基于多維加速度傳感器的車(chē)輛姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).pdf

1、隨著路網(wǎng)的逐漸完善，我國(guó)公路建設(shè)的工作重心已經(jīng)逐漸由新公路的建設(shè)轉(zhuǎn)移到已建成公路的養(yǎng)護(hù)上來(lái)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的道路檢測(cè)車(chē)多通過(guò)線性激光掃描儀實(shí)現(xiàn)路面的精確檢測(cè)，然而，由于路面往往并不平整，而線性激光掃描儀是固定安裝在檢測(cè)車(chē)上的，在行駛過(guò)程中，由于路面不平度引起的顛簸振動(dòng)、車(chē)輛本身加速、減速以及發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)等造成的車(chē)身姿態(tài)變化會(huì)引起線性激光掃描儀的姿態(tài)變化，造成掃描精度的降低甚至重大誤差的產(chǎn)生。在現(xiàn)有的道路檢測(cè)車(chē)中，多通過(guò)搭載組合式慣性姿態(tài)測(cè)量系

2、統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛姿態(tài)的檢測(cè)，進(jìn)而彌補(bǔ)由于車(chē)身姿態(tài)變化造成的檢測(cè)誤差。然而一方面組合式慣性姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)往往造價(jià)高昂，而更重要的是，現(xiàn)有的道路檢測(cè)車(chē)上的組合式姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)多著眼于整車(chē)姿態(tài)的測(cè)量，實(shí)際中引起測(cè)量誤差的僅為搭載激光掃描儀部分車(chē)身的姿態(tài)變化，整車(chē)姿態(tài)的測(cè)量不但造成了系統(tǒng)的冗余，提高了造價(jià)，也導(dǎo)致針對(duì)部分搭載激光掃描儀部分車(chē)身的姿態(tài)測(cè)量精度不高。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本文對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程中振動(dòng)加速度特性進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了一種基于多維加速

3、度傳感器的車(chē)輛姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，針對(duì)性的測(cè)量搭載激光掃描儀部分車(chē)身的姿態(tài)變化。根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)針對(duì)性的建立路面及車(chē)輛振動(dòng)模型，對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程中的搭載激光掃描儀部分車(chē)身振動(dòng)加速度特性進(jìn)行分析，在考慮到道路檢測(cè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了針對(duì)車(chē)身振動(dòng)加速度的基于1/2車(chē)模型的時(shí)域二次積分算法，并通過(guò)振動(dòng)臺(tái)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際道路測(cè)試證明了該算法的有效性及優(yōu)越性，并最終完成了加速度信號(hào)采集電路的PCB設(shè)計(jì)。
　　本文主要包括以下內(nèi)容：

4、>　　首先，從高速公路不平度等級(jí)出發(fā)，建立了路面不平度時(shí)域模型，并針對(duì)道路檢測(cè)車(chē)的實(shí)際需要，分析搭載激光掃描儀部分車(chē)身的特點(diǎn)，針對(duì)性的建立了四自由度1/2汽車(chē)橫向振動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)MATLAB仿真對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程中的車(chē)身振動(dòng)加速度特性進(jìn)行了分析，并以此作為二次積分算法設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。
　　其次，分析現(xiàn)有的二次積分算法，針對(duì)道路檢測(cè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，基于由四自由度1/2汽車(chē)橫向振動(dòng)數(shù)學(xué)模型得到的車(chē)身振動(dòng)加速度特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了能夠進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間

5、高精度積分的二次積分算法，分析車(chē)輛行駛過(guò)程中搭載激光掃描儀部分車(chē)身姿態(tài)變化，根據(jù)加速度傳感器積分結(jié)果給出該部分車(chē)身姿態(tài)表示方法。
　　然后，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)靜態(tài)測(cè)試以及道路實(shí)測(cè)，對(duì)采集的不同頻率的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，并通過(guò)分析積分誤差證明了本文所設(shè)計(jì)二次積分算法的有效性及優(yōu)越性。
　　最后，根據(jù)道路檢測(cè)實(shí)際需要，基于ADS1278芯片，設(shè)計(jì)了并行8通道加速度信號(hào)采集電路，以便同時(shí)采集多個(gè)方向上的多個(gè)加速度傳感器數(shù)據(jù)，并完成了P