传感器-项目四-任务2 惯性导航系统安装与测试

项目四任务2

惯性导航系统安装与测试

CONTENTS目录01

02

03

惯性测量单元结构与组成04

惯性测量单元工作原理与应用惯性导航系统的安装与测试05

任务考查名师讲堂【问题引入】

小李购买的某品牌新能源汽车，某一次出行在经过隧道后导航信息中断，经过车厂技术人员检查，发现惯性导航测量单元故障，需要拆卸进行维修检测，作为一名初级技术员如何完成惯性导航测量单元的拆卸和安装与测试工作？01

惯性测量单元

结构与组成

惯性导航系统(InertialNavigationSystem，INS)，简称为惯导，是一种不依赖于外部信息，也不向外部辐射能量，基于惯性测量单元（IMU）测量的角速度和加速度信息，使用软件对信息进行数据分析的自主式导航系统。

惯性导航系统属于一种推算导航系统，即从一已知点的位置根据连续测得的运动载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。

惯性导航系统（INS）主要用于GPS信号丢失或很弱的情况下，暂时替代GPS进行定位，另外还可以配合激光雷达进行精准定位。其主要由3个模块组成:惯性测量单元（Inertial

Measurement

Unit，IMU）、信号预处理单元和机械力学编排模块。1、惯性测量单元（IMU）

惯性测量单元（IMU）包括加速度计和陀螺仪，又称惯性导航组合。一般情况，一个IMU包含了3个单轴的加速度计和3个单轴的陀螺仪，也可能包含磁力计，如表所示IMU的组合形式。自由度组

成测量内容6DOF3轴加速度计+3轴陀螺仪线性+旋转速率9DOF3轴加速度计+3轴陀螺仪+3轴磁力计线性+旋转速率+磁场10DOF3轴加速度计+3轴陀螺仪+3轴磁力计+气压计线性+旋转速率+磁场+高度02

惯性测量单元

工作原理与应用1、惯性导航系统

惯性导航系统以陀螺仪和加速度计为敏感元件，应用航迹推算法提供位置、速度和姿态等信息。汽车行驶数据的采集由以陀螺仪和加速度计组成的惯性测量单元来完成。惯性导航涉及力学、控制理论、计算机技术、测试技术、精密机械技术等，是一门综合性很强的应用技术。

1、惯性导航系统

惯性导航系统原理基于牛顿经典力学，一个物体在没有受到外力的作用下，物体总是保持原有的运动状态。牛顿第二定律在INS中也有着重要的作用，加速度的大小与作用力成正比，方向与作用力的方向相同。

惯导系统利用载体先前的位置、惯性传感器测量的加速度和角速度来确定其当前位置。给定初始条件，加速度经过一次积分得到速度

，经过二次积分得到位移。

角速度经过处理后可以得出车辆的俯仰、偏航、滚转等姿态信息，利用姿态信息可以把导航参数从载体坐标系变换到当地水平坐标系中。如图所示。（1）陀螺仪

陀螺仪又分为机械干式、液浮、半液浮、气浮角速度陀螺仪，挠性角速度陀螺仪，MEMS硅、石英角速度陀螺仪（含半球谐振角速度陀螺仪等），光纤角速度陀螺仪，激光角速度陀螺仪等。如图所示。

陀螺仪是一种绕支点高速旋转的物体，其结构组成一般由转子（旋转轮）、内框和外框组成。2、惯性传感器分类

惯性传感器分为两大类：测量角速度的陀螺仪和测量加速度的线加速度计。（2）线加速度计：线加速度计的输出信号由检测质量相对壳体的运动产生，或由恢复检测质量到相对壳体零位位置的力或力矩产生。线加速度计主要由检测质量、力再平衡系统（弹簧）、信号传感器（电位计）、阻尼装置、支承、壳体等部分组成（见图）。如图所示。其基本工作原理是基于运动物体加速度与作用在检测质量上的惯性力成比例，而此惯性力由力再平衡系统所产生的再平衡力来平衡，并由信号传感器（或经放大）输出与加速度成比例的电信号。如图所示。线加速度计按检测质量的运动方式分类，可分为摆式加速度计和轴线式加速度计、磁悬浮加速度计、静电加速度计、挠性加速度计、气浮加速度计和液浮加速度计。2、惯性传感器分类

惯性导航的优点：（1）由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统，故隐蔽性好，且不受外界电磁干扰的影响。（2）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好且噪声小。（3）可全天候地工作于空中、地面乃至地下。（4）数据更新率高，短期精度和稳定性好。3、惯性导航特点

惯性导航的缺点：（1）偏移误差，表现为陀螺仪和加速度计即使在没有旋转或加速的情况下也会有非零的数据输出。（2）比例误差，即所测量的输出和被检测输人的变化之间的比例的误差。（3）背景白噪声，该误差如果不纠正，也会导致无法再跟踪汽车的位置。（4）初始对准时间较长，每次使用前需要较长的初始对准时间。4、惯性导航系统的应用（1）全球导航卫星系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）的组合应用INS利用安装在载体上的惯性器件敏感载体的运动，输出载体的姿态和位置信息，具有很强的自主性、保密性、灵活性且机动性强，具备多功能参数输出，但是由于导航精精度随时变化，INS不能长时间单独工作，必须连续校准。

GNSS由于需要接受足够数量的卫星信号才能够实现定位，受各种物理、电磁信号等遮挡影响比较大。

4、惯性导航系统的应用（2）惯性导航系统（INS）的其他应用惯性导航系统的另一功能是辅助激光雷达、摄像头等车载局部环境感知系统，获取车辆与环境的高精度位置关系。车辆行驶过程的侧倾、俯仰、横摆等运动情况下，惯性导航系统为车载传感器提供车辆的空间位置和姿态，用于修正传感器对环境的检测，建立更加准确的环境感知。03

惯性导航系统的安装与测试惯性导航系统的安装与测试任务步骤设备工具备注实操视频步骤1惯性导航系统的品质检测惯性导航系统装配实训整车、直流电源、笔记本电脑、惯性测量单元用户手册、无纺布、绝缘垫、工作手套等1、惯性导航系统装配实训车用来检测惯性导航系统部件2、笔记本电脑用于安装组合导航相关软件和查看相关数据3、惯性导航系统用户手册用于查阅相关技术参数4、无纺布、绝缘垫、工作手套用于设备及人身安全防护

步骤2惯性导航系统的装配智能网联教学车、扭力扳手、固定螺栓、卷尺、数显水平仪、惯性导航系统专用线束、数字万用表，无纺布、安全帽、绝缘垫和工作手套等1、智能网联教学车用于惯性导航系统相关部件的装配2、扭力扳手、固定螺栓用于组合导航相关部件安装固定3、卷尺、数显水平仪用于惯性导航系统部件安装位置的测量4、惯性导航系统专用线束用于连接惯性导航系统部件及数据传输5、数字万用测量车载电源电压和区分电源正负极性6、安全帽、绝缘垫和工作手套用于人身安全

步骤3惯性导航系统测试智能网联教学车、计算平台1、智能网联教学车用于惯性导航系统测试2、计算平台用于测试惯性导航系统