专利名称：横向加速度和横摆角速度信号采集系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号采集系统，更具体是涉及一种横向加速度和横摆角速度的信号采集系统。
背景技术：
横向加速度和横摆角速度是描述车辆侧向运动状态的两个关键物理量，横向加速度是描述车辆受到的侧向力作用情况的参数，横摆角速度是描述车辆环绕其重心轴旋转运动的情况的参数，这两个参数是评价车辆在做侧向运动时其操作稳定性、主动安全性以及乘坐舒适性的重要指标。例如车辆的悬架控制系统需要获得横向加速度信号，保证车辆转向时的侧倾稳定性，提高舒适性。此外，自动巡航控制单元、GPS等也需要横摆角速度信号。通过横向加速度和横摆角速度信号判断车辆实际的转向轨迹，并且通过一定的控制算法，保证车辆转向时的稳定性，防止转向不足或者转向过度目前，某些高档轿车配置的ESP(电子稳定程序)系统配置有采集横向加速度和横摆角速度的传感器部件，但它只是作为一个部件存在，没有独立运算和存储能力，不能单独作为采集系统使用。通过横向加速度和横摆角速度传感器所采集的信号精度不高，需要应用系统的电子控制单元(以下简称ECU)进行预处理以确保精度，这种处理方式对ECU的性能要求较高，增加了ECU的运算负荷，降低了整个系统的性能表现。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中横向加速度和横摆角速度信号采集部件缺乏预处理能力的缺陷，提供一种具有预处理能力的横向加速度信号和横摆角速度信号的采集系统。
本发明提供的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，包括传感器模块，所述传感器模块包括横向加速度传感器和横摆角速度传感器；其特征在于，还包括数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块与传感器模块连接，所述数据处理模块与数据接收模块连接；所述数据接收模块接收来自横向加速度传感器和横摆角速度传感器采集的信号；所述数据处理模块对来自数据接收模块的信号进行数字滤波处理。
本发明提供的横向加速度和横摆角速度信号采集系统对所采集到的信号具备预处理能力。由于采用了数据处理模块可以对传感器模块所采集的横向加速度和横摆角速度传感器信号进行数字滤波处理，这样使得传感器所采集到的信号的精度提高，从而减轻了其他应用系统的ECU的运算负荷。
图1是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的结构示意图；图2是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的优选实施方式的结构示意图；图3是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的工作流程图；图4是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的通信模块与外围控制单元进行数据通信的示意图。
具体实施例方式
图1是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的结构示意图。如图1所示的横向加速度和横摆角速度信号采集系统100，包括传感器模块10，所述传感器模块包括横向加速度传感器11和横摆角速度传感器12；其特征在于，还包括数据接收模块21和数据处理模块22，所述数据接收模块21与传感器模块10连接，所述数据处理模块22与数据接收模块21连接；所述数据接收模块21接收来自横向加速度传感器11和横摆角速度传感器12采集的信号；所述数据处理模块22对来自数据接收模块21的信号进行数字滤波处理。
其中，所述横向加速度传感器11优选为电容式加速度传感器，置于车辆质心位置附近，用于采集车辆横向加速度。
所述横摆角速度传感器12优选为陀螺仪角速度传感器，例如音叉式陀螺仪、激光陀螺仪、光纤陀螺仪、液浮陀螺仪等，置于车辆质心位置附近，用于采集车辆横摆角速度。
所述横向加速度传感器11和所述横摆角速度传感器12可以集成在横向加速度传感器集成芯片和横摆角速度传感器集成芯片上，将横向加速度传感器信号和横摆角速度传感器信号转换为模拟电压信号(例如0-5伏)并输出。可以使用ADI公司生产的横向加速度传感器集成芯片和横摆角速度传感器集成芯片，这两种芯片灵敏度高，稳定性好，具有自检功能，测量精确。
所述数据接收模块21包括A/D转换模块，所述A/D转换模块将从所述传感器模块10接收的模拟信号转换为数字信号以便数据处理模块22对其进行处理。优选采用逐次比较型A/D转换器，采集精度高。
所述数据处理模块22包括中央处理器(以下简称CPU)，所述CPU对来自数据接收模块21的信号进行数字滤波处理，例如分段求平均值、削尖峰、去噪声等。所述数字滤波处理可以通过DSP等本领域人员公知的方式实现。这样通过数字滤波处理可以对接收到的信号进行优化，以保证信号的精度。处理后的数据可以为外围控制模块30所应用。例如，ESP系统根据本系统采集到的横向加速度信号和横摆角速度信号根据公式计算车辆的侧偏角。此外，正如本领域人员所公知的，CPU也可以对数据接收模块21以及其他与其相联的模块进行控制。
优选情况下，本发明所提供的系统100还包括存储模块23，所述存储模块23与数据处理模块22连接，存储数据处理模块22处理后的数据。这样可以方便进行其它数据分析。所述存储模块23优选为FLASH或EEPROM存储器。
优选情况下，本发明所提供的系统100还包括通信模块24，所述通信模块24与数据处理模块22连接，输出数据处理模块22处理后的数据。
所述通信模块24为串行通信模块，例如SCI模块、SCP模块或CAN模块。当采用CAN方式时，CAN模块即通信模块24包括CAN控制器和CAN收发器。采用CAN总线传输数据，CAN总线作为一种广泛应用于汽车环境的现场总线，具有很高的抗电磁干扰能力和可靠的错误处理和检错机制，可以保证数据传输的准确性，并且最高波特率可达1兆赫兹，可以保证数据传输的实时性。
所述通信模块24可与外围控制模块30连接，进行数据通信，将所采集到信号提供给外围控制模块30。其中，所述外围控制模块30可以为一个或多个车辆应用系统的ECU，例如ESP系统的ECU、GPS系统的ECU、巡航系统的ECU等等。所述外围控制模块30也可以根据自身需要通过通信模块24发送对数据的处理需要的控制指令，例如A/D采样方式、采样时间、CAN收发的波特率、数据处理模块22所采用的数字滤波方法等。
优选情况下，所述数据接收模块21、数据处理模块22和通信模块24集成在单片机上。一般情况下，单片机内部存储器容量较小，存储模块23优选为外部存储器并通过I/O接口与单片机连接，所述I/O接口的构成和连接为本领域人员所公知。
图2是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的优选实施方式的结构示意图。如图2所示，本优选实施方式的系统采用8位单片机(例如Motorola公司的MC68HC908系列单片机)，所述单片机中集成了CPU、A/D转换器、SCI模块、CAN控制器，所述系统还包括CAN收发器、外部存储器(例如FLASH或EEPROM)以及横向加速度传感器、横摆角速度传感器。
图3是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统的工作流程图。首先，本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统启动；启动后，系统进行初始化；之后，数据接收模块21接收传感器模块10所采集到的信号，通过的A/D转换模块对接收到的传感器模块10所采集的信号进行A/D转换；A/D转换后的数字信号被传送到数据处理模块22；数据处理模块22对所述数字信号进行数字滤波处理；将处理后的数据存储到存储模块23中，也可通过通信模块24发送到相应的外围控制模块30。
另外，数据处理模块22可以通过通信模块24接收外围控制模块30对数据的处理需要的控制指令，使系统具有灵活的可操作性。例如，外围控制模块30根据自身需要可以规定本系统的A/D采样方式、采样时间、CAN收发的波特率、数据处理模块22所采用的数字滤波方法等参数。
图4是本发明的横向加速度和横摆角速度信号采集系统100的通信模块24与外围控制单元30进行数据通信的示意图。如图4所示，数据通信采用两种方式，一是通过SCI模块通信，另一是通过CAN模块经由CAN总线网络通信。其中CAN模块包括CAN控制器和CAN收发器。在CAN总线上，信号以一对差分电压CAN_H和CAN_L的形式传输。
本领域技术人员应该理解，在本发明中，对车辆横向加速度或横摆角速度的信号可以单独采集，也可以一起采集，因此，可以只安装横向加速度传感器或横摆角速度传感器或同时安装两者。
权利要求
1.一种横向加速度和横摆角速度信号采集系统(100)，该系统(100)包括传感器模块(10)，所述传感器模块包括横向加速度传感器(11)和横摆角速度传感器(12)；其特征在于，该系统(100)还包括数据接收模块(21)和数据处理模块(22)，所述数据接收模块(21)与传感器模块(10)连接，所述数据处理模块(22)与数据接收模块(21)连接；所述数据接收模块(21)接收来自横向加速度传感器(11)和横摆角速度传感器(12)采集的信号；所述数据处理模块(22)对来自数据接收模块(21)的信号进行数字滤波处理。
2.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述横向加速度传感器(11)为电容式加速度传感器。
3.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述横摆角速度传感器(12)为陀螺仪角速度传感器。
4.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述横向加速度传感器(11)和所述横摆角速度传感器(12)集成在横向加速度传感器集成芯片和横摆角速度传感器集成芯片，将横向加速度传感器信号和横摆角速度传感器信号转换为模拟电压信号并输出。
5.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述数据接收模块(21)包括A/D转换模块，所述A/D转换模块将从所述传感器模块(10)接收的模拟信号转换为数字信号。
6.根据权利要求5所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述A/D转换模块为逐次比较型A/D转换器。
7.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述数据处理模块(22)包括中央处理器，所述中央处理器对来自数据接收模块(21)的信号进行数字滤波处理。
8.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述系统(100)还包括存储模块(23)，所述存储模块(23)与数据处理模块(22)连接，存储数据处理模块(22)处理后的数据。
9.根据权利要求8所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述存储模块(23)为FLASH或EEPROM存储器。
10.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述系统(100)还包括通信模块(24)，所述通信模块(24)与数据处理模块(22)连接，输出数据处理模块(22)处理后的数据。
11.根据权利要求10所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述通信模块(24)为串行通信模块。
12.根据权利要求11所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述通信模块(24)包括CAN控制器和CAN收发器。
13.根据权利要求1所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述数据接收模块(21)、数据处理模块(22)和通信模块(24)集成在单片机上。
14.根据权利要求13所述的横向加速度和横摆角速度信号采集系统，其特征在于，所述存储模块(23)为外部存储器，并通过I/O接口与单片机连接。
全文摘要
提供一种横向加速度和横摆角速度信号采集系统，该系统包括传感器模块，所述传感器模块包括横向加速度传感器和横摆角速度传感器；其特征在于，还包括数据接收模块和数据处理模块，所述数据接收模块与传感器模块连接，所述数据处理模块与数据接收模块连接；所述数据接收模块接收来自横向加速度传感器和横摆角速度传感器采集的信号；所述数据处理模块对来自数据接收模块的信号进行数字滤波处理。本发明提供的横向加速度和横摆角速度信号采集系统对所采集到的信号具备预处理能力，使得传感器所采集到的信号的精度提高，从而减轻了其他应用系统的ECU的运算负荷。
文档编号G08C19/00GK1971234SQ20051012402
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月23日 优先权日2005年11月23日
发明者孔林冬, 李维宏, 钟国华, 鲍海宝 申请人:比亚迪股份有限公司