基于多维加速度传感器的车辆姿态测量系统研究与设计

摘要 .......................................................................................................................... I Abstract ...................................................................................................................... I II 第1章绪论 .. (1)

1.1研究背景及意义 (1)

1.1.1 研究背景 (1)

1.1.2 研究意义 (2)

1.2姿态检测国内外研究现状 (2)

1.2.1 惯性姿态测量技术国内外研究现状 (3)

1.2.2 姿态测量在道路检测车中的应用 (5)

1.2.3 姿态检测国内外研究现状分析 (5)

1.3本文研究内容与方案 (6)

1.3.1 研究内容 (6)

1.3.2 技术路线 (7)

第2章汽车行驶过程中振动分析 (9)

2.1汽车行驶过程中振动模型设计 (9)

2.2路面不平度时域模型的建立 (13)

2.2.1 路面不平度时域模型介绍 (14)

2.2.2 基于滤波白噪声生成法的路面不平度时域模型设计 (15)

2.3汽车行驶过程中振动仿真 (15)

2.3.1 路面不平度时域模型的搭建 (15)

2.3.2 4自由度汽车1/2振动模型搭建 (16)

2.4汽车行驶过程中振动加速度特性分析 (18)

2.5本章小结 (20)

第3章汽车行驶过程中姿态测量方法设计 (21)

3.1加速度二次积分算法介绍 (21)

3.1.1 时域积分算法 (21)

3.1.2 频域积分算法 (22)

3.1.3 时域-频域积分算法 (23)

3.2基于1/2车模型的加速度二次积分算法设计 (24)

3.3汽车行驶过程中的姿态表示方法 (28)

3.4本章小结 (30)

第4章算法验证及实例分析 (31)

4.1实验器件选择 (31)

4.2基于1/2车模型的加速度二次积分算法验证 (33)

4.2.1 标准振动台静态测试 (33)

4.2.2 道路检测车实测验证 (48)

4.3本章小结 (50)

第5章汽车行驶过程中振动测量系统硬件设计 (51)

5.1信号采集电路主控设备 (51)

5.2加速度传感器信号采集电路设计 (52)

5.2.1 AD转换芯片的选择 (53)

5.2.2 信号采集电路设计 (54)

5.3本章小结 (59)

结论与展望 (60)

参考文献 (62)

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果 (66)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (67)

致谢 (68)

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1 研究背景

截止到2014年底，我国的公路里程总数已经达到了446.39万公里，与上一年末相比增长了10.77万公里，这意味着我国的公路密度已经达到46.50公里/百平方公里，每百平方公里提高1.12公里。在我国公路中，二级及以上公路里程达到了54.56万公里，相比上一年末增加了2.13万公里，高速公路里程达到11.19万公里，相比上一年末增加了0.75万公里，而国家高速公路里程7.31万公里，增加0.23万公里。与公路总里程相对应的，我国的公路养护里程已经达到435.38万公里，占我国公路总里程的百分比为97.5％[1]。由于道路的养护水平直接关系到道路的使用，关系到道路服务的水平，甚至关系到道路的使用时长，从前文数据也可以看出，随着路网的逐渐完善，我国公路建设的工作重心已经逐渐由新公路的建设转移到已建成公路的养护上来。

在现阶段，我国公路路面损坏检测主要用人工的方法进行，不仅需要大量的人力物力和财力，而且效率非常低，根本不能满足公路养护管理部门实现科学管理、科学决策的需要。并且由于传统的检测方法往往会极大的影响交通的运行，所以也是高速公路的运营环境所不容许的，以自动采集设备代替人工采集是国际道路界道路数据采集技术发展的基本方向[2]。

目前国内外已有的主流路面自动检测设备虽然已经实现了自动化的采集功能，但多数仍采用二维图像采集、检测技术对路面进行检测识别，不但容易受到雨雪、光照等天气条件的影响，而且检测结果并不生动直观。采用二维图像检测技术，一方面路面本身就是三维的，二维图像并不能完整的表现出路面的所有信息，这直接导致了识别检测精度的降低[3]；而另一方面，由于用于路面检测的技术的数字图像处理技术往往达不到路面病害检测的精度要求，病害分类往往并不准确精细，还是需要人工辅助来提高精确度，费时费力的缺点依旧存在；此外，为了达到较高的路面检测精确度，图像检测识别技术对路面图片的质量要求极高，往往需要价格昂贵的扫描、光照硬件系统予以配合，造成设备制造检测费用高昂[4]。最重要的是，由于二维图像储