一种被动式温度稳定车载组合惯导装置的制作方法

1.本发明属于汽车智能驾驶技术领域，具体涉及一种被动式温度稳定车载组合惯导装置。


背景技术：

2.对于智能驾驶汽车，gnss（global navigation satellite system，全球导航卫星定位系统）高精定位是整车融合定位中的一个重要功能，而gnss高精定位通常由组合惯导装置实现，高精度imu（inertial measurement unit，惯性测量单元）则是组合惯导中至关重要的传感器。imu由加速度计、陀螺仪、测温传感器、必要电子元器件、封装外壳组成。加速度和陀螺仪对于环境温度十分敏感，并且其误差受温度从低到高和从高到低变化的影响也有所差异。业界通常采用预先温度标定补偿的方式来减小温度引起的误差，即在imu静止情况下基于特定的温度变化速率（如1℃/min）采集imu从-40℃至85℃区间的误差数值，并把该误差写入组合惯导的补偿程序中。当组合惯导工作时，imu检测到自己处于某一温度条件下，即调用该温度下预先标定好的误差值作为补偿，以减小不同使用温度下带来的误差。
3.一般情况下，为保证安装稳定，组合惯导会安装于车辆地板上，且由于车内环境复杂，需要避开电磁干扰明显和振动明显的区域，并在有限的布置空间下综合考虑众多需要安装的零部件。因此，组合惯导很有可能布置到主副驾座椅下方、中通道所覆盖区域的地板上，这往往也是空调风管布置的区域。空调风管在车辆启动初期，往往有较为剧烈的温度变化，对周围环境温度也带来不小影响；其他高功率的零部件，例如音响功放、中央控制器等变化的工作功率也会对周围环境温度带来影响。对于布置在这类环境下的组合惯导，其imu性能会受到环境温度较大影响，从而影响到组合惯导定位性能。
4.采用隔热材料直接包裹环境中的发热源是一种简单的解决方式，但是绝大部分电器零部件均有散热要求，包裹隔热材料于散热不利，导致可行性不高。因此，如何提高组合惯导本身对于环境温度变换的抗性，是改善组合惯导环境适用性的有效手段。当然，可以通过主动方式进行改善，例如增加加热系统抵抗低温、增加风冷系统或水冷系统抵抗高温，依据imu读出的温度，通过改变这些主动控温系统的工作功率，来稳定组合惯导的工作环境，用以稳定imu的工作环境。但是，这些主动温度稳定的方式，会带来整车功耗的升高，同时也会让整个系统结构变得复杂、尺寸增加，更难以布置，可行性也不算高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，避免因环境温度变化导致imu误差变化而引起的组合惯导定位性能变差的问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，包括pcb总成分模组、imu分模组、内部线束模组和外壳分模组；所述外壳分模组包括上壳和下壳，所述上壳和下壳组装形成内舱空
间， pcb总成分模组、imu分模组和内部线束模组均安装固定在所述内舱空间内；所述pcb总成分模组、imu分模组固定于下壳的上表面；所述内部线束模组的一端连接pcb总成分模组，另一端连接imu分模组；所述内舱空间内还设有用于降低imu分模组受周围环境温度变化影响的相变材料储热分模组。
7.进一步完善上述技术方案，所述pcb总成分模组包括gnss模块、微控制单元、第一电源模块、外部连接器、内部连接器、导热介质和第一pcb电路板；所述gnss模块、微控制单元、第一电源模块和外部连接器焊接于所述第一pcb电路板上；所述导热介质设于微控制单元表面，微控制单元通过导热介质与上壳的下表面接触连接，所述导热介质为导热硅脂。
8.进一步地，所述gnss模块、微控制单元、第一电源模块和外部连接器通过回流焊或波峰焊的方式完成焊接。
9.进一步地，所述imu分模组包括陀螺仪、加速度计、温度传感器、第二pcb电路板、第二电源模块、第三连接器和第一封装外壳；所述陀螺仪、加速度计、温度传感器、第二电源模块和第三连接器均焊接于所述第二pcb电路板上，再连同第二pcb电路板固定设于所述第一封装外壳内。
10.进一步地，所述内部线束模组包括两个连接器和线束，所述两个连接器为第一连接器和第二连接器，所述第一连接器与imu模组内的第三连接器相匹配连接，第二连接器与pcb总成分模组内的内部连接器相匹配连接；第一连接器和第二连接器通过所述线束相连接。
11.进一步地，在外壳分模组内，上壳的下表面对应于imu 分模组的部分设有相变材料储热分模组安装腔，相变材料储热分模组安装腔的内壁形成为相变材料储热分模组安装面，所述相变材料储热分模组固定铺设于相变材料储热分模组安装面。
12.进一步地，所述相变材料储热分模组包括第二封装外壳，第二封装外壳内填充有相变材料，所述相变材料的熔点范围为40℃至70℃，所述相变材料为一种相变材料或多种相变材料，所述多种相变材料中每种相变材料的熔点不同。
13.进一步地，第二封装外壳内设有一层或多层间隔结构以将第二封装外壳内填充的相变材料分层设置。
14.进一步地，第二封装外壳内还设有用于导热连接各层相变材料的内部传热骨架；所述内部传热骨架的材质为多孔金属；所述第二封装外壳设有安装结构并通过该安装结构与所述相变材料储热分模组安装面相固定连接。
15.进一步地，所述上壳的上表面设有散热翅片，所述下壳的下表面设有安装支架以便整个被动式温度稳定车载组合惯导装置与车体相安装固定；所述上壳和下壳的材质均为铝合金或其他合金、金属或塑料。
16.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：1、本发明的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，通过将相变材料储热分模组设于imu分模组周围，以将imu分模组与周围环境引起温度变化的热源完全或部分隔离开，利用相变材料较大的相变潜热特性，当本装置周边温度剧烈变化时，相变材料可以吸收或释放较多的热量从而保持自身温度不变或缓慢变化，从而减缓imu分模组周围环境温度变化，最终导致imu分模组内部的加速度计和陀螺仪所处环境温度不变或缓慢变化，减少imu分模组受环境温度变化引起的误差恶化，从而减少组合惯导的定位误差。
17.2、本发明的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，相变材料储热分模组内的内部传热骨架用于加强相变材料的相变传热性能，相变材料的熔点与本装置所处的周边环境温度相匹配，在环境温度的变化过程中，所述相变材料就可以吸热相变或放热相变；且相变材料储热分模组为被动装置，无需加热器、风冷或液冷等主动温控装置，使得本装置在较小体积下能够保持较好的温变抵抗性。
18.3、本发明的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，将本装置安装固定于车内，与整车系统共同实现高精定位和航迹推算功能。
附图说明
19.图1为实施例的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置的结构示意图；图2为实施例中pcb总成分模组的结构示意图；图3为实施例中imu分模组的结构示意图；图4为实施例中内部线束分模组的结构示意图；图5为实施例中相变材料储热分模组的结构示意图；其中，pcb总成分模组1，gnss模块11，微控制单元12，第一电源模块13，必要电子元件14，外部连接器15，内部连接器16，导热介质17，第一pcb电路板18，imu分模组2，三轴陀螺仪21，三轴加速度计22，温度传感器23，第二电源模块24，相关电子元件25，第三连接器26，第二pcb电路板27，第一封装外壳28，内部线束模组3，第一连接器31，第二连接器32，线束33，外壳分模组4，上壳41，下壳42，散热翅片43，相变材料储热分模组5，相变材料51，内部传热骨架52，间隔结构53，第二封装外壳54。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
21.具体参见图1-5，具体实施例的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，包括pcb总成分模组1、imu分模组2、内部线束模组3、外壳分模组4和相变材料储热分模组5；所述外壳分模组4包括上壳41和下壳42，所述上壳41和下壳42组装形成内舱空间，所述内舱空间足以容纳pcb总成分模组1、imu分模组2、内部线束模组3和相变材料储热分模组5并完成安装固定；所述pcb总成分模组1、imu分模组2固定于下壳42的上表面；所述内部线束模组3的一端连接pcb总成分模组1，另一端连接imu分模组2；所述上壳42的下表面设有相变材料储热分模组安装面，所述相变材料储热分模组安装面设于imu分模组2一侧，所述相变材料储热分模组5固定于相变材料储热分模组安装面。
22.实施例的一种被动式温度稳定车载组合惯导装置，通过将相变材料储热分模组5设于imu分模组2周围，以将imu分模组2与周围环境引起温度变化的热源完全或部分隔离开，利用相变材料较大的相变潜热特性，当本装置周边温度剧烈变化时，相变材料可以吸收或释放较多的热量从而保持自身温度不变或缓慢变化，从而减缓imu分模组2周围环境温度变化，最终导致imu分模组2内部的加速度计和陀螺仪所处环境温度不变或缓慢变化，减少imu分模组2受环境温度变化引起的误差恶化，从而减少组合惯导的定位误差。
23.请继续参见图1-5，其中，所述pcb总成分模组1包括gnss模块11、微控制单元12、第
一电源模块13、必要电子元件14、外部连接器15、内部连接器16、导热介质17和第一pcb电路板18，所述必要电子元件14包括通信类芯片、各类二/三极管、电阻电容等；所述gnss模块11、微控制单元12、第一电源模块13、必要电子元件14和外部连接器15焊接于所述第一pcb电路板18上；所述导热介质17设于微控制单元12表面，所述导热介质17为导热硅脂；所述焊接方式为回流焊或波峰焊。
24.这样，实现了pcb总成分模组1内相关部件的固定、电气连接和信号传输，将导热介质17附于需要较多散热能力的微控制单元12的表面，以满足微控制单元12的散热要求。
25.其中，所述imu分模组2包括三轴陀螺仪21、三轴加速度计22、温度传感器23、第二pcb电路板27、第二电源模块24、相关电子元件25、第三连接器26和第一封装外壳28，所述相关电子元件25包括各类二/三极管、电阻电容等；所述三轴陀螺仪21、三轴加速度计22、温度传感器23、第二电源模块24、相关电子元件25和第三连接器26均焊接于所述第二pcb电路板27上，再整体封装于所述第一封装外壳28内。
26.这样，实现了imu分模组2内相关部件的固定、电气连接和信号传输。
27.其中，所述内部线束模组3包括两个连接器和线束33，所述两个连接器为第一连接器31和第二连接器32，所述第一连接器31与imu模组2内的第三连接器26相匹配连接，第二连接器32与pcb总成分模组1内的内部连接器16相匹配连接；第一连接器31和第二连接器32通过所述线束相连接。
28.这样，实现了pcb总成分模组1与imu分模组2之间的电气连接和信号传输。
29.其中，所述相变材料储热分模组5包括相变材料51、内部传热骨架52、间隔结构53和第二封装外壳54；所述相变材料为；石蜡、脂肪酸、醇类等具有相变特性的材料，优选石蜡；所述内部传热骨架52的材质为多孔金属；所述第二封装外壳54设有安装结构（图中未示出）并通过该安装结构与所述相变材料储热分模组安装面相固定连接。
30.实施时，当所述相变材料51为具有一个熔点的单一相变材料，所述间隔结构53设于所述第二封装外壳54内部并形成一个空腔，所述空腔内填充有若干内部传热骨架52并进一步形成若干相变材料填充单元，所述单一相变材料填充于所述相变材料填充单元内；当所述相变材料52包括具有不同熔点的多种相变材料，此时，所述间隔结构53将第二封装外壳54的内部分隔为多个空腔，所述多个空腔内均填充有若干内部传热骨架52并进一步形成若干相变材料填充单元；所述多种相变材料分别填充于所述相变材料填充单元内；无论相变材料51为具有一个熔点的单一相变材料，还是具有不同熔点的多种相变材料，相变材料51的熔点范围均为40℃至70℃。
31.这样，内部传热骨架52用于加强相变材料51的相变传热性能，相变材料51的熔点与本被动式温度稳定车载组合惯导装置所处的周边环境温度相匹配，在环境温度的变化过程中，所述相变材料51就可以吸热相变或放热相变；且相变材料储热分模组5为被动装置，无需加热器、风冷或液冷等主动温控装置，使得本装置在较小体积下能够保持较好的温变抵抗性。
32.其中，所述上壳41的上表面设有散热翅片43，所述下壳42的下表面设有安装支架（图中未示出）以便整个被动式温度稳定车载组合惯导装置与车体相安装固定；所述上壳41和下壳42的材质均为铝合金或其他合金、金属或塑料。
33.这样，将分装好的上壳41与下壳42组装在一起，形成本装置，再将本装置安装固定于车内，与整车系统共同实现高精定位和航迹推算功能。
34.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。