CN110954098A - 一种应用于汽车的惯性导航系统 - Google Patents

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Abstract

一种应用于汽车的惯性导航系统的工作过程如下：step1,惯导系统随汽车开机，前2秒内静基座采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，得到初始姿态矩阵、初始欧拉角和初始四元数；step2，以100Hz频率采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，获得三轴加速度和三轴角速率的数据，毕卡算法更新四元数，并解算欧拉角；step3，根据比力方程计算，扣除有害加速度后得到地速，所述的地速不考虑天速，只考虑北速和东速；step4，地速标量值和航向角参与数字地图导航得到地图中的当前方向和行驶速度；step5，俯仰角和横滚角参与防倾翻预算计算。

Description

一种应用于汽车的惯性导航系统
技术领域
本发明涉及到惯性导航领域，较为具体的，涉及到一种应用于汽车的惯性导航系统。
背景技术
市面上普通的汽车惯性导航系统一般只是提供航向角,或者与GPS组成组合导航系统,为数字地图服务。汽车需要很多预警机制，本惯性导航系统在提供精确的欧拉角(包括航向角、俯仰角、横滚角)和载体速度的基础上对汽车提供三种预警服务：一是防倾翻预警；二是防刹车过激和加速过激；三是防手刹遗忘。
发明内容
本发明专利的应用于汽车的惯性导航系统专为汽车设计，基于32位MCU 和三轴陀螺、三轴加速度计数据进行解算，既能提供精准的导航信息，又能为汽车提供三种预警报警服务，所述的应用于汽车的惯性导航系统与汽车中控单元之间CAN通信。
导航信息包括欧拉角和速度信息，利用毕卡算法四元数解算姿态数据并更新欧拉角，并根据比力方程计算地速，地速包括北速与东速的矢量和。
本系统三种预警报警服务机制为：
1、防侧翻预警：通过对单轴陀螺和三轴加速度计的姿态数据解算，得到航向角、俯仰角和横滚角，航向角参与汽车的数字地图计算，当横滚角与俯仰角大于设定值A、B时给汽车中央控制单元发送预警指令，提示即将有翻车风险，设定值A、B可根据不同车型进行设置(不同的车型有不同的倾翻危险值和倾翻最大值)；
2、防刹车过激和加速过激：本惯导系统加速度计实时监控汽车的加速与刹车加速度情况，汽车有正常加速和刹车加速度范围，加速度超过一定范围值会导致刹车片过早老化，此时汽车提醒乘客适当防止过激刹车或加速，当加速度过大时惯导系统会发送防撞预警给中控单元提醒打开防撞气囊；
3、防手刹遗忘：所谓防手刹遗忘，就是防止用户忘记手刹或手刹不紧而导致的车辆位移的情况；本系统自发动机关机后进行位移量计算，若单位小时内总位移大于10cm或连续10s内位移大于50cm，则本惯导系统模块发送预警指令给中控机，提醒立即电子刹车或发出报警信息。
所述的应用于汽车的惯性导航系统的工作过程如下:
step1,惯导系统随汽车开机，前2秒内静基座采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，得到初始姿态矩阵、初始欧拉角和初始四元数；
step2，以100Hz频率采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，获得三轴加速度和三轴角速率的数据，比卡算法更新四元数，并解算欧拉角；
step3，根据比力方程计算，扣除有害加速度后得到地速，所述的地速不考虑天速，只考虑北速和东速；
step4，地速标量值和航向角参与数字地图导航得到地图中的当前方向和行驶速度；
step5，俯仰角和横滚角参与防倾翻预算计算，当俯仰角值大于预设角A 时，本系统发送“上下坡危险”指令给汽车中控单元，当横滚角值大于预设值B时，本系统发送“车辆侧翻危险”指令给汽车中控单元；
step6，加速度计的X轴与Y轴数据参与防刹车过激和加速过激预警计算，当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于C但小于D时，所述的应用于汽车的惯性导航系统发送“加速或刹车过激”指令给中控单元，提醒中控单元适当控制速度或发出警告；当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于D或 X轴加速度连续0.3秒内数值的模值均大于E，则本系统发送“撞车警报”指令给中控单元，立即打开防撞气囊；
step7，当汽车发动机关机后，防止位移、放手刹遗忘功能开启，对地速进行积分计算得到位移量，若单位小时内总位移大于5m或连续10s内位移大于10cm或连续2s内位移大于5cm，则立即发送“手刹问题”指令给中央控制单元，提醒马上采取电子制动或发出报警信息等手段以避免风险。
进一步的，步骤step5中A的值为该型号汽车可正常运行的最大角度数值(预警值)，B的值为该型号汽车即将倾翻的最大值(倾翻报警值)。
进一步的，步骤step6中C的范围一般为0.6g～1.0g，D的范围一般为 1.0g～2.0g，E的范围一般为0.8g～1.5g，可根据不同车型的具体情况设定。
进一步的，所述的应用于汽车的惯性导航系统的采用32位MCU、三轴陀螺和三轴加速度计数。
进一步的，所述的应用于汽车的惯性导航系统与汽车中控单元之间采用 CAN通信。
附图说明
图1为本发明的应用于汽车的惯性导航系统的运行流程图。
图2为本发明的应用于汽车的惯性导航系统的系统连接框图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
具体实施案例1：
如图1所示，为本发明的应用于汽车的惯性导航系统的运行流程图；如图2所示，为本发明的应用于汽车的惯性导航系统的系统连接框图。
应用于汽车的惯性导航系统的工作过程如下:
step1,惯导系统随汽车开机，前2秒内静基座采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，得到初始姿态矩阵、初始欧拉角、初始四元数；
step2，以100Hz频率采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，获得三轴加速度和三轴角速率的数据，比卡算法更新四元数，并解算欧拉角；
step3，根据比力方程计算，扣除有害加速度后得到地速，所述的地速不考虑天速，只考虑北速和东速；
step4，地速标量值和航向角参与数字地图导航得到地图中的当前方向和行驶速度；
step5，俯仰角和横滚角参与防倾翻预算计算，当俯仰角值大于预设角A 时，本系统发送“上下坡危险”指令给汽车中控单元，当横滚角值大于预设值B时，本系统发送“车辆侧翻危险”指令给汽车中控单元；
step6，加速度计的X轴与Y轴数据参与防刹车过激和加速过激预警计算，当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于C但小于D时，所述的应用于汽车的惯性导航系统发送“加速或刹车过激”指令给中控单元，提醒中控单元适当控制速度或发出警告；当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于D或 X轴加速度连续0.3秒内数值的模值均大于E，则本系统发送“撞车警报”指令给中控单元，立即打开防撞气囊；
step7，当汽车发动机关机后，防止位移、放手刹遗忘功能开启，对地速进行积分计算得到位移量，若单位小时内总位移大于5m或连续10s内位移大于10cm或连续2s内位移大于5cm，则立即发送“手刹问题”指令给中央控制单元，提醒马上采取电子制动或发出报警信息等手段以避免风险。
进一步的，步骤step5中A的值为该型号汽车可正常运行的最大角度数值(预警值)，B的值为该型号汽车即将倾翻的最大值(倾翻报警值)。
进一步的，步骤step6中C的范围一般为0.6g～1.0g，D的范围一般为 1.0g～2.0g，E的范围一般为0.8g～1.5g，可根据不同车型的具体情况设定。
进一步的，所述的应用于汽车的惯性导航系统的采用32位MCU、三轴陀螺和三轴加速度计数。
进一步的，所述的应用于汽车的惯性导航系统与汽车中控单元之间采用 CAN通信。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种应用于汽车的惯性导航系统的工作过程如下:
step1,惯导系统随汽车开机，前2秒内静基座采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，得到初始姿态矩阵、初始欧拉角、初始四元数；
step2，以100Hz频率采集三轴陀螺与三轴加速度计的数据，获得三轴加速度和三轴角速率的数据，比卡算法更新四元数，并解算欧拉角；
step3，根据比力方程计算，扣除有害加速度后得到地速，所述的地速不考虑天速，只考虑北速和东速；
step4，地速标量值和航向角参与数字地图导航得到地图中的当前方向和行驶速度；
step5，俯仰角和横滚角参与防倾翻预算计算，当俯仰角值大于预设角A时，本系统发送“上下坡危险”指令给汽车中控单元，当横滚角值大于预设值B时，本系统发送“车辆侧翻危险”指令给汽车中控单元；
step6，加速度计的X轴与Y轴数据参与防刹车过激和加速过激预警计算，当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于C但小于D时，所述的应用于汽车的惯性导航系统发送“加速或刹车过激”指令给中控单元，提醒中控单元适当控制速度或发出警告；当Y轴加速度连续1秒内数值的模值均大于D或X轴加速度连续0.3秒内数值的模值均大于E，则本系统发送“撞车警报”指令给中控单元，立即打开防撞气囊；
step7，当汽车发动机关机后，防止位移、放手刹遗忘功能开启，对地速进行积分计算得到位移量，若单位小时内总位移大于5m或连续10s内位移大于10cm或连续2s内位移大于5cm，则立即发送“手刹问题”指令给中央控制单元，提醒马上采取电子制动或发出报警信息等手段以避免风险。
2.如权利要求1所述的应用于汽车的惯性导航系统，其特征在于：步骤step5中A的值为该型号汽车可正常运行的最大角度数值，B的值为该型号汽车即将倾翻的最大值。
3.如权利要求1所述的应用于汽车的惯性导航系统，其特征在于：步骤step6中C的范围为0.6g～1.0g，D的范围一般为1.0g～2.0g，E的范围一般为0.8g～1.5g。
4.如权利要求1所述的应用于汽车的惯性导航系统，其特征在于：采用32位MCU、三轴陀螺和三轴加速度计数。
5.如权利要求1所述的应用于汽车的惯性导航系统，其特征在于：所述的应用于汽车的惯性导航系统与汽车中控单元之间采用CAN通信。
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