專利名稱：車輛運動狀態(tài)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及車輛運動狀態(tài)檢測領(lǐng)域，具體涉及ー種車輛運動狀態(tài)檢測裝置。
背景技術(shù)：
為提高車輛的節(jié)能環(huán)保性、安全性和舒適性，車輛控制系統(tǒng)起到了越來越關(guān)鍵的作用。特別是制動控制、驅(qū)動控制、轉(zhuǎn)向控制、懸架控制等電子控制子系統(tǒng)在車輛底盤技術(shù)中的廣泛應(yīng)用極大地改善了車輛的主動安全性。而車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)是車輛電子控制系統(tǒng)中極其重要的狀態(tài)參數(shù)，是車輛底盤綜合控制、操縱穩(wěn)定性和主動安全性評價、標(biāo)定和匹配的前提和基礎(chǔ)。目前各種電子控制子系統(tǒng)為直接或間接獲取相應(yīng)的運動狀態(tài)參數(shù)都配置了相應(yīng)的傳感器，如ABS、TCS系統(tǒng)配備了輪速傳感器，ESP系統(tǒng)配備了橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度計等。另外，在各種車輛控制子系統(tǒng)及其集成控制系統(tǒng)的研發(fā)過程中所需的性能評價、標(biāo)定、匹配以及測試等，還使用了較昂貴的非接觸式光電五輪儀、慣性陀螺儀、GPS全球定位系統(tǒng)等車輛運動狀態(tài)測量系統(tǒng)。這些現(xiàn)有的車輛運動狀態(tài)測量系統(tǒng)都分別存在成本高、體積大、接ロ電路復(fù)雜等問題，并且單純使用慣性陀螺儀會使其漂移誤差隨時間推移而累加，影響測量精度；而GPS全球定位系統(tǒng)的功效則在特殊環(huán)境如隧道、高層樓群，以及惡劣天氣條件如太陽劇烈活動下，均會受到較大程度的影響，影響對車輛速度等運動狀態(tài)的檢測。現(xiàn)有技術(shù)對于車輛縱向、側(cè)向、垂向及橫擺、側(cè)傾、俯仰等運動狀態(tài)是由不同的傳感器分別測量而不是同時由同一傳感器同時完成的，需要進行相應(yīng)的車輛運動狀態(tài)的信號進行較大幅度的調(diào)理及信息融合處理，從而會降低車輛運動狀態(tài)測量的實時性，并且還會使測量系統(tǒng)的誤差増大。同時，很多目前所應(yīng)用的檢測方案仍需要搭配A/D信號轉(zhuǎn)換模塊，對信號進行轉(zhuǎn)換之后才能進行下一歩的融合處理計算，進ー步加大了硬件電路的復(fù)雜性，耗費了處理的時間。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型g在提供一種車輛運動狀態(tài)檢測裝置，該車輛運動狀態(tài)檢測裝置由MEMS慣性傳感器和ARM微處理器搭配組成，具有體積小、靈敏度高，測定速度快等優(yōu)點。本實用新型所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，包括MEMS慣性傳感器模塊、輪速傳感器接ロ電路模塊、ARM微處理器模塊、輸出模塊；所述MEMS慣性傳感器模塊用于收集車輛行駛時的運動狀態(tài)信息，并將該運動狀態(tài)信息通過SPI接ロ傳送至ARM微處理器模塊；所述輪速傳感器接ロ電路模塊用于收集車輛的輪速信息，并將輪速信息通過I/O接ロ傳送至ARM微處理器模塊；所述ARM微處理器模塊用于對接收到的運動狀態(tài)信息和輪速信息進行融合處理，得到車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)，將該車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)傳送至輸出模塊。所述輪速傳感器接ロ電路模塊包括輪速傳感器和信號調(diào)理子模塊；所述輪速傳感器用于檢測當(dāng)前車輛運行的輪速得到原始輪速信息，并將原始輪速信息通過接ロ電路傳送至所述信號調(diào)理子模塊；所述信號調(diào)理子模塊用于將接收到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理后得到輪速信息，并將輪速信息通過I/o接ロ傳送至ARM微處理器模塊。所述ARM微處理器模塊包括信號采集子模塊、卡爾曼濾波子模塊、參考車速計算子模塊，信號融合處理子模塊；所述信號采集子模塊用于接收來自MEMS慣性傳感器模塊的運動狀態(tài)信息與來自輪速傳感器接ロ電路模塊的輪速信息，并將接收到的信息傳送至所述卡爾曼濾波子模塊；所述卡爾曼濾波子模塊用于將接收到的輪速信息與運動狀態(tài)信息進行卡爾曼濾波處理，分別得到輪速信號與運動狀態(tài)信號，將輪速信號傳送至參考車速計算子模塊，將運動狀態(tài)信號傳送至信號融合處理子模塊；所述參考車速計算子模塊用于對接收到的輪速信號進行計算處理，算出參考車速信號，并將參考車速信號傳送至信號融合處理子模塊；所述信號融合處理子模塊用于將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)。所述ARM微處理器模塊還包括CAN通信子模塊和USB通信子模塊；所述輸出模塊包括CAN接ロ電路子模塊和USB接ロ電路子模塊；所述的CAN通信子模塊用于將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)流，并傳送至CAN接ロ電路子模塊；所述的USB通信子模塊用于將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，并傳送至USB接ロ電路子模塊。本實用新型所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置的優(yōu)選方案為所述車輛運動狀態(tài)檢測裝置包括MEMS慣性傳感器模塊、輪速傳感器接ロ電路模塊、ARM微處理器模塊、輸出模塊；所述MEMS慣性傳感器模塊用于收集車輛行駛時的運動狀態(tài)信息，并將該運動狀態(tài)信息通過SPI接ロ傳送至ARM微處理器模塊；所述輪速傳感器接ロ電路模塊包括輪速傳感器和信號調(diào)理子模塊；所述ARM微處理器模塊包括信號采集子模塊、卡爾曼濾波子模塊、參考車速計算子模塊，信號融合處理子模塊、CAN通信子模塊和USB通信子模塊；所述輸出模塊包括CAN接ロ電路子模塊和USB接ロ電路子模塊；所述輪速傳感器檢測當(dāng)前車輛運行的輪速得到原始輪速信息，并將原始輪速信息通過接ロ電路傳送至所述信號調(diào)理子模塊；所述信號調(diào)理子模塊將接收到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理后得到輪速信息，并將輪速信息通過I/O接ロ傳送至ARM微處理器模塊；所述信號采集子模塊接收來自MEMS慣性傳感器模塊的運動狀態(tài)信息與來自輪速傳感器接ロ電路模塊的輪速信息，并將接收到的信息傳送至所述卡爾曼濾波子模塊；所述卡爾曼濾波子模塊將接收到的輪速信息與運動狀態(tài)信息進行卡爾曼濾波處理，分別得到輪速信號與運動狀態(tài)信號，將輪速信號傳送至參考車速計算子模塊，將運動狀態(tài)信號傳送至信號融合處理子模塊；所述參考車速計算子模塊對接收到的輪速信號進行計算處理，算出參考車速信號，并將參考車速信號傳送至信號融合處理子模塊；所述信號融合處理子模塊將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)；所述的CAN通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)流，并傳送至CAN接ロ電路子模塊；所述的USB通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，并傳送至USB接ロ電路子模塊；所述的CAN接ロ電路子模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)傳輸至與本檢測裝置相關(guān)聯(lián)的各類車輛主動安全控制子系統(tǒng)； 所述的USB接ロ電路模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)移至載體或者傳輸至上位計算機。所述MEMS慣性傳感器模塊集成了分別對應(yīng)三個坐標(biāo)軸的三個陀螺儀和三個加速度計，能夠?qū)囕v縱向、側(cè)向、垂向運動的加速度以及橫擺、側(cè)傾、俯仰運動的角速度進行同時測定。所述MEMS慣性傳感器即微機電系統(tǒng)慣性傳感器，狹義上是指可以采用微電子批量加工エ藝制造的，集微型機械兀件和微電子于一體的微型器件、微型系統(tǒng)；從廣義上講，微機電系統(tǒng)是指集微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理和控制電路、接ロ電路、通信系統(tǒng)以及電源于一體的集成微器件、微系統(tǒng)。微機電系統(tǒng)的特點是體積小，重量輕，高度集成化與微型化。本實用新型克服了現(xiàn)有車輛運動狀態(tài)檢測系統(tǒng)采用的MEMS慣性傳感器可以在同一時間采集車輛在不同方向上的多個加速度和角速度并且具有誤差修正功能，簡化了信號融合處理的復(fù)雜性，提高了實時性和精確度，使得車輛的行駛姿態(tài)信息能夠得到實時、準(zhǔn)確、高效的處理。本實用新型應(yīng)用輪速傳感器用于收集車輛的輪速信息克服了 GPS全球定位系統(tǒng)的易受環(huán)境影響的缺陷。同時，本實用新型利用高性能的ARM處理器擁有強大的運算和處理功能，大大提高了車輛行駛姿態(tài)信息整合、處理能力以及可控能力；且本實用新型傳輸MEMS慣性傳感器的信息時，采用的是可編程SPI接ロ，便于控制數(shù)字濾波、采樣率、電源管理、自檢以及傳感器狀態(tài)與報警等特性，省掉了傳統(tǒng)方案中A/D轉(zhuǎn)換的模塊，使得汽車的行駛姿態(tài)信息能夠得到實時、準(zhǔn)確、高效的處理。本實用新型具有體積小，靈敏度高，測定速度快，穩(wěn)定性高等優(yōu)點，克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足。本實用新型所述的MEMS慣性傳感器優(yōu)選六自由度的MEMS慣性傳感器，該慣性傳感器在空間三坐標(biāo)軸上集成了三個陀螺儀和三個加速度計，可對汽車縱向、側(cè)向、垂向運動的加速度以及橫擺、側(cè)傾、俯仰運動的角速度等信息同時進行采集。輪速傳感器接ロ電路模塊中的信號調(diào)理子模塊對采集到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理，減少了原始輪速信息中的噪聲，優(yōu)化了原始輪速信息的波形，提高了對輪速信息提取的精度。ARM微處理器模塊通過卡爾曼濾波子模塊大大減小了慣性傳感器測量中的隨機偏移誤差，為之后的融合處理提供良好的基礎(chǔ)，信號融合處理子模塊將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)，比如汽車縱向車速、側(cè)向車速、橫擺角、側(cè)傾角及質(zhì)心側(cè)偏角等參數(shù)。本實用新型可以在同一時間內(nèi)采集及處理汽車當(dāng)前運動狀態(tài)信息，使得汽車的六自由度運動狀態(tài)信息能夠同時、準(zhǔn)確、及時得到處理，簡化了檢測系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)，提高了汽車運動狀態(tài)信息融合及處理能力。本實用新型還可運用CAN接口和USB接ロ進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移和傳輸，CAN接ロ可以使本檢測系統(tǒng)與各類車輛主動安全控制子系統(tǒng)相配合，增強了本檢測系統(tǒng)的實用性，USB接ロ可以將檢測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移至載體或者傳送至上位機系統(tǒng)，便于計算機分析車輛運動狀態(tài)數(shù)據(jù)，為車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析提供重要參數(shù)。

[0025]圖1為本實用新型實施例所提供的車輛運動狀態(tài)檢測裝置主模塊的結(jié)構(gòu)示意圖圖2為本實用新型實施例所提供的車輛運動狀態(tài)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型做進ー步詳細(xì)說明。如圖1和圖2所示，車輛運動狀態(tài)檢測裝置包括MEMS慣性傳感器模塊、輪速傳感器接ロ電路模塊、ARM微處理器模塊、輸出模塊；MEMS慣性傳感器模塊采用六自由度慣性測量単元；輪速傳感器接ロ電路模塊包括輪速傳感器和信號調(diào)理子模塊；ARM微處理器模塊包括信號采集子模塊、卡爾曼濾波子模塊、參考車速計算子模塊，信號融合處理子模塊、CAN通信子模塊和USB通信子模塊；輸出模塊包括CAN接ロ電路子模塊和USB接ロ電路子模塊。輪速傳感器傳感器安裝在車輪處，六自由度慣性測量単元與ARM微處理器處理模塊安裝在車輛質(zhì)心處，三者之間通過相應(yīng)數(shù)據(jù)線連接；當(dāng)車輛啟動運行后，MEMS慣性傳感器模塊收集汽車縱向、側(cè)向、垂向運動的加速度以及橫擺、側(cè)傾、俯仰運動的角速度等信息，并將這些運動狀態(tài)信息通過SPI接ロ傳送至ARM微處理器模塊；輪速傳感器檢測當(dāng)前車輛運行的輪速得到原始輪速信息，并將原始輪速信息通過接ロ電路傳送至所述信號調(diào)理子模塊；所述信號調(diào)理子模塊將接收到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理后得到輪速信息，并將輪速信息通過I/O接ロ傳送至ARM微處理器模塊；信號采集子模塊接收來自MEMS慣性傳感器模塊的運動狀態(tài)信息與來自輪速傳感器接ロ電路模塊的輪速信息，并將接收到的信息傳送至所述卡爾曼濾波子模塊；所述卡爾曼濾波子模塊將接收到的輪速信息與運動狀態(tài)信息進行卡爾曼濾波處理，分別得到輪速信號與運動狀態(tài)信號，將輪速信號傳送至參考車速計算子模塊，將運動狀態(tài)信號傳送至信號融合處理子模塊；所述參考車速計算子模塊對接收到的輪速信號進行計算處理，算出參考車速信號，并將參考車速信號傳送至信號融合處理子模塊；所述信號融合處理子模塊將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)；CAN通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)流，并傳送至CAN接ロ電路子模塊；USB通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，并傳送至USB接ロ電路子模塊；CAN接ロ電路子模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)傳輸至與本檢測裝置相關(guān)聯(lián)的各類車輛主動安全控制子系統(tǒng)；USB接ロ電路模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)移至載體，或者傳輸至上位計算機進行分析與評估。
權(quán)利要求1.一種車輛運動狀態(tài)檢測裝置，包括MEMS慣性傳感器模塊、輪速傳感器接口電路模塊、ARM微處理器模塊、輸出模塊,其特征在于所述MEMS慣性傳感器模塊用于收集車輛行駛時的運動狀態(tài)信息，并將該運動狀態(tài)信息通過SPI接口傳送至ARM微處理器模塊；所述輪速傳感器接口電路模塊用于收集車輛的輪速信息，并將輪速信息通過I/O接口傳送至ARM微處理器模塊；所述ARM微處理器模塊用于對接收到的運動狀態(tài)信息和輪速信息進行融合處理，得到車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)，將該車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)傳送至輸出模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述MEMS慣性傳感器模塊集成了分別對應(yīng)三個坐標(biāo)軸的三個陀螺儀和三個加速度計。
3.如權(quán)利要求1所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述輪速傳感器接口電路模塊包括輪速傳感器和信號調(diào)理子模塊；所述輪速傳感器用于檢測當(dāng)前車輛運行的輪速得到原始輪速信息，并將原始輪速信息通過接口電路傳送至所述信號調(diào)理子模塊；所述信號調(diào)理子模塊用于將接收到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理后得到輪速信息，并將輪速信息通過I/o接口傳送至ARM微處理器模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述ARM微處理器模塊包括信號采集子模塊、卡爾曼濾波子模塊、參考車速計算子模塊，信號融合處理子模塊；所述信號采集子模塊用于接收來自MEMS慣性傳感器模塊的運動狀態(tài)信息與來自輪速傳感器接口電路模塊的輪速信息，并將接收到的信息傳送至所述卡爾曼濾波子模塊；所述卡爾曼濾波子模塊用于將接收到的輪速信息與運動狀態(tài)信息進行卡爾曼濾波處理，分別得到輪速信號與運動狀態(tài)信號，將輪速信號傳送至參考車速計算子模塊，將運動狀態(tài)信號傳送至信號融合處理子模塊；所述參考車速計算子模塊用于對接收到的輪速信號進行計算處理，算出參考車速信號，并將參考車速信號傳送至信號融合處理子模塊；所述信號融合處理子模塊用于將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)。
5.如權(quán)利要求4所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述ARM微處理器模塊還包括CAN通信子模塊和USB通信子模塊；所述輸出模塊包括CAN接口電路子模塊和USB接口電路子模塊；所述的CAN通信子模塊用于將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)流，并傳送至CAN接口電路子模塊；所述的USB通信子模塊用于將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，并傳送至USB接口電路子模塊。
6.如權(quán)利要求1所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述輪速傳感器接口電路模塊包括輪速傳感器和信號調(diào)理子模塊；所述ARM微處理器模塊包括信號采集子模塊、卡爾曼濾波子模塊、參考車速計算子模塊，信號融合處理子模塊、CAN通信子模塊和USB通信子模塊；所述輸出模塊包括CAN接口電路子模塊和USB接口電路子模塊；所述輪速傳感器檢測當(dāng)前車輛運行的輪速得到原始輪速信息，并將原始輪速信息通過接口電路傳送至所述信號調(diào)理子模塊；所述信號調(diào)理子模塊將接收到的原始輪速信息進行放大、整形、硬件濾波處理后得到輪速信息，并將輪速信息通過I/O接口傳送至ARM微處理器模塊；所述信號采集子模塊接收來自MEMS慣性傳感器模塊的運動狀態(tài)信息與來自輪速傳感器接口電路模塊的輪速信息，并將接收到的信息傳送至所述卡爾曼濾波子模塊；所述卡爾曼濾波子模塊將接收到的輪速信息與運動狀態(tài)信息進行卡爾曼濾波處理，分別得到輪速信號與運動狀態(tài)信號，將輪速信號傳送至參考車速計算子模塊，將運動狀態(tài)信號傳送至信號融合處理子模塊；所述參考車速計算子模塊對接收到的輪速信號進行計算處理，算出參考車速信號，并將參考車速信號傳送至信號融合處理子模塊；所述信號融合處理子模塊將接收到的運動狀態(tài)信號與參考車速信號進行融合處理，計算得到車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)；所述的CAN通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為CAN數(shù)據(jù)流，并傳送至CAN接口電路子模塊；所述的USB通信子模塊將信號融合處理子模塊計算出的車輛的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)換為USB數(shù)據(jù)流，并傳送至USB接口電路子模塊；所述的CAN接口電路子模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)傳輸至與本檢測裝置相關(guān)聯(lián)的各類車輛主動安全控制子系統(tǒng)； 所述的USB接口電路子模塊將獲得的運動狀態(tài)測定參數(shù)轉(zhuǎn)移至載體或者傳輸至上位計算機。
7.如權(quán)利要求6所述的車輛運動狀態(tài)檢測裝置，其特征在于所述MEMS慣性傳感器模塊集成了分別對應(yīng)三個坐標(biāo)軸的三個陀螺儀和三個加速度計。
專利摘要本實用新型提供了一種車輛運動狀態(tài)檢測裝置。該裝置包括MEMS慣性傳感器模塊、輪速傳感器接口電路模塊、ARM微處理器模塊、輸出模塊。所述裝置由MEMS慣性傳感器電路模塊以及輪速傳感器接口電路模塊對車輛運動狀態(tài)信息進行收集，然后由ARM微處理器對該運動狀態(tài)信號進行融合處理，得到準(zhǔn)確的車輛運動狀態(tài)測定參數(shù)，可將其輸出至相應(yīng)的控制系統(tǒng)作為輸入?yún)?shù)，或?qū)⑿畔髦辽衔粰C系統(tǒng)進行分析。本實用新型使得車輛的六自由度行駛姿態(tài)信息能夠同時、準(zhǔn)確得到處理，簡化了檢測系統(tǒng)的硬件電路結(jié)構(gòu)，提高了車輛運動狀態(tài)信息融合及處理能力。
文檔編號G01C21/10GK202885834SQ20122056248
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月30日
發(fā)明者潘盛輝, 郭毅鋒, 楊敘, 林川, 韓峻峰, 黃麗敏 申請人:廣西工學(xué)院