实现融合来自惯性传感器的数据的算法的计算系统和方法与流程

本公开涉及一种计算系统以及由该计算系统所实现的方法，用于计算在该计算系统的多个操作状况中该计算系统的相应硬件元件之间的角度。

背景技术

如图1中图示的，已知类型的便携式计算设备1(例如，笔记本电脑)通常由两个功能块2、4形成，其中功能块2容纳显示器2a，而功能块4容纳键盘4a以及计算和存储器单元4b、4c。功能块2和4借助枢轴6而耦合在一起，枢轴6被配置为允许功能块2相对于功能块4进行旋转移动。在功能块2的表面(对应于显示器2a)和功能块4的表面(对应于键盘4a)之间形成的角度αlid被称为张开角度或“盖子角度”。按照惯例，当功能块4的表面平行于并直接面向功能块2的表面时，角度αlid等于0度；而当功能块4的表面平行于功能块2的表面但是以相反方向定位时等于360度。

角度αlid的大小通常被用于控制计算设备的一个或多个操作，诸如以适应或修改由显示器或屏幕2a显示的用户界面，以便改善使用便携式计算设备1的体验，例如，使体验更加用户友好化。

随着诸如平板电脑、智能电话等的便携式设备的普及，被可操作地耦合到这些便携式设备的诸如便携式设备外部的键盘之类的附件使用得越来越多，这些附件例如被包含在便携式设备的盖件中并借助无线连接被连接到便携式设备。这些盖件配备有用于支撑/保持便携式设备的装置，从而使得这些便携式设备的更多使用体验类似于使用图1中所示类型的笔记本电脑的体验。此外，在这种情况下，类似于参考图1中所描述的，测量便携式设备的显示器与所考虑的例如键盘的附件的上表面之间形成的角度αlid是有用的。因此，可以基于角度αlid的值来适应或个性化笔记本电脑1(或所使用的便携式设备)的用户界面或特定配置，从而改善使用便携式设备的体验并且为其使用提供新的可能性。

用于检测角度αlid的已知方法设想使用安装在功能块2中的加速度计和安装在功能块4中的加速度计。这些加速度计提供表示重力相对于以所述加速度计为中心的坐标系的方向的数据，从而使得可以标识功能块2相对于功能块4的位置。然而，仅基于由重力提供的信息的已知方法可能难以提供对于便携式设备的所有方位和空间布置有用的指示，并且还经受会使得测量不准确或错误的环境振动刺激。

技术实现要素：

实施例促使提供没有已知技术的缺点的计算系统和对应方法。

在一个实施例中，一种计算系统包括：具有第一加速度计和第一陀螺仪的第一硬件元件；具有第二加速度计和第二陀螺仪的第二硬件元件，其中所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件是可移动的，并且在操作中，所述第一加速度计、所述第二加速度计、所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成相应的测量信号；以及被可通信地耦合到所述第一硬件元件和第二硬件元件的处理电路，并且所述处理电路在操作中：根据由所述第一加速度计、所述第二加速度计、所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的所述测量信号，递归地生成指示所述第一硬件元件和第二硬件元件的相对方位的结果信号；并根据所述结果信号生成一个或多个控制信号以控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，所述处理电路在操作中根据指示所述测量信号的可靠性的加权，将所述结果信号生成为指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件的所述相对方位。在一个实施例中，处理电路在操作中根据由所述第一加速度计和所述第二加速度计生成的测量信号，生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；根据由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的测量信号，生成指示所述角度的第二中间信号；并且将所述结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和。在一个实施例中，所述第一硬件元件包括第一用户界面，并且所述第二硬件元件包括第二用户界面。在一个实施例中，所述第一用户界面和所述第二用户界面分别定义第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面在所述计算系统的第一操作状况中直接彼此面对，并且其中：所述第一加速度计是具有第一检测轴、第二检测轴和第三检测轴的三轴加速度计，所述第一加速度计被配置为检测在与所述第一操作状况中的所述第一表面和所述第二表面平行的水平面之外的、所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件的加速度，由第一加速度计生成的所述信号包括沿着第一加速度计的所述第一检测轴、所述第二检测轴和所述第三检测轴的加速度值，所述第二加速度计是具有第一检测轴、第二检测轴和第三检测轴的三轴加速度计，所述第二加速度计被配置为检测在所述水平面之外的、所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件的加速度，由所述第二加速度计生成的所述信号包括沿着所述第二加速度计的所述第一检测轴、所述第二检测轴和所述第三检测轴的加速度值。在一个实施例中，在所述计算系统的第二操作状况中，所述第一表面与所述第二表面成直角，并且其中：在所述第一操作状况中，只有所述第一加速度计的所述第一检测轴经受重力加速度，并且在所述第二操作状况中，只有所述第一加速度计的所述第二检测轴经受重力加速度，所述处理电路在操作中根据在第三操作状况中沿着所述第一加速度计的所述第三检测轴检测到的加速度值，调节被分配给所述第一中间信号的加权和被分配给所述第二中间信号的加权，在所述第三操作状况中所述第一加速度计的所述第三检测轴经受重力加速度。在一个实施例中，在所述第一操作状况中，所述第一加速度计的所述第一检测轴平行于重力加速度矢量，而所述第一加速度计的所述第二检测轴和所述第三检测轴垂直于所述重力加速度矢量；并且在所述第二操作状况下，所述第一加速度计的所述第二检测轴平行于所述重力加速度矢量，而所述第一加速度计的所述第一检测轴和所述第三检测轴垂直于所述重力加速度矢量。在一个实施例中，所述第一中间信号的生成包括执行操作：

其中，az1是由所述第一加速度计沿着所述第一加速度计的所述第一检测轴检测到的加速度值，ay1是由所述第一加速度计沿着所述第一加速度计的所述第二检测轴检测到的加速度值，az2是由所述第二加速度计沿着所述第二加速度计的所述第一检测轴检测到的加速度值，并且ay2是由所述第二加速度计沿着所述第二加速度计的所述第二检测轴检测到的加速度值。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是大于零且小于1的加权因子。在一个实施例中，在第一操作状况中，所述第一加速度计的所述第三检测轴相对于重力加速度矢量形成不同于90°的角度，并且所述加权因子k的值是所述第一加速度计的所述第三检测轴与所述重力加速度矢量之间的角度的函数。在一个实施例中，将所述结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和包括实现由下式定义的递归互补滤波器：

vαlid(t)＝k·vαlid_acc(t)+(1-k)·(δα+vαlid(t-1))

其中：

vαlid(t)是所述角度(αlid)的当前值；

k是指示所述测量信号的可靠性的加权，所述测量信号指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件的相对方位；

vαlid_acc(t)是所述第一中间值；

δα是根据分别由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪测量的角速率的第一值(ω1)和第二值(ω2)而获得的角度变化；和

vαlid(t-1)是所述角度的前一值。

在一个实施例中，所述处理电路包括互补滤波器，所述互补滤波器在操作中对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的所述信号分别包括第一角速率信号和第二角速率信号，并且计算所述第二中间信号的所述操作包括将根据所述第一角速率信号和所述第二角速率信号而获得的角度变化添加到所述结果信号。在一个实施例中，在当前时刻(t)的所述角度变化(δα)由下式给出：

δα＝(ωx1-ωx2)·dt

其中，ω1是第一角速率值，ω2是第二角速率值，并且dt对应于由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的信号的采集或采样时间。在一个实施例中，所述一个或多个控制信号调整所述第一用户界面的操作或功能特性。在一个实施例中，所述第一用户界面是屏幕、键盘、平板电脑、智能电话中的一个。

在一个实施例中，一种设备包括：一个或多个存储器；和处理电路，所述处理电路被可通信地耦合到所述一个或多个存储器，其中所述处理电路在操作中：根据与计算系统的第一硬件元件相关联的第一加速度计信号、与计算系统的第二硬件元件相关联的第二加速度计信号、与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，递归地生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件的相对位置的结果信号；以及根据所述结果信号，生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，所述处理电路在操作中根据指示所述第一加速度计信号、所述第二加速度计信号、所述第一陀螺仪信号和所述第二陀螺仪信号的可靠性的加权，生成所述结果信号。在一个实施例中，所述处理电路在操作中：根据所述第一加速度计信号和所述第二加速度计信号，生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；根据所述第一陀螺仪信号和所述第二陀螺仪信号，生成指示所述角度的第二中间信号；以及将所述结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是加权因子。在一个实施例中，所述一个或多个控制信号调整用户界面的操作或功能特性。在一个实施例中，所述设备包括：所述第一硬件元件，其中所述第一硬件元件包括所述第一加速度计和所述第一陀螺仪；以及所述第二硬件元件，其中所述第二硬件元件包括所述第二加速度计和所述第二陀螺仪。

在一个实施例中，一种方法包括：根据与计算系统的第一硬件元件相关联的第一加速度计信号、与计算系统的第二硬件元件相关联的第二加速度计信号、与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，使用信号处理电路递归地生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件的相对位置的结果信号；以及根据所述结果信号，生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，递归地生成所述结果信号包括：基于与所述第一硬件元件相关联的所述第一加速度计信号和与所述第二硬件元件相关联的所述第二加速度计信号，生成指示所述第一硬件元件与所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于与所述第一硬件元件相关联的所述第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的所述第二陀螺仪信号，生成指示所述角度的第二中间信号；以及将所述结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。

在一个实施例中，一种非瞬态计算机可读介质，所述计算机可读介质具有致使设备的处理电路执行方法的内容。所述方法包括：根据与设备的第一硬件元件相关联的第一加速度计信号、与设备的第二硬件元件相关联的第二加速度计信号、与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，递归地生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件的相对位置的结果信号；以及根据所述结果信号，生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，递归地生成结果信号包括：基于与所述第一硬件元件相关联的所述第一加速度计信号和与所述第二硬件元件相关联的所述第二加速度计信号，生成指示所述第一硬件元件与所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于与所述第一硬件元件相关联的所述第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的所述第二陀螺仪信号，生成指示所述角度的第二中间信号；以及将所述结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和。在一个实施例中，所述内容包括指令，所述指令在由所述设备的所述处理电路执行时致使所述处理电路执行所述方法。

在一个实施例中，一种计算系统包括：具有第一加速度计和第一陀螺仪的第一硬件元件；具有第二加速度计和第二陀螺仪的第二硬件元件，其中所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件是可移动的；以及被可通信地耦合到所述第一硬件元件和第二硬件元件的处理电路，并且所述处理电路在操作中：基于由所述第一加速度计和所述第二加速度计生成的信号，生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的信号，生成指示所述角度的第二中间信号；将指示所述角度的结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和；以及基于所述结果信号生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，所述第一硬件元件包括第一用户界面，并且所述第二硬件元件包括第二用户界面。在一个实施例中，所述第一用户界面和所述第二用户界面分别定义第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面在所述计算系统的第一操作状况中彼此直接面对，并且其中：所述第一加速度计是具有第一检测轴、第二检测轴和第三检测轴的三轴加速度计，所述第一加速度计被配置为检测在与所述第一操作状况中的所述第一表面和所述第二表面平行的水平面之外的、所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件的加速度，由第一加速度计生成的所述信号包括沿着第一加速度计的所述第一检测轴、所述第二检测轴和所述第三检测轴的加速度值，所述第二加速度计是具有第一检测轴、第二检测轴和第三检测轴的三轴加速度计，所述第二加速度计被配置为检测在所述水平面之外的、所述第一硬件元件相对于所述第二硬件元件的加速度，由所述第二加速度计生成的所述信号包括沿着所述第二加速度计的所述第一检测轴、所述第二检测轴和所述第三检测轴的加速度值。在一个实施例中，在所述计算系统的第二操作状况中，所述第一表面与所述第二表面成直角，并且其中：在所述第一操作状况中，只有所述第一加速度计的所述第一检测轴经受重力加速度，并且在所述第二操作状况中，只有所述第一加速度计的所述第二检测轴经受重力加速度，所述处理电路在操作中基于在第三操作状况中沿着所述第一加速度计的所述第三检测轴检测到的加速度值，调节被分配给所述第一中间信号的加权和被分配给所述第二中间信号的加权，在所述第三操作状况中所述第一加速度计的所述第三检测轴经受重力加速度。在一个实施例中，在所述第一操作状况下，所述第一加速度计的所述第一检测轴平行于重力加速度矢量，而所述第一加速度计的所述第二检测轴和所述第三检测轴垂直于所述重力加速度矢量；并且在所述第二操作状况下，所述第一加速度计的所述第二检测轴平行于所述重力加速度矢量，而所述第一加速度计的所述第一检测轴和所述第三检测轴垂直于所述重力加速度矢量。在一个实施例中，其中所述第一中间信号的生成包括执行操作：

其中，az1是由所述第一加速度计沿着所述第一加速度计的所述第一检测轴检测到的加速度值，ay1是由所述第一加速度计沿着所述第一加速度计的所述第二检测轴检测到的加速度值，az2是由所述第二加速度计沿着所述第二加速度计的所述第一检测轴检测到的加速度值，并且ay2是由所述第二加速度计沿着所述第二加速度计的所述第二检测轴检测到的加速度值。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是大于零且小于1的加权因子。在一个实施例中，加权因子k的值小于0.2。在一个实施例中，在第三操作状况中，所述第一加速度计的所述第三检测轴相对于重力加速度矢量形成不同于90°的角度，并且所述加权因子k的值是所述第一加速度计的所述第三检测轴与所述重力加速度矢量之间的角度的函数。在一个实施例中，由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的所述信号分别包括第一角速率信号和第二角速率信号，计算所述第二中间信号的所述操作包括将根据所述第一角速率信号和所述第二角速率信号而获得的角度变化添加到所述结果信号。在一个实施例中，在当前时刻(t)的所述角度变化(δα)由下式给出：

δα＝(ωx1-ωx2)·dt

其中，ω1是第一角速率值，ω2是第二角速率值，并且dt对应于由所述第一陀螺仪和所述第二陀螺仪生成的信号的采集或采样时间。在一个实施例中，所述一个或多个控制信号调整所述第一用户界面的操作或功能特性。在一个实施例中，所述第一用户界面是屏幕、键盘、平板电脑、智能电话中的一个。

在一个实施例中，一种设备包括：一个或多个存储器；和处理电路，所述处理电路被可通信地耦合到所述一个或多个存储器，其中，所述处理电路在操作中：基于与第一硬件元件相关联的加速度计信号和与第二硬件元件相关联的加速度计信号，生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，生成指示所述角度的第二中间信号；将指示所述角度的结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和；以及基于所述结果信号生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，所述设备包括：所述第一硬件元件，其中所述第一硬件元件包括所述第一加速度计和所述第一陀螺仪。在一个实施例中，所述设备包括所述第二硬件元件，其中所述第二硬件元件包括所述第二加速度计和所述第二陀螺仪。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是大于零且小于1的加权因子。

在一个实施例中，一种方法包括：基于与第一硬件元件相关联的加速度计信号和与第二硬件元件相关联的加速度计信号，使用处理电路生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，使用所述处理电路生成指示所述角度的第二中间信号；使用所述处理电路将指示所述角度的结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和；以及基于所述结果信号，使用所述处理电路生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，生成所述结果信号包括对所述第一中间信号应用低通滤波并且对所述第二中间信号应用高通滤波。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是大于零且小于1的加权因子。

在一个实施例中，一种非瞬态计算机可读介质的内容致使设备的处理电路执行方法，所述方法包括：基于与第一硬件元件相关联的第一加速度计信号和与第二硬件元件相关联的第二加速度计信号，生成指示所述第一硬件元件和所述第二硬件元件之间的角度的第一中间信号；基于与所述第一硬件元件相关联的第一陀螺仪信号和与所述第二硬件元件相关联的第二陀螺仪信号，生成指示所述角度的第二中间信号；将指示所述角度的结果信号生成为所述第一中间信号和所述第二中间信号的加权和；以及基于所述结果信号，生成一个或多个控制信号来控制所述第一硬件元件和所述第二硬件元件中的一个或多个。在一个实施例中，所述内容包括指令，所述指令在由所述设备的所述处理电路执行时致使所述处理电路执行所述方法。在一个实施例中，生成所述结果信号包括应用：

k·αlid_acc+(1-k)·αlid_gyr

其中，αlid_acc是所述第一中间信号，αlid_gyr是所述第二中间信号，并且k是大于零且小于1的加权因子。

附图说明

为了更好地理解本公开，现在将参考附图纯粹通过非限制性的示例来描述实施例，在附图中：

图1示出了配备有加速度计和计算单元的计算设备，特别地为笔记本电脑，该计算设备被配置为计算屏幕相对于键盘的张开角度；

图2示出了根据本公开实施例的配备有加速度计、陀螺仪和计算单元的计算设备的透视图，特别地为笔记本电脑，该计算设备被配置为计算显示器相对于键盘的张开角度；

图3示出了图2中的计算设备在三种备选操作状况中的侧视图；

图4示出了图2中的计算设备在另一操作状况中的前视图；和

图5图解地示出了根据本公开实施例的由图2中的计算设备操作的功能块。

具体实施方式

文档us20150/130725描述了一种双显示器系统，其中，通过使用加速度计、陀螺仪和地磁场的参考传感器的测量来计算两个显示器之间的张开角度。根据us2015/0130725的公开内容，通过使用由加速度计、陀螺仪和地磁传感器做出的测量来计算每个显示器的空间中的绝对位置，并且然后借助通用数据融合算法来计算所述张开角度。这种设想使用地磁传感器的解决方案经受了由不可预见的磁干扰以及磁状况本身根据两个显示器的相对位置而改变的事实导致的可能的错误和故障。所以，借助us2015/130725中公开的系统而获得的张开角度的值不一定在所有操作状况中都是可靠的。

参考图2，根据本公开的一个方面，计算设备10被示出在三轴参考系x、y、z中，其中矢量g表示平行于轴z作用的重力加速度矢量。

结构上类似于图1的设备1的计算设备10是便携式的(特别是笔记本电脑)，并且在此处被示出在其中设备打开的操作状况中。计算设备10包括借助铰链15机械地耦合在一起的盖子部分12和基座部分14，铰链15允许盖子部分12相对于基座部分14旋转，形成绕着平行于轴x的轴r的旋转约束。基座部分14包括在基座部分14的表面14a上方延伸的数据输入设备(或若干个数据输入设备)16(例如，键盘和/或触控板)。盖子部分12包括在盖子部分12的表面12a上方延伸的显示器区域18(例如，屏幕或监视器)。盖子部分12容纳(例如，在其内部包含)第一惯性传感器20，例如第一加速度计，其被配置为检测和/或计算盖子部分12沿对应的检测轴x1、y1、z1的加速度值；并且基座部分14容纳(例如，在其内部包含)第二惯性传感器22，例如第二加速度计，其被配置为检测和/或计算基座部分14沿着对应的检测轴x2、y2、z2的加速度值。通常，采用第一加速度计20和第二加速度计22以通过测量加速度来检测计算设备10的移动。例如，第一加速度计20和第二加速度计22是使用mems技术制造的加速度计。

因此，第一加速度计20和第二加速度计22能够检测关于计算设备10的剩余部分的状态的变化，或者计算设备10或计算设备10所处的环境的振动，这些变化或振动例如由计算设备10的用户的移动(走动)或计算设备10所处的运输工具的移动引起。第一加速度计20和第二加速度计22可以检测到的其他移动包括由用户赋予计算设备10的旋转，以及盖子部分12和基座部分14之间的相互位置的改变(例如，由于通过铰链15的作用绕着轴r旋转的盖子部分的打开和关闭)。在后一种情况下，特别地，第一加速度计20和第二加速度计22被用于确定相应的第一加速度计20和第二加速度计22的检测轴y1和轴y2之间的张开角度αlid。因此，张开角度αlid与在盖子部分12的表面12a和基座部分14的表面14a之间存在的角度相关联，并且也被称为盖子角度。在使用中，可以将张开角度αlid的值与计算设备10的使用模式相关联(例如，具有大约130度的值的张开角度αlid建议在膝上型电脑模式中使用，而具有360度的值的张开角度αlid建议在平板电脑模式中使用)。因此，可以将显示在屏幕18上的图形界面调整为操作模式的类型，或者调整计算设备10的其他操作参数，例如以便在检测到在平板电脑模式中使用时启用触摸屏功能性，或者如果张开角度的值大于/小于某个阈值，则改变诸如屏幕或计算设备10的接通/断开之类的其他参数。

根据本公开的一个方面，盖子部分12还容纳(例如，在其内部包含)第三惯性传感器24，例如第一陀螺仪，其被配置为检测和/或计算盖子部分12沿着和绕着分别平行于第一加速度计20的检测轴x1、y1、z1的检测轴l1、m1、n1的方位和旋转；并且基座部分14还容纳(例如，在其内部包含)第四惯性传感器26，例如第二陀螺仪，其被配置为检测和/或计算基座部分14沿着和绕着分别平行于第二加速度计22的检测轴x2，y2，z2的检测轴l2、m2、n2的方位和旋转。

应该注意，在这里考虑的计算设备10的实施例中，在任何操作状况中(其中盖子部分12关闭或打开)并且对于设备10在三轴系x、y、z中的任何方位，铰链15的轴r总是平行于检测轴x1、x2、l1、l2)。

计算设备10还包括连接在一起的计算单元27(例如，处理器、处理核、处理电路)和存储器28。计算单元27和/或存储器28还被可操作地耦合到第一加速度计20和第二加速度计22，并且耦合到第一陀螺仪24和第二陀螺仪26，以从那里接收作为输出生成的相应的操作信号(根据加速度计和陀螺仪的操作生成的加速度/角速率信号，这些信号本身是已知的)。例如，作为计算单元27的输入而被接收的信号可以如下面参考图5描述的那样被处理。

图3以yz平面的侧视图示了图2中的计算设备10，其中，盖子部分12被示出在三种可能的操作状况s1-s3中：盖子部分12在基座部分14上关闭，限定了具有零值的角度αlid(s1)；盖子部分12限定了相对于基座部分14等于90度的角度αlid(s2)；和盖子部分12限定了相对于基座部分14等于180度的角度αlid(s3)。

在操作状况s1-s3中，角度αlid是加速度计20和22的检测轴y1和检测轴y2之间的相对角度，并且因为可以假设这些检测轴y1、y2分别平行于盖子部分12和基座部分14的表面12a、14a，所以角度αlid也可以被视为盖子部分12和基座部分14的表面12a、14a之间的相对角度。通过确定角度αlid的值，可以确定盖子部分12相对于基座部分14的张开角度或盖子角度。可以在与表面垂直的轴z1和z2之间定义相同的角度量。

在从操作状况s1改变到操作状况s2(或类似地从操作状况s2到操作状况s3)时，第一加速度计20检测重力加速度g沿着轴z1和y1的分量的改变，并且确定角度αlid正在增加(当从条件s2改变到条件s1或从条件s3到条件s2时，反之亦然)。

应该特别注意，在操作状况s1中，重力加速度仅由在轴z1上检测到的值来提供，而在操作状况s2中仅由在轴y1上检测到的值来提供。在中间状况下，例如当角度αlid等于45度时，轴y1和z1两者均提供相同的加速度值。

在操作状况s1中，检测轴z1与重力加速度矢量g平行(矢量g在轴z1上的投影为最大值)；在操作状况s2中，检测轴z1与重力加速度矢量g正交(矢量g在轴z1上的投影为最小值)；在操作状况s3中，检测轴z1与重力加速度矢量g平行，但是相对于操作状况s1处于相反方向(矢量g在轴z1上的投影是最大值，但是是相反值)。

为了计算角度αlid的值，考虑到由于存在铰链15而造成的约束，可以利用重力加速度矢量g在第一加速度计20和第二加速度计22的相应三个检测轴上的投影。在这种情况下，角度αlid_acc的值vαlid可以被计算为：

其中，atan2是已知的三角函数，az1是由第一加速度计20沿着检测轴z1检测到的加速度值，ay1是由第一加速度计20沿检测轴y1检测到的加速度值，az2是由第二加速度计22沿着检测轴z2检测到的加速度值，而ay2是由第二加速度计22沿着检测轴y2检测到的加速度值。

公式(1)示出了经由加速度计20、22测量的vαlid_acc的值如何表示盖子部分12与基座部分14之间的相对方位(不是空间上的绝对方位)。

图4示出了计算设备10的一种使用模式，其中，计算设备10被定位为轴r平行于与重力矢量g平行的轴z。在这种情况下，操作状况s1-s2-s3的改变不会引起沿着第一加速度计20和第二加速度计22的检测轴z1、z2和y1、y2的加速度分量的任何变化，因为沿着所指示的轴的重力分量总是为零或基本为零(公式(1)中的值az1、az2和ay1、ay2近似为零)。

其中轴r与轴z形成小于90度但大于0度的角度的中间方位情况引起角度αlid的测量，越是接近图4中的状况(轴r平行于轴z)，该测量越来越错误。

参考图4描述的内容本身以明显的方式也适用于如下这样的操作状况(未图示)，其中计算设备10被定位为轴r平行于轴z，但相对于图4中所示的方位被旋转180°。

为了克服这个缺点，根据本公开的一个方面，从第一加速度计20和从第二加速度计22获得的测量与从第一陀螺仪24和从第二陀螺仪26获得的测量进行融合或组合，例如对从第一陀螺仪24和从第二陀螺仪26获得的测量赋予较大的加权(并且对从第一加速度计20和第二加速度计22获得的测量赋予相应较小的加权)，则轴r和轴z之间的角度较大(更接近图4中的状况)。以这种方式，也有可能过滤线性加速度(即，不是由重力引起的加速度)。

在一个实施例中，陀螺仪的使用有助于解决两个问题：(i)像“书”一样的处理设备的使用；和(ii)线性加速度的过滤(其中，在用户走动或者快速打开和关闭基座部分和盖子部分的情况下)。

事实上，本申请人发现正好包括两个加速度计的系统无法克服上面提及的两个问题；关于线性加速度的滤波，实际上，估计只有在设备1基本上静止时才变得可靠(加速度计仅检测重力加速度并且计算包括所检测到的两个重力矢量之间的角度)。在一个实施例中，加速度计的数据与陀螺仪的数据的融合或组合不是偶然地进行的：如下面将更全面地描述的，使用互补滤波器(但是也可以使用例如卡尔曼滤波的其他类型的滤波)，并且当上面的第(i)和第(ii)点中列出的状况出现时，加速度分量被丢弃或衰减。以这种方式，不仅在第(i)和第(ii)点的状况中克服了现有技术的缺陷，而且系统变得更具反应性(如果只使用加速度计，则有必要进行低通滤波，从而引入时延)。在一个实施例中，具体地，加速度分量具有校正用陀螺仪计算的角度的漂移的功能。

在一个实施例中，对借助在当前时刻t获取的来自第一陀螺仪24和第二陀螺仪26的测量而获得的角度αlid的陀螺贡献由下式给出：

δα＝(ωx1-ωx2)·dt(2)

其中，ωx1是由第一陀螺仪24测量的角速率，ωx2是由第二陀螺仪26测量的角速率。值dt是在时刻t-1和时刻t之间经过的时间(陀螺仪24、26的输出的采样时间或数据采集时间，这又取决于系统的更新时间，例如对应于在25hz和200hz之间的速率)。例如，如果陀螺仪的输出的采样是在100hz下进行的，则参数dt等于0.01秒。

根据本公开的一个方面，计算单元27在存储器28的可能支持下被配置为在操作中执行在图5中所示和在下面描述的操作。图5图解地图示了可以由计算单元27和存储器28经由软件实现的功能块。显而易见，图5中的功能块可以以硬件来实现，例如，以本领域技术人员在阅读说明书之后对其显而易见的方式来实现。

在计算设备10的典型使用状况下，被支撑在理想的平坦表面上的计算设备10的基座部分14处于水平面xy上。第一加速度计20的检测轴z1垂直于显示器18，并且提供关于根据张开角度αlid而变化的重力加速度的信息。第二加速度计22具有其相应的检测轴z2，检测轴z2在这个操作状况中与平面xy和基座部分14的表面14a成直角。

因为加速度计20、22处于固定位置并且检测轴的方位是已知的，所以可以如公式(1)陈述的那样来计算角度αlid的值vαlid。

当检测轴z1完全水平时(即平行于轴y或平行于平面xy)，存在重力为零的状况，并且作为来自第一加速度计20的输出而生成的信号sz1具有第一值sz1'；当检测轴z1完全垂直时(即平行于轴z或平行于平面xz)时，存在重力沿z1是最大值而沿x1和y1是最小值的状况并且作为来自第一加速度计20的输出而生成的信号s具有第二值sz1”。中间情况生成来自第一加速度计20的具有在sz1'和sz1”之间的值的相应输出信号。然而，当计算设备倾斜时，在基座部分14与水平面xy之间形成角度，并且特别是当前者布置成图4中的操作状况时，重力沿检测轴z1和z2的作用发生变化，该作用特别地在图4中的操作状况中减少以致变成零。因此，计算设备的布置越接近图4的操作状况，使用公式(1)对值vαlid的计算就变得越来越不可靠，所述计算仅利用了由第一加速度计20和第二加速度计22生成的输出信号。

为了帮助克服这个缺点(例如可能由上述状况(i)和(ii)引起)，并且为了帮助提供可靠的结果，就在使用计算设备10的可能状况中计算角度αlid而言，融合来自加速度计20、22的测量与来自陀螺仪24、26的测量是方便的(例如，使用来自加速度计的测量和来自陀螺仪的测量的加权组合，其中所应用的加权在各种操作状况中是变化的)。

因此，参考图5，第一计算块或电路50实现公式(1)。为此，第一计算块50从第一加速度计20和第二加速度计22接收加速度值az1、ay1、az2和ay2作为输入，并且产生张开角度αlid的值vαlid_acc作为输出。

再次参考图5，可靠性块或电路52从第一加速度计20和从第二加速度计22分别接收由相应的加速度计20、22检测的沿着检测轴x1和x2的重力加速度值ax1、ax2作为输入。在检测轴x1和x2平行于水平面xy的操作状况下，加速度值ax1、ax2具有最小值；反之，在图4的操作状况中，加速度值ax1、ax2具有最大值(最小值和最大值可以取决于所使用的惯性传感器的类型并且通常由其制造商定义)。在一个实施例中，因此可以定义可靠性阈值，低于该可靠性阈值，则使用公式(1)获得的张开角度αlid的计算被视为正确的或可靠的，而高于该可靠性阈值，则使用公式(1)获得的张开角度αlid的计算不被视为正确的或可靠的。在图2至图4中所示类型的计算设备10的情况下，其中基座部分14相对于盖子部分12是一体的，实施例可以通过只分析加速度值ax1、ax2中的一个来评估可靠性。然而，因为基座部分14通常相对于盖子部分12不是一体的，所以实施例可以评估加速度值ax1、ax2两者。在后一种情况下，只有当加速度值ax1、ax2均低于一个或多个确定的阈值时，才可以认为使用公式(1)获得的张开角度αlid的值vαlid_acc的计算是可靠的。可靠性块52生成可靠性值k作为输出，可靠性值k在单阈值(可靠/不可靠)的情况下可以是二进制值，或者可以是与所发现的可靠性程度成比例的值。在后一种情况下，可以通过根据阶跃函数来改变值k来设想用于加速度值ax1、ax2的多个比较阈值，将k的不同值与每个设想的阈值的通过相关联。因此，随着加速度值ax1和/或ax2的增加，k的值将在最小值和最大值之间变化；k的最小值可以是零值，而k的最大值可以在0和1之间选择，该选择取决于参考块56在下面进行的考虑(即，以便获得对振动分量或并非由于作用在检测轴x1和x2上的重力而引起的加速度值ax1和/或ax2中的变化的充分滤波)。

可靠性块52可以实现其他功能性，诸如例如检测计算设备10的用户是否正在走动、正在移动等。在一个实施例中，可靠性块52接收另外的参数作为输入以用于此目的。例如，可以分析一些或所有的加速度计轴、加速度计模块、或者也可以针对每个轴和/或模块来计算诸如平均值、方差、零交叉、峰值、最大值和最小值等的统计指标。这些参数也可以针对陀螺仪而被考虑。

第二计算块或电路54被配置为接收由第一陀螺仪24和第二陀螺仪26检测到的角速率ωx1、ωx2的值作为输入，并且例如基于下面讨论的公式(3)来计算张开角度αlid_gyr的值。

为此，第二计算块54包括子块或电路54a，其被配置为(在时刻t)例如使用上面讨论的后续公式(2)来计算张开角度αlid的值vαlid相对于先前(在前一时刻t-1)测量的值的改变δα。

除此之外，第二计算块54包括另一子块或电路54b，其被配置为接收变化δα的值和已被计算并被视为可靠的张开角度αlid的上一值vαlid(t-1)(例如，如下所述被生成为来自块56的输出)，并且使用变化δα的值来递归地更新张开角度的上一值vαlid(t-1)。

在一个实施例中，子块54b因此实现以下公式(3)：

vαlid_gyr(t)＝δα+vαlid(t-1)(3)

融合块或电路56具有基于由可靠性块52计算的可靠性值k来生成张开角度αlid的被认为可靠的最终值的功能。融合块56接收根据公式(1)(只使用来自加速度计20、22的信号)和根据公式(3)(使用借助由陀螺仪24、26提供的测量而获得的角度变化来计算的上一值vαlid)计算的张开角度αlid的值作为输入。

为了更清楚起见，在说明书剩余部分并且在图5中，根据公式(1)计算的张开角度αlid的值被标识为vαlid_acc，而根据公式(3)计算的张开角度αlid的值被标识为vαlid_gyr。

融合块56实现互补滤波器，其在一个实施例中由下面的公式(4)定义：

vαlid(t)＝k·vαlid_acc(t)+(1-k)·vαlid_gyr(t)(4)

通过在公式(4)中用相对公式(2)和(3)展开项vαlid_gyr(t)，可以更好地理解互补滤波器的递归性，从而获得：

vαlid(t)＝k·vαlid_acc(t)+(1-k)·((ωx1-ωx2)·dt+vαlid(t-1))(5)

在根据图5计算值vαlid(t)的方法的第一次迭代中，因为可能不存在子块54b所需的关于先前时刻t-1的值vαlid(t-1)，所以在一个实施例中vαlid(t)可以被设置为vαlid_acc(t)，或者可以例如使用确定值(例如，默认值)。

通过适当地设置k的值，公式(4)中的互补滤波器帮助对分量vαlid_acc执行低通滤波(从而滤除由瞬时振动或移动引起并被加速度计检测到的脉冲信号)并且对分量vαlid_gyr执行高通滤波。例如，k的值可以在k＝0和在k＝0.1之间变化，k＝0对应在从加速度计获得的测量(来自可靠性块52的输出)被视为不可靠的情况，而k＝0.1对应测量完全可靠的情况。如前所述，在可靠性块52提供多个阈值的使用的情况下，可以使用介于0和0.1之间的k的中间值。通过之前所指出的实施例，例如，k的值可以在一个实施例中在0和0.5之间变化，在一个实施例中在0和0.2之间变化，例如以在任何情况下帮助低通滤波。

申请人已经发现，使用陀螺仪24、26获得的张开角度αlid的计算结果在短期内通常比只使用加速度计20、22获得的计算结果更准确。这是由于陀螺仪对高频干扰不敏感的事实，这与加速度计的情况相反。然而，与使用由陀螺仪提供的信号的角度αlid的计算相关联的误差(例如，积分误差、漂移等)可以随着时间相加，从而引起大量的累积误差。因此，在实施例中，由融合块56执行的滤波操作具有双重优点，即帮助解决与只使用加速度计(已经在上面讨论过)来计算张开角度相关联的缺点以及与只使用陀螺仪来计算张开角度相关联的缺点(误差累积和不知道在系统接通那一刻的初始张开角度)。

在一个实施例中，关于要计算的张开角度的情况，盖子部分12和基座部分14之间的张开角度的计算操作不需要计算盖子部分12和基座部分14的绝对方位，这不同于根据对相应功能块的绝对空间定位进行测量的现有技术的解决方案。

在一个实施例中，如已经说过的，被关联到经由加速度计做出的测量的可靠性评估的加权k的使用，使根据本公开的方法根据不同的操作状况并且根据加速度计本身的使用寿命而自适应。

在实施例中，递归公式与闭环系统的一起使用还使得该系统整体稳定、快速并且计算负载低。

通常，在本公开的上下文中，角度αlid是一起形成用于信息显示的电子设备或系统的两个元件或部件(可以彼此分开或分离，或没有铰链15)之间的角度。在一个实施例中，这些元件或部件例如是：键盘和显示器；双显示器设备；键盘和平板电脑；键盘和智能电话；智能电话和平板电脑；两部智能电话；两个平板电脑；或者键盘、平板电脑、智能电话和显示器的任何其他组合。

除此之外，应该注意，加速度计20和22以及陀螺仪24和26可以：(i)在彼此分离的模块中实现；(ii)在6轴惯性传感器模块中实现(一个模块包含加速度计20和陀螺仪24，而一个模块包含加速度计22和陀螺仪26)；(iii)在9轴惯性传感器模块中实现(一个模块包含加速度计20、陀螺仪24和磁力计，而一个模块包含加速度计22和陀螺仪26以及另一磁力计)。在后一种情况下，磁力计虽然存在，但在实施例中可以不用于本公开的目的。

一些实施例可以采取计算机程序产品的形式或包括计算机程序产品。例如，根据一个实施例提供了一种计算机可读介质，其包括适于执行上述方法或功能中的一个或多个的计算机程序。该介质可以是物理存储介质，诸如例如，只读存储器(rom)芯片，或诸如数字多功能盘(dvd-rom)、光盘(cd-rom)、硬盘之类的盘、存储器、网络或通过适当的驱动器或经由适当的连接读取的便携式介质制品，包括以存储在一个或多个这样的计算机可读介质上并且可由适当的阅读器设备读取的一个或多个条形码或其它相关代码编码的代码。

此外，在一些实施例中，这些方法和/或功能性中的一些或全部可以以其他方式来实现或提供，诸如至少部分地以固件和/或硬件来提供，包括但不限于一个或多个专用集成电路(asic)、数字信号处理器、分立电路、逻辑门、标准集成电路、控制器(例如，通过执行适当的指令并且包括微控制器和/或嵌入式控制器)、现场可编程门阵列(fpga)、复杂可编程逻辑器件(cpld)等，以及采用rfid技术的设备，及其各种组合。

上面描述的各种实施例可以被组合以提供进一步的实施例。必要时可以修改实施例的各方面以采用各种专利、申请和出版物的概念来提供另外的实施例。

按照上面的描述，可以对实施例做出这些和其他改变。通常，在下面的权利要求中，所使用的术语不应该被解释为将权利要求限制为在说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是应该被解释为包括所有可能的实施例以及这些权利要求所享有权利的等同物的全范围。因此，权利要求不受本公开的限制。