CN105807095B - 一种三轴加速度传感器安装误差修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，用于校正加速度传感器坐标系与车辆坐标系之间的角度误差，得到加速度传感器的理论值，其特征在于，该方法通过将加速度传感器安装在车辆上，读取车辆在水平地面上静止时加速度传感器的测量值以及车辆在水平地面上加速运动时加速度传感器的测量值令误差修正系数矩阵得到车辆坐标系下加速度传感器的理论值计算式：式中为一般情况下加速度传感器的测量值。与现有技术相比，本发明考虑了车辆俯仰角度影响，测量条件要求低，计算方法简单，有效消除传感器坐标轴误差。

Description

一种三轴加速度传感器安装误差修正方法

技术领域

本发明涉及一种传感器安装误差修正方法，尤其是涉及一种三轴加速度传感器安装误差修正方法。

背景技术

近年来汽车智能化技术的研究发展迅速，加速度传感器在智能汽车领域的应用日益广泛。在实际应用中，通常需要以车辆坐标系为基准测量加速度数据。这就需要加速度传感器的各感应轴方向与车辆坐标系一致。但是在实际的传感器安装过程中，由于无法避免的安装误差，导致传感器感应轴的实际方向与理想方向存在偏差。这一安装误差对于数据的测量有很大的影响，有必要对其进行修正。针对这一误差的修正，一般采用误差修正矩阵与三轴加速度传感器的实测值相乘的方法得到理想值。现有的求解误差修正矩阵的方法如欧拉法、四元数法在实际应用中标定困难，误差修正的精度受试验条件影响较大。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种过程简单、结果精确的三轴加速度传感器安装误差修正方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，用于校正加速度传感器坐标系与车辆坐标系之间的角度误差，得到加速度传感器的理论值，所述的加速度传感器安装在车辆上，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1，读取车辆在水平地面上静止时加速度传感器的测量值以及车辆在水平地面上直线加速运动时加速度传感器的测量值

S2，计算误差修正系数矩阵K：

式中

S3，根据误差修正系数矩阵K进行误差修正，得到一般情况下的车辆坐标系下加速度传感器的理论值计算式：

式中，为一般情况下的加速度传感器的测量值。

所述的车辆在水平地面上加速运动时加速度传感器的测量值获取方法为：设定加速度，令车辆在水平地面上直线加速行驶，行驶过程中加速度传感器测得多个不同加速度，按向量模值排序，取前1～3项求平均值。

所述的车辆在水平地面上加速运动时加速度传感器测量值为以相同设定的加速度多次行驶测量取平均值。

该方法还可得到一般情况下车辆加速度实际值计算式：

式中，为车辆在水平地面上静止时加速度传感器的测量值，g为通过查表获得的测量地点重力加速度。

所述的加速度传感器安装在车内任意位置，不影响标定精度。

所述的车辆在水平地面上直线加速运动时，传感器测得的加速度值大于或等于9.794m/s²，优选为10.00～10.25m/s²。

与现有技术相比，本发明通过获取车辆在水平地面上静止和加速运动时的加速度传感器测量值，进行两次叉乘可得到误差修正矩阵，考虑了车辆俯仰角度影响，测量条件要求低，计算方法简单，有效消除传感器坐标轴误差；由于车辆在水平地面上加速运动时，加速度很难保持恒定，通过对加速度传感器多次测量的结果取平均值可减小随机误差。

附图说明

图1为本发明三轴加速度传感器坐标系相对于车辆坐标系的安装误差关系示意图；

图2为本发明误差修正矩阵推导过程相关向量示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

图1所示为三轴加速度传感器坐标系(以下简称A系)相对于车辆坐标系(以下简称B系)的安装误差关系。理想情况下，车辆处于水平路面上，坐标系X轴为汽车匀速直线行驶时的前进方向，Y轴为与前进方向垂直的水平侧向，Z轴为重力加速度方向，即与地面垂直的竖直方向。由于安装误差的存在，设车辆坐标系下三轴加速度传感器测量参数理论值为而三轴加速度传感器于本身测量坐标系下的实测值为则有实测值与理论值的关系式

其中，K为安装误差修正系数矩阵，由如下方法得到：

如图1所示，在B系三个坐标轴上的投影，即为的三个分量因此只要求得B系三个坐标轴方向的单位向量在A系下的表达式即可得 即

由式(0.1)和式(0.2)得修正系数矩阵K的表达式。

1.静态试验校准

将车辆停于水平路面上，此时加速度传感器受到的加速度即为重力加速度，传感器输出向量为实际重力加速度为二者满足关系k为实际加速度模量相对于传感器输出向量模量的比例系数，即

式中g的值由重力加速度表查得，由此可得重力加速度传感器输出数据相对于实际值的比例系数

同时还可求得B系的Z轴(与同轴)方向的单位向量在A系下的表达式

即

2.动态试验校准

驾驶车辆在水平直道上直线加速行驶，取行驶过程中传感器输出的较大的几个加速度值求平均，得对应的理论加速度为侧向加速度很小，可忽略不计，用表示方向的单位向量，则

即

3.第一次叉乘

包含两个分量：水平静止时测得的加速度和加速行驶时前进方向加速度由于车辆加速行驶过程中车身俯仰的影响，直接由得到的与B系X轴不平行。但由于在B系中仍平行于车辆纵向对称面(B系的XOZ平面)，因此可先用和叉乘得到B系的Y坐标轴方向的单位向量在A系中的表达式，即

将式(0.7)，式(0.8)，式(0.9)，式(0.11)，式(0.12)，式(0.13)代入式(0.14)得

即

4.第二次叉乘

现已求得B系Y轴和Z轴方向的单位向量和在A系中的表达式，二者叉乘即可得到B系X轴方向单位向量在A系中的表达式，即

将式(0.7)，式(0.8)，式(0.9)，式(0.16)，式(0.17)，式(0.18)代入式(0.19)得

即

综上可得修正系数矩阵K的表达式

式中各元素表达式见式(0.7)，式(0.8)，式(0.9)，式(0.16)，式(0.17)，式(0.18)，式(0.21)，式(0.22)，式(0.23)。

故传感器理论值和实测值满足如下关系式

实际加速度用表示，则

式中，k为式(0.5)所示的比例系数。

本发明提出的两次叉乘法在实际应用中试验简单，容易保证精度。

Claims (5)

1.一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，用于校正加速度传感器坐标系与车辆坐标系之间的角度误差，得到加速度传感器的理论值，所述的加速度传感器安装在车辆上，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1，读取车辆在水平地面上静止时加速度传感器的测量值以及车辆在水平地面上直线加速运动时加速度传感器的测量值

S2，计算误差修正系数矩阵K：

式中

S3，根据误差修正系数矩阵K进行误差修正，得到一般情况下的车辆坐标系下加速度传感器的理论值计算式：

式中，为一般情况下的加速度传感器的测量值。

2.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，其特征在于，所述的车辆在水平地面上加速运动时加速度传感器的测量值获取方法为：设定加速度，令车辆在水平地面上直线加速行驶，行驶过程中加速度传感器测得多个不同加速度，按向量模值排序，取前1～3项求平均值。

3.根据权利要求2所述的一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，其特征在于，所述的车辆在水平地面上加速运动时加速度传感器测量值为以相同设定的加速度多次行驶测量取平均值。

4.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，其特征在于，该方法还可得到一般情况下车辆加速度实际值计算式：

式中，为车辆在水平地面上静止时加速度传感器的测量值，g为通过查表获得的测量地点重力加速度数值。

5.根据权利要求1所述的一种三轴加速度传感器安装误差修正方法，其特征在于，所述的加速度传感器安装在车内任意位置。