一种车的姿态信息监测方法及两轮车与流程

本发明涉及车辆状态监测领域，尤其是一种车的姿态信息监测方法及两轮车。

背景技术：

1、在两轮电动车行业，高端的车型都会安装三轴加速度传感器来获取车的三轴加速度信息，这个信息可以帮助整车进行碰撞检测，一旦检测到碰撞就会发出警报，并将消息发送给app，app进行弹窗提醒或者后台进行短信提醒。

2、基于智能化的发展，用户已经不满足仅知道车辆的碰撞信息，还需要对两轮车姿态进行监测，例如车辆停车后是否出现倾斜、倒地等姿态信息，以便使车辆信息更精细化的呈现给用户。相比碰撞监测，实现姿态监测的算法难度更高。

3、然而现有的姿态监测算法普遍存在累积误差较大的问题，因此研发一种累积误差更小的车的姿态信息监测方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种车的姿态信息监测方法及两轮车，本发明的技术方案如下：

2、第一方面，本技术提供了一种车的姿态信息监测方法，包括如下步骤：

3、实时获取整车的三轴角速度及三轴加速度；

4、构造四元数微分方程并进行求解，得到四元数与三轴角速度的关系式；

5、将当前时刻获取的三轴角速度代入关系式中，得到更新的四元数；

6、将更新后的四元数归一化并转换成整车基于导航坐标系的姿态角，包括横滚角、俯仰角和航向角；

7、若在当前时刻获取到安装在龙头的转向传感器采集的特定角度，则基于特定角度对当前计算得到的整车姿态角进行修正；

8、否则基于当前时刻获取的三轴加速度来修正当前时刻的三轴角速度的积分飘移，并将修正后的三轴角速度代入关系式中，以更新整车姿态角。

9、其进一步的技术方案为，构造四元数微分方程并进行求解，包括：

10、对四元数的三角式进行微分，得到：

11、

12、其中，分别为在机体坐标b系下的δt时间内的三轴角速度；

13、对上式进行一阶龙格库塔变换，得到：

14、

15、其中，q′0、q′1、q′2、q′3为求解得到的下一时刻的四元数更新值，q0、q1、q2、q3为已知的当前时刻的四元数值。

16、其进一步的技术方案为，基于特定角度对当前计算得到的整车姿态角进行修正，包括：

17、根据当前时刻引入的特定角度与计算得到的航向角之间的差值计算航向角累积误差；

18、设横滚角和俯仰角的累积误差为零，将三个姿态角累积误差代入四元数计算公式，得到修正四元数值；

19、将当前计算得到的整车姿态角代入四元数计算公式，得到原始四元数值；

20、基于修正四元数值和原始四元数值计算得到更新后的四元数值；

21、将更新后的四元数值归一化并转换成修正后的整车基于导航坐标系的姿态角。

22、其进一步的技术方案为，根据当前时刻引入的特定角度与计算得到的航向角之间的差值计算航向角累积误差，计算表达式包括：

23、e1＝ψ0-ψ；

24、其中，ψ0为当前时刻引入的特定角度，ψ为当前时刻计算得到的航向角；

25、ψadj＝kp·e1+ki·∫e1dt；

26、其中，ψadj为航向角累积误差，kp为比例系数，ki为积分系数。

27、其进一步的技术方案为，基于修正四元数值和原始四元数值计算得到更新后的四元数值，表达式包括：

28、

29、其中，q0_new、q1_new、q2_new、q3_new为更新后的四元数值；

30、q0、q1、q2、q3为原始四元数值，表达式为：

31、

32、q0_adj、q1_adj、q2_adj、q3_adj为修正四元数值，表达式为：

33、

34、其中，φ为当前时刻计算得到的横滚角，θ为当前时刻计算得到的俯仰角，ψ为当前时刻计算得到的航向角，ψadj为航向角累积误差。

35、其进一步的技术方案为，特定角度包括0度、±15度、±30度、±45度。

36、其进一步的技术方案为，基于当前时刻获取的三轴加速度来修正当前时刻的三轴角速度的积分飘移，包括：

37、提取机体坐标系下的姿态旋转矩阵的重力分量vx、vy、vz，表示为：

38、

39、其中，q0、q1、q2、q3为已知的当前时刻的四元数值；

40、将当前时刻获取的三轴加速度归一化后与重力分量叉乘得到姿态误差向量e2；

41、将姿态误差向量e2进行pi调节得到三轴角速度的误差值δ，表示为：

42、δ＝kp·e2+ki·∫e2dt；

43、其中，kp为比例系数，ki为积分系数；

44、将当前时刻获取的三轴角速度加上误差值δ，得到修正后的三轴角速度表示为：

45、其中，i＝x、y、z，上标b表示机体坐标系。

46、其进一步的技术方案为，将归一化后的四元数更新值转换成整车基于导航坐标系的姿态角，表达式为：

47、

48、其中，q′0、q′1、q′2、q′3为归一化后的四元数更新值，φ为整车基于导航坐标系的横滚角，θ为整车基于导航坐标系的俯仰角，ψ为整车基于导航坐标系的航向角。

49、其进一步的技术方案为，该方法还包括：

50、根据计算得到的整车姿态角，在车仪表和/或车app上进行整车姿态信息的展示，车app上的整车姿态图可旋转展示；

51、将整车静止时重力加速度方向与计算得到的整车姿态角进行比较，以确定车辆停放时的倾斜情况，并在车仪表和/或车app上进行展示。

52、第二方面，本技术还提供了一种两轮车，指两轮电动车、e-bike、滑板车、电踏车，该两轮车包括中央处理器和与其相连的转向传感器、六轴或九轴传感器；

53、六轴或九轴传感器用于实时采集整车的三轴角速度及三轴加速度；

54、转向传感器安装在车辆龙头处，用于在龙头转动到特定角度时输出相应的电信号；

55、中央处理器中包含计算机程序，该计算机程序被中央处理器执行时实现第一方面所述的方法的步骤。

56、本发明的有益技术效果是：

57、通过获取整车的三轴角速度及三轴加速度，配备专门的姿态解算算法可以将整车基于导航坐标系的姿态信息计算出来，将解算后的姿态数据发送给车app，app就可以进行整车姿态的展示。除了在app上显示车的姿态还可以在车仪表上显示车的姿态，通过视觉图像呈现提高了仪表信息可读性，提高了用户体验；考虑到仅基于互补滤波方案也无法完全消除角速度积分误差，因此本技术引入了特定角度误差修正，该修正方法会在车辆骑行时经常触发，若长时间未引入特定角度，则采用mahony互补滤波算法对采集的三轴角速度进行修正，两种算法融合解决了长时间积分角度累积误差越来越大的问题，提高了计算整车姿态角的精准度。

技术特征：

1.一种车的姿态信息监测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，构造四元数微分方程并进行求解，包括：

3.根据权利要求1所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，基于所述特定角度对当前计算得到的整车姿态角进行修正，包括：

4.根据权利要求3所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，所述根据当前时刻引入的特定角度与计算得到的航向角之间的差值计算航向角累积误差，计算表达式包括：

5.根据权利要求3所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，基于所述修正四元数值和所述原始四元数值计算得到更新后的四元数值，表达式包括：

6.根据权利要求3所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，所述特定角度包括0度、±15度、±30度、±45度。

7.根据权利要求1所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，基于当前时刻获取的三轴加速度来修正当前时刻的三轴角速度的积分飘移，包括：

8.根据权利要求1所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，将归一化后的四元数更新值转换成整车基于导航坐标系的姿态角，表达式为：

9.根据权利要求1所述的车的姿态信息监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.一种两轮车，指两轮电动车、e-bike、滑板车、电踏车，其特征在于，所述两轮车包括中央处理器和与其相连的转向传感器、六轴或九轴传感器；

技术总结
本发明公开了一种车的姿态信息监测方法及两轮车，涉及车辆状态监测领域，该方法包括：实时获取整车的三轴角速度及加速度；构造四元数微分方程并进行求解，得到四元数与三轴角速度的关系式；将当前时刻获取的三轴角速度代入所述关系式中，得到更新的四元数；将更新后的四元数归一化并转换成整车基于导航坐标系的姿态角，包括横滚角、俯仰角和航向角；若在当前时刻获取到特定角度，则基于特定角度对当前计算得到的整车姿态角进行修正；否则基于三轴加速度来修正角速度的积分飘移，并将修正后的角速度代入关系式中，以更新整车姿态角。该方法融合了两种修正算法，解决了长时间积分角度累积误差越来越大的问题，提高计算整车姿态角的精准度。

技术研发人员：熊文涛
受保护的技术使用者：上海雅迪信息技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23