重力加速度傳感器簡介

GV-sensor就是重力傳感器的意思，全稱GRAVITY Sensor。它能夠感知到加速力的變化，加速力就是當物體在加速過程中作用在物體上的力，比如晃動、跌落、上升、下降等各種移動變化都能被GV-sensor轉(zhuǎn)化為電信號，然后通過微處理器的計算分析后，就能夠完成程序設(shè)計好的功能，內(nèi)置了GV-sensor的MP3播放器就能根據(jù)使用者的甩動方向，前后更換歌曲，放進衣袋的時候也能夠計算出使用者的前進步伐。個別高端筆記本例如IBM高端系列也內(nèi)置了GV-sensor，在感知發(fā)生劇烈加速度時（如開始跌落），立即保護硬盤，避免硬盤損害。

數(shù)字輸出（I2C）

3毫米x3毫米x1.0毫米DFN封裝

低功耗

低電壓操作：1.8 V - 3.5 V

可配置數(shù)據(jù)輸出速率：1-120次采樣/秒

自動喚醒/自動休眠功能來降低功耗

方向檢測：橫向/縱向、正面/反面識別

振動識別和脈沖識別

可靠的設(shè)計、高抗震性（10,000g）

符合RoHS規(guī)定

環(huán)保產(chǎn)品

低成本

一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法專利目的

《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》的目的就是為了克服專利背景中相關(guān)技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法，用于解決2013年前激光平整度檢測車價格昂貴且檢測工序繁瑣的問題。

一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法技術(shù)方案

《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》包括以下步驟：

（1）確定檢測車速、重力加速度傳感器及其采樣頻率；

（2）采用不同車型的測試車輛在不同路面平整度道路行駛，獲取重力加速度傳感器的重力加速度值；

（3）對采集到的重力加速度值進行傅里葉變換，得到功率譜密度；

（4）建立同種車型的功率譜密度與IRI的擬合模型；

（5）對不同車型的功率譜密度與IRI的擬合模型進行普通適用性檢驗；

（6）消除不同車型對于擬合模型的影響，得到功率譜密度與IRI的通用擬合模型；

（7）根據(jù)通用擬合模型以及采集到的重力加速度值，進行路面平整度檢測。

所述的重力加速度傳感器為三軸加速度傳感器。

步驟（6）消除不同車型對于擬合模型的影響的具體方法為：首先計算車輛靜止時的平均功率譜密度的值，然后利用車輛行駛時平均功率譜密度的值減去其靜止時的平均功率譜密度的值，得到通用擬合模型中的功率譜密度。

一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法改善效果

《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》通過重力加速度傳感器采集的不同車型的數(shù)據(jù)進行建模分析，消除測試車型對模型的影響，建立通用性檢測方法和檢測模型，可以解決2013年前激光平整度檢測車價格昂貴且檢測工序繁瑣的問題。

《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》涉及一種檢測方法，尤其是涉及一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法。

• 實施例

如圖1所示，《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》包括以下步驟：

（1）確定檢測車速，并且選定重力加速度傳感器及其采樣頻率；

（2）采用不同車型的測試車輛在不同路面平整度道路行駛，在行駛過程中獲取重力加速度傳感器的重力加速度值。在行車的過程中，路面的這種不平度會激起汽車的振動，汽車的振動必然將會產(chǎn)生上下顛簸的垂直加速度，即Z軸的重力加速度，其Z軸重力加速度的大小反應(yīng)的汽車顛簸的大小，從而間接的反應(yīng)出路面不平整的情況。重力加速度傳感器的選取以及所需的采樣頻率的確定在路面平整度檢測中十分重要，根據(jù)實際需要，選取重力加速度傳感器量程為±10克，精度為0.001克，所選采樣頻率為10赫茲。

一般道路縱向的不平整要遠大于其橫向的不平整，車輛縱向的傾覆和轉(zhuǎn)動不能忽略，但可以近似認為道路沿橫向是平整的，并可假設(shè)車輛左右對稱。另外，雙軸車輛占公路上行駛車輛的大多數(shù)，因此，宜以雙軸車輛作為代表車型，由于左右對稱可取其一半作為研究對象，借鑒1/4車輛模型原理，將重力加速度傳感器置于后軸上方。

根據(jù)對振動方程的分析，隨著車速的增大，加權(quán)加速度均方根值在增大，但增速在降低，因此，選用各等級公路或城市道路的設(shè)計速度，作為測試車速。

選取具有代表性的不同路面平整度的道路，精密水準儀或激光平整度車實測路面平整度指數(shù)IRI。在代表性道路上，利用不同車型的雙軸車輛以設(shè)計車速行駛，采集Z軸重力加速度值。

（3）對采集到的重力加速度值進行傅里葉變換，得到功率譜密度。

功率譜密度是結(jié)構(gòu)在隨機動態(tài)載荷激勵下響應(yīng)的統(tǒng)計結(jié)果，是一條功率譜密度值—頻率值的關(guān)系曲線，其中功率譜密度可以是加速度功率譜密度、位移功率譜密度、速度功率譜密度、力功率譜密度等形式。

在汽車駕駛過程中，道路不平整會造成車輛的振動，在每一次上下振動當中，重力一直沿著豎直方向做功，產(chǎn)生能量的變化，且功率譜密度只與信號的幅度譜有關(guān)，與相位譜無關(guān)，能夠獲得信號的幅度信息，因此通過功率譜密度函數(shù)能夠表示出路面平整度能量在空間頻域上的分布，它刻畫出路面平整度的結(jié)構(gòu)。

從功率譜密度函數(shù)不僅可以了解路面波的結(jié)構(gòu)，還能反映出路面的總體特征，功率譜密度變化幅度大的地方代表此位置的道路不平整越加明顯，道路的質(zhì)量低。但是，信號隨機過程的每一個實現(xiàn)是不可預(yù)測的，某一實現(xiàn)的功率譜密度不能作為過程的功率譜密度，隨機過程功率譜密度看做每一實現(xiàn)的功率譜密度的統(tǒng)計平均，得到一段道路的平均功率譜密度，作為該道路的行駛過程中道路不平整的間接表現(xiàn)，從而反映道路的具體特征。

依靠matlab軟件，對每一代表性道路所測得到行駛車輛在數(shù)值方向上的加速度的數(shù)值進行上述傅里葉變換之后得到平均功率譜密度。

（4）選取同種車型的功率譜密度與IRI進行擬合分析，建立同種車型的功率譜密度與IRI的擬合模型；

（5）對不同車型的功率譜密度與IRI的擬合模型進行普通適用性檢驗；

（6）由于選用車型差距較大的兩種車型的模型進行比較，對于不同的車型，雖然其函數(shù)的形式很相近，但是在使用時需要對函數(shù)的參數(shù)進行標定，因此不具有很好的通用性，所以消除不同車型對于擬合模型的影響，得到功率譜密度與IRI的通用擬合模型。

由于三軸重力加速度傳感器測量得到的是車輛自身振動和路面不平整引起車輛振動的疊加，因此，首先計算車輛靜止時的平均功率譜密度的值，然后利用車輛行駛時平均功率譜密度的值減去其靜止時功率譜密度的值，通用擬合模型中的功率譜密度，即表示路面不平整引起的車輛振動。

（7）根據(jù)通用擬合模型以及采集到的重力加速度值，進行路面平整度檢測。

采用《一種基于重力加速度傳感器的路面平整度檢測方法》對上海市域范圍內(nèi)的實際路段進行了平整度檢測，選取有代表性的路段38條，其平整度指標分布在1-10之間，市內(nèi)道路行駛車速選擇為40千米/小時，公路行駛車速按照其設(shè)計車速為60千米/小時或80千米/小時，選取重力加速度傳感器量程為±10克，精度為0.001克，所選采樣頻率為10赫茲，同時選用兩個傳感器消除儀器誤差后，固定于車內(nèi)后軸上方，往返測量三次，取其重力加速度的平均值。測試車型選用別克凱越三廂車，以及福特江鈴測試車。

以福特江鈴測試車為例，采用matlab軟件，對每一代表性道路所測得到行駛車輛在數(shù)值方向上的加速度的數(shù)值進行上述傅里葉變換之后得到平均功率譜密度，見表1，將其功率譜密度與IRI進行擬合分析，擬合曲線見圖2。

分別擬合兩種車型的重力加速度功率譜密度以及國際平整度指數(shù)IRI模型，見圖3，從兩個擬合模型中可以發(fā)現(xiàn)其函數(shù)的形式也有很大的近似性，但由于車型的影響，兩條曲線沒能很好的重合到一起，因此首先計算車輛靜止時的平均功率譜密度的值，然后利用車輛行駛時平均功率譜密度的值減去其靜止時功率譜密度的值，建立其與IRI之間的通用擬合模型如圖4所示。

然后采用兩種車型，測量不同代表性路段行駛時的重力加速度值，用圖4的通用擬合模型，計算其IRI值。利用該種方法測得IRI值與IRI實際值的相關(guān)系數(shù)為0.9642，可以很好的滿足實際測量的需求。