[发明专利]一种车轮转角测量装置及运行方法

权利要求书

1.一种车轮转角测量装置的运行方法，其特征在于该车轮转角测量装置包括安装在车辆前轮转向节上的车轮陀螺仪；与车辆方向盘相连的力矩电机；安装在车辆车身上的导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪；具体运行步骤如下：

步骤1：导航控制箱通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车辆前轮角速度信息和方向盘的角速度信息，对二者信息进行加权融合，对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分得到车辆前轮角度信息，具体含有以下步骤：

步骤101，导航控制箱高频率实时获取车轮陀螺仪的角速度信息ω_gyro

其中，ω_gyro＝ω₁+Bias_a，ω₁是车辆前轮实际角速度，Bias_a是车轮陀螺仪偏置；

步骤102：导航控制箱实时获取力矩电机的转向速度信息ω_motor

其中，ω_motor＝ω₂，ω₂是力矩电机输出的角速度；

步骤103：导航控制箱对车轮陀螺仪的角速度信息ω_gyro和力矩电机的角速度信息ω_motor进行加权融合

其中，ω＝(ω_gyro+ω_motor)/2，ω加权融合后的车轮陀螺仪的角速度信息和力矩电机的角速度信息；

步骤104：导航控制箱实时获取车身旋转角速度信息ω_vehicle

其中，ω_vehicle＝ω₃+Bias_b，ω₃是车身实际角速度，Bias_b是车身陀螺仪偏置，Bias_b是被导航控制箱中的GNSS/INS组合导航估计出来的已知量；

步骤105：导航控制箱对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分，得到车辆前轮角度信息θ₁，积分公式是：

θ_1(k)＝θ_1(k-1)+(ω-ω_vehicle)*dt

＝θ_1(k-1)+[(ω₁+Bias_a+ω₂)/2-(ω₃+Bias_b)]*dt

其中，dt是积分时间间隔，它等于＝0.02秒，k表示k时刻，车轮陀螺仪偏置Bias_a未知，随着积分时间增加，θ₁的积分误差会越来越大；

步骤2：车辆运动过程中，导航控制箱根据车辆运动学模型预估车辆前轮转角，采用kalman滤波估计，实时估计和修正车辆前轮角度误差和车轮陀螺仪偏置，具体含有以下步骤，

步骤201：导航控制箱根据陀螺误差特性，动态初始化kalman滤波估计相关的参数矩阵

状态量其中，δθ是车辆前轮转向角度误差；

观测量Z＝θ₁-θ₂，其中，Z是观测角度误差，θ₂是根据车辆运动学模型预估的车辆前轮转角；

系统状态方程为：其中，φ是状态转移矩阵，τ是车轮陀螺仪相关时间，根据陀螺数据手册给定；

系统观测方程：其中，H是状态观测矩阵；

系统初始状态量

系统状态噪声矩阵

系统观测噪声矩阵R＝1；

系统状态初始协方差矩阵

系统初始增益矩阵

步骤202：导航控制箱根据车辆运动学模型，预估车辆前轮转角θ₂，其中，L是车辆轴距，V是车辆中心处速度；

步骤203：如果陀螺仪数据更新，导航控制箱则进行kalman滤波估计，修正积分误差和陀螺零偏；

一步预测状态量：

一步预测状态协方差：

滤波增益计算：

状态协方差矩阵更新：

状态估计更新：

最终得到修正后的车辆转角：θ＝θ₁-X[1]，其中X[1]是δθ，即车辆前轮转向角度误差；

陀螺估计，零偏：Bias_a＝Bias_a+X[2]，其中X[2]是Bias_a，即车轮陀螺仪偏置。