CN111942393A - 一种车辆位置和姿态感知系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种车辆位置和姿态感知系统,系统设有惯性测量传感器、车辆轮速传感器采集电路和微控制器,所述惯性测量传感器连接微控制器并将车辆的加速度和横摆角信号输送至微控制器,所述车辆轮速传感器采集电路连接微控制器并将车辆每个车轮的轮速信号输送至微控制器,系统还设有卫星定位信号接收模块,所述卫星定位信号接收模块连接微控制器并将接收的卫星定位信号发送至微控制器。本发明是一种全新的冗余设计结构,能够在部分传感器故障时,仍能够保证将足够的数据信息提供给微处理器,保证车辆当前运行功能的正常工作,并保证驾驶员和车辆的安全状态处于可控状态。
Description
技术领域
本发明涉及车辆高级驾驶辅助领域,尤其涉及车身动态稳定控制功能领域。
背景技术
随着汽车电子控制系统的逐渐发展,整车系统都已经逐步使用电子控制的方式。车辆高级驾驶辅助系统作为协助驾驶员控制车辆运行的功能,发挥越来越重要的作用。车辆高级驾驶辅助系统可以实现有条件的无人驾驶功能,这就需要控制系统能够得到车辆的即时绝对位置和车速信息。常规车辆的绝对位置和车速信息是通过卫星定位系统来获得,在卫星信号受到干扰或者车辆处于卫星信号无法覆盖到(如地下停车场)的情况下,车辆高级驾驶辅助系统就无法正常工作。
电子稳定程序作为一种智能化的制动控制功能,可以帮助驾驶员在激烈驾驶或者异常工况时恢复对车辆运行姿态的控制。常规车辆的电子稳定程序使用惯量传感器和轮速传感器采集车辆的运行姿态。其中惯量传感器负责采集车辆在运行中加速度和横摆角的姿态信息,轮速传感器负责采集车辆每个轮胎的运转状态,判断是否有车轮抱死。当其中一个传感器发生故障时,相应的车辆运行信息就无法采集到,电子稳定程序就会失去功能,驾驶员就无法得到电子控制系统对恢复车辆稳定运行的帮助。在极端情况下,会造成严重的后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是实现一种具有冗余功能的车辆位置和姿态感知系统。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为:一种车辆位置和姿态感知系统,系统设有惯性测量传感器、车辆轮速传感器采集电路和微控制器,所述惯性测量传感器连接微控制器并将车辆的运动姿态信息输送至微控制器,所述车辆轮速传感器采集电路连接微控制器并将车辆每个车轮的轮速信号输送至微控制器,系统还设有卫星定位信号接收模块,所述卫星定位信号接收模块连接微控制器并将接收的卫星定位信号发送至微控制器。
所述惯性测量传感器包括加速度传感器和横摆角传感器,所述加速度传感器将车辆加速度信号输送至微处理器,所述横摆角传感器将车辆横摆角信号输送至微处理器。
所述卫星定位信号接收模块包括卫星信号接收模块和外置卫星信号接收天线,用于接收GPS、北斗、格洛纳斯或伽利略全球卫星定位系统的定位信号,并根据定位信号获得车辆的位置及姿态信息,再将车辆的位置及姿态信息发送至微控制器。
所述车辆轮速传感器采集电路包括车辆轮速采集和处理电路,用于实时采集车辆每个轮速信息,将所述轮速信息发送至微控制器。
所述微控制器为满足功能安全等级ASIL-D级别的微控制器芯片,所述微控制器通过整车通讯接口连接整车其他模块接插件,所述整车通讯接口包括CAN接口、以太网和Flex-ray接口。
基于所述车辆位置和姿态感知系统的控制方法:
系统运行后,惯性测量传感器会测量车辆运行中加速度和横摆角的姿态信息,卫星定位信号接收模块会通过接收的卫星信号获得车辆运行速度和运行轨迹的信息,车辆轮速传感器采集电路会测量每个轮胎的运转状态;
惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路将获得的信息实时输送至微控制器;
惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块、车辆轮速传感器采集电路互为备份,在其中一个感知单元发生故障时,微控制器使用另两个正常工作的感知单元的信息计算车辆的瞬间绝对位置和运行姿态,并通过整车通讯接口发给整车其他模块使用。
当惯性测量传感器发生故障时,微控制器利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹的变化来计算出瞬间的车辆加速度和横摆角,再结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,实现制动时的车辆稳定控制和车轮防抱死功能。
当卫星定位信号接收模块发生故障或卫星信号丢失时,微控制器利用惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,计算出车辆的运行速度和运行轨迹,保持车辆定位功能。
当车辆轮速传感器采集电路发生故障时,微控制器利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹,结合惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,计算出车辆的每个车轮转速信息。
本发明是一种全新的冗余设计结构,能够在部分传感器故障时,仍能够保证将足够的数据信息提供给微处理器,保证车辆当前运行功能的正常工作,并保证驾驶员和车辆的安全状态处于可控状态。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明:
图1为车辆位置和姿态感知系统原理图。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等,作进一步详细的说明,以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所示,车辆位置和姿态感知系统是在现有惯量传感器的基础上增加卫星定位传感器和轮速传感器采集电路,提供一种具有冗余功能的车辆位置和姿态感知系统。包括惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块、微控制器、车辆轮速传感器采集电路、整车通讯接口。
在车辆运行时,微控制器通过接收惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路的信号,计算出车辆的实时绝对位置和实时车辆速度信息。所给出的车辆位置和姿态信息用于车辆高级驾驶辅助系统实现有条件的无人驾驶功能,和帮助驾驶员在激烈驾驶或者异常工况时恢复对车辆运行姿态的控制。
如在市区或者高速公路上的绝对位置、处于直行状态或者转弯状态、即时速度信息。同时微控制器也采集车辆的轮速传感器信号,获知车辆每个车轮的运转状态。所得到的车辆运行绝对位置、姿态信息、即时速度和车轮运转状态通过整车通讯接口发给车辆上的其他电控模块使用。
惯性测量传感器,包括加速度传感器和横摆角传感器。用于实时测量车辆的加速度和横摆角信息,将所述加速度和横摆角信息发送至微控制器,由信号处理软件模块进信号处理及信号融合。
卫星定位信号接收模块,包括卫星信号接收模块和外置卫星信号接收天线。用于实时接收GPS、北斗(BDS)、格洛纳斯(GLONASS)、伽利略(GALILEO)等全球卫星定位系统的信号并计算出车辆的位置及姿态信息,将所述位置及姿态信息发送至微控制器,由信号处理软件模块进信号处理及信号融合。
车辆轮速传感器采集电路,包括车辆轮速采集和处理电路。用于实时采集车辆每个轮速信息,将所述轮速信息发送至微控制器,由信号处理软件模块进信号处理及信号融合。
微控制器,包括满足功能安全等级ASIL-D的微控制器芯片。在硬件架构和可靠性上满足功能安全等级ASIL-D,并负责接收卫星定位模块、惯性传感器和轮速传感器的输入信号,运行满足功能安全要求的信号处理软件模块进行信号处理和信号融合后通过整车通讯接口发给整车其他模块。
整车通讯接口,包括CAN(CAN-FD)、以太网、Flex-ray等车载通信接口。实现微控制器与整车其他模块的通信。
系统使用惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路3种车辆信息采集传感器,在进行车辆实时绝对位置和车速信号采集时互为备份校验。
当发生惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路中任意一个模块无法正常工作时,微控制器仍然可以通过其他两个模块获得计算车辆实时绝对位置和实时车速的信息,保证车辆上高级驾驶辅助系统和车身稳定控制程序等需要车辆实时绝对位置和实时车速信息的模块单元能得到可信的信息。保证车辆当前运行功能的正常工作,并保证驾驶员和车辆的安全状态处于可控状态。
具体来说包括以下几种控制模式:
惯性测量传感器会测量车辆运行中加速度和横摆角的姿态信息,卫星定位信号接收模块会通过接收北斗或者GPS等卫星信号来获得车辆运行速度和运行轨迹的信息,车辆轮速传感器采集电路会测量每个轮胎的运转状态。微控制器会利用惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路采集到的这些数据计算车辆的瞬间绝对位置和运行姿态。通过整车通讯接口发给车辆上的高级驾驶辅助模块使用,为自动驾驶功能提供支持。
惯性测量传感器会测量车辆运行中加速度和横摆角的姿态信息,卫星定位信号接收模块会通过接收北斗或者GPS等卫星信号来获得车辆运行速度和运行轨迹的信息,车辆轮速传感器采集电路会测量每个轮胎的运转状态。微控制器会利用惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路采集到的这些数据计算车辆的瞬间绝对位置和运行姿态。通过整车通讯接口发给车辆上的车身稳定控制模块使用,在紧急制动情况下控制车辆的运行姿态,防止车辆在紧急制动时失控。
当惯性测量传感器发生故障时,微控制器会利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹的变化来计算出瞬间的车辆加速度和横摆角,保证车辆上装载的电子稳定控制程序仍然能正常工作。结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,实现制动时的车辆稳定控制和车轮防抱死功能。
故障情况下包括以下几种控制模式:
当惯性测量传感器发生故障时,微控制器会利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹的变化来计算出瞬间的车辆加速度和横摆角,保证车辆上装载的电子稳定控制程序仍然能正常工作。结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,实现制动时的车辆稳定控制和车轮防抱死功能。
当卫星定位信号接收模块发生故障或卫星信号丢失时,微控制器会利用惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,结合车辆轮速传感器采集电路会测量到的轮速信息,计算出车辆的运行速度和运行轨迹,短时间内继续保持车辆定位功能。
当车辆轮速传感器采集电路发生故障时,微控制器会利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹,结合惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,计算出车辆的每个车轮转速信息。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述,显然本发明具体实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种车辆位置和姿态感知系统,系统设有惯性测量传感器、车辆轮速传感器采集电路和微控制器,所述惯性测量传感器连接微控制器并将车辆的运动姿态信息输送至微控制器,所述车辆轮速传感器采集电路连接微控制器并将车辆每个车轮的轮速信号输送至微控制器,系统还设有卫星定位信号接收模块,所述卫星定位信号接收模块连接微控制器并将接收的卫星定位信号发送至微控制器,系统将采集到的车辆位置和姿态信息通过通讯接口发送到车辆上,供其他电控模块使用。
2.根据权利要求1所述的车辆位置和姿态感知系统,其特征在于:所述惯性测量传感器包括加速度传感器和横摆角传感器,所述加速度传感器将车辆加速度信号输送至微处理器,所述横摆角传感器将车辆横摆角信号输送至微处理器。
3.根据权利要求1所述的车辆位置和姿态感知系统,其特征在于:所述卫星定位信号接收模块包括卫星信号接收模块和外置卫星信号接收天线,用于接收GPS、北斗、格洛纳斯或伽利略全球卫星定位系统的定位信号,并根据定位信号获得车辆的位置及姿态信息,再将车辆的位置及姿态信息发送至微控制器。
4.根据权利要求1所述的车辆位置和姿态感知系统,其特征在于:所述车辆轮速传感器采集电路包括车辆轮速采集和处理电路,用于实时采集车辆每个轮速信息,将所述轮速信息发送至微控制器。
5.根据权利要求1所述的车辆位置和姿态感知系统,其特征在于:所述微控制器为满足功能安全等级ASIL-D级别的微控制器芯片,所述微控制器通过整车通讯接口连接整车其他模块接插件,所述整车通讯接口包括CAN接口、以太网和Flex-ray接口。
6.基于权利要求1-5中任一所述车辆位置和姿态感知系统的控制方法,其特征在于:
系统运行后,惯性测量传感器会测量车辆运行中加速度和横摆角的姿态信息,卫星定位信号接收模块会通过接收的卫星信号获得车辆运行速度和运行轨迹的信息,车辆轮速传感器采集电路会测量每个轮胎的运转状态;
惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块和车辆轮速传感器采集电路将获得的信息实时输送至微控制器;
惯性测量传感器、卫星定位信号接收模块、车辆轮速传感器采集电路互为备份,在其中一个感知单元发生故障时,微控制器使用另两个正常工作的感知单元的信息计算车辆的瞬间绝对位置和运行姿态,并通过整车通讯接口发给整车其他模块使用。
7.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:当惯性测量传感器发生故障时,微控制器利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹的变化来计算出瞬间的车辆加速度和横摆角,再结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,实现制动时的车辆稳定控制和车轮防抱死功能。
8.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:当卫星定位信号接收模块发生故障或卫星信号丢失时,微控制器利用惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,结合车辆轮速传感器采集电路测量到的轮速信息,计算出车辆的运行速度和运行轨迹,保持车辆定位功能。
9.根据权利要求6所述的控制方法,其特征在于:当车辆轮速传感器采集电路发生故障时,微控制器利用卫星定位信号接收模块给出的车辆的运行速度与运行轨迹,结合惯性测量传感器给出的车辆运行中加速度和横摆角,计算出车辆的每个车轮转速信息。
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