一種道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法，其特征是：測(cè)試系統(tǒng)由GPS測(cè)試設(shè)備、輪速傳感器、加速度計(jì)組及數(shù)據(jù)采集與處理板卡構(gòu)成；加速度計(jì)組用于測(cè)試不同位置處的加速度，GPS測(cè)試設(shè)備用于測(cè)試車頂平面的A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，輪速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車車輪角速度；數(shù)據(jù)采集與處理板卡用于實(shí)時(shí)接收A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、輪速傳感器發(fā)送的汽車車輪角速度的方波信號(hào)及加速度計(jì)組所測(cè)得的加速度，計(jì)算獲得道路坡度并通過CAN輸出。本發(fā)明所采用的測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法在汽車內(nèi)集成測(cè)試設(shè)備能夠避免人工實(shí)地作業(yè)的限制，抗干擾性能強(qiáng)，適合于在車載環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間采集坡度數(shù)據(jù)。
【專利說明】一種道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于汽車測(cè)試與控制領(lǐng)域，具體的說是涉及一種道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)及其測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]道路坡度是影響車輛行駛安全性和操縱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，坡度過大時(shí)車輛行駛速度會(huì)有所下降，而下坡時(shí)車輛速度則會(huì)上升，在連續(xù)下坡過程中容易出現(xiàn)制動(dòng)失效而引發(fā)重大交通事故。對(duì)道路坡度的精確獲取為分析操縱穩(wěn)定性提供良好的基礎(chǔ)，同時(shí)為整車電子安全系統(tǒng)提供控制依據(jù)。
[0003]在汽車行駛平順性方面，汽車在行駛過程中遇到坡道時(shí)，變速器會(huì)自動(dòng)降到低檔，增大扭矩克服坡度阻力爬坡，從而減小檔位變換帶來的齒輪沖擊，保證換擋平順性。在汽車燃油經(jīng)濟(jì)性方面，自動(dòng)擋汽車需要根據(jù)汽車的行駛工況自動(dòng)變換檔位，避免不必要的換擋時(shí)機(jī)，減少燃油消耗。
[0004]因此，精確獲取汽車行駛過程中的道路坡度信息有著重要的意義。現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)道路坡度獲取方法有:利用水箱或鐘擺等儀器直接讀取傾斜角作為道路的坡度角；基于卡爾曼濾波器，比例積分觀測(cè)器，龍貝格聯(lián)合觀測(cè)等估計(jì)方法；基于滑行阻力的方法。
[0005]通過水箱或鐘擺等儀器直接讀取傾斜角作為道路的坡度角的方法易受到路面條件、行駛車速、儀器安裝位置的制約，對(duì)水箱和鐘擺的相關(guān)控制及其準(zhǔn)確操作也有一定的難度。
[0006]基于卡爾曼濾波器，比例積分觀測(cè)器，龍貝格聯(lián)合觀測(cè)，估計(jì)結(jié)果精度取決于汽車模型的復(fù)雜程度。
[0007]基于滑行阻力的方法也能計(jì)算出道路坡度。這種方法需要對(duì)汽車行駛方程式中的各阻力系數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，建立的滑行阻力模型，包含的未知參數(shù)個(gè)數(shù)不同，帶入微分方程求解得到的各阻力系數(shù)精度也有一定差異。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種適用操作方便、精度較高的道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試方法與裝置。
[0009]本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
[0010]本發(fā)明道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于:所述測(cè)試系統(tǒng)由GPS測(cè)試設(shè)備、輪速傳感器、加速度計(jì)組及數(shù)據(jù)采集與處理板卡構(gòu)成；
[0011]所述加速度計(jì)組包括四個(gè)第一加速度計(jì)、四個(gè)第二加速度計(jì)及四個(gè)第三加速度計(jì)；所述四個(gè)第一加速度計(jì)分別安裝在前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度；所述四個(gè)第二加速度計(jì)分別安裝在前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度；所述四個(gè)第三加速度計(jì)分別安裝在汽車四個(gè)輪胎的中心位置，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度；
[0012]所述GPS測(cè)試設(shè)備包括GPS地面基站、GPS車載天線和GPS車載接收機(jī)；所述GPS地面基站安裝在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)，用于將接收到得GPS衛(wèi)星信號(hào)解算為RTK差分信息，并發(fā)送所述RTK差分信息；所述GPS車載天線安裝在車頂平面的A點(diǎn)處，所述A點(diǎn)與質(zhì)心的連線垂直與車頂平面；所述GPS車載接收機(jī)安裝在汽車車內(nèi)且與GPS車載天線相連；所述GPS車載天線用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和GPS地面基站發(fā)送的RTK差分信息；所述GPS車載接收機(jī)用于解算所述GPS車載天線接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)和RTK差分信息，實(shí)時(shí)獲得汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并將所述汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理板卡，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括水平速度V、經(jīng)度、緯度和海拔高度；
[0013]所述輪速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車車輪角速度ω，并將所述汽車車輪角速度ω以方波信號(hào)的形式發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理板卡；
[0014]所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡用于實(shí)時(shí)接收所述GPS車載接收機(jī)發(fā)送的汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、所述輪速傳感器發(fā)送的汽車車輪角速度ω的方波信號(hào)及所述加速度計(jì)組所測(cè)得的加速度，計(jì)算獲得道路坡度并通過CAN輸出。
[0015]本發(fā)明道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，其特點(diǎn)也在于:
[0016]所述GPS車載接收機(jī)通過串口連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上；
[0017]所述輪速傳感器通過CAN連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上；
[0018]所述加速度計(jì)組中各個(gè)加速度計(jì)分別通過模擬信號(hào)端口連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上。
`[0019]本發(fā)明測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試道路坡度的方法，其特點(diǎn)在于:
[0020]首先，通過四個(gè)第一加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處在h時(shí)刻的加速度afll、afrl, arll及anl ;通過四個(gè)第二加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處在^時(shí)刻的加速度a' fll、a' M、a' rll及a' rrl ;通過四個(gè)第三加速度計(jì)分別獲得汽車左前輪、右前輪、左后輪及右后輪的中心位置處在A時(shí)刻的加速度a" fll、a" frl, a" rll及a" rrl ;通過GPS測(cè)試設(shè)備獲得A點(diǎn)在&時(shí)刻的水平速度V1、經(jīng)度、緯度和海拔高度；通過輪速傳感器檢測(cè)汽車在^時(shí)刻的車輪角速度W1 ；
[0021]然后，通過四個(gè)第一加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處在t2時(shí)刻的加速度afl2、afr2, arl2及a?2 ;通過四個(gè)第二加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處在〖2時(shí)刻的加速度a' fl2、a' ft2、a' rl2及a' rr2 ;通過四個(gè)第三加速度計(jì)(3)分別獲得汽車左前輪、右前輪、左后輪及右后輪的中心位置處在t2時(shí)刻的加速度a" fl2、a" ft2、a" 及a" ;通過GPS測(cè)試設(shè)備獲得A點(diǎn)在七2時(shí)刻的水平速度V2、經(jīng)度、緯度和海拔高度；通過輪速傳感器檢測(cè)汽車在t2時(shí)刻的車輪角速度ω2 ；
[0022]由所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)A點(diǎn)在h時(shí)刻的經(jīng)度、緯度和海拔高度經(jīng)過高斯投影后獲得A點(diǎn)在h時(shí)刻的位置信息為Xl、yi> Z1，對(duì)A點(diǎn)在t2時(shí)刻的經(jīng)度、緯度和海拔高度經(jīng)過高斯投影后獲得A點(diǎn)在t2時(shí)刻的位置信息為x2、y2、z2 ;位置信息的坐標(biāo)系方向?yàn)?X軸指向正東方向，Y軸指向正北方向，Z軸指向海拔高度方向。
[0023]所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)h時(shí)刻由加速度計(jì)組獲取的加速度通過FFT-DDI濾波方法進(jìn)行積分，其中:通過afll和a' fll得到h時(shí)刻前懸架左側(cè)垂直變化量dfll ;通過a&1和a' frl得到h時(shí)刻前懸架右側(cè)垂直變化量dftl ;通過aril和a' rll得到I1時(shí)刻后懸架左側(cè)垂直變化量dril ;通過anl和a' rrl得到&時(shí)刻后懸架右側(cè)垂直變化量Clnl ;通過a" fll、a" fr1、a" rll及a" rrl得到時(shí)刻相應(yīng)車輪的垂直跳動(dòng)量Δ sfll、Δ sfrl> Δ srll及Δ srrl ；
[0024]所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)t2時(shí)刻由所述加速度計(jì)組獲取的加速度通過FFT-DDI濾波方法進(jìn)行積分，其中:通過afl2和a' fl2得到t2時(shí)刻前懸架左側(cè)垂直變化量dfl2 ;通過a&2和a' fr2得到t2時(shí)刻前懸架右側(cè)垂直變化量dft2 ;通過art2和a' rl2得到t2時(shí)刻后懸架左側(cè)垂直變化量dri2 ;通過a?2和a' rr2得到t2時(shí)刻后懸架右側(cè)垂直變化量d?2 ;通過a" fl2、a" fr2> a" rl2及a" rr2得到t2時(shí)刻相應(yīng)車輪的垂直跳動(dòng)量Δ sfl2 Δ sfr2 Δ srl2及
A Q.^rr2 9
[0025]最后，由數(shù)據(jù)采集與處理板卡按式(I)計(jì)算獲得道路坡度1:
[0026]i=tan α (I)
[0027]式中α為道路坡度角；
[0028]所述道路坡度角α由式(2)獲取:
[0029]α = θ-α2-α3 (2)
[0030]式中Θ為車身俯仰角；α 2為汽車前懸架和后懸架變形導(dǎo)致的車身俯仰角；α 3為汽車前輪胎和后輪胎垂直變形導(dǎo)致的車身俯仰角；
[0031]所述車身俯仰角Θ由式(3)獲取:
[0032]Θ =arctan (h/m) (3)
[0033]式中
【權(quán)利要求】
1.一種道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于:所述測(cè)試系統(tǒng)由GPS測(cè)試設(shè)備、輪速傳感器、加速度計(jì)組及數(shù)據(jù)采集與處理板卡構(gòu)成； 所述加速度計(jì)組包括四個(gè)第一加速度計(jì)(I)、四個(gè)第二加速度計(jì)(2)及四個(gè)第三加速度計(jì)(3);所述四個(gè)第一加速度計(jì)(I)分別安裝在前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度；所述四個(gè)第二加速度計(jì)(2)分別安裝在前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度；所述四個(gè)第三加速度計(jì)(3)分別安裝在汽車四個(gè)輪胎的中心位置，用于實(shí)時(shí)檢測(cè)相應(yīng)安裝位置處的加速度； 所述GPS測(cè)試設(shè)備包括GPS地面基站、GPS車載天線(4)和GPS車載接收機(jī)；所述GPS地面基站安裝在試驗(yàn)場(chǎng)地內(nèi)，用于將接收到得GPS衛(wèi)星信號(hào)解算為RTK差分信息，并發(fā)送所述RTK差分信息；所述GPS車載天線(4)安裝在車頂平面的A點(diǎn)處，所述A點(diǎn)與質(zhì)心的連線垂直與車頂平面；所述GPS車載接收機(jī)安裝在汽車車內(nèi)且與GPS車載天線(4)相連；所述GPS車載天線(4)用于接收GPS衛(wèi)星信號(hào)和GPS地面基站發(fā)送的RTK差分信息；所述GPS車載接收機(jī)用于解算所述GPS車載天線(4)接收到的GPS衛(wèi)星信號(hào)和RTK差分信息，實(shí)時(shí)獲得汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)，并將所述汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理板卡，所述運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)包括水平速度V、經(jīng)度、緯度和海拔高度； 所述輪速傳感器用于實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車車輪角速度ω，并將所述汽車車輪角速度ω以方波信號(hào)的形式發(fā)送至數(shù)據(jù)采集與處理板卡； 所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡用于實(shí)時(shí)接收所述GPS車載接收機(jī)發(fā)送的汽車A點(diǎn)處的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、所述輪速傳感器發(fā)送的汽車車輪角速度ω的方波信號(hào)及所述加速度計(jì)組所測(cè)得的加速度，計(jì)算獲得道路坡度并通過CAN輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所·述的道路坡度車載實(shí)時(shí)測(cè)試系統(tǒng)，其特征在于: 所述GPS車載接收機(jī)通過串口連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上； 所述輪速傳感器通過CAN連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上； 所述加速度計(jì)組中各個(gè)加速度計(jì)分別通過模擬信號(hào)端口連接在所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡上。
3.一種利用權(quán)利要求1或2所述的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試道路坡度的方法，其特征在于: 首先，通過四個(gè)第一加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處在A時(shí)刻的加速度afll、afrl, arll及arrl ;通過四個(gè)第二加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處在h時(shí)刻的加速度a' fll、a' &1、a' rll及a' rrl ;通過四個(gè)第三加速度計(jì)分別獲得汽車左前輪、右前輪、左后輪及右后輪的中心位置處在&時(shí)刻的加速度a" fll、a" &1、a" rll及a" rrl ;通過GPS測(cè)試設(shè)備獲得A點(diǎn)在&時(shí)刻的水平速度V1、經(jīng)度、緯度和海拔高度；通過輪速傳感器檢測(cè)汽車在^時(shí)刻的車輪角速度ω I ； 然后，通過四個(gè)第一加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處、前懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處、后懸架的左側(cè)上支點(diǎn)處及后懸架的右側(cè)上支點(diǎn)處在t2時(shí)刻的加速度afl2、afr2, arl2及ara2;通過四個(gè)第二加速度計(jì)分別獲得前懸架的左側(cè)下擺臂處、前懸架的右側(cè)下擺臂處、后懸架的左側(cè)下擺臂處及后懸架的右側(cè)下擺臂處在t2時(shí)刻的加速度a' fl2、a' &2、a' 及a' rr2 ;通過四個(gè)第三加速度計(jì)(3)分別獲得汽車左前輪、右前輪、左后輪及右后輪的中心位置處在七2時(shí)刻的加速度a" fl2、a" ft2、a" 及a" ;通過GPS測(cè)試設(shè)備獲得A點(diǎn)在t2時(shí)刻的水平速度V2、經(jīng)度、緯度和海拔高度；通過輪速傳感器檢測(cè)汽車在t2時(shí)刻的車輪角速度ω2 ； 由所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)A點(diǎn)在^時(shí)刻的經(jīng)度、緯度和海拔高度經(jīng)過高斯投影后獲得A點(diǎn)在h時(shí)刻的位置信息為Xl、y1、Z1，對(duì)A點(diǎn)在t2時(shí)刻的經(jīng)度、緯度和海拔高度經(jīng)過高斯投影后獲得A點(diǎn)在t2時(shí)刻的位置信息為x2、y2、Z2 ; 所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)^時(shí)刻由加速度計(jì)組獲取的加速度通過FFT-DDI濾波方法進(jìn)行積分，其中:通過afll和a' fll得到h時(shí)刻前懸架左側(cè)垂直變化量dfll ;通過a&1和frl得到h時(shí)刻前懸架右側(cè)垂直變化量d&1 ;通過aril和a' rll得到I1時(shí)刻后懸架左側(cè)垂直變化量dm ;通過anl和a' rrl得到h時(shí)刻后懸架右側(cè)垂直變化量Clnl ;通過a" fll、a" fr1、a" rll及a" rrl得到時(shí)刻相應(yīng)車輪的垂直跳動(dòng)量Δ sfll、Δ sfrl> Δ srll及Δ srrl ；所述數(shù)據(jù)采集與處理板卡對(duì)t2時(shí)刻由所述加速度計(jì)組獲取的加速度通過FFT-DDI濾波方法進(jìn)行積分，其中:通過afl2和a' fl2得到t2時(shí)刻前懸架左側(cè)垂直變化量dfl2 ;通過a&2和a' fr2得到t2時(shí)刻前懸架右側(cè)垂直變化量dft2 ;通過ari2和a' rl2得到t2時(shí)刻后懸架左側(cè)垂直變化量dri2 ;通過a?2和a' rr2得到t2時(shí)刻后懸架右側(cè)垂直變化量d?2 ;通過a" fl2、a" ft2、a" rl2及a" rr2得到t2時(shí)刻相應(yīng)車輪的垂直跳動(dòng)量Δ sfl2 Δ sfr2 Δ srl2及Δ srr2 ；最后，由數(shù)據(jù)采集與處理板卡按式(I)計(jì)算獲得道路坡度i:
【文檔編號(hào)】G01C9/00GK103852064SQ201410124026
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】張小龍, 王啟永, 潘登, 陳彬, 夏萍 申請(qǐng)人:安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)