基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種汽車性能測試系統(tǒng)，尤其是基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]汽車運(yùn)動性能測試是評估汽車整體運(yùn)動性能的重要方式，目前，汽車運(yùn)動性能測試方法大致分為兩類:臺架試驗和道路試驗。臺架試驗雖能測試汽車的性能參數(shù)，但無法反映出汽車在實際道路上的行駛性能；在汽車運(yùn)動性能的道路測試系統(tǒng)中，雖然現(xiàn)有一些較成熟的汽車運(yùn)動性能檢測手段，如五輪儀、光電測速儀，但此類測試方法還有一些不足之處，主要是測試系統(tǒng)的構(gòu)成復(fù)雜、集成度差、儀器體積大，安裝和使用起來不方便，測試參數(shù)不夠全面、信息量少，不能完全達(dá)到對汽車的運(yùn)動性能進(jìn)行綜合評價的目的。
[0003]全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)是最常見的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)，作為一套全天候、全球性和高精度的連續(xù)導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，它在普通定位導(dǎo)航、參數(shù)測量等方面已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是，該導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用存在一定的局限性。首先普通衛(wèi)星定位系統(tǒng)定位精度較低，無法滿足汽車性能測試的精度要求；其次當(dāng)汽車行駛在地下隧道、高層樓群等地段時，衛(wèi)星信號易被遮擋、中斷，全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)將失去導(dǎo)航作用。
[0004]因此，開發(fā)一種體積小，功能強(qiáng)，精度高，使用方便的便攜式基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)成為本領(lǐng)域急待解決的一個技術(shù)問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為解決上述問題，本實用新型提供一種體積小、攜帶方便、測試參數(shù)多、測試精度高并能導(dǎo)航的基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)，具體技術(shù)方案為:
[0006]基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)，包括機(jī)箱、微慣性傳感器、嵌入式系統(tǒng)、信號采集器和電源；所述機(jī)箱設(shè)有外部固定桿和內(nèi)部固定桿，所述信號采集器和電源均固定在機(jī)箱內(nèi)部；所述嵌入式系統(tǒng)通過外部固定桿和內(nèi)部固定桿固定在機(jī)箱內(nèi)部，所述嵌入式系統(tǒng)設(shè)有電源接口和嵌入式系統(tǒng)接口；所述信號采集器設(shè)有信號采集器接口和傳感器接口 ；所述信號采集器接口與嵌入式系統(tǒng)接口連接；所述微慣性傳感器通過傳感器接口與信號采集器連接；所述電源通過電源接口與嵌入式系統(tǒng)連接。
[0007]所述微慣性傳感器包括加速度計、陀螺儀和傾角傳感器。
[0008]所述嵌入式系統(tǒng)接口和信號采集器接口均為USB接口 ；所述傳感器接口為BNC接
□ O
[0009]所述嵌入式系統(tǒng)還包括PCB板和核心處理器；所述核心處理器固定在PCB板上，所述核心處理器為S3C6410或DSP或單片機(jī)。
[0010]開始測試時，置于車頂?shù)奈T性傳感器測量汽車的加速度和角速度，信號采集器將采集的測量數(shù)值輸入到嵌入式系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)通過四元數(shù)法進(jìn)行姿態(tài)計算和位置計算，從而得到汽車的姿態(tài)矩陣和位置矩陣，最后進(jìn)行誤差分析與修正，輸出測試及解算得到的汽車橫擺角速度、俯仰角速度、側(cè)傾角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度、速度、三維姿態(tài)角等動態(tài)參數(shù)和汽車運(yùn)行軌跡，從而得到車輛完備的狀態(tài)信息。
[0011]所述四元數(shù)法為四階龍格庫塔法，對加速度進(jìn)行一次積分可以得到汽車運(yùn)行的速度，二次積分得到汽車的位移，從而確定汽車的位置矩陣；對角速度進(jìn)行一次積分可以得到汽車的姿態(tài)角，從而確定汽車的姿態(tài)矩陣，同時，汽車姿態(tài)角也可以直接由微慣性傳感器測量得到，直接測量值可以作為由角速度積分得到姿態(tài)角的修正參考。
[0012]所述汽車的行駛軌跡的計算方法為，將位置矩陣和姿態(tài)矩陣結(jié)合便可以得到汽車在某一時刻的具體地理位置點(diǎn)，然后將不同時刻的點(diǎn)連接起來，得到汽車的行駛軌跡。
[0013]所述誤差分析通過結(jié)合平臺誤差角方程式、速度誤差方程式、位置誤差方程式組成的誤差方程式進(jìn)行分析。
[0014]所述誤差修正方法為，選擇一個定點(diǎn)作為坐標(biāo)零點(diǎn)，每完成一次試驗汽車就回到該定點(diǎn)進(jìn)行位置修正，消除累積誤差。
[0015]微慣性傳感器，集成加速度計、陀螺儀和傾角傳感器的功能，能同時采集汽車行駛過程中的角速率、加速度和三維姿態(tài)角等動態(tài)參數(shù)。微慣性傳感器通過BNC接口與信號采集器連接，以保證信號長距離傳送的穩(wěn)定性。
[0016]機(jī)箱、微慣性傳感器、嵌入式系統(tǒng)、信號采集器和電源之間的連接均采用屏蔽線連接，使系統(tǒng)受到的干擾降到最低。
[0017]嵌入式系統(tǒng)采用S3C6410為核心處理器，S3C6410處理器集成A/D轉(zhuǎn)換、存儲等功能，采用Wince6.0操作系統(tǒng)，采集器與Wince6.0操作系統(tǒng)相匹配，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、姿態(tài)解算、軌跡繪制、誤差分析、數(shù)據(jù)存儲和輸出。
[0018]開始測試時，首先置于車頂?shù)奈T性傳感器測量汽車運(yùn)行的三軸加速度和三軸角速度值，信號采集器采集微慣性傳感器所測的汽車各個動態(tài)參數(shù)并將采樣值輸入到嵌入式系統(tǒng)中。嵌入式系統(tǒng)在得到汽車的加速度和角速度值后，根據(jù)測試系統(tǒng)程序設(shè)定的基于四元數(shù)法的四階龍格庫塔法，在確定載體坐標(biāo)系與導(dǎo)航坐標(biāo)系之間的空間轉(zhuǎn)動關(guān)系后，以微慣性傳感器測得的動態(tài)參數(shù)初始值為依據(jù)確定四元數(shù)初值，并隨著汽車的運(yùn)行過程不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時更新，進(jìn)行汽車位置矩陣和姿態(tài)矩陣的計算:對加速度進(jìn)行一次積分可以得到汽車運(yùn)行的速度，二次積分得到汽車的位移，從而確定汽車的位置；對角速度進(jìn)行一次積分可以得到汽車的姿態(tài)角，從而確定汽車的姿態(tài)，同時，汽車姿態(tài)角也可以直接由微慣性傳感器測量得到，直接測量值可以作為由角速度積分得到姿態(tài)角的修正參考。結(jié)合實時位置矩陣和姿態(tài)矩陣便可得便可汽車的行駛軌跡。最后測試系統(tǒng)根據(jù)誤差修正模塊提供的方法，將計算所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析與修正，輸出測試及解算得到的汽車橫擺角速度、俯仰角速度、側(cè)傾角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度、速度、三維姿態(tài)角等動態(tài)參數(shù)和汽車運(yùn)行軌跡，從而得到車輛完備的狀態(tài)信息，為評定汽車的操縱穩(wěn)定性等運(yùn)動性能提供參考的同時實現(xiàn)汽車的導(dǎo)航，完成系統(tǒng)的基本功能。
[0019]本實用新型提供的基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)，體積小、抗干擾、便于攜帶、測試參數(shù)多、測試精度高，能同時輸出測試及解算得到的汽車橫擺角速度、俯仰角速度、側(cè)傾角速度、側(cè)向加速度、縱向加速度、速度、三維姿態(tài)角等動態(tài)參數(shù)和汽車運(yùn)行軌跡，從而得到車輛完備的狀態(tài)信息，并能實現(xiàn)導(dǎo)航。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本實用新型的測試方法流程圖。
【具體實施方式】
[0022]現(xiàn)結(jié)合【附圖說明】本實用新型的【具體實施方式】，如圖1所示:
[0023]基于慣性導(dǎo)航汽車運(yùn)動性能測試系統(tǒng)，包括機(jī)箱1、微慣性傳感器、嵌入式系統(tǒng)4、