一种集成式惯性导航测量单元及相应测量方法
【专利摘要】本发明公开了一种集成式惯性导航测量单元及相应测量方法，所述集成式惯性导航测量单元包括：印制电路板、频率选择模块、VN?200芯片、组合传感器、三轴加速度计模块、电源稳压模块、内部电源、电源转换模块以及单片机模块。VectorNav?200输出GPS信号，X、Y、Z三个方向的加速度和旋转角速度。组合传感器输出横摆角速度和侧向加速度；三轴加速度计输出X，Y，Z三个方向的加速度。单片机模块将上述信号统一转换为CAN信号。测量单元中设有互检自检和补偿机制；并且可由所测得的车辆的纵向加速度计算出当前道路坡度；单片机模块中编程有插值算法，可由用户设定CAN信号的输出频率，实现与整车的通信。本发明精度高、集成度高、稳定性好、适用范围广、数据可靠。
【专利说明】
-种集成式惯性导航测量单元及相应测量方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种集成式惯性导航测量单元及相应测量方法，属于电路技术和信号 处理领域。
【背景技术】
[0002] 随着信息科技的高速发展，现代汽车日益强调智能化、网联化和节能化。面对车内 外严峻的使用环境，为满足时代要求，汽车需装载庞大和复杂的汽车电子系统。车载测量设 备作为车辆电控系统的主要控制依据，装置集成度的高低W及数据的稳定性和可靠性极为 重要。整车运动姿态(包括侧倾角及角速度，俯仰角及角速度，横摆角及角速度）、Χ、Υ、ΖΞ个 方向加速度运些惯性参数和GPS位置信号是车辆主动安全和智能交通控制的核屯、参量。与 此同时，若汽车能够根据当前道路坡度主动调节发动机动力输出并变更变速箱档位，那么 对于汽车的节能减排意义重大。
[0003] 传统的惯性测量和GI^定位依旧分离开来，没有形成集成式设计，并且采用单串行 方案，缺乏校验机制，单个部件的损坏将影响整个装置的正常工作。而传统的坡度识别方法 主要有条式水平仪和倾角仪两种，前者尺寸较大，测量范围小;后者不能实现加速情况下的 巧慢，应用受限。
[0004] 中国发明专利CN201410635870.6公开了一种基于FPGA的微小惯性测量单元。由Ξ 轴MEMS加速度计模块和巧螺仪模块分别感知X、Y、ΖΞ个轴向的加速度和角速度;溫度传感 器感知载体周围的环境溫度;信号处理器将采集到的信号转换成符合RS232协议的格式发 送出去。该发明由于WFPGA忍片作为系统信号处理器，减少了运行周期和硬件误差并有利 于实现系统小型化。但测量设备一旦出错无法自行纠正，将会给用户带来错误信息，而且， 其也无法提供GPS信息。
[0005] 中国发明专利CN201410817721.1公开了一种车载惯性导航系统，包括数据采集模 块和车载终端。数据采集模块包括角速度传感器、加速度计和轮胎转速差传感器，Ξ者通过 数据线连接USB口。该发明可通过车辆的角速度、加速度、轮胎转速差和一系列计算，有效解 决卫星失效时，车辆无法定位的情况。但由于包含车载终端，价格昂贵，系统复杂，集成度不 局。
【发明内容】
[0006] 针对上述问题，本发明希望提供一种精度高，稳定性好，可靠性高的集成式惯性导 航测量单元及相应测量方法。本发明希望该测量单元为用户提供更准确的检测信息，并且 一旦系统中即便个别测量数据出错，也能输出正确的结果，即便某个测量部件出错，能够快 速准确地判断出出错部件并进行相应补偿。
[0007] 为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
[000引一种集成式惯性导航测量单元，其特征在于，所述集成式惯性导航测量单元包括： 印制电路板、频率选择模块、VN-200忍片、组合传感器、Ξ轴加速度计模块、电源稳压模块、 内部电源、电源转换模块w及单片机模块，
[0009] 其中，所述VN-200忍片和组合传感器分别安装在所述印制电路板上；
[0010] 所述频率选择模块用于基于用户控制进行通信频率选择；
[0011] 所述VN-200忍片用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的GPS定位、 横摆角速度、侧向加速度W及X、Y、ΖΞ个方向的加速度；
[0012] 所述组合传感器用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的横摆角速 度和侧向加速度；
[0013] 所述Ξ轴加速度计模块用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的X、 Υ、ΖΞ个方向的加速度；
[0014] 所述内部电源用于通过电源稳压模块和电源转换模块为测量单元供电；
[0015] 所述单片机模块用于对所测得信号进行检测和补偿。
[0016] 优选地，所述集成式惯性导航测量单元还包括:第一压线端子、第二压线端子、RS- 232串口驱动模块、连接器、按键开关、裡电池、接插件、CAN驱动模块、在线调试模块W及报 警模块。
[0017] 优选地，所述VN-200忍片、组合传感器、频率选择模块、CAN驱动模块、Ξ轴加速度 计模块、单片机模块、在线调试模块和报警模块彼此直接或间接电气相连;所述单片机模块 接收并处理来自经RS-232串口驱动模块转换后的所述VN-200忍片的信号W及频率选择模 块和Ξ轴加速度计模块的信号;所述CAN驱动模块通过接插件和被测车辆的CAN网络相连。
[0018] 另一方面，本发明提供一种利用所述的集成式惯性导航测量单元对车辆运动信息 的进行测量的方法，其特征在于，所述方法包括：
[0019] 步骤1、检测所述集成式惯性导航测量单元的上电信号，当检测到上电信号时，利 用所述单片机模块采集所述内部电源的电压和所述VN-200忍片的头文件，当所述内部电源 的电压低于预定阔值时发出报警信号，提示进行电源充电或切换至外部蓄电池;如果所述 VN-200忍片的头文件符合预定要求则转至步骤2,否则发出报警信号；
[0020] 步骤2、设置所述集成式惯性导航测量单元的CAN总线的信号输出频率；
[0021] 步骤3、所述单片机模块分别接收来自所述VN-200忍片的ASCII码形式的信号、组 合传感器的CAN信号和Ξ轴加速度计模块的二进制码形式的信号，当所述单片机模块部分 接收到或全部接收到上述Ξ种信号时，产生相应中断，并在中断函数中将ASCII码接收标志 位ASCII_f lag赋1;否则，等待接收；
[0022] 步骤4、当所述单片机模块确定ASCII_f lag = 1时，跳出中断，进入到所述VN-200忍 片与所述组合传感器的CAN信号或所述Ξ轴加速度计的二进制信号对应的ASCII码解析函 数当中；
[0023] 步骤5、根据接收到的ASCn码，查找美国标准信息交换代码表，得到对应的十进制 数;根据所述组合传感器的CAN协议和Ξ轴加速度计的二进制代码协议可得到对应的十进 制数；
[0024] 步骤6、将解析出来的ASCII码按位权加和，获得表征集成式惯性导航测量单元所 测得参数的状态量；
[0025] 步骤7、对从所述VN-200忍片测得的数据W及从所述组合传感器和Ξ轴加速度计 测得的数据进行坐标归一化；
[0026] 步骤8、对从所述VN-200忍片测得的数据W及从所述组合传感器和Ξ轴加速度计 测得的数据进行互检校验W及自检校验，并根据步骤2设定的发送频率进行插值运算，最终 WCAN信号的形式、按设定的频率输出校验后的测量数据。
[0027] 优选地，所述步骤6包括：
[0028] 步骤6.1、根据所述组合传感器测得的数据，解析出侧向加速度N_ay和横摆角速度 N_yawRate；
[0029] 步骤6.2、根据所述Ξ轴加速度计测得的数据解析出来自所述Ξ轴加速度计的纵 向加速度。_3^、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az;
[0030] 步骤6.3、根据VN-200忍片测得的数据解析出侧向加速度VN_ay、横摆角速度VN_ yawRate、纵向加速度VN_ax和垂向加速度VN_az。
[0031 ] 优选地，所述步骤8包括：
[0032] 将来自所述组合传感器的侧向加速度N_ay、横摆角速度N_yawRate，来自所述Ξ轴 加速度计的纵向加速度。_3^、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az与来自所述VN-200忍片的 侧向加速度VN_ay、横摆角速度VN_yawRate、纵向加速度VN_ax和垂向加速度VN_az分别作 差。
[0033] 在一种优选实现方式中，所述步骤8包括：
[0034] 步骤8.1、分别判断来自组合传感器、Ξ轴加速度计和VN-200忍片的相同参数的差 值是否小于预定阔值；
[0035] 步骤8.2、如果所述差值小于预定互差阔值，则进行数据输出；
[0036] 步骤8.3、如果所述差值大于等于所述预定互差阔值，则相应的错误标志位自加1， 连续校验Ξ组，若Ξ组互差值皆大于预定互差阔值，则判定相应参数测量出错；
[0037] 步骤8.4、对出错参数所设及的测量部件进行自检，所述自检包括将来自不同测量 模块的出错参数的当前值与上一周期的历史值分别进行比对，求得对应参数的自差值，判 定自差值是否小于自差阔值，如果所述自差值小于自差阔值，则判定相应测量模块运行正 确，输出该测量模块的测量结果作为输出；若每个测量模块对应的自差值均大于其自差阔 值，则判断出错信号类型，若为加速度，则利用GI^信号求差分补偿输出；若为加速度外的其 它信号则报警并结束。
[0038] 在一种优选实现方式中，所述方法还包括步骤9,所述步骤9包括：
[0039] 步骤9.1、获取测量单元所安装车辆的车速信号，并构造 fifo先进先出序列来存放 车速历史数据Vi，V2，……，Vn+i，其中，η为表示数据数目的整数；
[0040] 步骤2、根据采集到的车速信号依次进行差分，并用fifo先进先出序列存储整车加 速度曰1，曰2,……，an，然后采用中位值平均滤波法进行滤波；
[0041] 步骤3、根据公??
夹得一系列坡度序列9i，92，……， 白η;
[0042] 步骤4、对步骤3所采集到的数据求平均值
，即可输出当前道路坡度。
[0043] 所述步骤9.2包括：
[0044] 步骤9.2.1、求fifo先进先出加速度队列al-an中的最大值amax和最小值amin;
[0045] 步骤9.2.2、求得最新加速度值曰日，计算
ap 就是平滑后的加速度值；
[0046] 步骤9.2.3、f i f 0循环移位，an=an-i，an-i = an-2，......，ai = ao;
[0047] 步骤9.2.4、重复步骤9.2.1。
[0048] 本发明由于采取W上技术方案，与现有测量单元相比，具有W下优点：
[0049] 1、测量单元设有频率选择模块，用户可根据具体需求调节CAN数据的发送频率；
[0050] 2、无需外接电源，设置电源稳压模块，承受电压范围宽，可同时适配不同车型，并 且外围连接简单，安装灵活；
[0051] 3、兼具惯性测量、GPS定位和道路坡度测量的功能，系统集成度高，可有效降低电 子系统的复杂度；
[0052] 4、数据测量更加稳定、准确、可靠，并且，一旦系统中某个测量数据出错，能够及时 发现出错数据，并且输出正确数据;并且一旦某个部件测量出错能够准确地判断出出错部 件并进行相应补偿W及报警。
【附图说明】
[0053] 图1为本发明实施例中的集成式测量单元的框架图；
[0054] 图2为集成式测量单元的惯性测量元件坐标系图；
[0055] 图3为利用本发明的测量单元进行惯性导航测量的流程图；
[0056] 图4为本发明的测量方法进行校验补偿的流程图；
[0057] 图5为车辆在坡道行驶时受力图；
[0058] 图6为加速度计算道路坡度流程图；
[0059] 其中：1-印制电路板、2-压线端子、3-压线端子、4-M2.5螺栓、5-VectorNav-200 (VN-200)、6-RS-232串口驱动模块、7-电源稳压模块，8-电源转换模块、9-连接器、10-按键 开关、11-裡电池、12-接插件、13-频率选择模块、14-CAN驱动模块、15-Ξ轴加速度计模块、 16-单片机模块、17-在线调试模块、18-报警模块、19-组合传感器、20-M6.0螺栓。
【具体实施方式】 [0060] 实施例1
[0061 ]下面将结合附图对本发明的实施例进行详细说明：
[0062] 图1为本实施例中的集成式惯性导航测量单元及相应测量方法的整体框架图。如 图所示，在本实施例中，测量单元包括印制电路板1、压线端子2、压线端子3、M2.5螺栓4、 Vecto曲av-200 (VN-200 )5、RS-232串口驱动模块6、电源稳压模块7、电源转换模块8、连接器 9、按键开关10、裡电池11、接插件12、频率选择模块13、CAN驱动模块14、Ξ轴加速度计模块 15、单片机模块16、在线调试模块17、报警模块18、组合传感器19、M6螺栓20。
[0063] 其中，Vecto础av-200(VN-200)5和组合传感器19分别通过]?2.5螺栓4和]\16螺栓20 固定在印制电路板1上，Ξ者为机械连接;VectorNav-200(VN-200)5和组合传感器19的供电 线和信号线被压紧在压线端子2和压线端子3上，实现与其它模块的通信，Ξ者为电气连接； 裡电池11的电源线和地线和连接器9电气相连;连接器9与电源稳压模块7和电源转换模块8 电气相连；电源稳压模块7与压线端子2电气相连;电源转换模块8与压线端子3、RS-232串口 驱动模块6、频率选择模块13、CAN驱动模块14、Ξ轴加速度计模块15、单片机模块16、在线调 试模块17和报警模块18电气相连;接插件12和CAN驱动模块14电气相连;单片机模块16与压 线端子2、压线端子3、RS-232串口驱动模块6、频率选择模块13、CAN驱动模块14、Ξ轴加速度 计模块15、在线调试模块17和报警模块18电气相连。
[0064] 所述印制电路板1为本发明电路和电子元器件的承载实体；
[0065] 所述压线端子2焊接在印制电路板1上，一端从左到右依次连接组合传感器19的地 线，CA化线，CANH线和12V电源线，另一端与印制电路板1相对应的位置相连。实现组合传感 器与印制电路板1的通信。
[0066] 所述压线端子3也焊接在印制电路板1上，一端从左到右依次连接Vectortfev-200 (VN-200)5的供电线，RS232_T线，35232_1?线和地线，另一端与印制电路板1相对应的位置相 连。实现VectorNav-200 (VN-200) 5与印制电路板1的通信。
[0067] 所述M2.5螺栓4与VectorNav-200(VN-200)5的安装孔匹配，左右对称各一个，通过 螺母将VectorNav-200 (VN-200) 5固连在印制电路板1上。
[0068] 所述Vectortfev-200(VN-200)5为美国Vectortfev科技公司推出的高精度9轴传感 器，同时集成GPS接收器。额定工作电压为5V。坐标系方向如图2所示。可输出运动物体在X， Y，ΖΞ个方向的加速度、角速度、磁场强度和当前位置;输出数据类型为ASCn码。
[0069] 所述RS-232串口驱动模块6包括MAX232AC沈和与引脚配合使用的0. luF陶瓷电容， 额定工作电压为SVeVecto础av-200(VN-200)5电平类型为RS-232电平，而单片机模块16所 能处理的电平类型为TTL电平，RS-232串口驱动模块6负责进行电平类型的转换。
[0070] 所述电源稳压模块7包括电源电压稳压忍片LM2940-12V和输入引脚的0.47UF陶瓷 电容和输出引脚的22uF电解质电容，乘用车蓄电池电压为12V，商用车蓄电池电压为24V，为 同时满足不同车型的需求，此模块可承受的输入电压范围为5V-26V，输出电压为12V，并且 当裡电池电量不足或者外接蓄电池电量不足时，输出电压可被错制在12V，保证集成式惯性 导航测量单元在低电压时依旧可正常工作。
[0071] 所述电源转换模块8包括电源电压转换忍片化E4271-2G和外围的电容和电阻。乘 用车蓄电池电压为12V，商用车蓄电池电压为24V。为满足不同车型的使用需求，此模块可承 受的输入电压为6V-40V，输出电压为5V。实现为额定工作电压为5V模块的稳定供电。此外， 化E4271-2G提供抑制引脚INHW提供开关的功能，当此引脚为低电平时，不能转换电压，ii 量单元不工作；当引脚为高电平时，可正常转换电压，测量单元工作。
[0072] 所述连接器9为2针的母头，可与裡电池的公头相配合，将电源引入到印制电路板1 中。
[0073] 所述按键开关10包括两个引脚，一端连接12V，一端连接上述电源电压转换忍片 TLE4271-2G的INH引脚，按键开关按下时，测量单元开始工作；否则，测量单元退出工作。
[0074] 所述裡电池11额定工作电压为12V，为测量单元供电。
[0075] 所述接插件12自上至下信号依次为蓄电池的供电线，地线，CANH线和CA化线。
[0076] 其中，供电线和地线用于保障信号的稳定。当裡电池的电压过低时，可连接车上的 蓄电池使测量单元正常工作。测量单元测量和转换出来的CAN信号通过接插件12和整车的 CAN网络相连。
[0077]所述频率选择模块13由旋钮开关和限流电阻组成。与单片机模块的模块转换引脚 相连，共设置100监，200监，500监和1000监四个档位，可供用户根据需求选择。
[007引所述CAN驱动模块14包括CAN驱动忍片TLE6250G和外围的电阻电容，接收来自单片 机模块16经采集和处理后的信号并将其转换成CAN信号，通过CAN总线和CAN网络通信。
[0079] 所述Ξ轴加速度计模块15包括加速测量忍片FXAS21002和外围的电阻和电容。坐 标系方向如图2所示。采用同步通信，可测量得到Χ,Υ,ΖΞ个方向的加速度。
[0080] 所述单片机模块16采用Infineonie位单片机XC2765,包括滤波电路，复位电路和 晶振电路，单片机模块16接收来自VectorNav-200 (VN200 )5，Ξ轴加速度计模块15和组合传 感器19的信号，并在软件中统一将信号类型转换为CAN信号。
[0081] 所述在线调试模块17与英飞凌专用仿真器相连，进行程序的烧录和变量的在线观 测与调试。
[0082] 所述报警模块18设置发光二极管和蜂鸣器，和单片机的10 口相连，当检测到裡电 池电压过低或者系统故障时可发出警告。
[0083] 所述组合传感器19为两轴的惯性传感器，额定工作电压为12V，坐标系方向如图2 所示。四个端口从左到右依次为地线GND，CANL，CANH，和供电线12V，可测得横摆加速度和侧 向加速度，信号类型为CAN信号。
[0084] 所述M6螺栓20和组合传感器19的安装孔适配，左右对称各一个，和螺母配合可将 组合传感器固定在印制电路板1上。
[0085] 为进一步说明本发明的信息交互，下面列表对集成式惯性导航测量单元及相应测 量方法中的信号流加 W说明：
[0086] 参见表1，集成式惯性导航测量单元及相应测量方法信号流，其中包括器件名称、 信号名称和信号类型。
[0090] 所述Vector化v-200(VN-200)5为主，Ξ轴加速度计模块15和组合传感器19为辅，
[0087] 表1集成式惯性导航测量单元及相应测量方法信号流 [008引
[0089] w达到相互校验和冗余设计的目的。
[0091] 为进一步说明本发明专利的实施方式，将结合图2详细说明信号的解析和协议的 制定方法：
[0092] 步骤1、当按键开关按下检测到上电信号时，开始检测单片机所采集到的蓄电池电 压和VN200的头文件，当蓄电池电压小于7V时红色指示灯开始闪烁，提示裡电池需要充电或 切换至外部蓄电池；当VN200的头文件并非1VNISL"时白色指示灯闪烁，当接收到正确的头 文件时指示灯灭。否则程序开始正常运行；
[0093] 步骤2、拨动旋钮开关，设置CAN信号的输出频率，当模数转换模块采集到相应的电 压值时便会触发相应频率的CAN信号发送函数；
[0094] 步骤3、当单片机接收到ASCII码时，产生中断，并在中断函数中将ASCII码接收标 志位ASCII_f lag赋1;否则，等待接收；
[00M] 步骤4、当单片机检测到ASCII_f lag= 1时，程序跳出中断，转至ASCII码解析函数 中运行。计数标志自加1，当计数标志位处于所需变量的字节范围时，将数值取出并保存在 一维数组当中；否则，不取出数据，表2列出了所需数据的字节范围；由于字符串的总长度为 164,因此当计数标志位大于164时，清零；
[0096] 表2所需数据字节范围
[0097]
[009引
[0099] 步骤5、根据接收到的ASCn码，查找美国标准信息交换代码，可得到对应的十进制 数，并用一维数组记录下来；
[0100] 步骤6、串口数据是按照位发送的，因此需将解析出来的ASCn码按位权加和，可得 到如表2所示的各种信号；
[0101] 步骤7、如图2所示，VectorNav-200(VN200)坐标系的Y向和Z向与组合传感器和Ξ 轴加速度计的相反，为了方便相互校验和检测，需进行坐标的规一划。在程序中对侧向加速 度VN_ay，垂向加速度VN_az，横摆角速度VN_yawRate取相反数即可；
[0102] 步骤8、定义所得状态量的CAN协议，编写CAN发送函数，实现信号的采集和类型的 转换；
[0103] 为进一步说明本发明专利的互检、自检和补偿机制，将结合图3说明其设计流程：
[0104] 步骤1、当检测到上电信号时，单片机模块检测其接收端口是否接收到来自组合传 感器的CAN数据，是，继续运行;否，监测等待;与此同时，单片机也检测是否接收到来自Ξ轴 加速度计的信号，是，继续运行;否，监测等待；
[0105] 步骤2、当接收到CAN数据后，产生中断，接收标志CAN_flag赋1;同理当串口接收到 8位二进制数时，产生中断，接收标志Bina^_flag赋1;
[0106] 步骤3、检测到标志位变为1后，定义CAN解析函数，程序随即转入执行，根据组合传 感器的CAN协议通过移位和位与操作，解析出侧向加速度N_ay和横摆角速度N_yawRate;同 理，可解析出来自Ξ轴加速度计的纵向加速度F_ax、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az;
[0107] 步骤4、将来自组合传感器的N_ay、N_yawRate，来自Ξ轴加速度计的纵向加速度F_ ax、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az与来自Ve C tor化V-200 (VN200)的侧向加速度VN_ay、 横摆角速度VN_yawRate、纵向加速度VN_ax、侧向加速度VN_ay和垂向加速度VN_az分别作差 校验；
[0108] 步骤5、根据步骤4所得的互差开始进行校验，编写校验函数，当差值小于所设定的 最大的互差阔值，说明测量单元运行无误，数据输出；否则，相应的错误标志位自加1，连续 校验Ξ组，若化ult_f lag大于所设的口限值，则判定测量单元有器件运行出错；
[0109] 步骤6、当互检检测到有错误信号时，随即开启自检机制W确定具体错误位置。将 两个相关信号的当前值和上一周期的历史数据作对比求得自差值。自差值若大于所设的自 差阔值，则判定正确;否则，判定错误。若有一个出错，则输出正确的;若两个都出错，则判断 出错信号类型，若为加速度，则通过GPS位置差分补偿输出加速度，若为其它，则报警结束；
[0110] 步骤7、根据所设定的发送频率进行插值，最终将信号发送到整车CAN网络。
[0111] 本发明的测量单元及相应测量方法还能够提供车辆行驶的坡度信息。
[0112] 如图5所示，车辆在坡道上行驶时所受力包括:设车辆的总质量为m，道路坡度为Θ。 Ft-驱动力、Ff-摩擦力、Fn-道路支持力、G-整车重力、Gsin0-车重沿坡道分量、GCOS0-车重 沿垂直坡道分量、atar-整车加速度。则车辆所受的平衡力方程如下：
[0113]
(1)
[0114] 对上式整理可得：gsin 目=VN_ax-acar (2)
[0115] 则道路坡度为：
^3；)
[0116] 其中g为重力加速度。
[0117] 为进一步说明本发明专利的根据纵向加速度估算道路坡度的算法，将结合图6说 明具体的计算过程：
[0118] 步骤1、从整车CAN网络获取车速信号，并构造 fifo先进先出序列来存放车速历史 数据Vi，V2，……，Vn+i，η为表示数据数目的整数；
[0119] 步骤2、根据采集到的车速信号依次进行差分，并用fifo先进先出序列存储整车加 速度曰1，曰2,……，an，然后采用中位值平均滤波法进行滤波；
[0120] 步骤3、根据公式(3)可得到一系列坡度序列Θι，θ2,……，θη;
[0121] 步骤4、对步骤3所采集到的数据求平均
即可输出当前道路坡度。
[0122] 所述步骤2包括：
[0123] 步骤2.1、求fifo先进先出加速度队列ai -an中的最大值amax和最小值amin;
[0124] 步骤2.2、求得最新加速度值ao,计算
ap就 是平滑后的加速度值；
[012 引步骤 2.3、fifo 循环移位，an=an-i，an-i = an-2,......，ai = ao;
[0126] 步骤2.4、重复步骤2.1。
[0127] 虽然上面结合本发明的优选实施例对本发明的原理进行了详细的描述，本领域技 术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本发明的示意性实现方式的解释，并非对本发明包 含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本发明范围的限制，在不背离本发明的精神和 范围的情况下，任何基于本发明技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在 本发明保护范围之内。
【主权项】
1. 一种集成式惯性导航测量单元，其特征在于，所述集成式惯性导航测量单元包括：印 制电路板、频率选择模块、VN-200芯片、组合传感器、三轴加速度计模块、电源稳压模块、内 部电源、电源转换模块以及单片机模块， 其中，所述VN-200芯片和组合传感器分别安装在所述印制电路板上； 所述频率选择模块用于基于用户控制进行通信频率选择； 所述VN-200芯片用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的GPS定位、横摆 角速度、侧向加速度以及X、Y、Z三个方向的加速度； 所述组合传感器用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的横摆角速度和 侧向加速度； 所述三轴加速度计模块用于测量所述集成式惯性导航测量单元所安装位置的X、Y、Z三 个方向的加速度； 所述内部电源用于通过电源稳压模块和电源转换模块为测量单元供电； 所述单片机模块用于对所测得信号进行检测和补偿。2. 根据权利要求1所述的集成式惯性导航测量单元，其特征在于，所述集成式惯性导航 测量单元还包括:第一压线端子、第二压线端子、RS-232串口驱动模块、连接器、按键开关、 锂电池、接插件、CAN驱动模块、在线调试模块以及报警模块。3. 根据权利要求2所述的集成式惯性导航测量单元，其特征在于，所述VN-200芯片、组 合传感器、频率选择模块、CAN驱动模块、三轴加速度计模块、单片机模块、在线调试模块和 报警模块彼此直接或间接电气相连;所述单片机模块接收并处理来自经RS-232串口驱动模 块转换后的所述VN-200芯片的信号以及频率选择模块和三轴加速度计模块的信号；所述 CAN驱动模块通过接插件和被测车辆的CAN网络相连。4. 一种利用权利要求1-3中任意一项所述的集成式惯性导航测量单元对车辆运动信息 的进行测量的方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤1、检测所述集成式惯性导航测量单元的上电信号，当检测到上电信号时，利用所 述单片机模块采集所述内部电源的电压和所述VN-200芯片的头文件，当所述内部电源的电 压低于预定阈值时发出报警信号，提示进行电源充电或切换至外部蓄电池；如果所述VN-200 芯片的头文件符合预定要求则转至步骤 2,否则发出报警信号； 步骤2、设置所述集成式惯性导航测量单元的CAN总线的信号输出频率； 步骤3、所述单片机模块分别接收来自所述VN-200芯片的ASCII码形式的信号、组合传 感器的CAN信号和三轴加速度计模块的二进制码形式的信号，当所述单片机模块部分接收 到或全部接收到上述三种信号时，产生相应中断，并在中断函数中将ASCII码接收标志位 ASCII_f lag赋1;否则，等待接收； 步骤4、当所述单片机模块确定ASCII_f lag= 1时，跳出中断，进入到所述VN-200芯片与 所述组合传感器的CAN信号或所述三轴加速度计的二进制信号对应的ASCII码解析函数当 中； 步骤5、根据接收到的ASCII码，查找美国标准信息交换代码表，得到对应的十进制数； 根据所述组合传感器的CAN协议和三轴加速度计的二进制代码协议可得到对应的十进制 数； 步骤6、将解析出来的ASCII码按位权加和，获得表征集成式惯性导航测量单元所测得 参数的状态量； 步骤7、对从所述VN-200芯片测得的数据以及从所述组合传感器和三轴加速度计测得 的数据进行坐标归一化； 步骤8、对从所述VN-200芯片测得的数据以及从所述组合传感器和三轴加速度计测得 的数据进行互检校验以及自检校验，并根据步骤2设定的发送频率进行插值运算，最终以 CAN信号的形式、按设定的频率输出校验后的测量数据。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6包括： 步骤6.1、根据所述组合传感器测得的数据，解析出侧向加速度N_ay和横摆角速度N_ yawRate； 步骤6.2、根据所述三轴加速度计测得的数据解析出来自所述三轴加速度计的纵向加 速度F_ax、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az; 步骤6.3、根据VN-200芯片测得的数据解析出侧向加速度VN_ay、横摆角速度VN_ yawRate、纵向加速度VN_ax和垂向加速度VN_az。6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤8包括： 将来自所述组合传感器的侧向加速度~_87、横摆角速度N_yawRate，来自所述三轴加速 度计的纵向加速度F_ax、侧向加速度F_ay和垂向加速度F_az与来自所述VN-200芯片的侧向 加速度VN_ay、横摆角速度VN_yawRate、纵向加速度VN_ax和垂向加速度VN_az分别作差。
【文档编号】G01C21/16GK105823484SQ201610355456
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月26日
【发明人】李亮, 张晓宏
【申请人】清华大学