[发明专利]汽车用微机械陀螺零点电压的在线标定方法

说明书

技术领域

本发明属于汽车电子技术领域，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。

背景技术

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遍。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1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无信号时，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信号良好时，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，但存在系统参数变化大、需要经常标定的缺点。如果微机械陀螺的关键系统参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参数的一种方法》，《电子器件》2007年第1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参数修正》，《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参量进行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参数的在线标定》，《测控技术》，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，一是车辆静止时，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；二是车辆直线行驶时，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。

发明内容