专利名称：无陀螺惯性定位及姿态测量单元在车辆智能辅助驾驶系统中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无陀螺惯性定位及姿态测量单元在车辆智能辅助驾驶系统中的应用。
背景技术：
社会的进步对汽车的舒适性、安全性以及节能环保提出了更高的要求。而智能辅助驾驶车辆致力于提高汽车的舒适性，安全性和良好的人车交互环境，是目前各国重点发展的智能交通系统中的一个重要组成部分，也是世界汽车工程领域的研究热点和汽车工业增长的新动力。智能辅助驾驶车辆是一种集环境感知，规划决策，多等级辅助驾驶功能于一体的综合系统。它集中采用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术，是典型的高新技术综合体。目前，车辆智能辅助驾驶系统中应用的定位及姿态测量单元使用的是传统的惯性导航系统，通常采用微积分的方法，即由加速度计测得车辆的线加速度，然后积分得到速度，位移，同时与使用陀螺仪测量得到的车辆角速度信息一起得到完整的车辆状态信息。在传统的惯性导航系统中，便宜的陀螺仪缺乏精确导航所需要的精度，而高精度的陀螺仪虽能提供高精确度的车辆实时状态信息，但其价格非常的昂贵。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种无陀螺惯性定位及姿态测量单元在车辆智能辅助驾驶系统中的应用，它成本低，精度高，可作为智能辅助驾驶系统的一个子系统。本发明解决其技术问题所采取的技术方案是它包括加速度计、信号条理AD转换模块、数据存储及处理模块、数据传输模块和PC机；加速度计输出的比力信号首先通过信号调理电路，转换成适合AD器件输入范围的电压信号，AD输出的采样数据经缓存暂存，交由DSP进行解算处理，最后将解算得到的一些导航信息，传送给PC机，作进一步的处理、分析、显示。本发明成本低，不仅可作为智能辅助驾驶系统的一个子系统，为高速运行的智能车车辆状态信息，具有极广阔的应用前景和很大的市场价值。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1为本发明基于正方体INS的加速度计位置具体实施方式
示意图；图2为本发明无陀螺惯性定位及姿态测量系统的工作流程图；图3为本发明数据采集及处理模块的总体框图；图4为本发明核心算法流程图。
具体实施例方式如图1所示，本发明采用基于正立方体型的惯性测量系统。设计在边长为2L的正立方体的每个面的中心布置一个加速度计。加速度计的传感器方向沿着每个面的对角线方向并且这些对角线构成了一个规则的正四面体，且以正方体的中心为坐标原点。如图2所示，本发明包括加速度计、信号条理AD转换模块、数据存储及处理模块、数据传输模块和PC机。系统工作流程为加速度计输出的比力信号首先通过信号调理电路，转换成适合AD器件输入范围的电压信号。AD输出的采样数据经缓存暂存，交由DSP进行解算处理，最后将解算得到的一些导航信息，传送给PC机，作进一步的处理、分析、显示。如图3所示，为系统硬件总体设计方案。其中标识了硬件的接口关系及控制信号走向。对外信号接口共包括PC机数据交换接口和比力信号接口。PC机数据交换接口包括外部给系统的控制命令以及系统解算完的导航信息输出到外部PC机。比力信号接口为系统进行解算的原始测量信号。
控制信号走向第(I)线为DSP处理器通过RS422串口与外部进行通讯，双向RS422电平；第(2)线为DSP写入FLASH的掉电保存程序，用以正式试验时的上电自动运行；第(3)_(6)线为进行调试时用于数据的临时存储的SDRAM读写控制；第(7)-(10)线为系统基准时钟的逻辑控制;第(11)-(13)线为对外部的模拟信号进行AD采样；第(14)-(16)线为数据临时存储器FIFO的读写控制；如图4所示，为系统的核心算法示意图。首先对加速度计传感器进行建模，得出其物理模型和数学模型，从而得出加速度计输出的初步表达式。然后提出用来描述车辆坐标系(刚体Σ )相对于惯性坐标系运动的旋转矩阵F(t)以及反对称矩阵Ω，使车辆坐标系上任何点的运动都能通过相对于惯性参考系平动向量RI (t)和旋转矩阵F(t)来描述。基于正立方体型的加速度计布置策略，可推导出系统的状态方程和输出方程。进一步推导了加速度计输出公式，并对旋转操作特性进行了理论证明。可证明了无陀螺仪式惯性导航系统的可行性条件，即布置矩阵J有左逆阵，最终推导出系统的状态方程和输出方程。
权利要求
1. 一种无陀螺惯性定位及姿态测量单元在车辆智能辅助驾驶系统中的应用，其特征在于它包括加速度计、信号条理AD转换模块、数据存储及处理模块、数据传输模块和PC机；加速度计输出的比力信号首先通过信号调理电路，转换成适合AD器件输入范围的电压信号，AD输出的采样数据经缓存暂存，交由DSP进行解算处理，最后将解算得到的一些导航信息，传送给PC机，作进一步的处理、分析、显示。
全文摘要
本发明涉及一种无陀螺惯性定位及姿态测量单元在车辆智能辅助驾驶系统中的应用。它包括加速度计、信号条理AD转换模块、数据存储及处理模块、数据传输模块和PC机；加速度计输出的比力信号首先通过信号调理电路，转换成适合AD器件输入范围的电压信号，AD输出的采样数据经缓存暂存，交由DSP进行解算处理，最后将解算得到的一些导航信息，传送给PC机，作进一步的处理、分析、显示。它成本低，精度高，可作为智能辅助驾驶系统的一个子系统。
文档编号G01C21/26GK103017776SQ20121052405
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者可伟, 乔海岩, 姚廷伟, 戴春江, 姜校亮 申请人:河北汉光重工有限责任公司