使用其它布置和其它元件(例如，机器、接口、功能、顺序和功能分组等)，并且可以根据期望的结果完全省略一些元件。此外，所描述的许多元件是可以实现为离散或分布式部件或与其它部件结合，以任何合适的组合和位置，或者可以组合描述为独立结构的其它结构性元件。
虽然本文已经公开了各种方面和实施例，但是其它方面和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的而不是限制性的，真实范围由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来指示。还应理解，本文所使用的术语仅用于描述特定实现方式的目的，而不旨在限制性的。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
平台；
偏航传感器，安装在所述平台上，其中所述偏航传感器提供所述偏航传感器的旋转的偏航速率的指示；
致动器，旋转所述平台；以及
控制器，耦接到所述偏航传感器和所述致动器，其中所述控制器：
从所述偏航传感器接收所述偏航速率的指示；
使得所述致动器(i)沿着与所述偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向并且(ii)以基于所述偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转所述平台；
并且基于至少所述平台的旋转速率来估计所述车辆在所述车辆的环境中的运动方向。
2.如权利要求1所述的车辆，还包括：
俯仰传感器，提供指示所述车辆围绕所述车辆的俯仰轴的俯仰取向的输出，其中所述控制器还基于所述俯仰传感器的输出来估计所述车辆的方向。
3.如权利要求2所述的车辆，还包括：
侧倾传感器，提供指示所述车辆围绕所述车辆的侧倾轴的侧倾取向的输出，其中响应于所述侧倾取向处于给定的侧倾取向的阈值，基于来自所述俯仰传感器的输出来估计所述车辆的方向。
4.如权利要求1所述的车辆，还包括：
第二致动器，耦接到所述平台以调整所述平台的倾斜角度，其中所述倾斜角度对应于所述偏航传感器的偏航轴的偏移，所述偏移与所述车辆的侧倾旋转或俯仰旋转相关联。
5.如权利要求4所述的车辆，其中所述车辆是自动驾驶车辆，其中所述控制器基于所述车辆的预定导航路径接收对所述车辆的运动方向的预期变化的指示，并且其中所述控制器使得所述第二致动器基于至少接收到的所述指示来调整所述平台的倾斜角度。
6.权利要求4所述的车辆，还包括侧倾传感器，提供指示所述车辆围绕侧倾轴的侧倾取向的输出，其中所述控制器从所述侧倾传感器接收所述车辆的侧倾取向的变化的指示，并且其中所述控制器使得所述第二致动器基于至少所述接收到的指示来调整所述平台的倾斜角度。
7.如权利要求1所述的车辆，其中所述偏航传感器是第一偏航传感器，其中所述偏航速率是第一偏航速率，所述车辆还包括：
第二偏航传感器，提供所述第二偏航传感器的第二旋转的偏航速率的指示，其中所述第一偏航传感器以第一倾斜角度安装到所述车辆，使得所述第一偏航传感器的第一偏航轴与所述车辆的偏航轴成第一偏移，并且其中所述第二偏航传感器以第二倾斜角度安装到所述车辆，使得所述第二偏航传感器的第二偏航轴与所述车辆的偏航轴成第二偏移。
8.如权利要求7所述的车辆，其中所述控制器确定所述车辆的运动方向的变化的方向，
其中，基于至少所述平台的旋转速率来估计所述车辆的运动方向还基于对应于所述第一倾斜角度的确定的方向；并且
其中，所述控制器基于对应于所述第二倾斜角度的方向的确定的方向，基于至少所述第二偏航传感器的第二偏航速率来估计所述车辆的运动方向。
9.如权利要求1所述的车辆，还包括：
编码器，耦接到所述平台，其中响应于所述致动器使得所述平台旋转，所述编码器提供所述平台的取向的指示，并且其中所述控制器基于来自所述编码器的输出来确定所述平台的旋转速率。
10.如权利要求1所述的车辆，还包括：
数据储存装置，储存用于所述偏航传感器的校准数据，其中所述校准数据指示在所述平台的给定旋转速率与由所述偏航传感器指示的先前测量的偏航速率之间的映射，并且其中所述控制器还基于所述校准数据来估计所述车辆的运动方向。
11.如权利要求10所述的车辆，还包括输入接口，其中响应于经由所述输入接口接收到校准所述偏航传感器的请求，所述控制器更新所述校准数据。
12.如权利要求10所述的车辆，还包括温度传感器，其中所述校准数据包含在接收到所述校准数据的先前测量的偏航速率时由所述温度传感器指示的先前测量的温度的指示，并且其中基于至少所述温度传感器指示测量的温度与所述先前测量的温度相差至少阈值量，所述控制器更新所述校准数据。
13.如权利要求10所述的车辆，其中，所述控制器基于至少自先前更新所述校准数据的时间起经过至少给定的时间量来更新所述校准数据。
14.如权利要求10所述的车辆，其中，所述控制器响应于激活所述车辆而更新所述校准数据，并且其中激活所述车辆使得所述控制器接受电力。
15.一种方法，包括：
从安装在车辆的平台上的偏航传感器接收所述偏航传感器的偏航速率的指示；
根据(i)与所述偏航传感器的旋转方向相反的旋转方向，并且(ii)基于所述偏航传感器的偏航速率的旋转速率来旋转所述平台；以及
基于至少所述平台的旋转速率来估计所述车辆在环境中的方向。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
确定所述车辆围绕所述车辆的侧倾轴或所述车辆的俯仰轴倾斜，其中所述车辆的倾斜引起所述偏航传感器的偏航轴的倾斜偏移；以及
响应地致动所述平台以减少所述倾斜偏移。
17.一种方法，包括：
获得使用安装在车辆的平台上的传感器收集的传感器数据，其中所述传感器数据包含围绕所述传感器的参考轴的传感器方向的变化率的指示；
旋转所述平台，使得(i)所述旋转方向与所述传感器方向的变化方向相反，并且(ii)所述旋转速率基于所述传感器方向的变化率；以及
基于至少所述平台的旋转速率，估计所述车辆在所述车辆的环境中的方向。
18.如权利要求17所述的方法，还包括：
存取所储存的与所述传感器相关联的校准数据，其中所述所储存的校准数据将所述平台的给定旋转速率映射到先前测量的所述传感器的方向的变化率，并且其中估计所述车辆的方向还基于所述储存的校准数据。
19.如权利要求17所述的方法，还包括：
使能所述车辆的校准模式，其中估计所述车辆的方向还基于所述车辆除了所述校准模式还具有使能操作模式；
基于至少所述校准模式被使能，根据给定旋转速率的序列来旋转所述平台；
对于所述序列中给定的旋转速率，获得所述传感器指示的相应测量；以及
生成校准数据，所述校准数据将所述平台的给定旋转速率映射到所述传感器指示的相应测量速率。
20.如权利要求19所述的方法，还包括：
基于所述校准模式被使能，使得所述车辆的调节装置将所述传感器的温度调整到给定温度；以及
将所述生成的校准数据与所述给定温度相关联。
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