[發明專利]基于全球定位系統數據采集的車身側偏角計算方法

無效

• 申請號: 201210437766.7
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102954783A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: 李亮;徐英豪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01B21/22
• 分類號: G01B21/22;G01S19/53
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

技術領域

本發明涉及一種基于全球定位系統數據采集的車身側偏角計算方法，屬于汽車試驗數據采集及動力學參數測量方法技術領域。

背景技術

在車輛穩定性研究過程當中，車輛瞬時動力學狀態信息的測量為車輛穩定性控制提供了信號輸入，它既是控制系統的輸入也是系統要觀測的對象。在車輛動力學控制研究過程全球定位系統（以下簡稱GPS）可為車輛實時的提供多種有效信息，這其中包括：車輛被測點實時三維位置坐標、車輛被測點實時速度及速度矢量方向、車輛被測點航向角等信息。

在車輛穩定性控制過程中，車身橫擺角速度及車身側偏角是進行車身穩定性控制的首要狀態參量，車身橫擺角速度可由陀螺計直接測量得到，但車身側偏角難于直接測量得到，因此需借助如GPS等設備對被測車輛進行間接測量并計算后得到車身側偏角的狀態參量。

GPS是上世紀70年代由美國軍方研制的空間衛星導航定位系統，主要有空間星座、地面監控系統、用戶接收機三部分組成。對用戶而言，最重要的設備當屬接收機，通常測量過程中GPS接收機要與用戶交互的數據獲取方式包括：存儲卡存儲、異步串行傳輸、與計算機直接相連存儲于計算機等。

傳統測量方法需在被測車輛上安裝車速傳感器、角速度傳感器、方向盤轉角傳感器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器等一系列傳感器，且以相對復雜的算法來進行車身側偏角的測量，如專利號為200510069336的車身側偏角估計方法，存在計算系統復雜、信號處理及采集困難、系統成本增加、算法較繁瑣以及誤差累計等缺點。

發明內容

本發明的目的是提出一種基于全球定位系統數據采集的車身側偏角計算方法，以用于GPS接收機對接收的衛星數據進行處理進而計算得到車身側偏角，該方法硬件上設置雙天線的全球定位系統、GPS接收機數據采集處理模塊，計算方法則包括接收衛星信號、截取并處理部分車體運動狀態信息、實現地理坐標系到局部相對坐標系的轉換、利用車體在局部相對坐標系中的位置及角度信息計算車體側偏角。

本發明提出的基于全球定位系統數據采集的車身側偏角計算方法，包括以下步驟：

（1）定義車體的左右對稱的平面上前后方向的車頂連線為車體的中軸線，在車體頂部前后方向上分別布置兩根接收機天線，兩根接收機天線分別位于中軸線上的A、B兩點，兩根接收機天線分別由信號線與車體內的兩個接收機相連接，兩個接收機通過兩根天線與衛星進行通訊，實時接收車體中軸線上A、B兩點的經度、緯度、高度、水平速度矢量以及水平速度矢量與正北方向的夾角，其中經度、緯度和高度基于84大地坐標參考系，A點的緯度以lat_0表示，A點的經度以lon_0表示，A點的水平速度矢量以hor_0表示，A點的水平速度矢量與正北方向的夾角以α表示，B點的緯度以lat_1表示，B點的經度以lon_1表示；

（2）兩個接收機分別以二進制形式通過第一串口和第二串口向外交替發送第一數據包和第二數據包；第一數據包和第二數據包中，前三個字節為起始位，第五個字節為區分兩數據包的辨別位，第一數據包中包含被測點的經度、緯度和高度信息，第二數據包中包含被測點的水平速度矢量以及水平速度矢量與正北方向的夾角信息；

（3）數據采集處理模塊分別以一定周期采集上述兩個接收機分別通過第一串口和第二串口發送的數據，將接收數據放入緩存，并通過兩個數據包中的起始位讀取數據，通過兩個數據包辨別位判定第一數據包或第二數據包；

（4）利用高斯投影法，將A、B兩點的經度和緯度由84大地坐標系轉換到高斯平面坐標，設a和b分別表示地球的長軸半徑和短軸半徑，X表示赤道至A點緯度的子午線弧長，N表示卯酉圈曲率半徑，ρ表示地球橢球面曲率半徑，l表示A點經度與子午線經度之間的差值，L₀表示子午線經度，e表示地球橢圓偏心率，d、t、X、η、A₀、B₀、C₀是中間變量，則高斯平面坐標系下A點坐標(x₀,y₀)為：