CN205719000U - 一种车载航位推算系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种车载航位推算系统，包括主控芯片、用于测量加速度的加速度计、用于检测角速度的陀螺仪以及里程仪；所述陀螺仪通过I²C总线与主控芯片通信；所述加速度计通过I²C总线与主控芯片通信，所述主控芯片通过CAN总线连接OBD接口，再通过OBD接口连接里程仪，其中主控芯片由CAN总线、OBD接口通过里程仪获取车辆速度。本实用新型的航位推算系统具有短时间定位精度高的特点，同时制定校正规则，在GNSS或者RSU定位准确时，对车载航位推算系统进行校正，弥补了车载航位推算系统的缺陷。

Description

一种车载航位推算系统

技术领域

本实用新型涉及航位推算的研究领域，特别涉及一种车载航位推算系统。

背景技术

车载航位推算系统属于惯性导航系统(Inertial Navigation System，INS)，测量车辆加速度和角速度，然后利用车载计算系统估算车辆位置的辅助导航系统，是一种自主式导航系统。车载航位推算系统具有传统惯性导航的优点，不依赖于外部定位基站或卫星，受外界干扰的影响比较小；可全天候地工作，环境适应能力强等，但是车载航位推算也有其自身的缺点：

1、导航信息是通过积分而得出的，故定位误差随时间的推移而增大，系统需要及时的重置或对准，一点工作时间过长，其精度下降严重；

2、在每次工作时，系统均需要初始化，在使用过程中也需要频繁的校正；

3、高精度的电子元件价格昂贵。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种车载航位推算系统，。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的一种车载航位推算系统，包括主控芯片、用于测量加速度的加速度计、用于检测角速度的陀螺仪以及里程仪；所述陀螺仪通过I²C总线与主控芯片通信；所述加速度计通过I²C总线与主控芯片通信，所述主控芯片通过CAN总线连接OBD接口，再通过OBD接口连接里程仪，其中主控芯片由CAN总线、OBD接口通过里程仪获取车辆速度。

作为优选的技术方案，所述主控芯片选用STM32F103ZET7芯片。

作为优选的技术方案，所述加速度计为三轴加速度计。

作为优选的技术方案，所述三轴加速度计选用ADXL345加速度芯片。

作为优选的技术方案，所述ADXL345加速度芯片采用3mm×5mm×1mm 14引脚的小型塑料封装。

作为优选的技术方案，所述陀螺仪选用MPU3050三轴陀螺仪芯片。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的航位推算系统具有短时间定位精度高的特点，同时制定校正规则，在GNSS或者RSU定位准确时，对车载航位推算系统进行校正，弥补了DR系统的缺陷。

2、本实用新型的航位推算系统因为有了频繁且可靠地校正，系统可以采用价格相对便宜的元件设计车载航位推算系统，降低系统总体成本，提高市场竞争力。

附图说明

图1是本实用新型航位推算系统的结构方框图；

图2是OBD接口的结构示意图；

图3是ADXL345的I²C电路连接图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例的车载航位推算系统，包括主控芯片、用于测量加速度的加速度计、用于检测角速度的陀螺仪以及里程仪；所述陀螺仪通过I²C总线与主控芯片通信；所述加速度计通过I²C总线与主控芯片通信，所述主控芯片通过CAN总线连接OBD接口，再通过OBD接口连接里程仪，其中主控芯片由CAN总线、OBD接口通过里程仪获取车辆速度。

所述主控芯片选用STM32F103ZET7芯片，主控芯片STM32F103ZET7是基于ARM Cortex-M3内核，具有低功耗、高性能和低成本的特点，时钟频率为72MHz，具有512K闪存存储，采用LQFP封装，在-40℃～105℃的环境下可以正常工作，是STM32“增强型”系列芯片。

如图2所示，本实施例的车载航位推算系统利用OBD接口采集车辆速度，采用CAN总线连接，OBD接口与针脚定义如下表1所示：

表1

1	未定义	9	未定义
				2	SAE-J1850PWM总线(+)	10	SAE-J1850PWM总线(+)
3	未定义	11	未定义
				4	车身地	12	未定义
5	信号地	13	未定义
				6	CAN High	14	CAN Low
7	K线	15	L线
				8	未定义	16	蓄电池电压

车载组合定位系统通过CAN总线、OBD接口采集车载里程表数据，下面以读取实时车速为例(MODE1)，其通信协议如下：

发送格式：CAN的ID PCI MODE PID

标准：7DF 01 01 0d 00 00 00 00 00

扩展：18DB33F101 01 0d 00 00 00 00 00

数据域：PCI+MODE+PID

其中，PCI表示协议控制信息的字节数量·01--Mode1：请求动力系当前数据；PID0D--车速

加速度计通过测量车辆机动时的加速度，然后通过牛顿惯性定律或者积分求出速度。加速度计与里程仪的差别在于，在工作时可以有效避免受到外界道路情况、车辆本身等因素的干扰。本实施例使用ADXL345加速度芯片测量车辆的速度，采用3mm×5mm×1mm 14引脚的小型塑料封装，具有体积小、功耗低的特点。其高分辨率(3.9mg/LSB)，能够测量不到1.0°的倾斜角度变化。ADXL345符合《UM10204I2C总线规范和用户手册》03版。当ADXL345处于I²C模式，只需要简单2线式连接，支持标准(100kHz)和快速(400kHz)数据传输模式，ADXL345的I²C电路连接如图3所示。由于需要将加速度积分求速度，如果加速度计的零偏值补偿的不好，随着时间的推移，速度误差就会越来越大。

ADXL345偏移校准：加速度计为机械结构，包含可以自由移动的元件。这些运动部件对机械应力非常灵敏，程度远远超过固态电子产品。因此，要将ADXL345安装在PCB板固定点附近，减少干扰。0g偏置或偏移为重要加速度计指标，因为它定义了用于测量加速度的基线。在系统安装后，需要对ADXL345进行校准，校准流程如下：

a、获取当前的X、Y、Z三轴的原始偏移量。将安装ADXL345的器件置于水平状态，Z轴在1g重力场，X轴、Y轴在0g重力场。取的一系列的样本值(100Hz)计算得到x_0g、y_0g、z_+1g，X轴、Y轴的实际加速度值计算如公式(1)

$\begin{array}{c}{X}_{actual}=X_{measurement}-X_{0g}\\ Y_{actual}=Y_{measurement}-Y_{0g}\end{array}---\left(1\right)$

b、计算出Z轴在0g状态下的原始偏移量，S_Z为Z轴的理想灵敏度，Z轴的实际加速度值计算如公式(2)

$\begin{array}{c}{Z}_{0g}=Z_{+1g}-S_Z\\ Z_{actual}=Z_{measurement}-Z_{0g}\end{array}---\left(2\right)$

c、计算出写入寄存器的偏移值。ADXL345对应X、Y、Z轴的偏移寄存器地址分别为0x1E，0x1F，0x20，ADXL345可以自动补偿输出。偏移值的计算公式如下：

$\begin{array}{c}{X}_{OFFSET}=-Round\left(\frac{X_{0g}}{1000\×S_X^{-1}}\right)\\ Y_{OFFSET}=-Round\left(\frac{Y_{0g}}{1000\×S_Y^{-1}}\right)\\ Z_{OFFSET}=-Round\left(\frac{Z_{0g}}{1000\×S_Z^{-1}}\right)\end{array}---\left(3\right)$

其中，为四舍五入函数，S_X、S_Y、S_Z对应轴上的灵敏度典型值(如256LSB/g)

d、将X_OFFSET、Y_OFFSET、Z_OFFSET的补码写入对应的偏移寄存器，完成偏移校准。

本实施例中，角速率陀螺仪输出与车辆角速率相关的信息，将角速率信号积分可以得到车辆的相对转角。本文选择Invensense公司的MPU3050三轴陀螺仪芯片作为组合定位系统的角速率分量测量器件。

MPU3050具有以下特点：

量程可以根据路况自行设置(±250°/sec、500°/sec、±1000°/sec和2000°/sec)；

传感器具备10000g的耐震容忍度；

DMP连同内建的FIFO，不仅能减轻主机应用程序处理器的高频运动演算，也能减少中断次数与主机每秒运算指令数，进而可以改善整体系统效能；

采用4mm×4mm×0.9mm塑料QFN封装，体积小。

事实上，MPU3050不是针对车载导航而设计的，而是面向智能手机的运动应用设计的，但是由于其内建数字运动处理器(Digital Motion Processor，DMP)和小尺寸、低成本等特点，逐渐被车载定位行业所认可和使用。本系统将使用I²C总线与MPU3050相连接，获取X、Y、Z轴的角速率。

航位推算系统需要给定位置初始值和航向初始值，但是在某些特殊的场合，如城市中心、地下停车场，初始值不容易获得或者获得的初始值可靠性不高，DR系统具有误差累积特性，长时间独立工作将影响系统定位精度，需要不断地给DR子系统重新装定(重置)可靠的位置和航向，对DR子系统进行校正。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车载航位推算系统，其特征在于，包括主控芯片、用于测量加速度的加速度计、用于检测角速度的陀螺仪以及里程仪；所述陀螺仪通过I²C总线与主控芯片通信；所述加速度计通过I²C总线与主控芯片通信，所述主控芯片通过CAN总线连接OBD接口，再通过OBD接口连接里程仪，其中主控芯片由CAN总线、OBD接口通过里程仪获取车辆速度。

2.根据权利要求1所述的车载航位推算系统，其特征在于，所述主控芯片选用STM32F103ZET7芯片。

3.根据权利要求1所述的车载航位推算系统，其特征在于，所述加速度计为三轴加速度计。

4.根据权利要求3所述的车载航位推算系统，其特征在于，所述三轴加速度计选用ADXL345加速度芯片。

5.根据权利要求4所述的车载航位推算系统，其特征在于，所述ADXL345加速度芯片采用3mm×5mm×1mm 14引脚的小型塑料封装。

6.根据权利要求1所述的车载航位推算系统，其特征在于，所述陀螺仪选用MPU3050三轴陀螺仪芯片。