[发明专利]一种基于车辆里程计辅助的姿态测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种车辆姿态测量系统，具体涉及一种基于车辆里程计辅助的姿态测量方法，属于车辆姿态测量技术领域。

背景技术

目前测量车辆姿态基本采用以下三种方法：方法1采用高精度惯导，直接用惯性导航方法测量车辆姿态角；方法2如图1所示，采用惯性导航单元(INS)与全球卫星导航单元(GNSS)的组合导航形式，全球卫星导航单元(GNSS)包括GPS、GLONASS、北斗等，通过GNSS修正惯导，得到较高精度姿态角；方法3采用垂直陀螺测量，一般用于要求低精度的情况；但在现有技术方法中，方法1价格昂贵，而且由于惯性器件漂移，定时需要停车修正；方法2是最常用的方法，但由于采用了外部信息，当信号丢失或受到干扰条件下，精度会变差，长时间就和纯惯性导航一样；方法3种方法适合姿态测量精度低而且是车辆运动匀速，显然车辆不适合；另外，其它方法还有采用惯性导航与GNSS以及里程计等组合，都是以GNSS为主，里程计在GNSS信号丢失时作为辅助，上述的其他方法适用前提是必须是惯导和GNSS组合同时存在，里程计才能辅助。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种基于车辆里程计辅助的姿态测量方法，将里程计模块与惯性导航模块结合，利用测量里程计与惯性导航组合，完成车辆姿态测量。

(二)技术方案

本发明的基于车辆里程计辅助的姿态测量系统，包括惯性导航模块，及与惯性导航模块电连接的卡尔曼滤波器，及与卡尔曼滤波器电连接的里程计模块；所述惯性导航模块输出端输出至用户端。

进一步地，所述惯性导航模块由三轴陀螺、三轴加速度计、三轴加速度计信号采集器和计算电路组成；所述三轴陀螺包括机械陀螺、激光陀螺、光纤陀螺及MEMS陀螺；所述三轴加速度计包括摆式加速度计和振梁式加速度计。

进一步地，所述里程计模块包括速度传感器；所述速度传感器安装于车轮处；所述里程计模块通过车辆OBD接口与车辆电连接。

一种基于车辆里程计辅助的姿态测量方法，包括以下步骤：

第一步：惯性导航模块将三轴陀螺和三轴加速度计测量信号数字化，设定随动的导航坐标系，即车前进方向为导航坐标系x轴，天向为y轴，z向根据右手法则确定，并进行导航计算，计算周期为5ms～30ms，得到姿态角和位置信息后输出至接口；

第二步：若导航时间到修正周期即1s～300s，则执行以下步骤，否则返回第一步；

第三步：卡尔曼滤波器读取里程计信息，根据卡尔曼滤波器计算公式计算观测矩阵，计算公式如下：

X(k+1/k)＝Φ(k)X(k)；

P(k+1/k)＝Φ(k)P(k/k)Φ^T(k)+GQ(k)Gdt；

Γ(k+1)＝[R(k+1)+H(k+1)P(k+1/k)H^T(k+1)]^-1；

K(k+1)＝P(k+1/k)H^T(k+1)Γ(k+1)；

X(k+1)＝X(k+1/k)+K(k+1)(Z(K+1))-H(k+1)X(k+1/k))；

P(k+1/k+1)＝(I-K(k+1)H(k+1))P(k+1/k)；

公式中，

X(k+1/k)为根据k时刻预测k+1时刻的状态向量值；

K(k+1)为增益矩阵；

P(k+1/k)为根据k时刻预测k+1时刻的状态向量协方差矩阵；

X(k+1)为k+1时刻的状态向量最佳估计值；

P(k+1/k+1)为k时刻的状态向量协方差估计矩阵；

Φ(k)为状态转移矩阵；