专利名称：调节用于测量车辆速度的自混合激光传感器系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种调节用于测量车辆速度的自混合激光传感器系统的方法、一种对应的激光自混合传感器、一种调节用于测量车辆速度的自混合激光传感器系统的计算机程序、一种包括该计算机程序的数据存储介质、一种与该数据存储介质耦接的自混合激光传感器系统、以及一种包括该自混合激光传感器系统和该数据存储介质的车辆。
背景技术：
传统的车辆速度测量设备需要另外的独立参考速度来校准该测量设备。例如，在 US2006/0265112 Al中，公开了一种用于校准具有多个车轮的车辆的速度的方法和系统。该方法包括以下步骤基于与多个车轮相关联的平均轮胎尺寸，感测第一车辆速度；基于全球定位数据，感测第二车辆速度；以及自动校准第一车辆速度和第二车辆速度的速度。当第一车辆速度和第二车辆速度不是直接确定的并且不是独立的时，该校准方法是不准确的。预期基于自混合激光多普勒干涉测量法的机动车对地速度感测日益重要，尤其是改进ESP和其它汽车安全系统。然而，为了测量汽车的对地速度，传感器相对于道路表面的取向影响该测量。同样，相对于行驶方向的横向速度分量和振动影响根据所测量的干涉测量信号对速度的计
笪弁。对于汽车安全系统，不断地监视汽车的动态。当前，安全系统使用测量每单个车轮的转数的车轮传感器的输入、以及来自具有例如多轴加速度计和陀螺仪的中央传感器箱的几个输入信号。所记录的动力学数据不幸地是不完整的。当前，仅能够测量汽车车体的加速度和旋转、以及从车轮的转数推导的汽车的前向速度。然而，没有可用的测量汽车获得的相对于道路的速度的商用传感器系统。这样的汽车的对地速度测量将(1)导致直接的而非推导的前向速度的测量，以及 (2)允许获得(give access to)汽车的横向速度。尤其，汽车获得的横向速度对于汽车安全系统而言是非常有用的控制参数，其使得当前安全系统的显著改进成为可能。原则上，可以采用几种技术来测量对地速度。例如，可以考虑雷达(RADAR)、基于照相机的图像识别技术、或激光多普勒干涉测量法。然而，这些技术需要能够应对在机动车中典型地面临的强烈变化条件(例如，诸如下雨、或下雪之类的恶劣天气)，需要具有可管理的尺寸，以及需要是成本有效的。首次，已经认识到一种技术，即，使用自混合干涉原理的激光传感器，其归结为激光多普勒干涉测量法，其满足所有这些机动车的特有需求。SMI传感器合并了以某一角度指向道路的激光器。当激光束照射道路时，其将沿所有方向被反射。当道路相对于激光器运动(即，其上安装有激光器的汽车相对于道路运动) 时，反射光的频率与入射激光束的频率稍有不同。该频率偏移是所谓的多普勒偏移，并且与向着激光束方向的道路的速度分量成比例。当一小部分该反射的、多普勒偏移的激光再次进入激光器腔时，其将与“未受干扰的”激光器腔的光混合，导致干涉图案。该干涉图案将再次准确地以多普勒频率周期性地改变。激光器腔内部的这些改变的干涉图案导致激光功率波动；以此方式，可以依据激光功率来确定多普勒频率以及因而确定道路速度。为了测量汽车相对于道路的二维速度向量，需要两个激光束。而且，需要知道激光束与道路之间的准确角度、以及激光束与汽车之间的准确角度，以便将多普勒频率偏移与汽车速度关联。应用多普勒干涉来测量汽车的对地速度的问题在于以下事实对于速度测量而言，必须知道传感器相对于道路的准确取向以及传感器相对于前进方向的准确取向。然而， 由于激光传感器被安装到汽车车体，因此其取向以及因而入射激光束的角度将由于悬架振动而不断地改变。仿真已经示出5厘米的平衡悬架位置的小偏差导致不可接受的测量误差。然而，悬架系统的动作是不可预测的，并且由此其导致不可接受的低的测量准确度。这同样也适用于传感器相对于前向或前进方向未配准的情况。

发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有增加准确度的光学速度传感器。通过独立权利要求的主题来实现该目的。在从属权利要求中指定了本发明的有利实施例和改进。如在权利要求中定义的本发明的解决方案基于确定传感器关于相对于传感器运动的表面的取向、并且然后在横向速度较小且前向速度较大时获取数据。然后，确定传感器相对于前向速度的方向的取向，并且使用所测量的传感器相对于参考表面和前向速度方向的取向来校正随后测量的速度数据。借助于一种调节用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器的方法来实现该目的。该方法包括以下步骤
一确定由从该表面反射回并再次进入至少一个激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合强度振荡(intensity oscillation)的频率， 一依据所述自混合强度振荡的频率计算速度，
一使用自混合激光传感器的至少第一激光束确定传感器相对于参考表面和预定运动方向的取向，确定传感器的取向的步骤包括以下步骤确定车辆的运动方向是否与预定运动方向一致；获得车辆沿预定运动方向的运动的速度数据；以及基于所述车辆沿预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换。该方法还包括以下步骤通过向所测量的速度数据应用变换，基于所确定的传感器取向，来调节借助于自混合激光传感器所确定的速度数据。用于确定相对于参考表面运动的速度的对应激光自混合速度传感器包括 用于确定由从该表面反射回并再次进入至少一个激光器的腔的激光的多普勒引起的
相移造成的自混合强度振荡的频率的电路，
用于依据自混合强度振荡来确定沿至少一个预定方向的速度的电路，以及用于使用自混合激光传感器的至少第一激光束来确定传感器相对于参考表面的取向的电路。该电路包括用于确定车辆的运动方向与预定运动方向是否一致、获得所述车辆沿所述预定运动方向的运动的速度数据、并且基于用于车辆沿预定运动方向的运动的速度数据来计算变换的电路。此外，提供用于通过向所测量的速度数据应用变换来基于所确定的传感器取向而调节借助于自混合激光传感器所确定的速度数据的电路。
所测量的运动方向与预定方向的一致可能不准确。相反，一般地，在满足阈值条件的情况下，已经假设为一致。例如，在所测量的横向速度落在阈值以下的情况下，可以假设所测量的速度主要是沿着前向方向的速度，而没有横向速度分量的实质贡献。下面更详细地提出这些和其它准则。此外，可以将本发明实现为一种调节用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器系统的计算机程序、或一种包括该计算机程序的数据存储介质。该计算机程序包括用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器系统的程序代码部件，以便当计算机程序在控制自混合激光传感器系统的计算机上运行时执行如上所述的方法的步骤。然后，如上所述的自混合激光传感器系统可以耦接到数据存储介质，从而执行根据本发明的方法。预定运动方向具体地可以为前向方向。因此，在汽车或摩托车的情况下，如果车辆正向前直行行驶，则前向方向为实际运动方向。传感器系统相对于运动表面的未配准可能由相对于参考表面未配准以及相对于速度向量未配准两者引起。根据本发明的方法用来补偿这两种未配准。如果向速度数据应用变换，则可以明确地提取横向运动分量和前向运动分量。根据本发明的优选实施例，通过至少三个激光束来确定速度，每个激光束相对于参考表面的垂向具有不同的方位角。已经示出三个激光束的布置允许正确确定几乎独立于传感器系统的未配准的运动向量。然而，本发明允许清楚地在实际的横向速度分量和前向速度分量之间进行区分。由于在应用通过根据本发明的校准方法获得的变换之后已知激光束相对于参考表面和前向速度方向的准确取向，因此本发明的方法还允许以增加的准确度进行测量，这是因为可以独立于多于一个激光束地确定前向速度。因此，优选地提出使用多轴激光传感器。根据本发明的这种系统包括至少三个激光器，在它们之间具有已知且恒定的(即例如整体式(monolithically)固定的)角度。它们之间这些已知的良好固定的角度具有令人惊讶的优点，即可以依据三个多普勒频率来准确地计算前向(forward)速度分量和横向(lateral)速度分量，并且没有干扰测量结果的振动。可以将由传感器i测量的多普勒频率写为
这里，描述传感器i和速度分量vk的角度配置，#是速度向量的维度。
假设应用0个激光传感器来测量#维速度向量，则依据所有多普勒频率的速度向
量的估计G被给出为
权利要求
1.一种调节用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器的方法，该方法包括以下步骤-确定由从该表面反射回并再次进入至少一个激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合强度振荡的频率，-依据所述自混合强度振荡的频率，计算速度，-使用所述自混合激光传感器的至少第一激光束，确定传感器相对于参考表面和预定运动方向的取向，所述确定传感器的取向的步骤包括以下步骤确定车辆的运动方向是否与预定运动方向一致，获得用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的速度数据，以及基于用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换， 该方法还包括以下步骤-基于所确定的传感器取向，调节借助于自混合激光传感器所确定的速度数据，所述调节速度数据的步骤包括向所测量的速度数据应用所述变换。
2.如权利要求1所述的方法，包括通过测量车辆的与参考表面垂直的垂直速度来确定传感器的取向，以及借助于坐标变换来调节速度数据，使得调节后的平均垂直速度为零。
3.如权利要求1所述的方法，还包括通过沿相对于彼此线性独立的方向发射的至少第二激光束和第三激光束来确定车辆的取向，以及借助于坐标变换来调节第一激光束和速度数据，所述坐标变换补偿传感器的取向与参考表面的失配。
4.如权利要求1所述的方法，包括借助于以下来确定车辆的预定运动方向 -方向盘传感器，或-加速度传感器，或 -罗盘，或-车轮速度传感器的旋转速度数据的比较，或 -GPS单元。
5.如权利要求1所述的方法，包括通过存储所测量的速度数据并对所述数据求平均来确定车辆的预定运动方向，平均后的数据表示所述预定运动方向。
6.如权利要求1所述的方法，其中，响应于对于速度分量超过或低于预定阈值的测量， 而执行获得用于车辆沿着预定运动方向的运动的速度数据的步骤。
7.如权利要求1所述的方法，基于用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换的步骤包括以下步骤-确定第一变换，其将传感器坐标系统的平面配准为平行于参考表面，以及 -确定第二变换，其绕传感器坐标系统的垂直方向旋转传感器坐标系统的平面，使得横向速度的量最小化。
8.如权利要求1所述的方法，基于用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换的步骤包括以下步骤-确定第一变换，其使沿传感器坐标系统的与参考表面垂直的方向的前向速度的分量最小化，或者使与参考表面垂直的速度的量最小化， -确定第二变换，其使横向速度的分量最小化，以及 -确定第三变换，其使运动的横向分量和垂直分量之间的相关性最小化。
9.如权利要求1所述的方法，基于用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换的步骤包括以下步骤“确定激光和所述参考表面之间的三个距离，并依据所述三个距离计算变换，所述变换将传感器在中心坐标的速度与参考表面的速度配准。
10.一种用于确定相对于参考表面运动的速度的激光自混合速度传感器，包括 至少一个激光器，用于确定由从该表面反射回并再次进入至少一个激光器的腔的激光的多普勒引起的相移造成的自混合强度振荡的频率的电路，用于依据所述自混合强度振荡来确定沿至少一个预定方向的速度的电路，以及用于使用所述自混合激光传感器的至少第一激光束来确定传感器相对于参考表面的取向的电路，所述电路包括用于确定车辆的运动方向与预定运动方向是否一致、获得所述车辆沿所述预定运动方向的运动的速度数据、并且基于用于所述车辆沿所述预定运动方向的运动的所述速度数据来计算变换的电路， 该激光自混合速度传感器还包括-用于通过向所测量的速度数据应用所述变换来基于所确定的传感器取向而调节借助于自混合激光传感器所确定的速度数据的电路。
11.如前一权利要求所述的激光自混合速度传感器，包括 -至少两个激光器，优选地至少三个激光器，-用于依据所述自混合强度振荡确定沿着至少一个预定方向的速度的电路， -用于检测在斑纹引起的强度振荡的交界处至少三个激光束中的至少一个的自混合多普勒引起的强度振荡的相位跳跃或极小值的电路，以及-用于校正在斑纹引起的强度振荡的交界处由多普勒引起的强度振荡的频率推导的信号的偏差的电路，该偏差源自相位跳跃。
12.—种调节用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器系统的计算机程序，该计算机程序包括用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器系统的程序代码部件，以便当计算机程序在控制自混合激光传感器系统的计算机上运行时执行如权利要求1所述的方法的步骤。
13.—种包括如权利要求12所述的计算机程序的数据存储介质。
14.一种用于测量车辆相对于参考表面运动的速度的自混合激光传感器系统，其耦接到如权利要求13所述的数据存储介质。
15.一种包括如权利要求10所述的自混合激光传感器或如权利要求13所述的数据存储介质的车辆。
全文摘要
该方法基于确定传感器关于相对于该传感器运动的表面的取向、并且然后在横向速度较小而前向速度较大时获取数据。然后，确定传感器相对于前向速度方向的取向，并且使用所测量的传感器相对于参考表面和前向速度方向的取向来校正随后测量的速度数据。
文档编号G01P21/02GK102292646SQ201080004994
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月18日 优先权日2009年1月20日
发明者M. 范 德 李 A., 恩格尔布雷赫特 B., 海因克斯 C., 门希 H., 卡派 M., 舍曼 M. 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司