[发明专利]新型机动车地速速度传感器

说明书

技术领域：

传感器

本发明属于一种适用于各类机动车辆测定对地速度和运行方向时 的新型传感器。

说明书：

一、序言

根据我国在2003年发布的“中国道路法”中规定，凡是营运车辆 均将安装汽车行驶记录仪，用以记录汽车运行速度、驾驶员的操作行 为，提高驾驶员安全行驶意识和规范驾驶行为，避免交通事故。若一 旦发生交通事故，能科学、准确地判断事故发生原因和责任。

但目前我国所开发出的汽车行驶记录仪，其车速测量均采用磁电 式传感器测量车轮转速，所测数值并非车体对地速度，因而误差大， 特别在汽车制动时误差就更大，不能真实反映汽车运行速度。

另外，由于磁电式传感器与发动机相连运行，摩擦、扭矩，及运 行环境都会明显地缩短使用寿命，致使可靠性降低，售后维修费用大， 且无法测量汽车运行方向。因此，到目前为止，尽管有立法，行驶记 录仪并未得到广泛应用。

为了真实地反映汽车速度和姿态，提高测量精度和大批量商品化 的可行性，必须采用离轴式自成体系的测速传感器，它能真实反映汽 车运行速度和方向，从而能作到事故平面轨迹再现，使目前我国汽车 行驶记录仪得到真实的数据记录，最后作到成为事故处理的科学依据。

目前国内外已有多家研制单位对汽车地速速度传感器进行了研制 和探讨，如采用五轮仪并加上加速度传感器，以解决制动后车体速度 测量，有的采用光电成像技术及光电反射测时间差的方式测车速，乃 至采用陀螺传感器等，但都受到环境、路面、天气局限，而且成本都 很高，不能普及作为汽车行驶记录仪的配套传感器，到目前为止，还 仅停留在研制和探讨中，并未形成批量化产品，离实用化、商业化还 有距离。而目前民用产品中成本问题是第一位因素，因为国内使用汽 车行驶记录仪成本有限，传感器价位高了无推广可能。

此外，目前MEMS类线性加速度传感器测地速速度还存在以下问 题：

首先，国内外研制和探讨采用线加速度传感器测地速都是以单轴X (纵向加速度)来实行的；当X轴对地平线有夹角α时(汽车上下坡)， 传感器自身重力加速度使测量线加速度产生误差，而此误差随α的增大 而加大，当α增至90°时，重力加速度达1g，可与线加速度相当。因 此重力加速度Agx不解决，用线加速度传感器就无法作地速测量，只能 作水平面测量，无实用价值，因地面总是不平的。这也是多年来研制 和探讨线加速度传感器进行地速测量的难点。

为此，有的研制者采用五轮仪加上线加速度传感器，就是为了避 开加速度传感器自身重力的影响，用五轮仪的速度作为加速度传感器 在汽车制动时的参考点，也就是加速度传感器的起始点，以此来修正 制动时的α_x的重力加速度，制动后认为α_x是不变的。有的单位还专 门用机械倾斜仪来测量汽车的纵向速度传感器与地平线的夹角α_x和侧 滑角γ_z，或者采用陀螺仪来测量角加速度，这些方法都存在明显提高 成本的缺陷，根本不可能作为每车必备产品来普及。

本发明的关键点在于，在汽车运行中能够同时检测出运行姿态角 α_x和γ_z，从而可以修正A_x和A_z。同时，在低成本要求下最好通过加 速度传感器自身来完成，不外加任何辅助设备。经过几年来研究，我 们提出一种新型的四轴式线加速度传感器结构来完成对纵向加速度和 姿态角α_x、γ_z以及侧向加速度，垂直加速度的测量，自动修正Ax中 的重力加速度和Az中的重力加速度，从而最终得到真正的纵向对地车 速V_x。本传感器体积仅约为15×10×8(cm³)的小立方体。

二、基本原理

采用四轴式惯性线加速度传感器的X、Y_x、Z_x、Z_y轴的安装方向分 别见附图1。

下面，通过四轴式安装位置关系来说明各轴的作用和用途。

A、在汽车的前进方向上(纵向-X′坐标轴)摆放X轴。与X轴成α_o角，且位于XOY平面上摆放Y_x轴。

B、垂直汽车前进方向(横向)摆放Z_x轴