專利名稱：無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量單元在車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量單元在車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
社會的進(jìn)步對汽車的舒適性、安全性以及節(jié)能環(huán)保提出了更高的要求。而智能輔助駕駛車輛致力于提高汽車的舒適性，安全性和良好的人車交互環(huán)境，是目前各國重點(diǎn)發(fā)展的智能交通系統(tǒng)中的一個重要組成部分，也是世界汽車工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和汽車工業(yè)增長的新動力。智能輔助駕駛車輛是一種集環(huán)境感知，規(guī)劃決策，多等級輔助駕駛功能于一體的綜合系統(tǒng)。它集中采用了計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代傳感、信息融合、通訊、人工智能及自動控制等技術(shù)，是典型的高新技術(shù)綜合體。目前，車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用的定位及姿態(tài)測量單元使用的是傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，通常采用微積分的方法，即由加速度計(jì)測得車輛的線加速度，然后積分得到速度，位移，同時與使用陀螺儀測量得到的車輛角速度信息一起得到完整的車輛狀態(tài)信息。在傳統(tǒng)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)中，便宜的陀螺儀缺乏精確導(dǎo)航所需要的精度，而高精度的陀螺儀雖能提供高精確度的車輛實(shí)時狀態(tài)信息，但其價格非常的昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量單元在車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用，它成本低，精度高，可作為智能輔助駕駛系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是它包括加速度計(jì)、信號條理AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和PC機(jī)；加速度計(jì)輸出的比力信號首先通過信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成適合AD器件輸入范圍的電壓信號，AD輸出的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)緩存暫存，交由DSP進(jìn)行解算處理，最后將解算得到的一些導(dǎo)航信息，傳送給PC機(jī)，作進(jìn)一步的處理、分析、顯示。本發(fā)明成本低，不僅可作為智能輔助駕駛系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，為高速運(yùn)行的智能車車輛狀態(tài)信息，具有極廣闊的應(yīng)用前景和很大的市場價值。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明基于正方體INS的加速度計(jì)位置具體實(shí)施方式
示意圖；圖2為本發(fā)明無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量系統(tǒng)的工作流程圖；圖3為本發(fā)明數(shù)據(jù)采集及處理模塊的總體框圖；圖4為本發(fā)明核心算法流程圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明采用基于正立方體型的慣性測量系統(tǒng)。設(shè)計(jì)在邊長為2L的正立方體的每個面的中心布置一個加速度計(jì)。加速度計(jì)的傳感器方向沿著每個面的對角線方向并且這些對角線構(gòu)成了一個規(guī)則的正四面體，且以正方體的中心為坐標(biāo)原點(diǎn)。如圖2所示，本發(fā)明包括加速度計(jì)、信號條理AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和PC機(jī)。系統(tǒng)工作流程為加速度計(jì)輸出的比力信號首先通過信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成適合AD器件輸入范圍的電壓信號。AD輸出的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)緩存暫存，交由DSP進(jìn)行解算處理，最后將解算得到的一些導(dǎo)航信息，傳送給PC機(jī)，作進(jìn)一步的處理、分析、顯示。如圖3所示，為系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方案。其中標(biāo)識了硬件的接口關(guān)系及控制信號走向。對外信號接口共包括PC機(jī)數(shù)據(jù)交換接口和比力信號接口。PC機(jī)數(shù)據(jù)交換接口包括外部給系統(tǒng)的控制命令以及系統(tǒng)解算完的導(dǎo)航信息輸出到外部PC機(jī)。比力信號接口為系統(tǒng)進(jìn)行解算的原始測量信號。
控制信號走向第(I)線為DSP處理器通過RS422串口與外部進(jìn)行通訊，雙向RS422電平；第(2)線為DSP寫入FLASH的掉電保存程序，用以正式試驗(yàn)時的上電自動運(yùn)行；第(3)_(6)線為進(jìn)行調(diào)試時用于數(shù)據(jù)的臨時存儲的SDRAM讀寫控制；第(7)-(10)線為系統(tǒng)基準(zhǔn)時鐘的邏輯控制;第(11)-(13)線為對外部的模擬信號進(jìn)行AD采樣；第(14)-(16)線為數(shù)據(jù)臨時存儲器FIFO的讀寫控制；如圖4所示，為系統(tǒng)的核心算法示意圖。首先對加速度計(jì)傳感器進(jìn)行建模，得出其物理模型和數(shù)學(xué)模型，從而得出加速度計(jì)輸出的初步表達(dá)式。然后提出用來描述車輛坐標(biāo)系(剛體Σ )相對于慣性坐標(biāo)系運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)矩陣F(t)以及反對稱矩陣Ω，使車輛坐標(biāo)系上任何點(diǎn)的運(yùn)動都能通過相對于慣性參考系平動向量RI (t)和旋轉(zhuǎn)矩陣F(t)來描述?；谡⒎襟w型的加速度計(jì)布置策略，可推導(dǎo)出系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程。進(jìn)一步推導(dǎo)了加速度計(jì)輸出公式，并對旋轉(zhuǎn)操作特性進(jìn)行了理論證明?？勺C明了無陀螺儀式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性條件，即布置矩陣J有左逆陣，最終推導(dǎo)出系統(tǒng)的狀態(tài)方程和輸出方程。
權(quán)利要求
1. 一種無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量單元在車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用，其特征在于它包括加速度計(jì)、信號條理AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和PC機(jī)；加速度計(jì)輸出的比力信號首先通過信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成適合AD器件輸入范圍的電壓信號，AD輸出的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)緩存暫存，交由DSP進(jìn)行解算處理，最后將解算得到的一些導(dǎo)航信息，傳送給PC機(jī)，作進(jìn)一步的處理、分析、顯示。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無陀螺慣性定位及姿態(tài)測量單元在車輛智能輔助駕駛系統(tǒng)中的應(yīng)用。它包括加速度計(jì)、信號條理AD轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)存儲及處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和PC機(jī)；加速度計(jì)輸出的比力信號首先通過信號調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成適合AD器件輸入范圍的電壓信號，AD輸出的采樣數(shù)據(jù)經(jīng)緩存暫存，交由DSP進(jìn)行解算處理，最后將解算得到的一些導(dǎo)航信息，傳送給PC機(jī)，作進(jìn)一步的處理、分析、顯示。它成本低，精度高，可作為智能輔助駕駛系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。
文檔編號G01C21/26GK103017776SQ20121052405
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者可偉, 喬海巖, 姚廷偉, 戴春江, 姜校亮 申請人:河北漢光重工有限責(zé)任公司