[發明專利]一種車輛動態姿態測量方法及測量系統

在審

• 申請號: 202211267414.1
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115790512A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 周秀田;洪燕;馬德仁
• 申請（專利權）人: 元動新能源汽車有限公司
• 主分類號: G01C1/00
• 分類號: G01C1/00;G01D21/02
• 代理公司: 無錫堅恒專利代理事務所(普通合伙) 32348
• 代理人: 杜興;劉宏亮

本發明公開了一種車輛動態姿態測量方法及測量系統，該方法利用車輛輪速傳感器輸出信息與MEMS陀螺和MEMS加速度計數據融合得到車輛動態姿態角，輪速傳感器可以計算車輛速度和加速度，車輛速度與Z軸陀螺輸出角速度，可以得到車輛離心力，為此可以修正加速度計測量值受到的加速度和離心力的耦合影響，再利用陀螺測角速度積分的快速響應，可以得到動態車輛姿態角，滿足自動駕駛車輛控制的需求。

技術領域

本發明涉及一種車輛動態姿態測量方法及測量系統。

背景技術

目前自動駕駛車輛在坡道上行駛、駐車、轉向等需要姿態角度(俯仰角度和橫滾角度)，有利于控制車輛，測量車輛在行駛條件下的姿態，一直是難題，尤其采用低成本的MEMS陀螺和MEMS加速度計測量姿態，難度大，一是因為MEMS陀螺參數漂移大，長時間測量角度，誤差很大，無法使用，而且加速度計在車輛靜止時測量俯仰角和橫滾角精度較高，但在動態條件下由于車輛行駛過程產生加速度，離心力等產生的加速度和重力加速度耦合，不能得到準確的俯仰角和橫滾角。

現有技術中也存在針對上述技術問題的技術方案，如公開號CN104198765A，公開的一種能夠實現車輛運動加速度檢測的坐標系轉換的方法，其包括：利用加速度計和磁力計，建立MEMS坐標與地理坐標系之間的相對關系；在導航過程中，根據陀螺的輸出，獲得姿態矩陣；根據所述姿態矩陣，獲得MEMS坐標系與地理坐標系之間的轉換矩陣利用MEMS坐標系與地理坐標系之間的轉換矩陣將MEMS加速度計輸出的加速度轉換至地理坐標的加速度；根據全球定位系統GPS輸出的GPS的東向速度和車輛速度VR，獲得相對航向角根據所述相對航向角，地理坐標系向車體坐標系的轉換矩陣在得到和的計算方法后，可通過矩陣連乘的方法得到MEMS坐標與車體坐標之間的轉換矩陣根據所述MEMS坐標與車體坐標之間的轉換矩陣將所有MEMS陀螺和加速度計的輸出轉換到車體的坐標系中。

但是上述方案也存在一定的局限性，首先其需要利用到磁力計以及GPS系統，無疑增加了成本，而且其中磁力計在實際應用中容易受到干擾，采用GPS也有遇到遮擋等問題，檢測精度不夠精準，另外在算法上，其運用了姿態矩陣和四元素計算方法，算法復雜。

基于上述問題，本領域技術人員急需研發一種不僅成本低，而且算法簡單且同時檢測精度高的測量方法。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺陷，提供一種車輛動態姿態測量方法，無需額外增加硬件設施，利用現有的MEMS陀螺、MEMS加速度計以及車輛均配備的輪速傳感器配合算法對車輛動態姿態進行測量，不僅成本低，而且檢測精準。

為實現上述技術效果，本發明的技術方案為：車輛動態姿態測量方法，包括以下步驟：

S1、建立坐標系，X軸與車輛縱向軸平行，前向為正；Z軸為與車輛底盤垂直，向上為正；Y軸垂直于X軸和Z軸組成平面，從Z軸正向看X軸正向逆時針旋轉90度為正；

S2、采集MEMS陀螺測量車輛在X、Y、Z方向的角速度ω_x、ω_y、ω_z；MEMS加速度計測量車輛在X、Y、Z方向加速度a_x、a_y、a_z，輪數傳感器測量在單位時間T內脈沖數N_k；

S3、通過輪速傳感器測量的輸出信號N_k，計算車輛的速度V_k以及加速度A_k；

S4、通過MEMS加速度計的輸出信號a_x、a_y、a_z、MEMS陀螺的輸出信號ω_z以及步驟S3中計算出的車輛的速度V_k以及加速度A_k計算MEMS陀螺在車輛的X、Y方向的角速度誤差e_x以及e_y；