[发明专利]基于全球定位系统数据采集的车身侧偏角计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全球定位系统数据采集的车身侧偏角计算方法，属于汽车试验数据采集及动力学参数测量方法技术领域。

背景技术

在车辆稳定性研究过程当中，车辆瞬时动力学状态信息的测量为车辆稳定性控制提供了信号输入，它既是控制系统的输入也是系统要观测的对象。在车辆动力学控制研究过程全球定位系统（以下简称GPS）可为车辆实时的提供多种有效信息，这其中包括：车辆被测点实时三维位置坐标、车辆被测点实时速度及速度矢量方向、车辆被测点航向角等信息。

在车辆稳定性控制过程中，车身横摆角速度及车身侧偏角是进行车身稳定性控制的首要状态参量，车身横摆角速度可由陀螺计直接测量得到，但车身侧偏角难于直接测量得到，因此需借助如GPS等设备对被测车辆进行间接测量并计算后得到车身侧偏角的状态参量。

GPS是上世纪70年代由美国军方研制的空间卫星导航定位系统，主要有空间星座、地面监控系统、用户接收机三部分组成。对用户而言，最重要的设备当属接收机，通常测量过程中GPS接收机要与用户交互的数据获取方式包括：存储卡存储、异步串行传输、与计算机直接相连存储于计算机等。

传统测量方法需在被测车辆上安装车速传感器、角速度传感器、方向盘转角传感器、纵向加速度传感器、横向加速度传感器、横摆角速度传感器等一系列传感器，且以相对复杂的算法来进行车身侧偏角的测量，如专利号为200510069336的车身侧偏角估计方法，存在计算系统复杂、信号处理及采集困难、系统成本增加、算法较繁琐以及误差累计等缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于全球定位系统数据采集的车身侧偏角计算方法，以用于GPS接收机对接收的卫星数据进行处理进而计算得到车身侧偏角，该方法硬件上设置双天线的全球定位系统、GPS接收机数据采集处理模块，计算方法则包括接收卫星信号、截取并处理部分车体运动状态信息、实现地理坐标系到局部相对坐标系的转换、利用车体在局部相对坐标系中的位置及角度信息计算车体侧偏角。

本发明提出的基于全球定位系统数据采集的车身侧偏角计算方法，包括以下步骤：

（1）定义车体的左右对称的平面上前后方向的车顶连线为车体的中轴线，在车体顶部前后方向上分别布置两根接收机天线，两根接收机天线分别位于中轴线上的A、B两点，两根接收机天线分别由信号线与车体内的两个接收机相连接，两个接收机通过两根天线与卫星进行通讯，实时接收车体中轴线上A、B两点的经度、纬度、高度、水平速度矢量以及水平速度矢量与正北方向的夹角，其中经度、纬度和高度基于84大地坐标参考系，A点的纬度以lat_0表示，A点的经度以lon_0表示，A点的水平速度矢量以hor_0表示，A点的水平速度矢量与正北方向的夹角以α表示，B点的纬度以lat_1表示，B点的经度以lon_1表示；

（2）两个接收机分别以二进制形式通过第一串口和第二串口向外交替发送第一数据包和第二数据包；第一数据包和第二数据包中，前三个字节为起始位，第五个字节为区分两数据包的辨别位，第一数据包中包含被测点的经度、纬度和高度信息，第二数据包中包含被测点的水平速度矢量以及水平速度矢量与正北方向的夹角信息；

（3）数据采集处理模块分别以一定周期采集上述两个接收机分别通过第一串口和第二串口发送的数据，将接收数据放入缓存，并通过两个数据包中的起始位读取数据，通过两个数据包辨别位判定第一数据包或第二数据包；

（4）利用高斯投影法，将A、B两点的经度和纬度由84大地坐标系转换到高斯平面坐标，设a和b分别表示地球的长轴半径和短轴半径，X表示赤道至A点纬度的子午线弧长，N表示卯酉圈曲率半径，ρ表示地球椭球面曲率半径，l表示A点经度与子午线经度之间的差值，L₀表示子午线经度，e表示地球椭圆偏心率，d、t、X、η、A₀、B₀、C₀是中间变量，则高斯平面坐标系下A点坐标(x₀,y₀)为：