CN112013843B - 一种惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法，将车辆中央充放气系统的胎压信息实时传输到惯导中；为惯导输入本地标准坐标点后车辆直线行驶设定距离，输出纯惯性导航定位数据和里程计推算定位数据，计算出当前胎压下的里程因数；选取若干组胎压值，分别计算对应的里程因数；根据各组胎压值与里程因数的对应关系，建立胎压－里程因数模型；根据当前车辆中央充放气系统输入的胎压调整值，按照胎压－里程因数模型计算出当前里程因数。本发明能够保证充放气操作后惯导航的定位精度不会下降。

Description

一种惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法
技术领域
本发明涉及车载惯性导航系统技术领域，具体为一种惯性导航系统与中央充放气系统相融合的里程计标度因数修正方法。
背景技术
惯性导航系统以牛顿三大力学定律为理论基础，通过惯性传感器测量载体的角运动和线运动来计算载体的姿态、速度、位置等信息，不需要任何外来信息，可以实现短时间内较高的导航精度。但是由于其误差随时间积累，长时间使用时无法保证其导航精度。里程计是各种车辆平台的通用配置，采用传感器测量车轮旋转输出的脉冲进行里程计量。作为一种自主测速装置，里程计的误差本身不随时间发散，但是计算里程是根据单个脉冲标度因数(车辆轮胎行驶的距离)乘以单位时间内脉冲个数来进行的。由于车辆在行驶过程中车胎热胀冷缩发生形变，导致计算里程会存在一定误差。因此，为了结合惯性导航系统和里程计各自的优点，目前的惯性导航系统大多数采用融合里程计信息设计的卡尔曼滤波算法模型，实时估计里程计的标度因数误差，能够避免惯性导航系统长时间导航时误差的发散，提高惯性导航系统定位精度。
为了提高改善车辆在不同路面上的行驶性能，很多车辆底盘配备中央充放气系统通过控制轮胎气压。系统的操作方法简便，驾驶员只需将控制盒上的“路面状况选择开关”置于所需档位，即可实现对各轮胎的自动充气、放气。中央充放气系统显著提高了车辆不同路况下的通过性和驾乘人员舒适性。
然而，当车辆中央充放气系统执行充放气操作时，轮胎气压变化引起轮胎半径发生变化，直接导致里程计标度因数发生剧烈变化，如从公路档位切换到雪地档位，轮胎气压变化率达到了6％/min。而现有惯性导航系统大多数采用的是卡尔曼滤波算法估计里程计标度因数，轮胎气压缓慢发生变化时，里程计标度因数可以准确估计。在轮胎气压变化率大于1％/min时，卡尔曼滤波算法的收敛时间变长(大约10min才能完全收敛)，不能及时对导航解算所用的里程计标度因数作适应性调整，导航解算时估计出来的里程计标度因数与实际情况不相符，直接导致系统定位精度大幅下降。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法，能够保证充放气操作后惯性导航系统的定位精度不会下降。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
S1.将车辆中央充放气系统的胎压信息实时传输到惯性导航系统中；
S2.为惯性导航系统输入本地标准坐标点后进行对准操作，对准结束后车辆直线行驶设定距离，输出纯惯性导航定位数据和里程计推算定位数据，计算出当前胎压下的里程因数；选取若干组胎压值，分别计算对应的里程因数；
S3.根据各组胎压值与里程因数的对应关系，建立胎压－里程因数模型；
S4.根据当前车辆中央充放气系统输入的胎压调整值，按照胎压－里程因数模型计算出当前里程因数。
所述的步骤S2在同一胎压下重复测量和计算若干次里程因数，求取平均值作为当前胎压下的里程因数。
所述的步骤S2将车轮的胎压设计范围上下限分别拓展设定比例作为取值范围，在取值范围内选取若干组胎压值，分别计算对应的里程因数。
所述的步骤S3采用最小二乘线性拟合方式建立胎压－里程因数模型。
本发明的有益效果是：通过车辆中央充放气系统进行充放气操作时，惯性导航系统同步得到胎压调整信息，并根据预先标定建立的、惯性导航系统软件中的胎压－里程计标度因数数学模型，相应地修正惯性导航系统惯性/里程计航位推算算法所用里程计标度因数，本发明放弃了现有的融合里程计信息的卡尔曼滤波算法，改用惯性/里程计航位推算算法，保证充放气操作后惯性导航系统的定位精度不会下降。
附图说明
图1为本发明中惯性导航系统与中央充放气系统融合系统的结构框图；
图2为本发明中典型胎压条件下里程计标度因数标定的流程框图。
图中，1-惯性导航系统，11-胎压信息接收模块，12-胎压－里程计标度因数模型模块，13-惯性/里程计航位推算模块，2-车辆中央充放气系统。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示，本发明实施例提供一种适应车辆中央充放气系统与惯性导航系统，包括：惯性导航系统1，所述惯性导航系统1的通信接口连接有车辆中央充放气系统2，所述惯性导航系统1包括胎压信息接收模块11，胎压信息接收模块11的输出端连接有胎压－里程计标度因数模型模块12，所述胎压－里程计标度因数模型模块12的输出端连接有惯性/里程计航位推算模块13。
本发明的实施例包括以下操作步骤：
S1、建立胎压调整信息交互关系：在所述中央充放气系统2与惯性导航系统1之间通过通信接口建立信息交互关系，使得中央充放气系统的胎压数据可以传输到惯性导航系统中；
S2、里程计标度因数标定：根据所述车辆中央充放气系统2的工作特点，选择所述车辆中央充放气系统典型胎压值，按照目前最常用的惯性导航系统1标定里程计标度因数方法：利用惯性导航系统1短时高精度特性，为惯性导航系统1输入本地标准坐标点后进行对准操作，对准结束后车辆大概按照直线行驶200米左右，输出纯惯性导航定位数据和惯性/里程计航位推算定位数据计算出当前胎压下的里程计标度因数。按照上述方法重复3次，由于车辆行驶里程较短，可以近似认为胎压不变。求取3次平均值认为是当前胎压下的里程计刻度因数。根据具体路况(如雪地)的车辆中央充放气系统2的胎压调整范围，确定10组典型胎压值。一般地，按照具体路况要求的胎压范围(最高胎压-最低胎压)×10％作为里程计标度因数标定胎压间隔，确定典型胎压值序列对应的里程计标度因数序列。
S3、建立胎压－里程计标度因数模型模块12：根据10组典型胎压值与里程计标度因数的对应关系，采用最小二乘线性拟合方式，建立胎压－里程计标度因数模型模块12；
S4、调整里程计标度因数：所述惯性导航系统1根据所述车辆中央充放气系统2输入的胎压调整值，按照胎压－里程计标度因数模型模块12计算出当前里程计刻度因数，实时应用到惯性/里程计航位推算模块13中。
所述S1中所述中央充放气系统2进行充放气操作时，所述惯性导航系统1会同步得到胎压调整的信息。
所述S2中所述车辆中央充放气系统2典型胎压条件下里程计标度因数标定步骤为：
第一步，确定典型胎压10组数和每组胎压值；按确定的胎压值，从第一组开始，按确定的胎压值调整胎压；
第二步，按前文所述方法标定第i(1≤i≤10)组胎压条件下的里程计标度因数，每组胎压条件下，标定3次，去平均值后得到第i组胎压条件下的里程计刻度因数Ki，直至标定结束。
所述S3中，将10组不同胎压数据下的里程标度因数Ki(1≤i≤10)按照最小二乘法进行线性拟合，得到胎压-里程计标度因数模型模块。
所述S4中，实时计算里程计标度因数以保证系统定位精度，即在不同路况下，惯性/里程计航位推算模块调用适配该路况的里程计标度因数，从而实现定位精度不会下降。
本发明构建了惯性导航系统与中央充放气系统的融合系统，其中，惯性导航系统通过外部通信接口连接车辆中央充放气系统，接收中央充放气系统传输的胎压数据。所述惯性导航系统包括胎压信息接收模块，胎压信息接收模块将数据传输到胎压－里程计标度因数模型模块。本发明的惯性导航系统放弃了现有的融合里程计信息的卡尔曼滤波算法，改用惯性/里程计航位推算算法。所述胎压－里程计刻度因数模型模块将得到的里程计刻度因数传输到惯性/里程计航位推算模块中，提高惯性导航系统定位精度。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.将车辆中央充放气系统的胎压信息实时传输到惯性导航系统中；
所述中央充放气系统进行充放气操作时，惯性导航系统同步得到胎压调整的信息；
S2.为惯性导航系统输入本地标准坐标点后进行对准操作，对准结束后车辆直线行驶设定距离，输出纯惯性导航定位数据和里程计航位推算定位数据，计算出当前胎压下的里程因数；将车轮的胎压设计范围上下限分别拓展设定比例作为取值范围，在取值范围内选取若干组胎压值，分别计算对应的里程因数；
在同一胎压下重复测量和计算若干次里程因数，求取平均值作为当前胎压下的里程因数；
S3.根据各组胎压值与里程因数的对应关系，建立胎压－里程因数模型；
S4.根据当前车辆中央充放气系统输入的胎压调整值，按照胎压－里程因数模型计算出当前里程因数；
实时计算里程计标度因数以保证系统定位精度，即在不同路况下，惯性/里程计航位推算模块调用适配该路况的里程计标度因数，从而实现定位精度不会下降。
2.根据权利要求1所述的惯导与车辆中央充放气系统融合的里程因数修正方法，其特征在于：所述的步骤S3采用最小二乘线性拟合方式建立胎压－里程因数模型。
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