专利名称：使用全球定位系统的车轮定位诊断的制作方法
技术领域：
本公开涉及车辆操作和监测车辆的车轮定位(wheel alignment)。
背景技术：
本部分的说明仅提供有关本公开的背景信息，并且可能不构成现有技术。车辆的车轮定位包括与相对于车辆、车辆的其他车轮以及地面的车轮角度相对应的参数。已知的车轮定位参数包括内倾、外倾、后倾等等。错误定位的车轮和轮胎可向悬架部件及轮胎添加应力，从而导致不规律和过早的轮胎磨损并减少了悬架部件的使用寿命。已知的车辆系统在车辆操作期间主动控制底盘和悬架系统的元件，包括转向、驾驶刚度(ride stiffness)、负荷管理等等。已知的主动底盘和悬架系统依赖于精确的车轮定位来进行有效操作。已知的全球定位系统(GPQ信号及其他全球导航卫星系统(GNSQ信号可为轮式车辆提供精确的定位和导航信息。诸如横摆率传感器和加速度计之类的汽车级惯性传感器可具有高度可变的偏差和比例特性(bias and scale characteristics)，这会导致传感器漂移，从而使得它们在不具有适当的错误纠正技术的情况下，通常不适合用于导航和航向判定功能。例如，对于横摆率传感器偏差，已知的汽车级横摆率传感器允许高达2度/秒的变化。
发明内容
一种通过分析全球定位系统信号来监测车辆车轮定位的方法，其包括监测GPS 信号、基于GPS信号来确定车辆的实际轨迹、监测指示车辆航向的预期改变的车辆传感器、 基于该车辆传感器来确定车辆的预期轨迹、以及基于轨迹的比较来指示出车辆车轮的错误定位(misalignment)。本发明还涉及以下技术方案。方案1. 一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的方法，所述方法包括
监测所述GPS信号；
基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹； 监测指示了车辆航向的预期变化的车辆传感器； 基于所述车辆传感器来确定所述车辆的预期轨迹；以及基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。方案2. 据方案1所述的方法
其中，确定所述车辆的实际轨迹包括基于所述GPS信号来确定所述车辆的
实际横摆率；
其中，确定所述车辆的预期轨迹包括监测指示了所述车辆的预期横摆率的
传感器；以及
其中，基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位包括将所述实际横摆率与所述预期横摆率进行比较；以及
当所述预期横摆率和所述实际横摆率之间的差大于阈值时指示所述车轮的错误定位。方案3. 根据方案2所述的方法，还包括当所述预期横摆率和所述实际横摆率之间的差小于所述阈值时，指示所述车辆的车轮的可接受定位。方案4. 根据方案2所述的方法
其中，监测指示了所述车辆的预期横摆率的传感器包括 监测转向角； 监测车辆速度；以及
基于所述转向角和所述车辆速度来确定预期横摆率；并且其中，确定所述车辆的实际横摆率包括 基于所述GPS信号反复监测车辆航向；以及确定对应于所述车辆航向的实际横摆率。方案5. 根据方案2所述的方法
其中，监测指示了所述车辆的预期横摆率的传感器包括 监测转向角； 监测车辆速度；以及
基于所述转向角和所述车辆速度来确定预期横摆率；并且其中，确定所述车辆的实际横摆率包括
基于所述GPS信号校正横摆率传感器输出的信号； 将经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号用作所述实际横摆率。 根据方案1所述的方法，还包括 监测被选择用于指示当前车辆运行是否稳定的车辆运行因素；以及基于所述监测的车辆运行因素启动所述方法。 根据方案1所述的方法，其中，基于所述GPS信号来确定所述车辆的实
基于所述GPS信号校正从横摆率传感器输出的信号；以及利用经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号来确定所述车辆的
根据方案7所述的方法，其中，校正从所述横摆率传感器输出的信号
基于所述GPS信号反复监测车辆航向； 确定对应于所述车辆航向的实际横摆率；
将从所述横摆率传感器输出的信号与所述实际横摆率进行比较；以
基于所述比较来调节从所述横摆率传感器输出的信号。 根据方案1所述的方法，其中，基于所述GPS信号来确定所述车辆的实
基于所述GPS信号来校正从横摆率传感器输出的信号； 利用经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号和所述GPS信号来方案 6.方案 7.
际轨迹包括
实际轨迹。
方案 8.
包括
及方案 9.
际轨迹包括确定所述车辆的实际轨迹。方案10.根据方案1所述的方法，还包括将所述实际轨迹与直线前进轨迹进行比较，其中，仅当所述实际轨迹与所述直线前进轨迹的比较指示所述车辆位于阈值直线前进轨迹中时，才执行所述轨迹的比较。方案11. 根据方案10所述的方法，其中，基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位包括
将所述车辆的预期轨迹与所述直线前进轨迹进行比较；以及基于所述车辆的预期轨迹与所述直线前进轨迹的差超过阈值来指示
车轮的错误定位。方案12. 根据方案11所述的方法，还包括当所述车辆的预期轨迹和所述直线前进轨迹之间的差小于所述阈值时，指示所述车辆的车轮的可接受定位。方案13.根据方案1所述的方法，其中，基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位包括利用统计学分析来比较所述轨迹。方案14. 一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的方法，所述方法包括
监测所述GPS信号；
基于所述GPS信号定期地校正从横摆率传感器输出的信号； 基于经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号来确定所述车辆的实
际横摆率；
监测指示车辆航向的预期变化的车辆传感器；
基于指示了车辆航向的预期变化的所述车辆传感器来确定所述车辆
的预期横摆率；
将所述预期横摆率与所述实际横摆率进行比较；以及基于所述比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。方案15.—种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的设备，所述设备包括
方向盘转角传感器；
车辆速度传感器；
GPS装置；
控制模块，其用于
监测来自所述GPS装置的GPS信号；
基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹；
监测所述方向盘转角传感器；
监测所述车辆速度传感器；
基于所述方向盘转角传感器和所述车辆速度传感器来确定所述车
辆的预期轨迹；以及
基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。方案16.根据方案15所述的设备，还包括
横摆率传感器；并且
其中，基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹包括 6基于所述GPS信号来校正所述横摆率传感器的信号输出；以及利用所述横摆率传感器的信号输出来确定所述实际轨迹。方案17.根据方案15所述的设备，其中，所述轨迹的比较包括确定所述预期轨迹与所述实际轨迹的差是否超过阈值。方案18.根据方案15所述的设备，其中，基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹包括确定实际横摆率；
其中，基于所述方向盘转角传感器和所述车辆速度传感器来确定所述车辆的预期轨迹包括确定预期横摆率；以及
其中，基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位包括 将所述实际横摆率与所述预期横摆率进行比较；以及基于所述比较来指示车轮的错误定位。
现在将以实例方式并结合附图来描述一个和多个实施例。图1为根据本公开的轮式车辆的平面示意图。图2和图3为根据本公开的算法流程图。
具体实施例方式现在参见附图，其中图示仅是为了示出某些示例性实施例的目的，而并非为了限制它们的目的，图1示意性示出了在一个实施例中包括四轮乘用车的轮式地面车辆10。车辆10包括了两个前轮60和两个后轮70。在一个实施例中，前轮60可相对车辆 10的纵轴线35转向，以提供转向能力，而后轮70相对车辆10的纵轴线35为固定的，但本文所述的概念可应用于四轮转向车辆和后轮转向车辆。车辆10配备有方向盘20，操作员通过方向盘20来控制可转向前轮60的方向，从而控制车辆10的方向。方向盘20配备有方向盘转角(SWA)传感器40以监测包括转向命令的操作员输入。车辆10可配备有其他传感器，包括车辆速度(Vss)传感器25和横摆率(ft·)传感器15。车辆10还配备有称为全球定位系统(GPS) 50的定位和导航系统。GPS 50包括车外通讯系统，并且为车辆10生成定位和导航信息。方向盘转角传感器40、车辆速度传感器25、横摆率传感器15和GPS50信号连接至控制模块30。就本公开而言，描述了确定轨迹、航向、或横摆率的三种方法。实际轨迹、航向或横摆率可根据如全球定位系统数据描述的所得车辆位置数据来确定。预期轨迹、航向或横摆率可根据车辆传感器进行描述，例如，像通过所命令的转向角(和车辆速度(根据需要))所描述的那样。测定轨迹、航向或横摆率可根据横摆率传感器的信号输出进行描述。如果信号输出的误差确定为低于阈值，则可将测定轨迹用作实际轨迹。横摆率传感器为本领域中已知的陀螺装置。示例性横摆率传感器包括压电式传感器和微机械式传感器。在汽车应用中使用GPS信号的方法在本领域中为已知的。使用GPS的已知示例性方法，公开于共同待决的美国专利申请No. 11/ 770，898中并且以引用方式并入本文，该示例性方法允许将GPS信号用于车辆应用中，包括横摆率传感器信号的校准。为了便于描述，将控制模块30示为单个元件。应当认识到，可将由控制模块30执行的功能结合到一个或多个装置中。控制模块30可具有任何合适的形式，包括以下各项的各种组合一个或多个专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的中央处理单元(优选为微处理器)和相关的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、 硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调整和缓冲电路系统、 以及提供所述功能的其他合适部件。控制模块具有一套控制算法，包括存储在内存中并且执行以提供所需功能的驻存软件程序指令与校准。算法优选在预设循环周期内执行。算法是例如通过中央处理单元执行的，并且可运行以监测来自传感装置和其他联网控制模块的输入，以及执行控制致动器工作的控制和诊断例程。在正在进行的发动机运转和车辆运行期间，可以规律的间隔来执行循环周期，例如每3. 125,6. 25,12. 5、25和100毫秒执行一次。作为另外一种选择，算法可响应于事件的发生来执行。当方向盘在中间位置时，车辆被配置成使得车辆上的车轮名义上指向正前方，与车辆纵轴线对齐。如上所述，转向系统配备有方向盘转角传感器40，该方向盘转角传感器被构造为相对于所述中间位置来描述所命令的转向角。所命令的转向角控制车辆的车轮取向。将车辆的车轮取向与所命令的转向角之间的关系描述为车轮定位。影响定位或者导致车轮错误定位的因素在本领域中为已知的。相对于所命令的转向角，定位误差超过阈值的车轮被认为是错误定位的。将车辆置于外部装置中的方法在本领域中为已知的，所述外部装置测量车轮相对于汽车纵轴线的定位。这种外部装置将测量标准应用于车轮定位，由此可诊断错误定位。本领域中的技术人员将会理解，可使用GPS信号来跟踪车辆的运动。已知的是， GPS信号包括误差，即把车辆的位置误置了某个相当大的距离。然而，另外已知的是，对于一个地理区域，GPS误差往往是恒定的，其中描述车辆位置的全部GPS信号具有基本上相同的 GPS误差或者偏差。可以说，GPS信号包括低的准确性(accuracy)但高的精度(precision)。 对于车辆，可通过检查GPS数据的重复取样，确定车辆穿越的轨迹或者路径。利用由GPS装置确定的车辆实际轨迹来基于车辆传感器分析车辆的预期轨迹，从而评估车辆的车轮定位。预期轨迹可包括如通过车辆传感器估计的车辆预期所遵循的路径，例如，描述了测量的车辆速度和横摆率的车辆传感器。示例性的预期轨迹是基于描述了车辆航向的预期改变的车辆传感器。可通过足以比较两个轨迹内定义的点之间的偏差或者误差的任何测量结果来比较轨迹。在一些示例性实施例中，可将实际轨迹和预期轨迹分别表示为实际横摆率和预期横摆率。横摆率的比较可为横摆率的即时比较，例如，在已满足一套测试标准的点处。在另一个实例中，横摆率的比较可基于采样周期中的平均值，在该采样周期中已满足一套测试标准。可设想多种估计车辆的实际和预期轨迹的方法，并且本公开并不意图限于本文所述的具体示例性实施例。可根据本领域中已知的多种方法通过分析GPS数据来确定实际横摆率。例如，可根据两个采样位置(即第一点和第二点)来建立第一航向，可根据第二点和第三点建立第二航向，并且可基于第一和第二航向的差除以第二和第三点的采样之间的时间段来确定横摆率。另一个示例性方法将通过多个点来重复上述计算，并产生采样周期内的平均横摆率。评估GPS数据以确定横摆率的其他方法是已知的，并且本公开并不意图限于本文所述的具体示例性实施例。可根据多种已知的方法通过分析车辆传感器来确定预期横摆率。例如，方向盘转角传感器40可基于车轮的转动来预测车辆的行进弧，并且车辆速度传感器25可用于通过预测的行进弧来估计车辆的前进。额外的因素可能影响预期横摆率，并且在下文中关于公式1提出了示例性因素。在一个示例性方法中，可根据由弧的切线定义的车辆的航向变化来确定预期横摆率。一种用于分析车辆车轮定位的方法是基于分析沿直线前进方向、沿直线前进轨迹、或沿与车辆纵轴线重合的直线上的实际轨迹行进的车辆。当实际轨迹描述了沿直线行进的车辆时，所命令的转向角应指示车轮要与车辆的纵轴线(对应于沿直线方向的预期轨迹)对齐。所命令的转向角和纵轴线之间的任何误差均可描述为定位误差。图2示出了第一流程图(100)，第一流程图(100)描述的操作优选在控制模块30中执行，以监测参考图1 所述的车辆10的车轮60、70的定位。在车辆行进操作期间，使用GPS 50监测车辆10的实际轨迹，即车辆速度和行进方向。控制模块30执行代码以利用得自GPS 50的信息监测包括了车辆行进方向的实际轨迹(步骤110)，并确定车辆10的航向是否包括车辆10沿直线行进(步骤120)。同时，监测由方向盘转角传感器40所指示的对方向盘20的操作员输入以确定所命令的转向角(步骤130)。当车辆10沿直线行进时，预期的所命令的转向角为0度，并且具有一定程度的允许误差以考虑(account for)通过方向盘转角传感器40和相关信号处理而引入的变化性(步骤140)。当预期的所命令的转向角为0度时，确定可转向轮60的车轮定位为可接受的(步骤150)。当预期的所命令的转向角相对于0度的变化量大于预定阈值时，确定可转向轮60的车轮定位为不可接受的，并且可识别出车辆车轮60和70的错误定位(步骤160)。当确定车辆10沿直线行进时，可任选地使用此操作来校准横摆率传感器15的零偏(步骤170)。具体地讲，当车辆10根据实际轨迹沿直线行进时，车辆10的实际横摆率为零，并且横摆率传感器15输出的信号应对应于零横摆率。控制模块30可监测横摆率传感器15的信号输出，即测定的横摆率。可采集从横摆率传感器15输出的大于或小于通过 GPS信号确定的实际零横摆率的任何信号作为横摆率传感器15的零偏，并且优选存储于控制模块30的存储装置的一个中，以用于调节和处理从横摆率传感器15输出的信号。从横摆率传感器15输出的大于或小于实际零横摆率的信号(即横摆率传感器的零偏)可能是由于下列原因所致车辆装配期间横摆率传感器15的误置、车辆维修期间横摆率传感器15的误置、电信号处理和传感器漂移和调零误差、以及其他因素。应当理解，在车辆沿直线行进时启动上述方法，趋于减少扭曲因素在定位测量中的影响。例如，通过弯道的车辆遭受侧向G力，侧向G力又可导致车辆车轮和道路之间的相对运动。另外，应当理解，围绕弯道行进的车辆的车轮以不同速率旋转，并且该相对运动的作用(例如，当与车辆动力系进行的转矩应用相结合时)可导致车轮和道路之间进一步的相对运动。可例如基于通过防抱死刹车系统的车轮速度测量结果，通过控制模块频繁地诊断和潜在地因式化(factor)这种相对运动，但是当车辆沿向前轨迹行进时，执行本文所述的方法会减少这些因素的影响。然而，另外应当理解，将使用本文所述的方法的机会减少至仅当车辆沿阈值向前轨迹行进时，可减少使用该方法的机会。另一种分析车辆车轮定位的方法基于对处于正常、稳定行进中的车辆进行分析， 以及对测定轨迹和预期横摆率的比较。图3示出了第二流程图(200)，第二流程图(200)描述的操作优选在控制模块30中执行，以监测车辆10在行进车辆操作期间的车轮60、70的定位。最初，具体的启动标准被监测并且可包括与路面光滑度、道路弯曲度和车辆运行因素相关的因素。车辆运行因素表明目前车辆是否稳定运行。车辆运行因素优选包括线性轮胎动态范围、适度的或者没有侧向车辆加速度、适度的或没有命令的转向角、无从动轮的空转、无主动的刹车命令、无目前主动的底盘稳定性补偿。优选的是，轮胎压力和车轮半径已知具有一定的容差，如，利用轮胎压力监测系统。在满足或者达到启动标准后，监测车轮定位(步骤210)。监测车辆10的行进路径并且如前文所述利用GPS 50来确定实际车辆轨迹(包括车辆速度和行进方向)(步骤220)。 利用方向盘转角传感器40来监测所命令的转向角，并且利用车辆速度传感器25来监测车辆速度(步骤230)。根据本文所述的方法，可基于车辆10的所命令的转向角和运行状况 (包括车辆速度)计算出预期横摆率(步骤23 。基于利用GPS 50确定的车辆的实际轨迹来确定实际横摆率(步骤225)。应当理解，一旦按照上文的示例性步骤170中所述根据GPS信号进行校正后，就可将从横摆率传感器15输出的信号用作有关车辆实际轨迹的信息的可靠来源。从横摆率传感器15输出的信号可与GPS信号结合使用以进行实际轨迹或者实际横摆率的确定，例如， 在例如以示例性的1赫兹慢采样率确定的GPS信号之间填充数值，或者可替代地，使用来自横摆率传感器15的信号(经校正后)作为实际轨迹或者横摆率确定的唯一根据。横摆率传感器15输出信号的校正可按照启动标准所许可的那样来连续地进行，或者可根据确定的速率来周期性地进行该校正，根据本领域中已知的方法和标准，在所述确定的速率下从横摆率传感器输出的信号变得不可接受地不准确。如果从横摆率传感器15输出的信号在多于阈值时间内没有得到校正，那么基于信号输出的不能接受的准确性，可以禁止使用该信号输出来确定实际轨迹。返回图3，将预期横摆率和实际横摆率进行比较来确定预期横摆率和实际横摆率是否位于允许的容差水平内(步骤250)。当确定预期横摆率和实际横摆率位于允许的容差水平内时，车轮定位确定为可接受的(步骤25幻。当预期横摆率与实际横摆率的差的量大于允许的容差水平时，确认可转向轮60的错误定位(步骤沈0)。基于车辆10的所命令的转向角和运行状况，可使用下述公式计算出预期横摆率 (步骤235)
权利要求
1.一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的方法，所述方法包括 监测所述GPS信号；基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹； 监测指示了车辆航向的预期变化的车辆传感器； 基于所述车辆传感器来确定所述车辆的预期轨迹；以及基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。
2.根据权利要求1所述的方法其中，确定所述车辆的实际轨迹包括基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际横摆率；其中，确定所述车辆的预期轨迹包括监测指示了所述车辆的预期横摆率的传感器；以及其中，基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位包括 将所述实际横摆率与所述预期横摆率进行比较；以及当所述预期横摆率和所述实际横摆率之间的差大于阈值时指示所述车轮的错误定位。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括当所述预期横摆率和所述实际横摆率之间的差小于所述阈值时，指示所述车辆的车轮的可接受定位。
4.根据权利要求2所述的方法其中，监测指示了所述车辆的预期横摆率的传感器包括 监测转向角； 监测车辆速度；以及基于所述转向角和所述车辆速度来确定预期横摆率；并且其中，确定所述车辆的实际横摆率包括 基于所述GPS信号反复监测车辆航向；以及确定对应于所述车辆航向的实际横摆率。
5.根据权利要求2所述的方法其中，监测指示了所述车辆的预期横摆率的传感器包括 监测转向角； 监测车辆速度；以及基于所述转向角和所述车辆速度来确定预期横摆率；并且其中，确定所述车辆的实际横摆率包括基于所述GPS信号校正横摆率传感器输出的信号；将经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号用作所述实际横摆率。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括监测被选择用于指示当前车辆运行是否稳定的车辆运行因素；以及基于所述监测的车辆运行因素启动所述方法。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹包括基于所述GPS信号校正从横摆率传感器输出的信号；以及利用经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号来确定所述车辆的实际轨迹。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，校正从所述横摆率传感器输出的信号包括 基于所述GPS信号反复监测车辆航向；确定对应于所述车辆航向的实际横摆率；将从所述横摆率传感器输出的信号与所述实际横摆率进行比较；以及基于所述比较来调节从所述横摆率传感器输出的信号。
9.一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的方法，所述方法包括 监测所述GPS信号；基于所述GPS信号定期地校正从横摆率传感器输出的信号；基于经过校正的从所述横摆率传感器输出的信号来确定所述车辆的实际横摆率；监测指示车辆航向的预期变化的车辆传感器；基于指示了车辆航向的预期变化的所述车辆传感器来确定所述车辆的预期横摆率； 将所述预期横摆率与所述实际横摆率进行比较；以及基于所述比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。
10.一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的设备，所述设备包括 方向盘转角传感器；车辆速度传感器；GPS装置；控制模块，其用于监测来自所述GPS装置的GPS信号；基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹；监测所述方向盘转角传感器；监测所述车辆速度传感器；基于所述方向盘转角传感器和所述车辆速度传感器来确定所述车辆的预期轨迹；以及基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。
全文摘要
本发明涉及使用全球定位系统的车轮定位诊断。具体地，提供了一种通过分析GPS信号来监测车辆的车轮定位的方法，其包括监测所述GPS信号、基于所述GPS信号来确定所述车辆的实际轨迹、监测指示了车辆航向的预期变化的车辆传感器、基于所述车辆传感器来确定所述车辆的预期轨迹、以及基于所述轨迹的比较来指示所述车辆的车轮的错误定位。
文档编号G01C21/12GK102168977SQ201110021610
公开日2011年8月31日 申请日期2011年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者H·S·裴, J·刘 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司