專(zhuān)利名稱(chēng)：基于微慣性/衛(wèi)星/地磁組合測(cè)量重型車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重型汽車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置，主要是涉及一種由微機(jī)電(MEMS)陀螺、加速度計(jì)、GPS、地磁傳感器構(gòu)成的微型組合測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
重型車(chē)輛(包括重型卡車(chē)、重型半掛車(chē))作為道路運(yùn)輸業(yè)的重要載體與輕型汽車(chē)不同，具有重心高、體積大、裝載量大、輪距相對(duì)于車(chē)身高度過(guò)窄等特點(diǎn)，因此重型車(chē)輛側(cè)翻穩(wěn)定闕值較低，在行駛過(guò)程中發(fā)生側(cè)翻的可能性較大。為滿(mǎn)足現(xiàn)代運(yùn)輸?shù)男枰匦蛙?chē)的車(chē)速也在不斷提高，加上行駛的路面條件和隨機(jī)因素影響很多，在轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向加速度從而產(chǎn)生較大的側(cè)翻力矩使汽車(chē)失去平衡。針對(duì)重型車(chē)側(cè)翻事故具有的嚴(yán)重性和多發(fā)性，側(cè)翻預(yù)警技術(shù)的重要性日益凸顯。傳統(tǒng)的預(yù)警裝置采用單純的比較側(cè)傾角或車(chē)輛側(cè)向加速度與闕值的大小來(lái)預(yù)警，雖然方法比較簡(jiǎn)單，但是預(yù)警性能較差?；趥?cè)翻時(shí)間TTR(Time To Rollover)預(yù)測(cè)的預(yù)警算法簡(jiǎn)單易行，實(shí)時(shí)性也好。但TTR值得精確度直接影響到側(cè)翻預(yù)警算法的質(zhì)量。在基于改進(jìn)的TTR重型車(chē)輛側(cè)翻預(yù)警算法中，結(jié)合了經(jīng)典Kalman狀態(tài)估計(jì)技術(shù)可以較為準(zhǔn)確的估計(jì)重型車(chē)輛的狀態(tài)，并實(shí)時(shí)計(jì)算車(chē)輛側(cè)翻預(yù)警控制的動(dòng)態(tài)門(mén)限值。但當(dāng)模型參數(shù)不匹配或存在較大誤差時(shí)，Kalman濾波器的估計(jì)精度會(huì)大大下降,甚至發(fā)散，且Kalman濾波估計(jì)算法繁瑣、計(jì)算量大，也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)任務(wù)過(guò)于繁重。為了給側(cè)翻預(yù)警算法提供更好的數(shù)據(jù)支持，怎樣快速準(zhǔn)確的得到汽車(chē)當(dāng)前的行駛和狀態(tài)參數(shù)是問(wèn)題的關(guān)鍵所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種將MEMS慣性傳感器(包括陀螺和加速度計(jì))、GPS、地磁傳感器組合在一起的測(cè)量裝置，能夠快速獲取重型車(chē)行駛和狀態(tài)參數(shù)，以達(dá)到駕駛員能及時(shí)了解汽車(chē)當(dāng)前行駛狀態(tài)信息、并能在側(cè)翻前一段時(shí)間 內(nèi)報(bào)警、避免側(cè)翻事故發(fā)生的目的。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的由ADXL345BCCZ加速度計(jì)、MPU3050三軸陀螺儀組成的慣性測(cè)量單元和HMC地磁傳感器通過(guò)I2C總線(xiàn)結(jié)構(gòu)與STM32處理器連通；LEA_6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、LED與蜂鳴器、IXD顯示器分別直接與STM32處理器連通；外部接口由RS232接口、RS422接口和USB接口組成，通過(guò)8路選擇開(kāi)關(guān)與STM32處理器連通；外部電源通過(guò)AMSl117-3. 3電壓轉(zhuǎn)換芯片分別與STM32處理器、外部接口、LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、HMC地磁傳感器、慣性測(cè)量單元、LED與蜂鳴器、IXD顯示器連通。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(I)與傳統(tǒng)的側(cè)翻預(yù)警技術(shù)相比，由組合測(cè)量系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)汽車(chē)的行駛和狀態(tài)參數(shù)，可保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。(2)該系統(tǒng)體積小、成本低、可靠性高，并帶有功能強(qiáng)大的人機(jī)交互接口，可以實(shí)時(shí)觀察重型車(chē)的運(yùn)動(dòng)信息，顯示各種參數(shù)。
(3)系統(tǒng)擴(kuò)展了豐富的外部接口，有RS-232、RS_422串行通訊接口及USB接口，方便與上位機(jī)進(jìn)行通信和調(diào)試。(4)原始姿態(tài)信息和行車(chē)預(yù)警信息等都存儲(chǔ)于專(zhuān)用車(chē)輛行駛記錄設(shè)備，可供事后分析用。


圖I是基于微慣性/衛(wèi) 星/地磁組合測(cè)量重型車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置配置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是裝置工作流程圖。圖中件號(hào)說(shuō)明1、STM32處理器2、外部接口 2_1、RS232接口 2_2、RS422接口 2-3、USB接口 3、LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片4、AMSl117-3. 3電壓轉(zhuǎn)換芯片5、HMC地磁傳感器6、慣性測(cè)量單元6-1、ADXL345BCCZ加速度計(jì)6_2、MPU3050三軸陀螺儀7、LED與蜂鳴器8、LCD顯示器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。一種基于微慣性/衛(wèi)星/地磁組合測(cè)量重型車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置，由ADXL345BCCZ加速度計(jì)6-1、MPU3050三軸陀螺儀6-2組成的慣性測(cè)量單元6和HMC地磁傳感器5通過(guò)I2C總線(xiàn)結(jié)構(gòu)與STM32處理器I連通；LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片3、LED與蜂鳴器7、IXD顯示器8分別直接與STM32處理器I連通；外部接口 2由RS232接口 2_1、RS422接口 2-2和USB接口2-3組成，通過(guò)8路選擇開(kāi)關(guān)與STM32處理器I連通；外部電源通過(guò)AMSl 117-3. 3電壓轉(zhuǎn)換芯片4分別與STM32處理器I、外部接口 2、LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片3、HMC地磁傳感器5、慣性測(cè)量單元6、LED與蜂鳴器7、IXD顯示器8連通。本發(fā)明的工作過(guò)程是由ADXL345BCCZ加速度計(jì)6_1和MPU3050三軸陀螺儀6_2組成的慣性測(cè)量單元6中，通過(guò)MPU3050三軸陀螺儀6-2測(cè)量重型車(chē)運(yùn)動(dòng)的角速度，經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算得到相應(yīng)的角度，包括橫滾、縱搖和偏航。同時(shí)通過(guò)ADXL345BCCZ加速度計(jì)6_1測(cè)量車(chē)體的加速度，經(jīng)過(guò)積分運(yùn)算得到重型車(chē)速度，再對(duì)該速度積分，得到實(shí)時(shí)位置，這樣可以對(duì)車(chē)體的姿態(tài)、速度和位置在每秒鐘進(jìn)行上百次的測(cè)量。為抑制慣性導(dǎo)航系統(tǒng)位置和速度誤差發(fā)散，系統(tǒng)加入了 LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片3，衛(wèi)星導(dǎo)航只能測(cè)量重型車(chē)的位置和速度，速度較慢，每秒鐘僅I次。通過(guò)慣性導(dǎo)航(INS)和衛(wèi)星導(dǎo)航兩種組合的導(dǎo)航系統(tǒng)，可以得到很精確的車(chē)體姿態(tài)、速度和位置信息，而且測(cè)量速度快、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力較強(qiáng)，當(dāng)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)受到遮擋，或接收機(jī)故障時(shí)，INS系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)獨(dú)立的進(jìn)行檢測(cè)。HMC地磁傳感器5可校正汽車(chē)航向，使得系統(tǒng)的精度和可靠性進(jìn)一步提聞。本發(fā)明外部接口擴(kuò)展有RS-232接口 2-1、RS422接口 2-2及USB接口 2_3，并可通過(guò)8路開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)STM32處理器I與外部設(shè)備通訊?？紤]到安全和可靠性能，在RS232接口 2-l、RS422接口 2_2中加入了電平轉(zhuǎn)換芯片和光電隔離芯片。系統(tǒng)中芯片的安全電壓均為3. 3V，因此為保證芯片正常工作采用了 AMSl117-3. 3電壓轉(zhuǎn)換芯片4。STM32處理器I采集慣性測(cè)量單元6、LEA_6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片3、HMC地磁傳感器5的信息進(jìn)行融合，完成誤差補(bǔ)償、初始對(duì)準(zhǔn)和參數(shù)計(jì)算，得到重型車(chē)在導(dǎo)航坐標(biāo)系上的速度、位置和姿態(tài)，一方面控制側(cè)翻預(yù)警算法判斷重型車(chē)是否有側(cè)翻趨勢(shì)，通過(guò)LED與蜂鳴器7進(jìn)行報(bào)警；另一方面將汽車(chē)狀態(tài)信息發(fā)送到LCD顯示器8，使駕駛 員掌握汽車(chē)狀態(tài)信息并根據(jù)預(yù)警做出轉(zhuǎn)向、制動(dòng)等措施，防止車(chē)輛側(cè)翻。原始姿態(tài)信息和行車(chē)預(yù)警信息等都存儲(chǔ)于專(zhuān)用車(chē)輛行駛記錄設(shè)備，可供事后分析用。
權(quán)利要求
1.一種基于微慣性/衛(wèi)星/地磁組合測(cè)量重型車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置，其特征在于由ADXL345BCCZ加速度計(jì)￠-1)、MPU3050三軸陀螺儀(6_2)組成的慣性測(cè)量單元(6)和HMC地磁傳感器(5)通過(guò)I2C總線(xiàn)結(jié)構(gòu)與STM32處理器(I)連通；LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片(3)、LED與蜂鳴器(7)、IXD顯示器(8)分別直接與STM32處理器(I)連通；外部接口(2)由RS232接口(2-1)、RS422接口(2-2)和USB接口(2_3)組成，通過(guò)8路選擇開(kāi)關(guān)與STM32處理器(1)連通；外部電源通過(guò)AMSl117-3.3電壓轉(zhuǎn)換芯片(4)分別與STM32處理器(I)、外部接口(2)、LEA-6衛(wèi)星導(dǎo)航芯片(3)、HMC地磁傳感器(5)、慣性測(cè)量單元(6)、LED與蜂鳴器(7)、IXD顯示器⑶連通。
全文摘要
基于微慣性/衛(wèi)星/地磁組合測(cè)量重型車(chē)側(cè)翻預(yù)警裝置屬于車(chē)輛側(cè)翻預(yù)警技術(shù)；由加速度計(jì)、三軸陀螺儀組成的慣性測(cè)量單元和HMC地磁傳感器通過(guò)I2C總線(xiàn)結(jié)構(gòu)與STM32處理器連接來(lái)進(jìn)行地址應(yīng)答和數(shù)據(jù)傳輸，衛(wèi)星導(dǎo)航芯片、LED與蜂鳴器、LCD顯示器分別直接與STM32處理器連接，外部接口由RS232接口、RS422接口和USB接口組成，通過(guò)8路選擇開(kāi)關(guān)與STM32處理器連接；該裝置具有能實(shí)時(shí)、精確、快速的得到重型車(chē)行駛參數(shù)和狀態(tài)信息，體積小、成本低、可靠性高，擴(kuò)展了豐富的外部接口，原始姿態(tài)信息和行車(chē)預(yù)警信息都存儲(chǔ)于專(zhuān)用車(chē)輛行駛記錄設(shè)備，方便事后分析使用的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60R21/01GK102826064SQ201210312799
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者何昆鵬, 王福超, 張興智, 郭凱文, 曹延哲, 何云豐, 于玖成, 管練武, 韓繼濤, 朱慎博 申請(qǐng)人:黑龍江省博凱科技開(kāi)發(fā)有限公司