CN111366171B - 一种陀螺仪姿态自动识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陀螺仪姿态自动识别方法及系统，方法包括以下步骤：检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向；在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴；根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。以可变的陀螺仪坐标系为调整对象，以固定的整车坐标系为调整目标，使所有的安装姿态均可调整至调整目标的目标姿态。解决了现有陀螺仪安装姿态错误时导致测量数据与车辆坐标方向不对应的问题。
Description
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及一种陀螺仪姿态自动识别方法及系统。
背景技术
现有陀螺仪的发展越来越小型化、模块化，因此陀螺仪越来越多的集成在控制器中的电路板上，陀螺仪各轴向相对控制器是固定的，在控制器相对整车安装姿态固定的前提下，相关算法可以得到准确的计算结果。
但是随着车型布置结构的多样化，控制器相对整车的安装姿态也出现多样化，同时由于陀螺仪集成在控制器中，在安装控制器时由于人为因素也会出现安装姿态的改变，导致陀螺仪各轴向检测的数据与实际方向不同，导致同样的算法可能会计算出错误的结果，从而发送错误的控制指令，例如根据陀螺仪的数据计算坡度值时，如果陀螺仪的数据与实际不符合，就会导致对上下坡的判断出现错误。因此针对不同的安装姿态，为了获得准确的数据，需要对陀螺仪不同的安装姿态进行识别，重新确定陀螺仪各个轴的方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陀螺仪姿态自动识别方法及系统。用于解决现有陀螺仪安装姿态错误时导致测量数据与车辆坐标方向不对应的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
本发明提供了一种陀螺仪姿态自动识别方法，包括以下步骤：
1)检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；
2)在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴；
3)根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
有益效果：
本方法以可变的陀螺仪坐标系为调整对象，以固定的整车坐标系为调整目标，使所有的安装姿态均可调整至调整目标的目标姿态，从而使同一个控制器针对各种不同的安装姿态，均能准确地与整车坐标轴对应。解决了现有陀螺仪安装姿态错误时导致测量数据与车辆坐标方向不对应的问题。
进一步的，步骤1)中，对陀螺仪三个轴向上的加速度取绝对值，将绝对值最大的加速度对应的轴向确定为Z轴。
进一步的，步骤2)中，所述匹配运算包括：第二轴向上的加速度包括第二正加速度和第二负加速度；第三轴向上的加速度包括第三正加速度和第三负加速度；在一个采样周期内，将第二正加速度、第二负加速度、第三正加速度、第三负加速度分别与车辆加速度进行偏差运算，并对偏差运算结果进行积分累加，当积分累加达到设定次数后对得到的四个积分累加值进行排序，最小的积分累加值对应的轴向的匹配程度最大；然后进入下一采样周期；
当连续N次采样周期中对积分累加值的排序结果相同时，将匹配程度最大的轴向确定为X轴。
进一步的，所述设定工况为：车辆档位为前进档，同时车速大于设定车速。
本发明还提供了一种陀螺仪姿态自动识别系统，包括处理器和存储器，所述处理器执行存储在存储器中的以实现如下方法步骤的指令：
1)在车辆停止时，检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；
2)在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴，X轴表示车辆前进方向上的水平方向；
3)根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
有益效果：
本系统以可变的陀螺仪坐标系为调整对象，以固定的整车坐标系为调整目标，使所有的安装姿态均可调整至调整目标的目标姿态，从而使同一个控制器针对各种不同的安装姿态，均能准确地与整车坐标轴对应。解决了现有陀螺仪安装姿态错误时导致测量数据与车辆坐标方向不对应的问题。
进一步的，步骤1)中，对陀螺仪三个轴向上的加速度取绝对值，将绝对值最大的加速度对应的轴向确定为Z轴。
进一步的，步骤2)中，所述匹配运算包括：第二轴向上的加速度包括第二正加速度和第二负加速度；第三轴向上的加速度包括第三正加速度和第三负加速度；在一个采样周期内，将第二正加速度、第二负加速度、第三正加速度、第三负加速度分别与车辆加速度进行偏差运算，并对偏差运算结果进行积分累加，当积分累加达到设定次数后对得到的四个积分累加值进行排序，最小的积分累加值对应的轴向的匹配程度最大；然后进入下一采样周期；
当连续N次采样周期中对积分累加值的排序结果相同时，将匹配程度最大的轴向确定为X轴。
进一步的，所述设定工况为：车辆档位为前进档，同时车速大于设定车速。
附图说明
图1是本发明实施例的整车坐标系示意图；
图2是本发明实施例的陀螺仪坐标示意图；
图3是本发明实施例的方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明。
本发明的基本原理为：
在车辆停止时，检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴，X轴表示车辆前进方向上的水平方向；根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
匹配运算包括：第二轴向上的加速度包括第二正加速度和第二负加速度；第三轴向上的加速度包括第三正加速度和第三负加速度；在一个采样周期内，将第二正加速度、第二负加速度、第三正加速度、第三负加速度分别与车辆加速度进行偏差运算，并对偏差运算结果进行积分累加，当积分累加达到设定次数后对得到的四个积分累加值进行排序，最小的积分累加值对应的轴向的匹配程度最大；然后进入下一采样周期；当连续N次采样周期中对积分累加值的排序结果相同时，将匹配程度最大的轴向确定为X轴。
设定工况为：车辆档位为前进档，同时车速大于设定车速。
根据上述原理，首先定义整车坐标系。如图1所示，车辆前进的方向为X轴正方向；面向X轴正方向，其右侧为Y轴正方向；车辆重力方向为Z轴正方向。根据不同安装方式，控制器会以某种姿态安装到整车上，通过重力方向读值最大原则确定整车Z轴的读值。车辆在行驶状态下时，以车辆加速度与陀螺仪某一轴向的加速度变化趋势相同为依据，确定X轴的读值；当Z轴和X轴均确定的情况下，Y轴也随之确定。经多次验证后，即完成将陀螺仪姿态的自动识别。将调整后的姿态存储到控制器中进行固化，为坡度计算提供可靠的信号输入。
本发明的陀螺仪姿态自动识别方法实施例：
采用集成陀螺仪的控制器以任意非倾斜姿态安装在整车上，控制器可从整车获取车速信号以及档位信号。陀螺仪相对于控制器的坐标器固定，定义陀螺仪的三个轴的加速度方向分别为x0、y0和z0，如图2所示，安装正确时，陀螺仪的三个轴与整车坐标系的三个轴相对应。
工作中具体方法步骤如图3所示：
1)首先控制器(或为车辆上其他独立或集成控制单元)判断是否满足自动识别标识，若满足自动识别标识(自动识别标识指的是自动识别算法是否成功运算过，如果成功运算过则置为1，无需再次进行自动识别运算；如果未成功运算过，即陀螺仪姿态尚未调整，标识为0，进入自动识别算法)，则说明此时集成有陀螺仪的控制器的坐标系与整车坐标系相对应，不需要调整；若不满足自动识别标识，则启动陀螺仪姿态自动识别算法。
2)将陀螺仪的三个轴的加速度方向x0、y0和z0作为输入信号，将上述三个信号的绝对值进行比较，其最大值对应整车坐标系的Z轴，同时标记出此值的来源以及取绝对值前后是否有符号变化(记录标记u，这里的u有2层含义，一是来源于哪个轴向(x0/y0/z0)，二是是否进行过方向转换(乘以-1))，从而确定陀螺仪加速度坐标轴的一个轴的相对于整车的方向。
3)将除绝对值最大的信号外的剩余两个信号，分别乘以-1，此时得到两正两负四个信号。
4)控制器获取当前车速，通过微分得到车辆的加速度，将步骤3)中求得的四个信号分别与车辆的加速度进行偏差运算，偏差运算指的是：上述四个信号的值分别减去车辆加速度的值得到的差值。
5)当车辆为前进档(D档)且车速大于10km/h时，对差值进行积分累加，累加满200次之后对4组积分累加值记录并进行比较排序，随后进行下一次偏差运算和积分运算(偏差积分运算)。
6)将本次偏差积分运算的结果与上一次偏差积分运算的结果进行排序比较，若与上次计算结果不同，则累加器清零，执行步骤5)；若计算结果连续3次相同，则取积分值最小的信号赋给车辆X轴，并记录标记v。
7)由于控制器坐标系和整车坐标系固定，控制器其中的两个轴与整车的X轴和Z轴对应之后，另外一个轴相对整车坐标系的正负也就确定，通过标记u和v判断出标记w，从而确定最后一轴与整车Y轴的对应关系。按本示例中定义的整车坐标系和陀螺仪坐标系，w的具体判断通过下表进行查询，根据u和v的来源及正负，来判断w的正负；表中(x0/y0/z0)代表u和v的来源。
| u | v | w | u | v | w |
| z0 | x0 | y0 | -y0 | x0 | z0 |
| z0 | -x0 | -y0 | -y0 | -x0 | -z0 |
| z0 | y0 | -x0 | -y0 | z0 | -x0 |
| z0 | -y0 | x0 | -y0 | -z0 | x0 |
| -z0 | x0 | -y0 | x0 | y0 | z0 |
| -z0 | -x0 | y0 | x0 | -y0 | -z0 |
| -z0 | y0 | x0 | x0 | z0 | -y0 |
| -z0 | -y0 | -x0 | x0 | -z0 | y0 |
| y0 | x0 | -z0 | -x0 | y0 | -z0 |
| y0 | -x0 | z0 | -x0 | -y0 | z0 |
| y0 | z0 | x0 | -x0 | z0 | y0 |
| y0 | -z0 | -x0 | -x0 | -z0 | -y0 |
陀螺仪姿态自动识别完成后，将自动识别标识置为1，当自动识别标识置为1后，自动识别算法不再运行。
上述方法中，在确定Z轴时不限于本发明给出的比较绝对值，一些简单的等效计算也属于本发明的保护范围，例如比较平方后的值，或者做差等。确定X轴时，也不限于上述实施例中给出的具体数字，例如积分累加的次数、N的取值可以根据实际需求进行改变。
本发明的陀螺仪姿态自动识别系统实施例：
本发明还提供了一种陀螺仪姿态自动识别系统，包括处理器和存储器，处理器执行存储在存储器中的以实现如下方法步骤的指令：
1)检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；
2)在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴；
3)根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
本陀螺仪姿态自动识别系统的工作原理及具体工作时的方式步骤已在上述陀螺仪姿态自动识别方法实施例中给出，在此不再赘述。
Claims (6)
1.一种陀螺仪姿态自动识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；
2)在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴；
所述匹配运算包括：第二轴向上的加速度包括第二正加速度和第二负加速度；第三轴向上的加速度包括第三正加速度和第三负加速度；
在一个采样周期内，将第二正加速度、第二负加速度、第三正加速度、第三负加速度分别与车辆加速度进行偏差运算，并对偏差运算结果进行积分累加，当积分累加达到设定次数后对得到的四个积分累加值进行排序，最小的积分累加值对应的轴向的匹配程度最大；然后进入下一采样周期；
当连续N次采样周期中对积分累加值的排序结果相同时，将匹配程度最大的轴向确定为X轴；
3)根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
2.根据权利要求1所述的陀螺仪姿态自动识别方法，其特征在于，步骤1)中，对陀螺仪三个轴向上的加速度取绝对值，将绝对值最大的加速度对应的轴向确定为Z轴。
3.根据权利要求1所述的陀螺仪姿态自动识别方法，其特征在于，所述设定工况为：车辆档位为前进档，同时车速大于设定车速。
4.一种陀螺仪姿态自动识别系统，包括处理器和存储器，其特征在于，所述处理器执行存储在存储器中的以实现如下方法步骤的指令：
1)检测陀螺仪三个轴向上的加速度，通过比较陀螺仪三个轴向上加速度值的大小，确定加速度值最大的轴向为Z轴，并记为第一轴向，其他两个轴向记为第二轴向和第三轴向，Z轴表示竖直方向；
2)在车辆行驶在设定工况下时，检测车辆加速度，同时获取陀螺仪第二轴向、第三轴向上的加速度，分别将车辆加速度与第二轴向、第三轴向上的加速度进行匹配运算，匹配程度最大的轴向确定为X轴；
所述匹配运算包括：第二轴向上的加速度包括第二正加速度和第二负加速度；第三轴向上的加速度包括第三正加速度和第三负加速度；
在一个采样周期内，将第二正加速度、第二负加速度、第三正加速度、第三负加速度分别与车辆加速度进行偏差运算，并对偏差运算结果进行积分累加，当积分累加达到设定次数后对得到的四个积分累加值进行排序，最小的积分累加值对应的轴向的匹配程度最大；然后进入下一采样周期；
当连续N次采样周期中对积分累加值的排序结果相同时，将匹配程度最大的轴向确定为X轴；
3)根据Z轴和X轴确定陀螺仪的Y轴。
5.根据权利要求4所述的陀螺仪姿态自动识别系统，其特征在于，步骤1)中，对陀螺仪三个轴向上的加速度取绝对值，将绝对值最大的加速度对应的轴向确定为Z轴。
6.根据权利要求5所述的陀螺仪姿态自动识别系统，其特征在于，所述设定工况为：车辆档位为前进档，同时车速大于设定车速。
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