CN115402048A - 车身动态响应参数的确定方法及系统 - Google Patents

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CN115402048A CN202211223628.9A CN202211223628A CN115402048A CN 115402048 A CN115402048 A CN 115402048A CN 202211223628 A CN202211223628 A CN 202211223628A CN 115402048 A CN115402048 A CN 115402048A
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imu
vehicle body
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dynamic response
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杜永昌
闵德垒
吕靖成
郭沛林
赵通
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Abstract

本发明提供一种车身动态响应参数的确定方法及系统，其中方法包括：基于IMU的安装位置以及对IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；基于旋转矩阵，确定IMU所在的惯性坐标系与IMU所在的IMU坐标系的转换关系；基于转换关系，确定第一对应关系，第一对应关系为车身上的待测位置点在惯性坐标系下的加速度，与在IMU坐标系下待测位置点距IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，速度检测值为在IMU坐标系下由IMU检测得到的速度值；基于第一对应关系，确定车身的动态响应参数，动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。用以解决现有技术中在确定车身动态响应参数时，需要配合高成本配置的缺陷，实现在较低成本配置下，对车身动态响应参数的识别和确定。

Description

车身动态响应参数的确定方法及系统
技术领域
本发明涉及动态响应参数测量技术领域，尤其涉及一种车身动态响应参数的确定方法及系统。
背景技术
传统汽车悬架的参数一经选定就难以改变，因此在设计过程中通常寻找一个最佳的折中方案来确定参数。也就是只有在特定工况下，汽车的性能才是最佳的，而一旦工况发生改变(例如：路面变化、行驶加速、制动、转向等)，汽车的性能将会变差。这意味着传统悬架难以同时满足舒适性和稳定性的要求，从而限制了汽车性能的进一步提高。
基于此，目前出现了可控悬架，可控悬架通过智能控制，能够根据不同路况而具有不同性能，从而协调平顺性和稳定性之间的矛盾。例如：半主动悬架就属于可控悬架的一种，其在不改变悬架刚度的基础上，通过只改变悬架的阻尼，来实现对悬架性能的调节，因此也被称为阻尼可控式悬架。阻尼可控式悬架结构相对简单，成本低廉，性能优良，有广泛的应用前景。
可控悬架需要基于车体的侧倾中心和俯仰中心的位置调整性能，因而，对于侧倾中心和俯仰中心的位置解析的精确度，直接影响可控悬架的性能。目前针对侧倾中心和俯仰中心的识别和标定，主要采用如图1所示的布置方案，即在车体1上，通过将高度传感器2和加速度传感器3检测的数据基于网络4分别传送给车辆控制器5，然后由车辆控制器5对数据进行分析，从而实现对侧倾中心和俯仰中心的识别和标定，最后基于分析结果生成控制信号，并传送给悬架总成6，以实现对悬架性能的调节。然而，如图1所示，这种方式需要在车体上安装4个加速度传感器，不仅增加了配置成本，还使得信号线布置的难度增加。
发明内容
本发明提供一种车身动态响应参数的确定方法及系统，用以解决现有技术中在确定车身动态响应参数时，需要配合高成本配置的缺陷，实现在较低成本配置下，对车身动态响应参数的识别和确定。
本发明还提供一种车身动态响应参数的确定方法，包括：
基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；
基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，包括：
基于在所述车身动态响应参数处的加速度和所述第一对应关系，确定第二对应关系，所述第二对应关系为所述车身动态响应参数在所述车身上的位置与所述IMU的安装位置间的关系；
基于所述第二对应关系和所述IMU的安装位置，确定所述车身动态响应参数。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身侧倾中心处沿所述车身宽度方向的加速度，确定所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身侧倾中心。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身俯仰中心处沿所述车身长度方向的加速度，确定沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离；
基于在所述惯性坐标系下，在所述车身俯仰中心处沿所述车身高度方向的加速度，确定所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身俯仰中心。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵，包括：
基于使所述IMU与所述车身同轴的所述IMU的安装位置，以及顺次绕横摆角θ、俯仰角β以及侧倾角γ旋转的所述预设转动次序，构建所述旋转矩阵；所述旋转矩阵为：
Figure BDA0003878934790000041
其中，A代表旋转矩阵。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系，包括：
根据预设第一公式，基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；所述预设第一公式为：
Figure BDA0003878934790000042
Figure BDA0003878934790000043
其中，
Figure BDA0003878934790000044
代表在惯性坐标系下待测位置点的加速度；a表示线加速度；α表示角加速度；ω表示角速度；xi、yi和zi分别代表在IMU坐标系下待测位置点在x轴、y轴和z轴方向上距IMU的安装位置的距离；上标i表示所述IMU坐标系；下标x、y和z分别表示沿坐标系的x轴、y轴和z轴方向。
根据本发明所述的车身动态响应参数的确定方法，所述基于所述转换关系，确定第一对应关系，包括：
根据预设第二公式，基于所述转换关系，确定第一对应关系；所述预设第二公式为：
Figure BDA0003878934790000051
其中，下标p表示所述车身上的位置点P。
本发明还提供一种车身动态响应参数的确定系统，包括：
构建模块，用于基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
第一处理模块，用于基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
第二处理模块，用于基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；
第三处理模块，用于基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的车身动态响应参数的确定方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的车身动态响应参数的确定方法。
本发明提供的一种车身动态响应参数的确定方法及系统，首先基于IMU的安装位置以及对IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵，然后基于旋转矩阵，确定IMU所在的惯性坐标系与所在的IMU坐标系的转换关系，进而基于坐标系的转换关系，确定车身上的待测位置点在惯性坐标系下的加速度与在IMU坐标系下待测位置点距IMU的安装位置的距离以及由IMU检测得到的速度检测值的关系，最后基于待测位置点在惯性坐标系下的加速度与IMU坐标系下与IMU的安装位置，以及IMU检测的数据的关系，就可以确定车身动态响应参数。从而实现利用在车身布置的IMU，对车身动态响应参数的识别和确定，较之现有的通过在车身上布置多个加速度传感器来获取车身动态响应参数的方式，使得装备布置的成本大大降低，同时也降低了信号线的布置难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中基于加速度传感器识别和确定车身动态响应参数时，加速度传感器在车身上的布置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种车身动态响应参数的确定方法的流程示意图；
图3是惯性坐标系、IMU坐标系间的关系示意图；
图4是本发明实施例提供的IMU和加速度传感器在车身上的布置示意图；
图5是本发明实施例提供的一种车身侧倾中心的位置关系图；
图6是本发明实施例提供的一种IMU的布置位置与车辆前后轴的距离关系示意图；
图7是本发明实施例提供的一种将IMU与车体同轴布置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的一种车身动态响应参数的确定系统的结构示意图；
图9本发明提供的电子设备的结构示意图；
附图标记：
1：车体；2：高度传感器；3：加速度传感器；4：网络；5：车辆控制器；6：悬架总成；7：IMU。
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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
首先，为了方便对本发明实施例所提供的车身动态响应参数的确定方法的理解，先对本发明实施例所涉及的技术术语的含义进行说明：
惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)：通常包含加速度计、陀螺仪和磁力仪三种传感器，主要用来检测和测量加速度与旋转运动。
旋转矩阵：在乘以一个向量的时候改变向量的方向但不改变大小的效果的矩阵。
惯性坐标系：是为了简化世界坐标系到物体坐标系的转化而产生的。惯性坐标系的原点与物体坐标系的原点重合，惯性坐标系的轴平行于世界坐标系的轴。引入了惯性坐标系之后，物体坐标系转换到惯性坐标系只需旋转。
IMU坐标系：坐标原点在陀螺仪和加速度计的坐标原点，x、y、z三个轴的方向分别与陀螺仪和加速度计的对应轴向平行。
下面结合图2至图7描述本发明的一种车身动态响应参数的确定方法，基于车辆的控制器或者其中的软件和/或硬件的组合执行，所述控制器可以是车辆上已经布置的整车控制器，也可以是单独布置的控制器。其中，如图2所示，本发明实施例提供的车身动态响应参数的确定方法包括以下步骤：
101、基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
可以理解的是，如图3所示，OXYZ为与地面固连的绝对坐标系；OiXmYmZm为原点与IMU安装位置重合，三轴方向与绝对坐标系相同的惯性坐标系；OiXiYiZi为与IMU固连的坐标系，即IMU坐标系，其三轴方向为IMU直接测量的加速度方向。可见，惯性坐标系的原点与IMU坐标系的原点重合，将IMU坐标系旋转就可以转换为惯性坐标系。然而，IMU检测的速度检测值为分别对应IMU坐标系三轴方向的检测值，相对于车体即为绕横摆角的旋转、绕俯仰角的旋转，以及绕侧倾角的旋转。虽然针对车辆的行驶，IMU沿三轴方向的旋转同时产生，但通过预设转动次序，能够使由IMU坐标系向惯性坐标系转化变得简化，即使IMU坐标系先绕第一个轴的方向旋转，再沿第二个轴的方向旋转，最后再绕第三个轴的方向旋转。
具体地，可以预设转动次序为：先绕横摆角旋转，后绕俯仰角旋转，最后绕侧倾角旋转；也可以预设转动次序为：先绕俯仰角旋转，后绕横摆角旋转，最后绕侧倾角旋转，等等，在这里不需要具体限定。
更具体地，旋转矩阵的表达形式还与IMU的安装位置有关，因而，基于IMU的安装位置以及对IMU的预设转动次序，可以确定旋转矩阵的具体表达形式，即完成旋转矩阵的构建。
102、基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
可以理解的是，在本发明实施例提供的车身动态响应参数的确定方法中，惯性坐标系的原点与IMU坐标系的原点重合，通过旋转矩阵对IMU坐标系进行旋转，就可以得到惯性坐标系。
103、基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下，由所述IMU检测得到的速度值；
具体地，以图3所示的待测位置点P为例，在确定了IMU所在的惯性坐标系与IMU坐标系的转换关系后，可以根据转换关系，将P点在惯性坐标系下的加速度，用P点在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离，以及IMU所检测的速度检测值进行表示。
104、基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
可以理解的是，关于车辆，严格来说是车身，讨论其动态响应，一般比较常用三个关键属性来表征它的运动，即绕过质心的沿X、Y、Z三个方向的转动，分别指绕X轴的侧倾(Rolling)，绕Y轴的俯仰(Pitch)，还有绕Z轴的横摆(Yaw)。
进一步地，对于横摆，是一个主动需要的响应，通俗讲即为转动方向盘时车辆转弯，横摆发生变化，因而针对车辆的横摆，并不需要调整悬架的性能。而对于俯仰和侧倾，在车辆转弯时，由于车身离心力对车轮接地点的转矩作用，车身会绕车辆纵轴倾斜，即侧倾，车身侧倾时车身相对地面的瞬时转动中心即为车身侧倾中心；当车辆制动或加速时，导致车头下沉或扬起，称为车身俯仰，车身俯仰所围绕的中心点，即为车身俯仰中心。所以，车身侧倾中心和车身俯仰中心为在车身上特定的待测位置点。且在车身侧倾中心和俯仰中心无法确定，或者确定的不够准确时，将使得悬架性能不能很好的调整，从而使得车辆的稳定性和舒适性均受到影响。
具体地，针对车身侧倾中心，沿车体宽度，即侧向的加速度为0；而针对车身俯仰中心，沿车体长度，以及高度方向的加速度也为0。因而，在根据转换关系，将P点在惯性坐标系下的加速度，用P点在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离，以及IMU所检测的速度检测值进行表示，且在车身俯仰中心或车身侧倾中心的加速度值能够确定的基础上，就可以获得车身俯仰中心或车身侧倾中心与IMU的安装位置间的关系，从而进一步确定车身俯仰中心或车身侧倾中心的位置，即车身动态响应参数。
更具体地，本发明实施例提供的车身动态响应参数的确定方法，需要IMU的安装位置和检测数据，即可实现对车身动态响应参数的确定，因而通过布置一个IMU或者直接采用车身上已经布置的IMU，就可以实现车身动态响应参数的确定。进一步地，如图4所示，方形点所示为加速度传感器在车体上的安装位置，而IMU一般可以设置在如图4中圆点所示的任一位置处，例如：设置在车身上靠近左侧车轮的位置、靠近前轴的位置等。可以理解的是，图4中为了便于说明加速度传感器以及IMU在车身上的设置位置，将位置点均标记在了车身表面，而加速度传感器或IMU在车身上的位置实际为由图4标记位置透视后的车身内部。可见，较之现有的通过在车身上布置多个加速度传感器来获取车身动态响应参数的方式，采用本发明实施例提供的车身动态响应参数的确定方法，使得装备布置的成本大大降低，同时也降低了信号线的布置难度。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，包括：
基于在所述车身动态响应参数处的加速度和所述第一对应关系，确定第二对应关系，所述第二对应关系为所述车身动态响应参数在所述车身上的位置与所述IMU的安装位置间的关系；
基于所述第二对应关系和所述IMU的安装位置，确定所述车身动态响应参数。
具体地，针对车身侧倾中心，车体向侧向的加速度为0；针对车身俯仰中心，沿车体长度以及高度方向的加速度为0，即针对车身侧倾中心和车身俯仰中心在惯性坐标系下，均有加速度为0的特定方向。因而，在根据转换关系，将P点在惯性坐标系下的加速度用P点在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离，以及IMU所检测的速度检测值进行表示后，在车身俯仰中心或车身侧倾中心加速度为0的特定方向上，可以得到车身俯仰中心或车身侧倾中心在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离间的关系，即可以得到第二对应关系。同时，IMU的安装位置是已知的，因而在确定了车身俯仰中心以及车身侧倾中心与IMU的安装位置的距离间的关系后，就可以进一步确定出车身侧倾中心以及车身俯仰中心的位置，即车身动态响应参数。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身侧倾中心处沿所述车身宽度方向的加速度，确定所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身侧倾中心。
可以理解的是，在车辆进行侧倾时，不同垂直横向截面均应存在一个侧倾中心，通过将这些侧倾中心进行连线，可以得到用于悬架性能调整的侧倾中心轴线。
具体地，基于在惯性坐标系下的位置点的加速度与该位置点在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离，以及IMU所检测的速度检测值的关系，对于车身侧倾中心，可以确定在沿车身纵向方向上，指定垂直横向截面上的侧倾中心。因而，可以在确定车身侧倾中心前，需要预设确定是在哪个垂直横向截面上的车身侧倾中心。同时，为了得到侧倾中心轴线，可以选用确定车身上至少两个车身侧倾中心的方法，从而减少数据处理量，并提高效率。
更具体地，优选确定车身上的两个车身侧倾中心的位置，以进一步简化数据处理。例如：为了提高基于IMU的安装位置确定待确定的车身侧倾中心在沿车身长度方向上的位置信息的便捷性，可以选择分别确定如图5所示的位于车身前后轴处的两个车身侧倾中心(图5中圆点所示为车身侧倾中心，两者的连线为侧倾中心轴线)。具体如图6所示，在车身前后轴位置已知的情况下，可以方便的得到IMU的安装位置距前后轴的距离：
Figure BDA0003878934790000121
和
Figure BDA0003878934790000122
以及距车身的纵向中轴线的距离
Figure BDA0003878934790000123
之后，再基于在惯性坐标系下的位置点的加速度与该位置点在IMU坐标系下与IMU的安装位置的距离，以及IMU所检测的速度检测值的关系，得到车身前后轴处两个车身侧倾中心距IMU的安装位置的垂向距离后，就可以基于位于车身前后轴处的两个车身侧倾中心距IMU的安装位置的垂向距离，以及IMU的安装位置，确定两个车身侧倾中心在车身上沿高度方向的位置，从而进一步获得侧倾中心轴线，以控制车辆悬架的性能调节。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身俯仰中心处沿所述车身长度方向的加速度，确定沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离；
基于在所述惯性坐标系下，在所述车身俯仰中心处沿所述车身高度方向的加速度，确定所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身俯仰中心。
具体地，在车辆匀速行驶并进行俯仰时，因不涉及车辆的加减速，所以沿车身长度方向的加速度为0。同时，因为俯仰中心为车身在俯仰，即沿车身高度方向做一定角度的旋转时，所基于的圆心，因而沿车身高度方向的加速度也为0。
在确定了车身沿车身长度方向，以及高度方向的加速度后，基于在惯性坐标系下的位置点的加速度，与在IMU坐标系下该位置点与IMU的安装位置间的距离，以及IMU检测的速度检测值间的关系，就可以分别确定出车身俯仰中心距IMU的安装位置的垂向距离，以及沿车身长度方向，车身俯仰中心距IMU的安装位置的纵向距离。进一步地，在IMU的安装位置已知的情况下，就可以确定出俯仰中心在车身上的具体位置。
作为本发明的一种实施例，所述基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵，包括：
基于使所述IMU与所述车身同轴的所述IMU的安装位置，以及顺次绕横摆角θ、俯仰角β以及侧倾角γ旋转的所述预设转动次序，构建所述旋转矩阵；所述旋转矩阵为：
Figure BDA0003878934790000131
其中，A代表旋转矩阵。
具体地，如图7所示，在车体1上，通过将高度传感器2和IMU7检测的数据基于网络4分别传送给车辆控制器5，然后由车辆控制器5对数据进行分析，从而实现对侧倾中心和俯仰中心的识别和标定，最后基于分析结果生成控制信号，并传送给悬架总成6，以实现对悬架性能的调节。通过使IMU与车身同轴布置，一方面可以方便解算，使对IMU的标定程序得到简化，提高了标定效率，另一方面，因为通常IMU给出的沿轴向方向的检测数据较为精确，所以将IMU与车身同轴布置，可以提高获得的车身侧倾中心和车身俯仰中心的准确度。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系，包括：
根据预设第一公式，基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；所述预设第一公式为：
Figure BDA0003878934790000141
Figure BDA0003878934790000142
其中，
Figure BDA0003878934790000143
代表在惯性坐标系下待测位置点的加速度；a表示线加速度；α表示角加速度；ω表示角速度；xi、yi和zi分别代表在IMU坐标系下待测位置点在x轴、y轴和z轴方向上距IMU的安装位置的距离；上标i表示所述IMU坐标系；下标x、y和z分别表示沿坐标系的x轴、y轴和z轴方向。
可以理解的是，将待测位置点在IMU坐标系下的加速度进行旋转，可以得到待测位置点在惯性坐标系下的加速度。
具体地，车辆在行驶过程中，因侧倾或俯仰会存在沿高度方向以及沿侧向的旋转，因而，针对车体的加速度应该基于平动加速度、切向加速度和向心加速度分别进行旋转。基于此，通过由IMU检测的速度值，以及待测位置点在IMU坐标系下与IMU的安装位置间的距离，可以得到待测位置点在IMU坐标系下的加速度，之后再经过旋转，就可以得到待测位置点在惯性坐标系下的加速度，即如公式2所示，其中，
Figure BDA0003878934790000151
和
Figure BDA0003878934790000152
分别代表沿IMU坐标系三轴方向的平动加速度、
Figure BDA0003878934790000153
和
Figure BDA0003878934790000154
分别代表沿IMU坐标系三轴方向的切向加速度；而
Figure BDA0003878934790000155
Figure BDA0003878934790000156
和
Figure BDA0003878934790000157
Figure BDA0003878934790000158
分别代表沿IMU坐标系三轴方向的向心加速度。
作为本发明的一种实施例，所述基于所述转换关系，确定第一对应关系，包括：
根据预设第二公式，基于所述转换关系，确定第一对应关系；所述预设第二公式为：
Figure BDA0003878934790000159
其中，下标p表示所述车身上的位置点P。
具体地，根据理论力学刚体假设可知，任意待测位置点沿着相同方向的角速度及角加速度相等。因而可得P点的六个运动学信息为：
Figure BDA00038789347900001510
更具体地，在确定车身侧倾中心时，有ayp＝0，同时，以确定如图5所示的前后轴的车身侧倾中心，且IMU的安装位置如图6所示为例，由公式4可得：
Figure BDA0003878934790000161
从而通过公式5，可以得到前后轴的车身侧倾中心距IMU的安装位置的垂向距离
Figure BDA0003878934790000162
和
Figure BDA0003878934790000163
Figure BDA0003878934790000164
进而可求得整车侧倾中心轴线。
同样地，在确定车身俯仰中心时，有axp＝azp＝0，同时，假设俯仰中心处有
Figure BDA0003878934790000165
则由公式4可得：
Figure BDA0003878934790000166
进而通过求解公式7，就可以求得车身俯仰中心。
下面结合图8对本发明提供的一种车身动态响应参数的确定系统进行描述，下文描述的一种车身动态响应参数的确定系统与上文描述的一种车身动态响应参数的确定方法可相互对应参照。
如图8所示，本发明还提供一种车身动态响应参数的确定系统，包括：构建模块810、第一处理模块820、第二处理模块830和第三处理模块840；其中，
所述构建模块810用于基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
所述第一处理模块820用于基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
所述第二处理模块830用于基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；
所述第三处理模块840用于基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
本发明实施例提供的车身动态响应参数的确定系统，首先基于IMU的安装位置以及对IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵，然后基于旋转矩阵，确定IMU所在的惯性坐标系与所在的IMU坐标系的转换关系，进而基于坐标系的转换关系，确定车身上的待测位置点在惯性坐标系下的加速度与在IMU坐标系下待测位置点距IMU的安装位置的距离以及由IMU检测得到的速度检测值的关系，最后基于待测位置点在惯性坐标系下的加速度与IMU坐标系下与IMU的安装位置，以及IMU检测的数据的关系，就可以确定车身动态响应参数。从而实现利用在车身布置的IMU，对车身动态响应参数的识别和确定，较之现有的通过在车身上布置多个加速度传感器来获取车身动态响应参数的方式，使得装备布置的成本大大降低，同时也降低了信号线的布置难度。
作为优选的，所述第三处理模块具体用于基于在所述车身动态响应参数处的加速度和所述第一对应关系，确定第二对应关系，所述第二对应关系为所述车身动态响应参数在所述车身上的位置与所述IMU的安装位置间的关系；基于所述第二对应关系和所述IMU的安装位置，确定所述车身动态响应参数。
作为优选的，所述第三处理模块进一步用于基于在所述惯性坐标系下，所述车身侧倾中心处沿所述车身宽度方向的加速度，确定所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；基于所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身侧倾中心。
作为优选的，所述第三处理模块进一步用于基于在所述惯性坐标系下，所述车身俯仰中心处沿所述车身长度方向的加速度，确定沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离；基于在所述惯性坐标系下，在所述车身俯仰中心处沿所述车身高度方向的加速度，确定所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；基于所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身俯仰中心。
作为优选的，所述构建模块具体用于基于使所述IMU与所述车身同轴的所述IMU的安装位置，以及顺次绕横摆角θ、俯仰角β以及侧倾角γ旋转的所述预设转动次序，构建所述旋转矩阵；所述旋转矩阵如上述实施例中的公式1所示。
作为优选的，所述第一处理模块具体用于根据预设第一公式，基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；所述预设第一公式如上述实施例中的公式2所示。
作为优选的，所述第二处理模块具体用于根据预设第二公式，基于所述转换关系，确定第一对应关系；所述预设第二公式如上述实施例中的公式3所示。
图9示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图9所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)910、通信接口(Communications Interface)920、存储器(memory)930和通信总线940，其中，处理器910，通信接口920，存储器930通过通信总线940完成相互间的通信。处理器910用存储器930辑指令，以执行车身动态响应参数的确定方法，所述方法包括：基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
此外，上述的存储器930辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的车身动态响应参数的确定方法，所述方法包括：基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法提供的车身动态响应参数的确定方法，所述方法包括：基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，包括：
基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；
基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
2.根据权利要求1所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，包括：
基于在所述车身动态响应参数处的加速度和所述第一对应关系，确定第二对应关系，所述第二对应关系为所述车身动态响应参数在所述车身上的位置与所述IMU的安装位置间的关系；
基于所述第二对应关系和所述IMU的安装位置，确定所述车身动态响应参数。
3.根据权利要求2所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身侧倾中心处沿所述车身宽度方向的加速度，确定所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身侧倾中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身侧倾中心。
4.根据权利要求2所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述第一对应关系，确定车身动态响应参数，进一步包括：
基于在所述惯性坐标系下，所述车身俯仰中心处沿所述车身长度方向的加速度，确定沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离；
基于在所述惯性坐标系下，在所述车身俯仰中心处沿所述车身高度方向的加速度，确定所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离；
基于所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的垂向距离，沿所述车身长度方向，所述车身俯仰中心距所述IMU的安装位置的纵向距离，以及所述IMU的安装位置，确定所述车身俯仰中心。
5.根据权利要求1所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵，包括：
基于使所述IMU与所述车身同轴的所述IMU的安装位置，以及顺次绕横摆角θ、俯仰角β以及侧倾角γ旋转的所述预设转动次序，构建所述旋转矩阵；所述旋转矩阵为：
Figure FDA0003878934780000021
其中，A代表旋转矩阵。
6.根据权利要求5所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系，包括：
根据预设第一公式，基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；所述预设第一公式为：
Figure FDA0003878934780000031
Figure FDA0003878934780000032
其中，
Figure FDA0003878934780000033
代表在惯性坐标系下待测位置点的加速度；a表示线加速度；α表示角加速度；ω表示角速度；xi、yi和zi分别代表在IMU坐标系下待测位置点在x轴、y轴和z轴方向上距IMU的安装位置的距离；上标i表示所述IMU坐标系；下标x、y和z分别表示沿坐标系的x轴、y轴和z轴方向。
7.根据权利要求6所述的车身动态响应参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述转换关系，确定第一对应关系，包括：
根据预设第二公式，基于所述转换关系，确定第一对应关系；所述预设第二公式为：
Figure FDA0003878934780000034
其中，下标p表示所述车身上的位置点P。
8.一种车身动态响应参数的确定系统，其特征在于，包括：
构建模块，用于基于IMU的安装位置以及对所述IMU的预设转动次序，构建旋转矩阵；
第一处理模块，用于基于所述旋转矩阵，确定所述IMU所在的惯性坐标系与所述IMU所在的IMU坐标系的转换关系；
第二处理模块，用于基于所述转换关系，确定第一对应关系，所述第一对应关系为所述车身上的待测位置点在所述惯性坐标系下的加速度，与在所述IMU坐标系下所述待测位置点距所述IMU的安装位置的距离，以及速度检测值的关系，所述速度检测值为在所述IMU坐标系下由所述IMU检测得到的速度值；
第三处理模块，用于基于所述第一对应关系，确定所述车身的动态响应参数，所述动态响应参数包括：车身侧倾中心和车身俯仰中心。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述的车身动态响应参数的确定方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的车身动态响应参数的确定方法。
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