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技术领域

本实用新型涉及一种汽车性能测试系统，尤其是基于惯性导航汽车运动性能测试系统。

背景技术

汽车运动性能测试是评估汽车整体运动性能的重要方式，目前，汽车运动性能测试方法大致分为两类：台架试验和道路试验。台架试验虽能测试汽车的性能参数，但无法反映出汽车在实际道路上的行驶性能；在汽车运动性能的道路测试系统中，虽然现有一些较成熟的汽车运动性能检测手段，如五轮仪、光电测速仪，但此类测试方法还有一些不足之处，主要是测试系统的构成复杂、集成度差、仪器体积大，安装和使用起来不方便，测试参数不够全面、信息量少，不能完全达到对汽车的运动性能进行综合评价的目的。

全球卫星定位系统是最常见的汽车导航系统，作为一套全天候、全球性和高精度的连续导航与定位系统，它在普通定位导航、参数测量等方面已经相当成熟，但是，该导航系统的应用存在一定的局限性。首先普通卫星定位系统定位精度较低，无法满足汽车性能测试的精度要求；其次当汽车行驶在地下隧道、高层楼群等地段时，卫星信号易被遮挡、中断，全球卫星定位系统将失去导航作用。

因此，开发一种体积小，功能强，精度高，使用方便的便携式基于惯性导航汽车运动性能测试系统成为本领域急待解决的一个技术问题。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种体积小、携带方便、测试参数多、测试精度高并能导航的基于惯性导航汽车运动性能测试系统，具体技术方案为：

基于惯性导航汽车运动性能测试系统，包括机箱、微惯性传感器、嵌入式系统、信号采集器和电源；所述机箱设有外部固定杆和内部固定杆，所述信号采集器和电源均固定在机箱内部；所述嵌入式系统通过外部固定杆和内部固定杆固定在机箱内部，所述嵌入式系统设有电源接口和嵌入式系统接口；所述信号采集器设有信号采集器接口和传感器接口；所述信号采集器接口与嵌入式系统接口连接；所述微惯性传感器通过传感器接口与信号采集器连接；所述电源通过电源接口与 嵌入式系统连接。

所述微惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和倾角传感器。

所述嵌入式系统接口和信号采集器接口均为USB接口；所述传感器接口为BNC接口。

所述嵌入式系统还包括PCB板和核心处理器；所述核心处理器固定在PCB板上，所述核心处理器为S3C6410或DSP或单片机。

开始测试时，置于车顶的微惯性传感器测量汽车的加速度和角速度，信号采集器将采集的测量数值输入到嵌入式系统，嵌入式系统通过四元数法进行姿态计算和位置计算，从而得到汽车的姿态矩阵和位置矩阵，最后进行误差分析与修正，输出测试及解算得到的汽车横摆角速度、俯仰角速度、侧倾角速度、侧向加速度、纵向加速度、速度、三维姿态角等动态参数和汽车运行轨迹，从而得到车辆完备的状态信息。

所述四元数法为四阶龙格库塔法，对加速度进行一次积分可以得到汽车运行的速度，二次积分得到汽车的位移，从而确定汽车的位置矩阵；对角速度进行一次积分可以得到汽车的姿态角，从而确定汽车的姿态矩阵，同时，汽车姿态角也可以直接由微惯性传感器测量得到，直接测量值可以作为由角速度积分得到姿态角的修正参考。

所述汽车的行驶轨迹的计算方法为，将位置矩阵和姿态矩阵结合便可以得到汽车在某一时刻的具体地理位置点，然后将不同时刻的点连接起来，得到汽车的行驶轨迹。

所述误差分析通过结合平台误差角方程式、速度误差方程式、位置误差方程式组成的误差方程式进行分析。

所述误差修正方法为，选择一个定点作为坐标零点，每完成一次试验汽车就回到该定点进行位置修正，消除累积误差。

微惯性传感器，集成加速度计、陀螺仪和倾角传感器的功能，能同时采集汽车行驶过程中的角速率、加速度和三维姿态角等动态参数。微惯性传感器通过BNC接口与信号采集器连接，以保证信号长距离传送的稳定性。

机箱、微惯性传感器、嵌入式系统、信号采集器和电源之间的连接均采用屏蔽线连接，使系统受到的干扰降到最低。

嵌入式系统采用S3C6410为核心处理器，S3C6410处理器集成A/D转换、存储等功能，采用Wince6.0操作系统，采集器与Wince6.0操作系统相匹配，实现数据采集、姿态解算、轨迹绘制、误差分析、数据存储和输出。

开始测试时，首先置于车顶的微惯性传感器测量汽车运行的三轴加速度和三轴角速度值，信号采集器采集微惯性传感器所测的汽车各个动态参数并将采样值输入到嵌入式系统中。嵌入式系统在得到汽车的加速度和角速度值后，根据测试系统程序设定的基于四元数法的四阶龙格库塔法，在确定载体坐标系与导航坐标系之间的空间转动关系后，以微惯性传感器测得的动态参数初始值为依据确定四元数初值，并随着汽车的运行过程不断进行数据的实时更新，进行汽车位置矩阵和姿态矩阵的计算：对加速度进行一次积分可以得到汽车运行的速度，二次积分得到汽车的位移，从而确定汽车的位置；对角速度进行一次积分可以得到汽车的姿态角，从而确定汽车的姿态，同时，汽车姿态角也可以直接由微惯性传感器测量得到，直接测量值可以作为由角速度积分得到姿态角的修正参考。结合实时位置矩阵和姿态矩阵便可得便可汽车的行驶轨迹。最后测试系统根据误差修正模块提供的方法，将计算所得的数据进行误差分析与修正，输出测试及解算得到的汽车横摆角速度、俯仰角速度、侧倾角速度、侧向加速度、纵向加速度、速度、三维姿态角等动态参数和汽车运行轨迹，从而得到车辆完备的状态信息，为评定汽车的操纵稳定性等运动性能提供参考的同时实现汽车的导航，完成系统的基本功能。

本实用新型提供的基于惯性导航汽车运动性能测试系统，体积小、抗干扰、便于携带、测试参数多、测试精度高，能同时输出测试及解算得到的汽车横摆角速度、俯仰角速度、侧倾角速度、侧向加速度、纵向加速度、速度、三维姿态角等动态参数和汽车运行轨迹，从而得到车辆完备的状态信息，并能实现导航。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的测试方法流程图。

具体实施方式

现结合附图说明本实用新型的具体实施方式，如图1所示：

基于惯性导航汽车运动性能测试系统，包括机箱1、微惯性传感器、嵌入式 系统4、信号采集器8和电源10；所述机箱1设有外部固定杆2和内部固定杆6，所述信号采集器8和电源10均固定在机箱1内部；所述嵌入式系统4通过外部固定杆2和内部固定杆6固定在机箱1内部，所述嵌入式系统4设有电源接口3和嵌入式系统接口5；所述信号采集器8设有信号采集器接口9和传感器接口7；所述信号采集器接口9与嵌入式系统接口5连接；所述微惯性传感器通过传感器接口7与信号采集器8连接；所述电源10通过电源接口3与嵌入式系统4连接。

所述微惯性传感器包括加速度计、陀螺仪和倾角传感器。

所述嵌入式系统接口5和信号采集器接口9均为USB接口；所述传感器接口7为BNC接口。

所述嵌入式系统4还包括PCB板和核心处理器；所述核心处理器固定在PCB板上，所述核心处理器为S3C6410或DSP或单片机。

如图2所示，开始测试时，置于车顶的微惯性传感器测量汽车的加速度和角速度，信号采集器8将采集的测量数值输入到嵌入式系统4，嵌入式系统4通过四元数法进行姿态计算和位置计算，从而得到汽车的姿态矩阵和位置矩阵，最后进行误差分析与修正，输出测试及解算得到的汽车横摆角速度、俯仰角速度、侧倾角速度、侧向加速度、纵向加速度、速度、三维姿态角等动态参数以及行使轨迹，得到汽车完备的状态信息。

所述四元数法为四阶龙格库塔法，对加速度进行一次积分可以得到汽车运行的速度，二次积分得到汽车的位移，从而确定汽车的位置矩阵；对角速度进行一次积分可以得到汽车的姿态角，从而确定汽车的姿态矩阵，同时，汽车姿态角也可以直接由微惯性传感器测量得到，直接测量值可以作为由角速度积分得到姿态角的修正参考。

所述汽车的行驶轨迹的计算方法为，将位置矩阵和姿态矩阵结合便可以得到汽车在某一时刻的具体地理位置点，然后将不同时刻的点连接起来，得到汽车的行驶轨迹。

所述误差分析通过结合平台误差角方程式、速度误差方程式、位置误差方程式等组成的误差方程式进行分析。

所述误差修正方法为，选择一个定点作为坐标零点，每完成一次试验汽车就回到该定点进行位置修正，消除累积误差。

微惯性传感器，集成加速度计、陀螺仪和倾角传感器的功能，能同时采集汽车行驶过程中的角速度、加速度和角度等动态参数。微惯性传感器通过BNC接口与信号采集器连接，以保证信号长距离传送的稳定性。

机箱、微惯性传感器、嵌入式系统、信号采集器和电源之间的连接均采用屏蔽线连接，使系统受到的干扰降到最低。

嵌入式系统采用S3C6410为核心处理器，S3C6410处理器集成A/D转换、存储等功能，采用Wince6.0操作系统，采集器与Wince6.0操作系统相匹配，实现数据采集、姿态解算、轨迹绘制、误差分析、数据存储和输出。

开始测试时，首先置于车顶的微惯性传感器测量汽车运行的3轴加速度和3轴角速度值，信号采集器采集微惯性传感器所测的汽车各个动态参数并将采样值输入到嵌入式系统中。嵌入式系统在得到汽车的加速度和角速度值后，根据测试系统程序设定的基于四元数法的四阶龙格库塔法，在确定载体坐标系与导航坐标系之间的空间转动关系后，以微惯性传感器测得的动态参数初始值为依据确定四元数初值，并随着汽车的运行过程不断进行数据的实时更新，进行汽车位置矩阵和姿态矩阵的计算：对加速度进行一次积分可以得到汽车运行的速度，二次积分得到汽车的位移，从而确定汽车的位置；对角速度进行一次积分可以得到汽车的姿态角，从而确定汽车的姿态，同时，汽车姿态角也可以直接由微惯性传感器测量得到，直接测量值可以作为由角速度积分得到姿态角的修正参考。结合实时位置矩阵和姿态矩阵便可得便可汽车的行驶轨迹。最后测试系统根据误差修正模块提供的方法，将计算所得的数据进行误差分析与修正，输出测试及解算得到的汽车横摆角速度、俯仰角速度、侧倾角速度、侧向加速度、纵向加速度、速度、三维姿态角等动态参数和汽车运行轨迹，从而得到车辆完备的状态信息，为评定汽车的操纵稳定性等运动性能提供参考的同时实现汽车的导航，完成系统的基本功能。