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

1、隨著路網(wǎng)的逐漸完善，我國公路建設(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。國內(nèi)外現(xiàn)有的道路檢測車多通過線性激光掃描儀實現(xiàn)路面的精確檢測，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車上的，在行駛過程中，由于路面不平度引起的顛簸振動、車輛本身加速、減速以及發(fā)動機振動等造成的車身姿態(tài)變化會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)有的道路檢測車中，多通過搭載組合式慣性姿態(tài)測量系

2、統(tǒng)來實現(xiàn)車輛姿態(tài)的檢測，進(jìn)而彌補由于車身姿態(tài)變化造成的檢測誤差。然而一方面組合式慣性姿態(tài)測量系統(tǒng)往往造價高昂，而更重要的是，現(xiàn)有的道路檢測車上的組合式姿態(tài)測量系統(tǒng)多著眼于整車姿態(tài)的測量，實際中引起測量誤差的僅為搭載激光掃描儀部分車身的姿態(tài)變化，整車姿態(tài)的測量不但造成了系統(tǒng)的冗余，提高了造價，也導(dǎo)致針對部分搭載激光掃描儀部分車身的姿態(tài)測量精度不高。
　　針對上述問題，本文對車輛行駛過程中振動加速度特性進(jìn)行分析，設(shè)計了一種基于多維加速

3、度傳感器的車輛姿態(tài)測量系統(tǒng)，針對性的測量搭載激光掃描儀部分車身的姿態(tài)變化。根據(jù)實際需要，通過針對性的建立路面及車輛振動模型，對車輛行駛過程中的搭載激光掃描儀部分車身振動加速度特性進(jìn)行分析，在考慮到道路檢測持續(xù)時間長特點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了針對車身振動加速度的基于1/2車模型的時域二次積分算法，并通過振動臺靜態(tài)實驗以及實際道路測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采集電路的PCB設(shè)計。
　　本文主要包括以下內(nèi)容：

4、>　　首先，從高速公路不平度等級出發(fā)，建立了路面不平度時域模型，并針對道路檢測車的實際需要，分析搭載激光掃描儀部分車身的特點，針對性的建立了四自由度1/2汽車橫向振動數(shù)學(xué)模型，通過MATLAB仿真對車輛行駛過程中的車身振動加速度特性進(jìn)行了分析，并以此作為二次積分算法設(shè)計的重要依據(jù)。
　　其次，分析現(xiàn)有的二次積分算法，針對道路檢測持續(xù)時間長的特點，基于由四自由度1/2汽車橫向振動數(shù)學(xué)模型得到的車身振動加速度特點，設(shè)計了能夠進(jìn)行長時間

5、高精度積分的二次積分算法，分析車輛行駛過程中搭載激光掃描儀部分車身姿態(tài)變化，根據(jù)加速度傳感器積分結(jié)果給出該部分車身姿態(tài)表示方法。
　　然后，通過標(biāo)準(zhǔn)振動臺靜態(tài)測試以及道路實測，對采集的不同頻率的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，并通過分析積分誤差證明了本文所設(shè)計二次積分算法的有效性及優(yōu)越性。
　　最后，根據(jù)道路檢測實際需要，基于ADS1278芯片，設(shè)計了并行8通道加速度信號采集電路，以便同時采集多個方向上的多個加速度傳感器數(shù)據(jù)，并完成了P