汽车用微机械陀螺零点电压的在线标定方法技术

本发明专利技术涉及一种汽车用微机械陀螺零点电压的在线标定方法，属于汽车电子技术领域，该方法包括：根据实时采集的GPS方位角、在用星数、陀螺输出电压、车速判断当前微机械陀螺零点电压是否失准，若当前零点电压已经失准，则根据车速判断车辆是否静止，根据GPS位置、车速和在用星数判断车辆是否沿直线行驶，将所述车辆静止或沿直线行驶的陀螺输出电压取平均得到新零点电压，则启用新零点电压。本方法可进行汽车用微机械陀螺零点电压的快速在线标定，且方法简洁，节约计算资源，标定条件宽松，适用于具有成本限制高、运行条件复杂、嵌入式计算能力较低等特点的汽车导航系统。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车电子
，特别涉及一种用于汽车导航系统的微机械陀螺零点电压的在线标定方法。
技术介绍
随着近些年机动车保有量的快速增长和城市道路网的日趋复杂，汽车导航系统得以迅速发展，尤其是将GPS和其他运动传感器结合的组合型汽车导航系统应用已经比较普適。这类汽车导航系统一般由GPS、微机械陀螺、车速传感器、嵌入式计算机构成，如图I所示，其中，GPS提供车辆的定位信息，包括位置、方位角及在用星数等，微机械陀螺提供与车辆角速度相关的陀螺输出电压，车速传感器用于测量车速；车速传感器分为多种，由于目前多数汽车的CAN总线信息中都包含车速，因此很多汽车导航系统中直接用CAN总线代替车 速传感器提供车速信息；GPS、微机械陀螺、车速传感器均与嵌入式计算机相连，并将各自测量到的信息输送到嵌入式计算机，嵌入式计算机对各部件输送进来的信息进行处理，例如在GPS无信号吋，嵌入式计算机利用车速和陀螺输出电压，运行航位推算算法得到汽车的行驶位置；在GPS信号良好吋，嵌入式计算机利用GPS位置信息，运行地图匹配算法判断汽车的行驶道路。该汽车导航系统在GPS信号良好的情况下，利用GPS信息完成汽车的定位和导航，在GPS信号丢失的情况下，通过融合微机械陀螺测得的角速度和车速传感器测量的车速完成汽车的定位和导航。微机械陀螺是汽车导航系统中常用的一种传感器，可用于测量汽车运动的角速度，积分后可得汽车运动过程中的角度变化量，通过累计车辆在水平方向(平行于路面)的角度变化量，可以推算车辆的行驶方向，为汽车导航提供支持。汽车用微机械陀螺的精度级别一般为民用级，具有成本低廉的优点，但存在系统參数变化大、需要经常标定的缺点。如果微机械陀螺的关键系统參数之一零点电压存在误差，在航位推算过程中，该误差就会逐步累积，导致汽车行驶方位推算精度大幅度下降。微机械陀螺的零点电压指微机械陀螺在零输入状态下的输出电压，也称零点输出，常用在零输入状态下较长时间输出电压的均值表示。传统的微机械陀螺零点电压标定方法分静态标定和动态标定两种。静态标定方法在微机械陀螺安装前对其进行标定，由于零点电压误差与微机械陀螺的特性及工作条件相关，在车辆运行过程中会实时变化，该类标定方法无法满足汽车导航系统的使用需要。动态标定方法可在车辆运行过程中对陀螺零点电压进行标定。包括建立陀螺温漂补偿模型标定法(《基于GPS/DR的车辆导航中在线计算陀螺仪參数的ー种方法》，《电子器件》2007年第I期)，该方法建立陀螺仪零点漂移与温度变化的关系模型，利用温度传感器测量环境温度，进而估计零点漂移量并进行标定，该方法需要加装温度传感器，制约了其应用。卡尔曼滤波法(《车辆组合导航定位系统中测量元件的參数修正》，《北京航空航天大学学报》2003年08期)，该方法将陀螺零点漂移作为參量进行kalman滤波，方法精度较高，但算法复杂，不适宜用于计算能力较低的汽车导航系统嵌入式计算机。利用电子地图辅助标定的方法(《车载航位推算系统中传感器參数的在线标定》，《測控技木》，2008年12期)，该方法利用GPS结合电子地图、车载里程计进行陀螺零点标定，标定在两种情况下进行，ー是车辆静止时，通过里程计判断车辆的静止状态，当车辆静止一段时间后，采用陀螺输出电压的均值标定陀螺零点电压；ニ是车辆直线行驶时，通过GPS信息结合电子地图判断车辆的直线行驶状态，首先在电子地图上选定长直且观测条件良好的路段作为标定区域，当车辆行驶到该路段上时，采用GPS方位角变化量的均值和方差判断车辆是否沿直线行驶，当判断车辆在选定路段上直线行驶时采用陀螺输出电压的均值标定陀螺零点电压。为保证直线行驶的判断精度，该算法需预先选定GPS观测条件良好的直线路段，当车辆行驶到该些路段时才启动标定过程，应用局限性很大，同时，该算法依赖于电子地图中的道路信息，在不启用真实导航的情况下无法进行标定，电子地图本身存在误差，会减低判断的准确性；此外， 该算法并未提出恰当的零点电压失准判断方法，在零点电压未失准的情况下标定会造成汽车导航系统嵌入式计算机的计算资源浪费。综上，目前主要的动态标定方法分别存在着标定算法较为复杂，或需要加装额外传感器，或对车辆运行条件要求较高等问题，难以适用于具有成本限制高、运行条件复杂、嵌入式计算能力较低等特点汽车导航系统。因此，目前传统的陀螺零点电压标定方法均无法完全满足汽车导航系统对陀螺零点电压标定的精度、速度及实时性的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种，本方法可进行汽车用微机械陀螺零点电压的快速在线标定，且方法简洁，节约计算资源，标定条件宽松，适用于具有成本限制高、运行条件复杂、嵌入式计算能力较低等特点的汽车导航系统。为达到以上目的，本专利技术提出一种，其特征在于，包括以下步骤首先判断是否进行微机械陀螺零点电压的在线标定，当用户关闭在线标定功能吋，则结束，否则转步骤I )，在线标定算法的运行周期T为ー个GPS信息接收周期，T的単位为秒；I)微机械陀螺零点电压失准判断根据实时采集的GPS方位角、在用星数、陀螺输出电压、车速判断当前微机械陀螺零点电压是否失准，若累积t秒，l〈t〈300，GPS方位角和陀螺输出电压得到的GPS方位角变化量和陀螺角度变化量满足如下阈值条件GPS方位角变化量小于Θ i度，0〈 Θ ,10，同时所述t秒内根据微机械陀螺输出电压计算得到的陀螺角度变化量大于Θ 2度，0〈 Θ 2〈10，并且连续重复执行Nm次步骤I)时均满足所述阈值条件，0〈Nm〈10，则当前零点电压已经失准，转步骤2);否则转回步骤I)继续判断当前零点电压是否失准；2)微机械陀螺新零点电压计算根据车速判断车辆是否静止，根据GPS位置、车速和在用星数判断车辆是否沿直线行驶，若车辆静止ts秒，l<ts<600,或沿直线行驶td秒，l〈td〈600，将所述车辆静止ts秒或沿直线行驶td秒的陀螺输出电压取平均得到新零点电压，则启用新零点电压，转步骤3)，否则转回步骤2)继续计算微机械陀螺的新零点电压；3)标定成功后，清空轨迹缓存队列；等待下一个在线标定微机械陀螺新零点电压计算运行周期到来，转步骤I)。本专利技术的特点及有益效果本方法利用汽车导航系统中常见的车载GPS设备及车速传感器，进行汽车用微机械陀螺零点电压的快速在线标定，根据本专利技术的在线标定方法，能够在车辆行驶过程中，首先对微机械陀螺零点电压失准进行判断，当零点电压失准时再对微机械陀螺的关键參数零点电压进行自动标定，可节约计算资源，并提高了微机械陀螺角速度的測量精度，为使用其测得的角速度推算汽车的运动轨迹，提高汽车导航的准确性提供了基础。本方法适用于具有成本限制高、运行条件复杂、嵌入式计算能力较低等特点的汽车导航系统。附图说明 图I为本专利技术所采用的汽车导航系统的结构示意图；图2为本专利技术的微机械陀螺零点电压标定方法的流程示意图；图3为图2中的微机械陀螺零点电压失准判断的流程框图；图4为图2中的微机械陀螺新零点电压计算中直线行驶新零点电压计算的流程框图。具体实施例方式下面结合附图及实施例，详细描述本专利技术。下面通过參考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。本专利技术所采用的汽车导航系统结构如图I所示，主要由GPS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车用微机械陀螺零点电压的在线标定方法，其特征在于，包括以下步骤 首先判断是否进行微机械陀螺零点电压的在线标定，当用户关闭在线标定功能时，则结束，否则转步骤I )，在线标定算法的运行周期T为一个GPS信息接收周期，T的单位为秒； 1)微机械陀螺零点电压失准判断根据实时采集的GPS方位角、在用星数、陀螺输出电压、车速判断当前微机械陀螺零点电压是否失准，若累积t秒，l〈t〈300，GPS方位角和陀螺输出电压得到的GPS方位角变化量和陀螺角度变化量满足如下阈值条件GPS方位角变化量小于e i度，0〈 0 :<10,同时所述t秒内根据微机械陀螺输出电压计算得到的陀螺角度变化量大于e 2度，0〈 0 2〈10，并且连续重复执行Nm次步骤I)时均满足所述阈值条件，0〈Nm〈10 ;则当前零点电压已经失准，转步骤2);否则转回步骤I)继续判断当前零点电压是否失准； 2)微机械陀螺新零点电压计算根据车速判断车辆是否静止，根据GPS位置、车速和在用星数判断车辆是否沿直线行驶，若车辆静止ts秒，l<ts<600,或沿直线行驶td秒，l〈td〈600，将所述车辆静止ts秒或沿直线行驶td秒的陀螺输出电压取平均得到新零点电压，则启用新零点电压，转步骤3)，否则转回步骤2)继续计算微机械陀螺的新零点电压； 3)标定成功后，清空轨迹缓存队列；等待下一个在线标定微机械陀螺新零点电压计算运行周期到来，转步骤I)。2.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤I)的微机械陀螺零点电压失准判断的具体流程，包括以下步骤 11)计算邻点GPS转角和邻点陀螺转角根据相邻的GPS方位角计算邻点GPS转角，计算如式力邻点GPS转角，和咖)分别为、和、时刻的GPS方位角，这两个方位角相邻且在时间上早于冲山根据V1时刻到\时刻的陀螺输出电压计算邻点陀螺转角，如式3.如权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤2)根据车速判断车辆是否静止，根据GPS位置、车速和在用星数判断车辆是否沿直线行驶为首先进行车辆静止新零点电压计算，若车...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨殿阁，连小珉，李江涛，杨扬，张照生，王钊，彭应亮，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：