CN101603972B - 用于汽车稳定性控制系统的横摆角速度与加速度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在汽车电子稳定控制系统中利用加速度传感器测量汽车侧向加速度与横摆角速度的方法，即用于汽车稳定性控制系统的横摆角速度与加速度测量方法。该方法是在基座上布置两个双轴加速度传感器(微机电加速度传感器)，这两个加速度传感器要布置在一个平面内，并相距一段距离l，应有一个敏感轴位于同一直线上。两个加速度传感器测得的信号输入到一个微处理器，并由后者进行信号处理，然后通过数字信号输出接口输出加速度与横摆角速度信号。本发明可明显降低汽车电子稳定控制系统中横摆角速度信号测量的技术难度与成本，从而使汽车电子稳定控制系统的成本明显降低。解决了由于微机电陀螺技术落后而影响电子稳定控制系统产品研发的难题。

Description

用于汽车稳定性控制系统的横摆角速度与加速度测量方法 

技术领域

本发明涉及汽车稳定性控制系统中对车辆横摆角速度与侧向加速度的测试技术，属汽车行驶参数测试技术领域 

背景技术

汽车底盘稳定性控制系统可明显提高汽车主动安全性，其在欧美发达国家装车率已非常普遍，美国已通过立法强制要求将汽车电子稳定控制系统做汽车标准配置。汽车底盘稳定性控制系统的主要功能包括车辆横摆控制、转弯制动控制、防翻滚控制等，该控制系统的最重要控制变量即为汽车横摆角速度与侧向加速度，目前一般是通过采有相应传感器直接测量方法得到这两个控制参数。汽车电子稳定控制系统所采用的横摆角速度与侧向加速度传感器均是基于MEMS技术的微机电传感器，目前应用中一般是将两个传感器集成于一个电路板上并通过一个壳体进行封装，组装成一个传感器集合，它是汽车电子稳定控制系统的核心部件之一。其中加速度传感器容易测量，成本低，测试精度高，受外界环境影响因素小。但横摆角速度一般是采用微机电陀螺传感器测量，成本较加速度传感器高出几倍，测试精度受温度等环境因素影响很大。为消除环境因素对横摆角速度传感器特性的影响，需要在封装的传感器内部设置复杂且成本很高的抵抗环境温度变化的装置，这导致汽车电子稳定控制系统的横摆角速度与加速度信号测量成本很高，技术难度大，使整个系统的成本居高不下，影响汽车电子稳定控制系统的普及应用。同时国内目前还不掌握微机电陀螺的生产技术，这一技术被国外几大公司垄断，使我国难以开发出与国外公司相竞争的用于汽车电子稳定控制系统的横摆角速度与侧向加速度传感器集合。这也阻碍了我国自主品牌汽车子稳定控制系统产品的开发。同时国内的加速度测试传感器测试技术包括微机电加速度传感器已比较成熟，而且汽车加速度信号也是汽车电子稳定控制系统所需要的控制变量。因此本发明提出一种利用成本低且技术上容易实现的加速度传感器测试横摆角速度的方法并给出通过两个双轴加速度传感器组成一个传感器集合测试汽车横摆角速度和侧向加速度信号的方法。 

发明内容

本发明的目的是提出一种利用加速度传感器测量汽车侧向加速度与横摆角速度的方法，即用于汽车稳定性控制系统的横摆角速度与加速度测量方法。该方法可明显降低汽车电子稳定控制系统中横摆角速度与侧向加速度传感器的技术难度及成本，从而使汽车电子稳定控制系统的成本也得到明显降低。 

本发明的上述目的是通过一下技术方案实现的，结合附图说明如下： 

一种用于汽车电子稳定控制系统的横摆角速度与加速度测量方法，其特征在于，由两个双轴加速度传感器(1、2)布置在一个平面内，相距一段距离l，每个双轴加速度传感器的两敏感轴要互相垂直，两双轴加速度传感器(1、2)有一个敏感轴位于同一直线上，另一敏感轴互相平行；两个双轴加速度传感器(1、2)与一个微处理器(3)相连接，微处理器(3)与输出接口(4)相连接。 

两个双轴加速度传感器(1、2)测得的信号输入到一个微处理器(3)，并由微处理器(3)进行信号处理与计算，然后通过数字信号输出接口(4)根据使用要求输出全部、部分或平均加速度与横摆角速度信号，横摆角速度按下式确定： 

$\mathrm{\ω}=\frac{V_A}{\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}}$

$\stackrel{\↔}{\mathrm{OA}}=\frac{l}{\sin ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)}\·\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\α}}_2)$

$V_A=\sqrt{V_{\mathrm{Ax}}^2+V_{\mathrm{Ay}}^2}$

式中： 

V_Ax＝∫a_Axdt 

V_Ay＝∫a_Aydt 

V_By＝∫a_Bydt 

V_Bx＝∫a_Bxdt 

${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{V_{\mathrm{Ax}}}{V_{\mathrm{Ay}}}$

${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{V_{\mathrm{Bx}}}{V_{\mathrm{By}}}$

附图说明

图1本发明汽车横摆角速度与侧向加速度测试系统示意图。 

图2横摆角速度确定原理图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。 

本发明的方法是在电路板上布置两个双轴加速度传感器(可采用微机电加速度传感器)，这两个加速度传感器要布置在一个平面内，并相距一段距离l。两个加速度传感器测得的信号输入到一个微处理器，并由后者进行信号处理与计算，然后通过数字信号输出接口输出加速度与横摆角速度信号。加速度信号根据微处理器得到的传感器测量值经滤波处理直接以相应数字信号输出。

以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细说明。 

实现本发明的具体技术方案参阅图1：双轴加速度传感器1和2沿水平平面固定于基座5上，并设安装点分别为A点和B点，二者相距距离为l，两个传感器应有一个敏感轴位于同一直线上，另一个敏感轴互相平行。两个加速度传感器与微处理器3之间电连接，微处理器3与输出接口4之间电连接。也可以将两个加速度传感器与微处理器布置在同一个线路板上，这样便于传感器的封装。加速度传感器测得的加速度信号输入至微处理器，由微处理器进行信号处理与计算。加速度信号根据使用要求可以输出四个测量值的全部或部分，或者是其平均值。横摆角速度信号按以下公式确定： 

$\mathrm{\ω}=\frac{V_A}{\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}}$

$\stackrel{\↔}{\mathrm{OA}}=\frac{l}{\sin ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)}\·\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\α}}_2)$

$V_A=\sqrt{V_{\mathrm{Ax}}^2+V_{\mathrm{Ay}}^2}$

式中： 

V_Ax＝∫a_Axdt 

V_Ay＝∫a_Aydt 

V_By＝∫a_Bydt 

V_Bx＝∫a_Bxdt 

${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{V_{\mathrm{Ax}}}{V_{\mathrm{Ay}}}$

${\mathrm{\α}}_2=\arctan \frac{V_{\mathrm{Bx}}}{V_{\mathrm{By}}}$

上述计算式的推导过程如下： 

参阅图2所示，两加速度传感器分别布置于A点和B点。二者相距为l。由传感器测得的A点沿敏感轴方向的加速度分别为a_Ax，a_Ay，B点沿传感器敏轴方向的加速度分别为a_Bx，a_By，对测得的加速度进行积分可得A，B两点沿敏感轴的速度V_Ax，V_Ay，V_Bx，V_By。 

V_Ax＝∫a_Axdt 

V_Ay＝∫a_Aydt 

V_By＝∫a_Bydt 

V_Bx＝∫a_Bxdt 

根据速度矢量合成法则可求得A点绝对速度V_A，B点绝对速度V_B。 

$V_A=\sqrt{V_{\mathrm{Ax}}^2+V_{\mathrm{Ay}}^2}$

OA为V_A的垂线，OB为V_B的垂线，二者交点为O，则O点为传感器的转动瞬心。利用□OAB可求得OA的长度。 

${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{V_{\mathrm{Ax}}}{V_{\mathrm{Ay}}}$

${\mathrm{\α}}_1=\arctan \frac{V_{\mathrm{Bx}}}{V_{\mathrm{By}}}$

$\∠\mathrm{OAB}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-{\mathrm{\α}}_1$

$\∠\mathrm{OBA}=\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\α}}_2$

∠BOA＝α₁-α₂

对□OAB应用正弦定理 

$\frac{\stackrel{\↔}{\mathrm{OA}}}{\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\α}}_2)}=\frac{l}{\sin ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)}$

因此有： 

$\stackrel{\↔}{\mathrm{OA}}=\frac{l}{\sin ({\mathrm{\α}}_1-{\mathrm{\α}}_2)}\·\sin (\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\α}}_2)$

因此，系统的横摆角速度ω的计算式为： 

$\mathrm{\ω}=\frac{V_A}{\stackrel{\→}{\mathrm{OA}}}$

Claims (1)

1.一种用于汽车电子稳定控制系统的横摆角速度与加速度测量方法，其特征在于，首先由两个双轴加速度传感器(1、2)布置在一个平面内，相距一段距离l，每个双轴加速度传感器的两敏感轴要互相垂直，然后将两双轴加速度传感器(1、2)有一个敏感轴位于同一直线上，另一敏感轴互相平行；两个双轴加速度传感器(1、2)与一个微处理器(3)相连接，微处理器(3)与输出接口(4)相连接；两个双轴加速度传感器(1、2)测得的信号输入到微处理器(3)，并由微处理器(3)进行信号处理与计算，然后通过数字信号输出接口(4)根据使用要求输出全部、部分或平均加速度与横摆角速度信号，横摆角速度按下式确定：

式中：l为两加速度传感器安装位置中心之间的距离，

α₁，α₂分别为A点和B点传感器测得的绝对加速度与A点和B点连线的夹角。其计算方法为：

V_Ax，V_Ay为A点处沿A点传感器敏感轴的速度分量，V_Bx，V_By为B点处沿B点传感器敏感轴的速度分量,其计算方法为：

V_Ax＝∫a_Axdt

V_Ay＝∫a_Aydt

V_By＝∫a_Bydt

V_Bx＝∫a_Bxdt

a_Ax，a_Ay分别为由A点传感器测得的A点沿敏感轴方向的加速度分量，a_Bx，a_By分别为由B点传感器测得的沿敏轴方向的加速度分量。 

Images