CN107702684A - 基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法 - Google Patents

基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，该方法包括：通过九轴传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身和前轮的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身航向角；利用前轮三维加速度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮侧偏角；利用前轮三维地磁强度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮航向角；利用车身航向角参数、前轮侧偏角参数和前轮航向角参数，经姿态算法计算获得前轮转向角；将车身航向角、前轮侧偏角及前轮转向角的数据进行融合分析获得前轮转向角度的变化趋势。

Description

基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法
技术领域
本发明涉及机动车安全运行状态监测方法，尤其涉及一种基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法。
背景技术
机动车运行安全状态监测技术是保证机动车安全行驶的主要手段，也是机动车运行安全检测技术发展的必然趋势。采用机动车运行安全状态监控技术对机动车运行安全状态和运行指标进行动态监测，及时发现和预防机动车故障，发展监测、控制、管理和决策于一体的安全监控网络体系，对机动车安全运行具有重要意义；它是关系到国家和人民生命财产安全的一项重大的社会公益技术工作，是保障机动车辆运行安全重要的技术支撑，是政府管理部门对机动车安全运行的非常重要的技术保障；它不仅能提高机动车安全运行的技术保障能力和减少交通事故，而且对促进机动车工业及交通运输事业的发展有重大意义。
机动车运行安全状态监测主要包括监测机动车(车身、车轮)运动姿态参数、动载荷参数、制动性能参数。机动车在运行过程中，会产生制动、加速、转向、直线行驶等工况，车轮是机动车行驶过程中唯一与地面接触部件，包含丰富的机动车运行信息(运动姿态、驱动力、制动力、动载荷、转向、冲击)，而前轮转向角参数是驾驶员通过方向盘准确控制汽车行驶方向的依据，避免方向跑偏、失控等现象，提高了汽车操控性和行驶稳定性，保证汽车行驶安全，具有十分重要的作用。
目前，驾驶员在驾驶过程中无法获得前轮转向角参数，仅通过方向盘转角与前轮转向角的非线性关系及眼睛来判定前轮转向角；如需测量前轮转向角参数，需要到特定的维修厂和在专门台架上进行检测，操作比较复杂，误差大、重复性差，难以准确测量转向角参数；并且也缺乏对前轮转向角参数的变化趋势进行预测的功能。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，包括：
A通过九轴传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身和前轮的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；
B利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身航向角；
C利用前轮三维加速度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮侧偏角；
D利用前轮三维地磁强度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮航向角；
E利用车身航向角参数、前轮侧偏角参数和前轮航向角参数，经姿态算法计算获得前轮转向角；
F将车身航向角、前轮侧偏角及前轮转向角的数据进行融合分析获得前轮转向角度的变化趋势。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
1、通过应用九轴传感器测量技术，实现在行驶过程中准确测量汽车前轮转向角。
2、通过汽车前轮转向角参数帮助驾驶员通过方向盘准确控制汽车行驶方向，避免方向跑偏、失控等现象，提高了汽车操控性和行驶稳定性，保证汽车行驶安全，具有十分重要的作用。
3、通过分析预测程序将前轮转向角数据与其历史数据分析比较，获得前轮转向角的变化趋势，增加对前轮转向角变化的预测功能，形成一个完整、相对独立的测量平台，并能够提供统一数据接口模式供有关政府管理部门加以应用。
4、通过九轴传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁感应计组合测量和数据融合，提高了汽车前轮转向角测量的准确性。
附图说明
图1是基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法流程图；
图2是九轴传感器汽车前轮转向角监测系统整体布置图；
图3是九轴传感器汽车前轮转向角测量模块安装示意图；
图4是九轴传感器汽车车身转向角测量模块安装示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，包括以下步骤：
步骤101通过九轴传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身和前轮的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；
步骤102利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身航向角；
步骤103利用前轮三维加速度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮侧偏角；
步骤104利用前轮三维地磁强度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮航向角；
步骤105利用车身航向角参数、前轮侧偏角参数和前轮航向角参数，经姿态算法计算获得前轮转向角；
步骤106将车身航向角、前轮侧偏角及前轮转向角的数据进行融合分析获得前轮转向角度的变化趋势。
上述步骤101中分别通过车身九轴传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身三维加速度、车身三维角速度及车身三维地磁强度；
通过前轮九轴传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知前轮三维加速度、前轮三维角速度及前轮三维地磁强度。
车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；
前轮三维加速度包括：前轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；
前轮三维角速度包括：前轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度。
上述九轴传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁感应计组成。
参见图2，为基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法所采用的系统整体布局图，包括前轮1、前轮九轴传感器测量模块2、车身测量模块3及车内中央控制模块4，其中前轮九轴传感器测量模块安装于前轮的轮毂赤道表面上，车身测量模块3安装在车辆质心位置，车内中央控制模块4安装于车内；前轮九轴传感器测量模块2与车内中央控制模块4之间通过无线射频实现双向通讯，车身测量模块3与车内中央控制模块4之间通过CAN总线双向通信。
参见图3，前轮九轴传感器测量模块安装于车轮轮毂赤道面的表面上，前轮九轴传感器测量模块的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂切线方向、轮毂的侧向、轮毂的轴心方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向轮毂的侧向、轮毂切线方向、轮毂轴心的反方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。
参见图4，车身测量模块安装在车辆质心位置，车身测量模块的安装要求：加速度计和陀螺仪的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向车身前进方向、驾驶员左侧方向、垂直向上方向；磁感应计的三个敏感轴X轴、Y轴、Z轴分别指向驾驶员左侧方向、前进方向、垂直地心方向；坐标系Oxyz是正交的右手坐标系。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：
A通过九轴传感器的三轴加速计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身和前轮的三维加速度、三维角速度以及三维地磁强度；
B利用车身三维加速度参数、车身三维角速度参数和车身三维地磁强度参数，经姿态算法计算获得车身航向角；
C利用前轮三维加速度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮侧偏角；
D利用前轮三维地磁强度参数和前轮三维角速度参数，经姿态算法计算获得前轮航向角；
E利用车身航向角参数、前轮侧偏角参数和前轮航向角参数，经姿态算法计算获得前轮转向角；
F将车身航向角、前轮侧偏角及前轮转向角的数据进行融合分析获得前轮转向角度的变化趋势。
2.如权利要求1所述的基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：
通过车身九轴传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知车身三维加速度、车身三维角速度及车身三维地磁强度；
通过前轮九轴传感器的三轴加速度计、三轴陀螺仪及三轴磁感应计分别感知前轮三维加速度、前轮三维角速度及前轮三维地磁强度。
3.如权利要求1所述的基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，其特征在于，所述
车身三维加速度参数包括：车身纵向加速度、侧向加速度和垂向加速度；
车身三维角速度参数包括：车身侧倾角速度、俯仰角速度和车身横摆角速度；
前轮三维加速度包括：前轮切向加速度、侧向加速度和向心加速度；
前轮三维角速度包括：前轮侧倾角速度、旋转角速度和航向角速度。
4.如权利要求1所述的基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，其特征在于，所述九轴传感器由三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁感应计组成。
5.如权利要求1所述的基于九轴传感器汽车前轮转向角监测方法，其特征在于，所述九轴传感器中设置有测量模块，包括前轮测量模块和车身测量模块；
所述前轮测量模块安装在前轮轮毂赤道面的表面上；
车身测量模块安装在车辆质心位置。
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