用于确定机动车辆的整体俯仰度的自主方法和装置与流程

本发明涉及车灯调节技术领域，尤其涉及一种用于确定机动车辆的至少一个整体俯仰度的自主方法和装置。

背景技术：

众所周知，在某些道路条件下，通常禁止用近光灯照射太高的灯的光束路径，避免来自在相反方向上行驶的车辆造成的眩光。因此，修改光束的发射角度很有必要，特别是由于车辆中的在某些情况下特定负载分布会导致眩光，在这种情况下，更需要进行修正。

为了确定车辆的俯仰度，在机动车辆中设置至少一个或通常至少两个俯仰传感器。这种俯仰传感器通常包括连接到两个臂的测量计算元件，所述两个臂铰接并且分别连接到连接到底盘的计算元件和连接到轴的计算元件。但是，这种俯仰传感器昂贵，安装复杂并且需要大量空间。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种用于确定机动车辆沿着轨道在道路上行驶时的整体俯仰度的方法，该方法能够确定并提供特别精确的俯仰度的值并以自主方式执行。

为了校正机动车辆的光的光束路径，需要知道机动车辆相对于参考点的俯仰度的精确变化。在本发明的范围内，俯仰度(在下文中称为“整体俯仰度”)为机动车辆的底盘的纵向参考轴线与车轮的纵向参考轴线之间的角度。实际上，作为车辆中的负载分布及其悬架的函数，俯仰度可以变化，使得可以改变灯的光束路径的发射角度。

本发明的一方面，提供一种用于在沿着道路s上的轨迹行驶时确定机动车辆的至少一个整体俯仰度α的自主方法，所述整体俯仰度α为机动车辆的底盘的纵向参考轴线x2和机动车辆的车轮所在的道路的纵向参考轴线x1之间的角度，所述方法包括以下步骤：

-通过布置在底盘上的至少两个加速度计a1和a2执行的测量步骤e1，两个加速度计a1和a2被配置为分别测量机动车辆的纵向加速度和垂直加速度，测量步骤e1包括测量多对连续测量对，每对测量对包括测量的纵向加速度和测量的垂直加速度；

-由计算单元执行的计算步骤e2，其包括仅通过在测量步骤e1中测量的测量对计算机动车辆的整体俯仰度α，所述计算步骤e2考虑到垂直加速度和纵向加速度由仿射函数相关联，其仿射函数的比例系数取决于道路s的恒定斜率p上的点俯仰；

所述计算步骤e2包括一系列连续子步骤，以迭代方式执行，包括：

第一计算子步骤e23，包括通过多对测量对执行线性回归，以确定比例系数；

第二计算子步骤e24，包括根据在第一计算子步骤e23中确定的所述比例系数估计点俯仰；

第三计算子步骤e25，包括计算在第二计算子步骤e24中估计的点俯仰的估计质量值q；和

第四计算子步骤e26，包括从在先前迭代中计算和估计的估计质量值q和点俯仰的集合，进行每次迭代确定当前整体俯仰度，在最后一次迭代中计算的当前整体俯仰度即为所述整体俯仰度α。

因此，借助于本发明，可以通过计算点俯仰的估计质量值，以非常精确的方式确定机动车辆在沿轨道行驶时的整体俯仰度。此外，使用该方法可以快速确定整体俯仰度。

在其中一个实施例中，所述测量步骤e1还包括校正步骤e11，由校正模块c执行测量对的垂直加速度的校正的测量值，以便在测量步骤e2中获得并提供成对的校正的测量值。

在其中一个实施例中，所述计算步骤e2还包括选择步骤e21，由选择模块在第一计算子步骤e23之前执行，所述选择步骤e21包括从在测量步骤e1中测量的所述测量对中选择多个连续测量对以形成数据集，所述数据集由一个或多个预定选择标准确定。

在其中一个实施例中，连续测量对的数据集的选择标准或标准包括以下标准中的至少一个：

-连续测量对的数量大于预定的测量对的数量；

-连续测量对的时间范围短于预定时间限制的时间范围；

-连续测量对的纵向加速度的值增加或减少；

-连续测量对的纵向加速度的值的范围大于预定的变化值；

-纵向加速度的连续测量的时间调节的容差值低于预定的容差值。

在其中一个实施例中，所述计算步骤e2包括分区步骤e22，由分区模块在选择步骤e21和第一计算子步骤e23之间执行，包括将数据组分成多个数据子集和计算每个数据子集的数据的平均值，以这种方式获得的数据的平均值在第一计算子步骤e23中用作测量对。

在其中一个实施例中，所述第四计算子步骤e26包括通过以下方式确定所述整体俯仰度α的值：

-计算点俯仰的加权平均值，每个所述点俯仰的值由相应的在第三计算子步骤e25中计算的估计质量值q加权。

在其中一个实施例中，所述计算步骤e2包括第五计算子步骤e27，其包括根据在先前迭代中计算的估计质量值q计算整体估计质量值。

因此，整体估计质量值提供关于与其相关联的整体俯仰度的测量的质量的信息。自动评估尤其可以选择是否考虑把整体俯仰度的测量作为整体估计质量值的函数，为了限制不可靠测量对于控制机动车辆的灯的后果，特别是在困难的条件。

在其中一个实施例中，所述第五计算子步骤e27包括计算所述整体估计质量值，包括以下中的至少一个：

-在第三计算子步骤e25中计算的估计质量值q的总和，或

-在第三计算子步骤e25中计算的估计质量值q的平均值。

在其中一个实施例中，在第一计算子步骤e23中执行的线性回归基于残差平方的最低p百分位数的方法。

在其中一个实施例中，所述测量步骤e1还包括过滤测量对的滤波步骤e12，由过滤器f执行，并且包括为了获得成对的滤波测量值，消除了由以下因素产生的测量对的测量中的干扰：

-来自测量单元的加速度计的统计噪声；

-来自机动车辆的发动机的振动。

在其中一个实施例中，所述测量步骤还包括通过至少一个测量陀螺仪值的陀螺仪g，在测量步骤e1中测量的所述陀螺仪值在计算步骤e2中使用，至少用于消除机动车辆在道路s上的轨迹的变化，其陀螺仪值大于预定阈值。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

-辅助计算步骤e3，包括通过在计算步骤e2中计算的机动车辆的整体俯仰度α来计算该机动车辆的灯的发光角度的校正值；和

-传输步骤e4，包括将所述校正值传输到校正机动车辆的灯的发光角度的校正计算元件。

本发明另一方面，还提供一种用于在沿着道路s上的轨迹行驶时自主地确定机动车辆的至少一个整体俯仰度α的装置，所述整体俯仰度α为机动车辆的底盘的纵向参考轴线x2和机动车辆的车轮所在的道路s的纵向参考轴线x1之间的角度，包括：

-包括至少一组加速度计an的测量单元，所述一组加速度计an包括布置在机动车辆的底盘上的至少两个加速度计a1和a2，所述两个加速度计a1和a2被配置为分别测量机动车辆的纵向加速度和垂直加速度，测量单元被配置为测量多对连续测量对，每对测量对包括测量的纵向加速度和测量的垂直加速度；

-计算单元，其被配置为仅通过由测量单元测量的测量对来计算机动车辆的整体俯仰度α，所述计算单元考虑到垂直方向加速度和纵向加速度由仿射函数相关联，其仿射函数的比例系数取决于道路s的恒定斜率p上的点俯仰；

所述计算单元包括：第一计算元件，被配置为通过多对测量对执行线性回归，以确定比例系数；第二计算元件，被配置为根据由第一计算元件确定的所述比例系数来估计点俯仰；第三计算元件，用于计算在第二计算元件中估计的点俯仰的估计质量值q；和第四计算元件，被配置为从在先前迭代中计算和估计的估计质量值q和点俯仰的集合，进行每次迭代确定当前整体俯仰度，在最后一次迭代中计算的当前整体俯仰度即为所述整体俯仰度α。

在其中一个实施例中，所述计算单元还包括：

-选择模块，被配置为从由测量单元测量的所述测量对中选择多个连续测量对以形成数据集，所述数据集由一个或多个预定选择标准确定；和-分区模块，被配置为将数据集划分为多个数据子集并计算每个数据子集的数据的平均值，以这种方式获得的数据的平均值在计算单元的第一计算元件中用作测量对。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

-辅助计算单元，其被配置为通过在所述计算单元中计算的机动车辆的整体俯仰度α来计算该机动车辆的灯的发光角度的校正值；和

-传输链路，其被配置为将所述校正值传输到至少一个校正计算元件，该校正计算元件能够校正机动车辆的灯的发光角度。

所述计算单元还包括第五计算元件，其被配置为根据在多个连续迭代中计算的估计质量值q计算整体估计质量值。

在其中一个实施例中，所述测量单元还包括以下元件中的至少一个：-第三加速度计a3，被配置为测量横向加速度，该横向加速度与所述垂直加速度和纵向加速度正交；

-至少一个陀螺仪g。

本发明的又一方面，还提供一种用于校正机动车辆的灯的发光角度的校正系统，包括根据如上所述的装置，以及至少一个能够校正灯的发光角度的校正计算元件。

本发明的再一方面，还提供一种用于机动车辆的灯，包括至少一个如上所述用于校正发光角度的系统。

【附图说明】

-图1为本发明提供的一实施例的装置的示意图；

-图2为本发明提供的一实施例的机动车辆的示意图，图中示出了沿着斜坡行驶的机动车辆，本发明的一实施例应用于该斜坡上；

-图3为本发明提供的一实施例的关于俯仰度的波动的示意图；

-图4为本发明提供的一实施例的方法的示意图；

-图5为本发明提供的一实施例的机动车辆的垂直加速度的行为作为纵向加速度的函数示意图；和

-图6为本发明提供的一实施例的估计质量值和整体俯仰度的点俯仰随时间演变的示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地描述。

图1示意性地示出的本发明的装置1被配置成确定(至少一个)俯仰度α，如图2所示为机动车辆2的整体俯仰度，并且装置1校正相对于参考点的俯仰度的变化。

进一步地，如下所述，该信息(整体俯仰度α)尤其可以用于执行机动车辆2的灯3的光束路径的校正。

如图2所示，具体到本实施方式中，整体俯仰度α为车轮的车轮所在的道路的纵向参考轴线x1(为下面的“道路的纵向参考轴线”)与机动车辆2的底盘的纵向参考轴线x2之间的角度。一般而言，应注意的是，包括乘客舱4的机动车辆2的底盘经由悬架系统连接到由接触道路s的车轮5提供的轴。当轴和底盘分别水平定位时，纵向参考轴线x1和x2根据水平方向限定在机动车辆2的垂直轴z2的垂直对称平面中。当整体俯仰度α为零或在垂直对称平面中以与整体俯仰度α相对应的角度成角度地间隔开时，底盘的纵向参考轴线x2和道路的纵向参考轴线x1可能会混淆，正如图2所示的那样。

在图2的示例中，机动车辆2沿着箭头e所示的方向的轨迹在道路s上行驶。道路s相对于水平面(向上)倾斜的角度为角度p，相对于水平线h称为斜率。

根据本发明，如图1所示，所述装置1包括：

-包括一组加速度计an的测量单元6。所述一组加速度计an包括至少两个连接到机动车辆2的底盘的加速度计a1和a2。两个加速度计a1和a2被配置为分别测量所谓的纵向加速度ax(其根据对应于纵向参考轴线x2的轴x限定)和所谓的垂直加速度az(根据与机动车辆2的垂直对称平面中的轴线x正交的轴z定义)。此外，测量单元6被配置为测量多对连续测量对，每对测量对包括由加速计a1测量的至少一个纵向加速度ax和由加速度计a2测量的一个垂直加速度az；和

-计算单元7，其通过链路8连接到测量单元6，并且被配置为通过由测量单元6执行的测量来计算机动车辆2的整体俯仰度α。

两个加速度计a1和a2基本上以刚性方式正交地布置在机动车辆2的底盘上。

如图2所示，沿着轨迹在道路s上处于行驶阶段的机动车辆2受到包括纵向加速度ax和垂直加速度az的二维加速度纵向加速度ax和垂直加速度az由加速度计a1和a2测量，并分别验证以下等式：

其中参数表示机动车辆2的重心g与道路s之间的距离zg的双倍时间导数。在驱动阶段，参数取决于机动车辆2的悬架系统及其加速度γ。

cos，sin和tan分别是余弦，正弦和正切函数。

因此，纵向加速度ax和垂直加速度az通过以下表达式链接：

如图3所示，整体俯仰度α在俯仰值α0附近波动。这些波动δα可能由机动车辆2的加速度、机动车辆2的减速度和/或道路s的斜率p的值的变化引起。整体俯仰度α验证以下关系：

α＝α0+δα

其中δα＝μg·(γ+sinp).参数μg尤其取决于机动车辆2的质量，并且表示悬架系统的效果。参数μg的值是已知的，并且尤其可以由汽车制造商提供。该参数μg呈现在垂直加速度az和纵向加速度ax之间的非线性关系中：

如图1所示，具体到本实施方式中，测量单元6包括校正模块c，所述校正模块c被配置为校正垂直加速度az的值，以便由测量单元6测量的多对测量对的值包括校正的垂直加速度和纵向加速度ax。校正后的垂直加速度和纵向加速度ax通过仿射函数通过取决于俯仰度α0的比例系数链接在一起，如下所示：

此外，测量单元6包括滤波模块f，其执行由校正模块c提供的测量对的滤波。该滤波模块f被配置为消除测量对中的干扰并提供成对的滤波测量。相应的干扰，例如，对应于由机动车辆2的发动机振动引起的频率共振现象。干扰还可以源自加速度计a1和a2执行的测量的统计噪声。干扰还可以源于机动车辆中的乘客的存在或者来自道路的状况。为此，滤波模块f包括中间滤波器或巴特沃斯滤波器。

此外，测量单元6还包括至少一个用于测量陀螺仪值的陀螺仪g。在一个实施例中，所述陀螺仪值对应于角速度，其值与阈值比较，例如0.12弧度/秒。当角速度的值大于所述阈值时，测量单元6推断出道路s上的机动车辆2的轨迹根据垂直轴和/或纵轴快速变化。轨迹的这些变化尤其对应于环形交叉口处的曲线，减速带......测量单元6消除由加速度计a1和a2同时测量的成对的连续测量值，其表示这种类型的轨迹变化。当由陀螺仪g测量的角速度的值小于或等于阈值时，测量单元6保持由加速度计a1和a2同时测量的测量对。

在一个实施例中，计算单元7包括选择模块9和连续布置的分区模块10。选择模块9被配置为从由测量单元6的滤波模块f滤波的多对测量对中选择多对测量值，以便形成数据集。

数据集的形成取决于一个或多个预定的选择标准。因此，形成数据集的连续滤波测量对的数量必须大于预定测量对的数量。以非限制性方式，预定测量对的数量大于或等于30。

此外，数据集包括在短于预定时间限制的时间范围内由测量单元6测量的成对的滤波测量值。举例来说，时间限制是20秒。

此外，例如，测量单元6保持的连续测量对的纵向加速度的值必须增加，这个条件意味着一个正的加加速度(从加速度导出)。由测量单元6保持的连续测量对的纵向加速度值也可以全部减小，在这种情况下，这种情况意味着负的加速度。另外，连续测量对的纵向加速度ax的值的范围必须大于预定的变化值，所述预定变化在0.01g和0.1g之间。该选择标准使得可以确保连续测量对的加速度值的变化不是由于该组加速度计an的结构问题引起的。

此外，纵向加速度ax的连续测量的时间规律性的容差值必须低于预定的容差值，所述容差值在0.01秒和0.2秒之间。该选择标准意味着数据集可以由测量单元6没有以连续方式测量的测量对形成。该容差使得可以调整数据集的数量，计算单元7从该数据集的数量精确地计算整体俯仰度α作为其数字资源的函数。

分区模块10被配置为将数据集划分为特定数量np的数据子集，每个数据子集包括多对过滤后的测量值。分区模块10还被配置为计算每个数据子集的校正垂直加速度的平均值和纵向加速度ax的平均值。以这种方式获得的平均垂直校正加速度和纵向加速度ax然后形成计算单元7用作测量对的数据。

在优选实施例中，计算单元7认为对应的校正垂直加速度和纵向加速度ax通过仿射关系链接：

其中系数表示直线l的斜率，前述仿射关系的图形表示(参见图5)。

计算单元7包括计算元件11，其被配置为借助于由分区模块10提供的数据执行简单的线性回归计算。线性回归的计算基于残差平方的最低p百分位数的方法，其包括计算直线l的系数a和b(参见图5)，其中数据的百分比p％的百分位数最小化数据残差的平方。在一个实施例中，该百分位数对应于p的值等于50％，该方法对应于平方残差的最低中值的方法。在另一个实施方案中，该百分位数被70％取代，该方法对应于最低70％的平方残差的方法。

计算单元7还包括计算元件12，其被配置为通过关系从系数a和参数μg的值估计所谓的俯仰度。

计算单元7还包括计算元件13，其被配置为计算由计算元件12估计的点俯仰的估计质量值q。估计质量值q与由分区模块10提供的子集数量np的增加函数和剩余残差δ的中值的绝对值的最大值的递减函数成比例。

此外，计算单元7的计算元件13向计算单元7的计算元件14提供点俯仰的估计质量值q以及对应的点俯仰的值。然后，计算元件14被配置为根据在先前迭代期间获得的点俯仰度的加权平均值来计算整体俯仰度α，该点俯仰度通过与它们相关联的估计质量q的值来加权。

以上由计算单元7指定的方式确定的整体俯仰度α可以通过链路15(图1)发送到计算元件或用户系统。

另外，计算单元7的计算元件13将估计质量值q提供给计算单元7的计算元件21。计算元件21被配置为在定义的迭代次数之后根据估计质量值q计算整体估计质量值。举例来说，整体估计质量值对应于20次迭代之后的估计质量值q的总和。整体估计质量值还可以对应于在限定数量的操作之后的估计质量值q的平均值。

此外，如图1所示，具体到本实施方式中，装置1还包括：

-辅助计算单元17，用于计算机动车辆2的灯3的俯仰度的校正值(图1)。为此，辅助计算单元17使用由计算单元7计算的机动车辆2的整体俯仰度α，其通过链路16接收；和

-传输链路18，被配置用于将所述校正值传输到至少一个通常的校正计算元件19，其能够根据所述校正值校正灯3的俯仰度。

辅助计算单元17可以集成到计算单元7中。

具体到本实施方式中，测量单元6还包括加速度计a3，其被配置为测量横向加速度ay。根据定义，所述横向加速度ay根据与轴x2和z2正交的y轴(未示出)测量。

装置1可以形成校正系统20的一部分，该校正系统20部分地在图1中示出并且被设计成以自动和自动的方式校正机动车辆2的灯3的俯仰度。

校正系统20另外包括装置1，至少一个校正计算元件19能够以通常的方式借助于从所述装置1接收的校正值校正机动车辆2的灯3的俯仰度，通过传输链路18。

此外，本发明还涉及一种灯3，除了其通常的元件(光源，......)之外，还包括至少一个用于校正俯仰的系统20。

此外，具体到本实施方式中，加速度计a1、a2和a3是微机电系统(mems)。具体地，加速度计a1、a2和a3可以以1khz的速率提供信息，并且陀螺仪g以8khz的速率提供信息。

优选地，测量单元6仅使用来自加速度计a1、a2和a3以及来自陀螺仪g的信息样本，以便不使其数字资源饱和。举例来说，借助于测量单元6的采样以50hz和200hz之间的速率执行。

此外，在优选实施例中，加速度计a1、a2和a3(或仅a1和a2)形成三轴类型(或两个轴)的相同加速度测量系统an的一部分。另外，计算单元7集成到与所述测量系统相关联的电子卡中。

如上所述，装置1以自动方式实现图4中表示的方法包括以下步骤：

-测量步骤e1，包括通过加速度计a1和a2测量随时间的多对连续测量对，每对测量对包括测量的垂直加速度az和测量的纵向加速度ax；和

-计算步骤e2，包括通过在测量步骤e1中进行的测量对计算整体俯仰度α。计算步骤e2考虑到垂直加速度az和纵向加速度ax由仿射函数相关联，对于该仿射函数，比例系数取决于整体俯仰度α。

如上所述，加速度计a1和a2分别测量纵向加速度ax和垂直加速度az，并考虑诸如机动车辆2的悬架之类的现实现象。为了获得垂直加速度az和纵向加速度ax值之间的仿射关系，在校正步骤e11中校正所获得的测量对的垂直加速度az值，特别是通过参数μg的信息，其考虑了机动车辆2的悬架的影响。

测量对包括校正的垂直加速度然后在滤波步骤e12中由滤波模块f对纵向加速度ax进行滤波，以便形成多对滤波后的测量值。具体到本实施方式中，在滤波步骤e12中使用的滤波器是中使用的滤波器是二阶滤波器或五阶滤波器。阶数滤波器可以由巴特沃斯滤波器代替。

陀螺仪g执行陀螺仪值的测量，例如角速度，与加速度计a1和a2执行的测量同时进行。如果由陀螺仪g测量的角速度大于预定阈值，则从多对滤波测量值中消除对应于由加速度计a1和a2执行的测量的测量对。相反，如果由陀螺仪g测量的角速度低于预定阈值，则保持对应于由加速度计a1和a2执行的测量的测量对。在选择步骤e21期间，选择模块9选择滤波测量对中的一些滤波测量对，这取决于它们是否满足上面详述的选择标准的至少一个选择标准。选择标准彼此独立。

以迭代方式执行以下步骤：

在分区步骤e22中，经过滤波和选择的测量对形成由分区模块10划分为多个数据子集np的数据集。然后，平均值由每个子集的滤波测量对的值形成。所述分区步骤e22使得可以减少在计算步骤e2中要处理的数据p1和p2(图5)的音量。数据子集的数量np由形成数据集的测量对的总数以及纵向加速度ax的最大值范围确定。

然后，计算步骤e23，对校正的垂直平均加速度和纵向平均加速度ax，其形成在分割步骤e22之后获得的数据集，执行简单线性回归。该计算步骤e23基于最小化数据p2的平方残差的p百分位数的方法。举例来说，该p百分位数可以表示中值，它也可以是70％。如图5所示，该方法寻找直线l的系数a和b，其最小化70％数据的平方残差(黑色方块p1)。因此，不考虑30％的数据(白色方块p2)。平方残差的最低中值的方法使得通过减少所谓的异常数据的影响可以精确地得到结果。例如，当机动车辆2在道路s上停止时或者当道路s具有陡峭坡度时，异常数据是针对相同的纵向加速度ax值的校正垂直加速度值的累积。计算步骤e23还确定与平方残差δ²的最大差值。

然后，通过关系式从计算步骤e24中的比例系数a的结果中减去点俯仰的值。点状连续俯仰的值由图6中的环表示。

在计算步骤e25期间，计算在先前计算步骤e24中估计的点俯仰的估计质量值q。如上所述，估计质量值q是从在分区步骤e22期间确定的数据子集np的数量以及从平方残差δ²的最大差值获得的。

在计算步骤e26中，计算在先前步骤e24中估计的点俯仰的加权平均值，每个点俯仰的值由相应的估计质量值q加权。加权平均的结果是整体俯仰度α(图6中的点或黑色方块)。

通过前面的连续步骤的每次迭代获得的加权平均的结果是整体俯仰度α被发送到辅助计算单元17，辅助计算单元17在辅助计算步骤期间使用所接收的整体俯仰度α的值来计算该机动车辆2的灯3的发光角度的校正值。

此外，在计算步骤e27期间，计算在计算步骤e25中计算的若干估计质量值q的和。估计质量值q的数量对应于定义的迭代次数。举例来说，该定义的迭代次数可以等于20。估计质量值之和q的结果表示整体估计质量值。

此外，所述方法还包括：

-辅助计算步骤e3，包括通过在计算步骤e2中计算的机动车辆2的整体俯仰度α来计算该机动车辆2的灯3的发光角度的校正值；和

-传输步骤e4，包括将所述校正值传输到校正机动车辆2的灯3的发光角度的校正计算元件19。