專利名稱：一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車狀態(tài)感知技術(shù)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)及其處理方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代交通對(duì)安全要求的逐步提高推動(dòng)了汽車及交通控制技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車廠商開發(fā)了各種控制系統(tǒng)來提高車輛的行駛安全性，例如碰撞報(bào)警(FCW，F(xiàn)orwardCollision Warning)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)(ACC, Adaptive Cruise Control)和智能車速自適應(yīng)(ISA, Intelligent Speed Adaptation)等駕駛輔助系統(tǒng)。這些駕駛輔助系統(tǒng)通過采集處理環(huán)境信息，結(jié)合車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，對(duì)行車危險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)行辨識(shí)，從而為駕駛員提供安全信息，必要時(shí)還可以采取措施控制汽車，使汽車主動(dòng)避開危險(xiǎn)。由此可見，汽車狀態(tài)信息采集處理是進(jìn)行主動(dòng)安全控制技術(shù)研發(fā)的基礎(chǔ)，汽車安全控制技術(shù)利用的信息主要包括以下三個(gè)方面一是汽車自帶傳感器采集的如速度、節(jié)氣門開度、油門踏板開度、制動(dòng)信號(hào)、轉(zhuǎn)向燈信號(hào)等信息；二是加裝的慣性傳感器采集的如縱向加速度、橫向加速度、橫擺角速度、方向盤轉(zhuǎn)角等信息；三是加裝的雷達(dá)、攝像頭采集的如目標(biāo)縱向相對(duì)距離、橫向相對(duì)距離、相對(duì)速度等信息。這些信息來源多樣，信號(hào)特性不全相同，但都是進(jìn)行汽車控制的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)。這就需要開發(fā)出一種信息采集處理系統(tǒng)，對(duì)表征汽車行駛狀態(tài)的多元信息進(jìn)行采集、融合和管理。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)及其處理方法，該系統(tǒng)能夠采集汽車行駛時(shí)動(dòng)力學(xué)狀態(tài)信息、駕駛行為信息和前方目標(biāo)信息，根據(jù)信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性融合對(duì)信息進(jìn)行濾波處理，重新融合，提供給電腦終端，為主動(dòng)安全控制技術(shù)開發(fā)提供基礎(chǔ)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)，其特征在于它包括主控制器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、低通濾波單元、前向雷達(dá)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、兩路汽車CAN總線和電腦終端；主控制器中設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、車輛狀態(tài)判斷單元、離散卡爾曼濾波單元、信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元、CAN信號(hào)解析單元和CAN信號(hào)重組單元；縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器采集汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)，將其經(jīng)過低通濾波單元處理后傳給主控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元；模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，將其經(jīng)過車輛狀態(tài)判斷單元傳給離散卡爾曼濾波單元和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元；前向雷達(dá)檢測(cè)汽車前方目標(biāo)信息，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采集駕駛行為信息；前方目標(biāo)信息和駕駛行為信息與一汽車CAN總線上的汽車行駛狀態(tài)信息一起匯總為CAN數(shù)字信號(hào)，傳給主控制器的CAN信號(hào)解析單元；
CAN信號(hào)解析單元對(duì)輸入的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值，將其傳給車輛狀態(tài)判斷單元和CAN信號(hào)重組單元；車 輛狀態(tài)判斷單元根據(jù)CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)；信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元根據(jù)汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取信號(hào)特征值，將其傳給離散卡爾曼濾波單元；離散卡爾曼濾波單元根據(jù)信號(hào)特征值對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行矯正和濾波后，傳給CAN信號(hào)重組單元；CAN信號(hào)重組單元對(duì)矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值進(jìn)行重構(gòu)，將其通過另一汽車CAN總線傳給電腦終端。上述系統(tǒng)通過一供電模塊實(shí)現(xiàn)供電，供電模塊包括汽車蓄電池、附加蓄電池、兩繼電器、儀表常電、逆變器、兩熔斷器和開關(guān)；縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、前向雷達(dá)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和兩汽車CAN總線由主控制器集中供電；主控制器和電腦終端由供電模塊供電，電源系統(tǒng)負(fù)極均采取就近搭鐵；儀表常電由汽車鑰匙控制，并連接開關(guān)，開關(guān)控制兩繼電器斷合；繼電器控制汽車蓄電池和附加蓄電池與主控制器和逆變器的連接，為主控制器提供低壓電源，通過逆變器給電腦終端提供工作電源。上述汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)的處理方法，包括以下步驟I)主控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將接收的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過車輛狀態(tài)判斷單元傳給離散卡爾曼濾波單元和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元；2)主控制器的CAN信號(hào)解析單元對(duì)接收的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值；3)車輛狀態(tài)判斷單元根據(jù)CAN信號(hào)解析模塊提供的CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值中的汽車車速，判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)①如果汽車車速V=0m/s，車輛靜止，則信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元對(duì)每一種汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行周期采樣分析，獲取相應(yīng)的均值和方差X=(ZX1)Zn,
i-1S2=CZ(XrX)2)/^
i=I上式中，Xi為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的采樣值，又為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的均值，S2為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的方差，η為采樣次數(shù)；汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的均值作為傳感器零漂，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的方差作為觀測(cè)噪聲方差，由信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元傳給離散卡爾曼濾波器單元；②如果汽車車速V>0m/s，車輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，傳感器零漂和觀測(cè)噪聲方差保持不變；4)離散卡爾曼濾波單元根據(jù)信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元提供的傳感器零漂和觀測(cè)噪聲方差對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行矯正和濾波4. I)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行零漂矯正Zk =Xk-X，上式中，Xk為k時(shí)刻一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，X為該汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)對(duì)應(yīng)的傳感器零漂，Zk為Xk經(jīng)過零漂矯正后的修正值；4. 2 )對(duì)經(jīng)過零漂矯正后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波Xk=AXklPk=APklA^-QKk=P^H i (HPkH i+R) '1xk =Xk+Kk (Zk-Hxk)R=(S-KkH)Pk·上式中，Zk是由經(jīng)過零漂矯正后的k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)構(gòu)成的向量太為k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)值Xk,為k-Ι時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量估計(jì)值A(chǔ)k為k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量估計(jì)值Λ為k時(shí)刻為先驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣為k-Ι時(shí)刻后驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣；pk為K時(shí)刻后驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣；A為狀態(tài)矩陣,取常數(shù)；Q為過程激勵(lì)噪聲方差矩陣，取常數(shù)；Kk為k時(shí)刻增益矩陣；H為輸出矩陣，取常數(shù)；1為單位矩陣；T表征矩陣轉(zhuǎn)置；R為測(cè)量值噪聲方差矩陣，由信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元提供的觀測(cè)噪聲方差構(gòu)成；5)CAN信號(hào)重組單元對(duì)矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值進(jìn)行重構(gòu)，將其通過另一汽車CAN總線傳給電腦終端。上述步驟2)中，CAN信號(hào)解析單元根據(jù)CAN協(xié)議，通過下式對(duì)接收的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值Real = Raw^Factor-Offset上式中，Raw為CAN數(shù)字信號(hào)；Factor為增益因子，Offset為偏移量，F(xiàn)actor與Offset根據(jù)CAN協(xié)議的規(guī)定取值；Real為CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值。上述步驟I)至4)中，通過計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，使矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值同步輸出給CAN信號(hào)重組單元。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明系統(tǒng)通過在主控制器中設(shè)置信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元和離散卡爾曼濾波單元，對(duì)采集信息的信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行提取，并據(jù)此對(duì)信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，從而提高了信號(hào)精度，為后續(xù)主動(dòng)安全控制技術(shù)的開發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)。2、本發(fā)明系統(tǒng)采用了新的供電模塊與汽車原有蓄電池共同作用，為主控制器提供如12V的低壓電源，電腦終端提供如220V的工作電源，提高系統(tǒng)用電安全性能。3、本發(fā)明通過制定新的CAN總線協(xié)議，對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)，改善了信息結(jié)構(gòu)，提高了總線利用效率，同時(shí)，系統(tǒng)所有信號(hào)能夠同步發(fā)出，解決了異構(gòu)信源的信息融合問題，為后續(xù)主動(dòng)安全控制技術(shù)的開發(fā)提供了良好的基礎(chǔ)。本發(fā)明可以廣泛用于各種汽車測(cè)試平臺(tái)。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)供電模塊連接示意圖；圖3是本發(fā)明的系統(tǒng)實(shí)施例組成示意圖；圖4是本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖I所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括設(shè)置在汽車上的主控制器I、縱向加速度傳感器2、橫向加速度傳感器3、橫擺角速度傳感器4、低通濾波單兀5、前向雷達(dá)6、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器7、兩路汽車CAN總線8和9，以及電腦終端10。其中，主控制器I中設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換單元11、車輛狀態(tài)判斷單元12、離散卡爾曼濾波單元13、信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元14、CAN信號(hào)解析單元15和CAN信號(hào)重組單元16。縱向加速度傳感器2負(fù)責(zé)采集汽車縱向加速度信息，橫向加速度傳感器3負(fù)責(zé)采集汽車橫向加速度信息，橫擺角速度傳感器4負(fù)責(zé)采集汽車橫擺角速度信息，這些采集的信息為汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)，各自經(jīng)過低通濾波單元5處理后傳給主控制器I的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元11。
模數(shù)轉(zhuǎn)換單元11將輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)(以下簡(jiǎn)稱汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào))，將其經(jīng)過車輛狀態(tài)判斷單元12傳給離散卡爾曼濾波單元13和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元14。前向雷達(dá)6用于檢測(cè)汽車前方目標(biāo)，獲取包括有目標(biāo)縱向距離、橫向距離和相對(duì)速度的前方目標(biāo)信息，方向盤轉(zhuǎn)角傳感器7采集包括有汽車方向盤轉(zhuǎn)角信息、轉(zhuǎn)角角速度信息和故障信息的駕駛行為信息。前方目標(biāo)信息、駕駛行為信息與汽車CAN總線8上由汽車自帶傳感器檢測(cè)的車速、轉(zhuǎn)向燈信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)、節(jié)氣門開度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等汽車行駛狀態(tài)信息一起匯總為CAN數(shù)字信號(hào)，傳給主控制器I的CAN信號(hào)解析單元15。CAN信號(hào)解析單元15對(duì)輸入的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值，將其傳給車輛狀態(tài)判斷單元12和CAN信號(hào)重組單元16。車輛狀態(tài)判斷單元12根據(jù)CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)。信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元14根據(jù)汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取信號(hào)特征值，將其傳給離散卡爾曼濾波單元13。離散卡爾曼濾波單元13根據(jù)信號(hào)特征值對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行矯正和濾波后，傳給CAN信號(hào)重組單元16。CAN信號(hào)重組單元16對(duì)矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值進(jìn)行重構(gòu)，將其通過另一汽車CAN總線9傳給電腦終端10。如圖2所示，上述系統(tǒng)可以通過以下方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供電，確保系統(tǒng)用電安全設(shè)置一供電模塊10，其包括汽車蓄電池101、附加蓄電池102、兩繼電器103和104、儀表常電105、逆變器106、兩熔斷器107和108，以及開關(guān)109?？v向加速度傳感器2、橫向加速度傳感器3、橫擺角速度傳感器4、前向雷達(dá)6、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器7和汽車CAN總線8通過主控制器5集中供電；主控制器I和電腦終端10由供電模塊10供電，電源系統(tǒng)負(fù)極均采取就近搭鐵。儀表常電105由汽車鑰匙控制，并連接開關(guān)109，開關(guān)109控制兩繼電器103和104斷合，從而控制汽車蓄電池101和附加蓄電池102的并聯(lián)，擴(kuò)展系統(tǒng)容量。繼電器103控制汽車蓄電池101和附加蓄電池102與主控制器I、逆變器106的連接，為主控制器I提供如12V的低壓電源，逆變器106給電腦終端10提供如220V的工作電源。I)當(dāng)汽車鑰匙拔下時(shí)，儀表常電105斷電，即使開關(guān)109閉合，系統(tǒng)也不會(huì)上點(diǎn)，汽車蓄電池101和附加蓄電池102斷開，不會(huì)相互放電，不缺電、不漏電，確保用電安全。
2)當(dāng)汽車鑰匙在“ACC”檔及以上時(shí)，控制開關(guān)109，由駕駛員控制系統(tǒng)是否工作當(dāng)開關(guān)109閉合時(shí)，如果汽車蓄電池101缺電，可由附加蓄電池102為其充電，確保車輛能正常啟動(dòng)，如果附加蓄電池102缺電，可由汽車蓄電池101為其充電，確保系統(tǒng)正常工作。如圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例可以采用一單片機(jī)、三路外圍的模擬輸入電路、二路外圍的汽車CAN總線收 發(fā)電路和一外圍的串行通信接口電路搭建主控制器。單片機(jī)可以采用飛思卡爾公司的32位單片機(jī)MC9S12XEP100 (也可是其它芯片，不限于此)。三路外圍模擬輸入電路，將縱向加速度傳感器2、橫向加速度傳感器3、橫擺角速度傳感器4輸出的模擬信號(hào)各自通過低通濾波電路進(jìn)行濾波處理后，輸入單片機(jī)。如圖3所示，本實(shí)施例采用一電阻R和兩電容Cl、C2構(gòu)成一無源低通濾波電路，處理一路模擬信號(hào)(也可是其他形式，不限于此)。汽車CAN總線收發(fā)電路采用SN65HVD1050芯片作為CAN總線驅(qū)動(dòng)器，將前向雷達(dá)6、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器7采集的信號(hào)和汽車CAN總線8上的信號(hào)一起輸入單片機(jī)。另一汽車CAN總線收發(fā)電路也采用SN65HVD1050芯片作為CAN總線驅(qū)動(dòng)器，向電腦終端發(fā)出重構(gòu)后的CAN信號(hào)，并接收電腦終端發(fā)送回的控制指令。串行通信接口電路采用MAX232芯片及其外圍電路，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電腦終端的串口通信。圖中VCC表示電源，GND表示接地。如圖4所示，上述系統(tǒng)的處理方法具體包括以下步驟I)主控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將接收的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過車輛狀態(tài)判斷單元傳給離散卡爾曼濾波單元和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元。2)根據(jù)CAN協(xié)議，主控制器的CAN信號(hào)解析單元可以通過下式對(duì)接收的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值Real = Raw^Factor-Offset上式中，Raw為CAN數(shù)字信號(hào)；Factor為增益因子，Offset為偏移量，F(xiàn)actor與Offset根據(jù)CAN協(xié)議的規(guī)定取值；Real為CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值。3)車輛狀態(tài)判斷單元根據(jù)CAN信號(hào)解析模塊提供的CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值中的汽車車速，判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)①如果汽車車速V=0m/s，車輛靜止，則信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元對(duì)每一種汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行周期采樣分析，獲取相應(yīng)的均值和方差等信號(hào)特征值X=(Sx1)^'
=1S2=(ZlX1-X)2Vn,
=1上式中，Xi為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的采樣值，X為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的均值，S2為一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的方差，η為采樣次數(shù)。上述汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的均值作為傳感器零漂，汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)的方差作為觀測(cè)噪聲方差，由信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元傳給離散卡爾曼濾波器單元。②如果汽車車速V>0m/s，車輛處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，則不對(duì)傳感器零漂和觀測(cè)噪聲方差進(jìn)行更新。4)離散卡爾曼濾波單元根據(jù)信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元提供的信號(hào)特征值(傳感器零漂和觀測(cè)噪聲方差)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行矯正和濾波4. I)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行零漂矯正
Zk=Xk-X ,其中，Xk為k時(shí)刻一汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)，X為該汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)對(duì)應(yīng)的傳感器零漂(也即其均值)，Zk為Xk經(jīng)過零漂矯正后的修正值。4. 2)對(duì)經(jīng)過零漂矯正后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行卡爾曼濾波，以進(jìn)一步提高信號(hào)準(zhǔn)確性Xk =Aick_,Pk=APii^A1 +QΚ,^Η^ΗΡ-Η1-^)-1Xk =Xk +Kk (zk -Hxk)
Pk=(I-KkH)R:其中，Zk是由經(jīng)過零漂矯正后的k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)構(gòu)成的向量為k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量的先驗(yàn)狀態(tài)估計(jì)值k-ι時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量估計(jì)值；\為k時(shí)刻汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)向量估計(jì)值；Pk為k時(shí)刻為先驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣為k-Ι時(shí)刻后驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣；Pk為K時(shí)刻后驗(yàn)估計(jì)值的誤差方差矩陣；A為狀態(tài)矩陣,取常數(shù)；Q為過程激勵(lì)噪聲方差矩陣，取常數(shù)；Kk為k時(shí)刻增益矩陣；H為輸出矩陣，取常數(shù)；1為單位矩陣；T表征矩陣轉(zhuǎn)置；R為測(cè)量值噪聲方差矩陣，由信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元提供的觀測(cè)噪聲方差構(gòu)成。5)CAN信號(hào)重組單元對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。如對(duì)左轉(zhuǎn)向燈、右轉(zhuǎn)向燈、節(jié)氣門位置、油門踏板位置、車速、制動(dòng)有效位、方向盤轉(zhuǎn)角、方向盤角速度、目標(biāo)縱向距離、目標(biāo)橫向距離、目標(biāo)相對(duì)速度，以及縱向加速度、橫向加速度、橫擺角速度等數(shù)字信號(hào)按照設(shè)定的順序重新編制為Intel類型的CAN信號(hào)，按給定的周期和波特率，通過另一汽車CAN總線發(fā)送給電腦終％5。上述步驟I)至4)中，可以借助一計(jì)數(shù)器Count計(jì)時(shí)(如圖4所示),Count=n時(shí)，η為預(yù)設(shè)的計(jì)數(shù)終值，使矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值同步輸出給CAN信號(hào)重組單元。上述各實(shí)施例中，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)，其特征在于它包括主控制器、縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、低通濾波單兀、前向雷達(dá)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器、兩路汽車CAN總線和電腦終端；所述主控制器中設(shè)置有模數(shù)轉(zhuǎn)換單元、車輛狀態(tài)判斷單元、離散卡爾曼濾波單元、信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元、CAN信號(hào)解析單元和CAN信號(hào)重組單元； 所述縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器采集汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)，將其經(jīng)過所述低通濾波單元處理后傳給所述主控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元； 所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，將其經(jīng)過所述車輛狀態(tài)判斷單元傳給所述離散卡爾曼濾波單元和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元； 所述前向雷達(dá)檢測(cè)汽車前方目標(biāo)信息，所述方向盤轉(zhuǎn)角傳感器采集駕駛行為信息；所述前方目標(biāo)信息和駕駛行為信息與一所述汽車CAN總線上的汽車行駛狀態(tài)信息一起匯總為CAN數(shù)字信號(hào)，傳給所述主控制器的CAN信號(hào)解析單元； 所述CAN信號(hào)解析單元對(duì)輸入的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值，將其傳給所述車輛狀態(tài)判斷單元和CAN信號(hào)重組單元； 所述車輛狀態(tài)判斷單元根據(jù)CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)； 所述信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元根據(jù)汽車當(dāng)前行駛狀態(tài)對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲取信號(hào)特征值，將其傳給所述離散卡爾曼濾波單元； 所述離散卡爾曼濾波單元根據(jù)信號(hào)特征值對(duì)輸入的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行矯正和濾波后，傳給所述CAN信號(hào)重組單元； 所述CAN信號(hào)重組單元對(duì)矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值進(jìn)行重構(gòu)，將其通過另一所述汽車CAN總線傳給所述電腦終端。
2.如權(quán)利要求I所述的一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)通過一供電模塊實(shí)現(xiàn)供電，所述供電模塊包括汽車蓄電池、附加蓄電池、兩繼電器、儀表常電、逆變器、兩熔斷器和開關(guān)；所述縱向加速度傳感器、橫向加速度傳感器、橫擺角速度傳感器、前向雷達(dá)、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器和兩汽車CAN總線由所述主控制器集中供電；所述主控制器和電腦終端由所述供電模塊供電，電源系統(tǒng)負(fù)極均采取就近搭鐵；所述儀表常電由汽車鑰匙控制，并連接所述開關(guān)，所述開關(guān)控制兩所述繼電器斷合；所述繼電器控制所述汽車蓄電池和附加蓄電池與所述主控制器和逆變器的連接，為所述主控制器提供低壓電源，通過所述逆變器給所述電腦終端提供工作電源。
3.如權(quán)利要求I或2所述的一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)的處理方法，包括以下步驟 1)主控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將接收的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過車輛狀態(tài)判斷單元傳給離散卡爾曼濾波單元和信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元； 2)主控制器的CAN信號(hào)解析單元對(duì)接收的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值； 3)車輛狀態(tài)判斷單元根據(jù)CAN信號(hào)解析模塊提供的CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值中的汽車車速，判斷汽車當(dāng)前行駛狀態(tài) ①如果汽車車速V=Om/s，車輛靜止，則信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元對(duì)每一種汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行周期采樣分析，獲取相應(yīng)的均值和方差
4.如權(quán)利要求3所述的一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)的處理方法，其特征在于 所述步驟2)中，CAN信號(hào)解析單元根據(jù)CAN協(xié)議，通過下式對(duì)接收的CAN數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解析，獲取CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值Real = Raw^Factor-Offset 上式中，Raw為CAN數(shù)字信號(hào)；Factor為增益因子，Offset為偏移量，F(xiàn)actor與Offset根據(jù)CAN協(xié)議的規(guī)定取值；Real為CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)的處理方法，其特征在于 所述步驟I)至4)中，通過計(jì)數(shù)器計(jì)時(shí)，使矯正濾波后的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)和CAN數(shù)字信號(hào)真實(shí)值同步輸出給CAN信號(hào)重組單元。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種汽車行駛狀態(tài)信息采集處理系統(tǒng)及其處理方法，其系統(tǒng)包括采集汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息的多種傳感器，采集前方目標(biāo)信息的前向雷達(dá)，采集駕駛行為信息的方向盤傳感器。汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息通過低通濾波處理后提供給主控制器，前方目標(biāo)信息和駕駛行為信息，與汽車CAN總線上汽車行駛狀態(tài)信息一起匯總提供給主控制器。主控制器通過信號(hào)特征統(tǒng)計(jì)單元獲取汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息的統(tǒng)計(jì)值，據(jù)此對(duì)汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息進(jìn)行卡爾曼濾波，經(jīng)過卡爾曼濾波處理過的汽車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息與前方目標(biāo)信息、駕駛行為信息和汽車行駛狀態(tài)信息一起由主控制器內(nèi)部的CAN信號(hào)重組單元進(jìn)行融合重組，輸出給電腦終端。本發(fā)明可以廣泛用于各種汽車測(cè)試平臺(tái)，為主動(dòng)安全控制技術(shù)開發(fā)提供基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)G07C5/08GK102903162SQ201210358610
公開日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者李克強(qiáng), 謝伯元, 鄭四發(fā), 王建強(qiáng), 秦曉輝, 趙樹連, 周希軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)