車載速度測量儀的校準方法
2023-12-02 18:45:31
專利名稱：車載速度測量儀的校準方法
技術領域：
本發明涉及一種對車輛衛星定位和導航的航位推算中車載速度測量儀的校準方法。
背景技術：
由於衛星定位技術的日益成熟，各種車輛越來越多使用的衛星定位、導航技術，但在實際應用中，由於大都市高架、隧道、立交橋等原因，許多地區衛星信號接受不良，而且由於城市大建築物帶來的無線電波多路效應，大大降低了衛星的定位精度，嚴重時造成衛星無法定位，這樣的後果是不能提供連續準確的車輛定位，影響了衛星導航系統的使用；為了解決這個問題，現在的車輛導航系統中，普遍使用組合定位技術，即除了利用衛星定位外，還利用航位推算算法，根據角速度傳感器測量車輛的航向變化、速度傳感器測量的車輛速度值和GPS或其他定位系統提供的基準位置，在衛星定位不好時能夠推算出相當高的精度的，而且連續的定位信號。
航位推算算法能夠利用GPS或其他定位系統消除航位推算的累積誤差，從而實現車輛連續準確的定位和速度、航向的測量；通常使用角速度測量元件為陀螺儀、車輛速度測量元件為車輛裡程信號、ABS差速信號、發動機轉速信號等車輛速度傳感器，由於電路的不同、陀螺特性的不同、車輛種類的不同和車輛輪胎磨損程度不同，為了滿足定位的精度，需要對陀螺儀和車輛速度傳感器進行校準；而目前沒有對安裝在車輛現場的陀螺儀和車輛速度傳感器存在的誤差進行準確校準良好方法，亦即陀螺儀和車輛速度傳感器得到的數值不夠準確。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於避免上述現有技術中的不足，而提出一種對車輛衛星定位和導航的航位推算中車載速度測量儀的校準方法，準確地對安裝在車輛的組合定位設備中的陀螺儀和車輛速度傳感器進行自動校準，從而大大提高組合定位設備生產、安裝效率，在車輛使用過程中自動完成對陀螺儀和裡程表的校準，自動消除車輛環境溫度變化、車輛輪胎磨損的影響，提高航位推算的精度，保證航位推算的可靠性。
本發明所提供的技術方案是一種車載速度測量儀的校準方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數據；b.車載的速度測量儀得到的儀表數據；c.判斷GPS定位數據和儀表數據，是否符合速度校準模型I.若不符合，重新接收GPS定位數據和儀表數據；
II.若符合，對測量儀原有的速度因子進行修正，得到新的速度因子，進行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測量儀得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數據的乘積，即為車輛的真實速度。
進一步地，所述速度測量儀包括有角速度測量儀和直線速度測量儀，所述速度校準模型包括有角速度校準模型和直線速度校準模型。
進一步地，所述角速度校準模型包括有GPS接收的衛星數量、GPS定位精度因子、車輛直線速度、車輛轉彎的角度值和轉彎所耗時間。
進一步地，所述直線速度校準模型包括有GPS接收的衛星數量、GPS定位精度因子、車輛直行最低速度、車速變化值、車輛行駛最短時間。
進一步地，所述車輛直線行駛包括有相鄰兩次航向角度差值小於設定值。
進一步地，所述對原有速度因子進行修正a.對於角速度校準模型，新角速度因子為GPS和測量儀得到的航向變化比值與原有角速度因子之積；b.對於直線速度校準模型，新直線速度因子為GPS和測量儀得到的速度比值與與原有直線速度因子之積。
本發明有如下優點校準過程中，除了使用GPS本身航向信息外，還聯合使用陀螺儀測量的車輛航向信息，提高直線行使狀態判定的準確性和減少判斷時間，從而能提高速度因子校準的可靠性；校準後的速度因子直接寫入MCU內部配置文件，代替原來的速度因子，從而斷電後也能使用新校準的速度；使用GPS的衛星時間來控制速度因子校準的頻率，避免了車輛在高速公路行使時由於常常滿足校準條件而帶來的大量校準操作，從而減少對存儲器的頻繁擦寫，提高器件的可靠性。
圖1為本發明的流程示意圖；圖2為完成本發明的設備原理框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖來詳細說明本發明。
如圖1所示的一種車載速度測量儀的校準方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數據；b.車載的速度測量儀得到的儀表數據；c.判斷GPS定位數據和儀表數據，是否符合速度校準模型I.若不符合，重新接收GPS定位數據和儀表數據；II.若符合，對測量儀原有的速度因子進行修正，得到新的速度因子，進行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測量儀得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數據的乘積，即為車輛的真實速度。
上述速度測量儀包括有角速度測量儀和直線速度測量儀，相應的速度校準模型也包括有角速度校準模型和直線速度校準模型。
為了實現該校準方法，車載的陀螺儀信號、車輛速度傳感器信號和GPS定位信號，必須接入到同一個微處理器(MCU)或者計算機，如圖2的使用航位推算技術的組合定位接收機的原理框圖。陀螺儀信號為角度位移信號，為了準確計算角度，經V/F變換或A/D轉換後送到MCU中央處理器；直接使用車輛本體的車輛速度傳感器測量車輛速度，通過速度與前行/倒車狀態的綜合測試得倒車輛的位移信號；MCU採用16位微處理器及以上更好性能的MCU，能保證運算速度；MCU中央處理器對衛星電文進行分析和處理，當衛星信號穩定，定位精度滿足定位條件時，自動消除自主導航的定位誤差，並自動校準陀螺儀和車輛速度傳感器；無論何時，MCU中央處理器一直在對車輛速度傳感器信號和陀螺儀信號進行處理，計算出自主定位數據；如果MCU中央處理器判斷GPS定位精度不夠或者衛星定位失效，MCU中央處理器將輸出自主定位數據；如果MCU中央處理器判斷GPS定位精度優秀，MCU中央處理器將根據衛星信號自動校準陀螺儀和裡程表。
MCU軟體啟動後自動搜索GPS數據接口的定位數據流，能接受NMEA0183格式數據流；並在MCU內部保留一組必要的而且有效的GPS定位參數；在程序啟動時，將使用配置文件中的保留的角度因子N0和速度因子M0；MCU連續處理和測量車輛速度和角速度，並保留記錄一組有效的車輛速度和角度值。
MCU根據自動校準模型判斷能否利用GPS定位數據對陀螺儀角度因子和裡程錶速度因子接口的定位數據流和測量車輛速度和角速度，並保留記錄一組有效的車輛速度和角度值。
校準結束後，清除校準的狀態和相關記錄，等待下一次校準。
一、角速度校準模型陀螺儀的角度因子用N(mV/deg/s)來表示，表示意義為每秒一度的角速度時，陀螺儀輸出的標準電壓變化；N值的大小決定於陀螺儀的廠家和型號，對於每個陀螺來說，N值的大小都不一樣，在標稱值的範圍內變化；同時該因子隨環境變化而變化，例如安裝的水平度、環境溫度等。如果信號處理採用V/F轉換，陀螺儀的角度因子用Ndeg/s/p是等效的，表示意義為陀螺儀輸出的標準電壓變化產生的1個脈衝對應的角速度變化值。
通常陀螺儀的校準是在轉臺上進行的，由於陀螺儀工作在設備內，所以通常需要和設備一起放在轉臺上，這樣調試工作量較大。校準的方法如下在無GPS信號的條件下，根據陀螺特性設定陀螺儀角度因子為n0，轉臺一定速度旋轉360°，測量出組合定位設備輸出的角度變化值A，如果角度差Δ(|A-360|)小於規定誤差值，陀螺儀角度因子N設為n0是合理的，不需要調整；如果Δ過大，且A大於360，陀螺儀角度因子N需要減小，調整值為N＝n0×360÷A；如果Δ過大，且A小於360，陀螺儀角度因子N需要增大，調整值為N＝n0×A÷360；對於陀螺儀，需要反覆的校準，確認最終誤差落入規定的誤差內。
對於有的陀螺儀，正轉反轉時的因子不同，需要同時校準正反轉時的因子。由於安裝時的水平度輕微的變化和道路本身的傾斜導致車輛傾斜，在試驗室內校準的條件與使用條件會不一致，會影響角度測量的精度，所以在車輛實際條件下的校準是很有必要的。
在GPS接收條件持續良好的情況下，車輛行駛保證轉彎過程比較平穩的情況下，就可實現陀螺係數的自動校正。在陀螺係數校正的彎道模型兩種轉彎模型90°和180°轉彎，可以實現陀螺係數的自動校準。這個模型涉及到衛星數量(NUM)、衛星定位精度因子(PDOP)、傳感器測量車輛速度Vs或GPS測量的直線速度Vg、陀螺測量航向Bgyro和GPS測量車輛航向Bgps、狀態持續時間T等，具體描述為1、GPS接收良好條件NUM一般大於6顆星，PDOP小於3；2、直線穩定段車輛速度條件Vg大於36Km/h；3、直線穩定段角速度小於0.5度/秒直線行駛條件相鄰兩次航向Bgyro或Bgps之差小於0.5度，持續時間6秒以上。
4、轉彎的角度範圍在60°度到240°；5、減速轉彎、轉彎和準備加速階段對車輛速度沒有限制，但轉彎過程車輛不要停車，且總轉彎時間在30秒以內。
上述1～3項中的設定值都可根據所需情況進行改變。
假設NI為第i次校準得到的角度因子，在i+1次校準時，計算從開始校準直線段航向到結束時直線段航向的陀螺測量航向變化值ΔBgyro和GPS測量車輛測量航向變化值ΔBgps，這樣，新角度因子為Ni+1＝Ni×ΔBgps÷ΔBgyro計算結束後將新的角度因子Ni+1使用寫入到配置文件，代替原來中的保留的角度因子Ni；角度因子校準結束後，清除與角度因子校準有關狀態和記錄，等待下一次校準。
二、直線速度校準模型車輛速度傳感器的直線速度因子用M(m/p)來表示，表示意義為車輛行駛時一個裡程表輸出脈衝對應的車輛行駛裡程；M值的大小決定於車輛裡程表的型號、輪胎的大小，對於不同型號車輛的裡程表，M值的可能不一樣；對於相同的車輛，由於輪胎的磨損、車胎的氣壓不同，環境溫度的變化，M值的需要精細的調整。
理論上車輛速度傳感器的速度因子可以從廠家獲得原始值並根據輪胎的大小計算出，也可以通過測定規定距離中的脈衝值獲得；為了適應輪胎的磨損、車胎的氣壓不同，環境溫度的變化，速度因子需要在車輛上進行調整，現有利用GPS測量一段時間內的車輛行駛距離和脈衝數的方法來校準速度因子，由於GPS的誤差和道路的複雜性(例如轉彎、上下坡等)，速度因子的精度受到一定的影響。
在GPS接收條件持續良好的情況下，車輛行駛保證高速、勻速、直線行駛，這涉及到衛星數量NUM、PDOP、GPS車輛速度Vg、衛星時間(UTC)、陀螺儀或GPS車輛航向Bg、狀態持續時間T等，具體描述為1、GPS接收良好條件NUM一般大於6顆星；PDOP小於3；2、車輛高速行駛條件Vg大於60Km/h；3、車輛勻速行駛條件相鄰兩次速度ΔV之差小於1.8Km/h；4、直線行駛條件相鄰兩次航向Bg之差小於0.5度；5、持續時間條件車輛高速行駛、車輛勻速行駛和直線行駛均持續時間大於6秒；6、最小校準時間間隔根據GPS的UTC時間計算，可設定為1小時。
其中，上述六項的設定值都可根據所需情況進行改變。
當上述模型滿足時，具體校準方法如下設MI為第i次校準得到的速度因子，在i+1次校準時，GPS測量的速度為Vg，與此同時MCU通過測量車輛速度傳感器測量車輛速度為Vs，這樣新速度因子為Mi+1＝Mi×Vg÷Vs計算結束後將新的速度因子Mi+1使用寫入到配置文件，代替原來中的保留的速度因子Mi；速度因子校準結束後，清除與速度因子校準有關狀態和記錄，等待下一次校準。
權利要求
1.一種車載速度測量儀的校準方法，包括有以下步驟a.GPS接收儀接收到GPS定位數據；b.車載的速度測量儀得到的儀表數據；c.判斷GPS定位數據和儀表數據，是否符合速度校準模型I.若不符合，重新接收GPS定位數據和儀表數據；II.若符合，對測量儀原有的速度因子進行修正，得到新的速度因子，進行保存；其中修正方法為新速度因子為GPS和測量儀得到的速度變化比值與原有速度因子之積；d.此新速度因子與儀表數據的乘積，即為車輛的真實速度。
2.根據權利要求1所述的車載速度測量儀的校準方法，其特徵在於所述速度測量儀包括有角速度測量儀和直線速度測量儀，所述速度校準模型包括有角速度校準模型和直線速度校準模型。
3.根據權利要求2所述的車載速度測量儀的校準方法，其特徵在於所述角速度校準模型包括有GPS接收的衛星數量、GPS定位精度因子、車輛直線速度、直線段所耗時間、車輛轉彎的角度值和轉彎所耗時間。
4.根據權利要求2所述的車載速度測量儀的校準方法，其特徵在於所述直線速度校準模型包括有GPS接收的衛星數量、GPS定位精度因子、車輛直行最低速度、車速變化值、車輛行駛最短時間。
5.根據權利要求2或3所述的車載速度測量儀的校準方法，其特徵在於所述車輛直線行駛包括有相鄰兩次航向角度差值小於設定值。
6.根據權利要求1所述的車載速度測量儀的校準方法，其特徵在於所述對原有速度因子進行修正a.對於角速度校準模型，新角速度因子為GPS和測量儀得到的航向變化比值與原有角速度因子之積；b.對於直線速度校準模型，新直線速度因子為GPS和測量儀得到的速度比值與原有直線速度因子之積。
全文摘要
本發明公開了一種車載速度測量儀的校準方法，包括有以下步驟GPS接收儀接收到GPS定位數據；車載的速度測量儀得到的儀表數據；判斷GPS定位數據和儀表數據，符合是否速度校準模型I.若不符合，重新接收GPS定位數據和儀表數據；II.若符合，對測量儀原有的速度因子進行修正，得到新的速度因子，進行保存；此新速度因子與儀表數據的乘積，即為車輛的真實速度。本發明使用GPS的衛星時間來控制速度因子校準的頻率，避免了車輛在高速公路行使時由於常常滿足校準條件而帶來的大量校準操作，從而減少對存儲器的頻繁擦寫，提高器件的可靠性。
文檔編號G01P21/02GK1955639SQ200510109498
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月24日 優先權日2005年10月24日
發明者何鐵, 夏繼江, 徐亞卿 申請人:何鐵