一种坡度值确定设备、方法、装置、电子设备和存储介质与流程

1.本发明涉及车辆坡度检测技术领域，尤其涉及一种坡度值确定设备、方法、装置、设备和存储介质。


背景技术：

2.汽车行驶过程中所处的路面坡度(主要是纵向坡度)是汽车电控系统的一个重要参数，其影响着自动变速器的换挡曲线，影响着电控悬架的刚度与阻尼特性，影响着acc(adaptive cruise control，自适应雷达巡航控制系统)自适应巡航功能的控制效果。
3.现有的坡度检测方法大概分为三类：(1)传统的测角器法，类似于铅锤+量角器，但该方法只能静态测量，一旦车辆运动起来则失去准确性；(2)外加传感器法，一般主要是gps(global positioning system，全球定位系统)或imu(inertial measurement unit，惯性测量单元)，通过测得z轴速度和x轴速度的比值计算坡度，但该方法仅适用于动态测量，必须是在车辆行进过程中进行坡度检测；(3)车辆动力学方法，一般是利用ax_sensor＝gsinθ+dvx进行检测，其中ax_sensor是汽车加速度传感器实时采集的纵向加速度值，其包含了车辆运动加速度与重力加速度在坡度上的分量两部分，dvx是车速的微分，也就是车辆的运动加速度，通过加速度传感器采集到的ax_sensor减去根据车速计算得到的dvx，这样利用上面的公式便可以获取当前道路坡度θ，但车辆动力学方法对车速的信号要求比较高，一旦车辆打滑，则坡度计算结果准确性将会降低，而且，在通过车速计算dvx的过程中，往往为了消除信号噪音会进行滤波处理，这样也造成了相位延迟。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种坡度值确定设备、方法、装置、设备和存储介质，以解决现有技术中几种坡度检测方法存在的对汽车行驶状态有特殊要求、对所需信号的精度要求较高、存在相位延迟且不具有广泛的适应性的问题。
5.根据本发明的一方面，提供了一种坡度值确定设备，该设备包括：角度传感器、刻度盘、长杆、力传感器以及小球；
6.其中，所述角度传感器与所述刻度盘通过光滑铰接轴光滑铰接；所述长杆的第一端与所述角度传感器通过光滑铰接轴光滑铰接；所述小球安装在所述长杆的第二端，所述长杆的第二端为远离所述角度传感器的一端；所述力传感器安装在所述长杆的第一端和第二端之间。
7.根据本发明的另一方面，提供了一种坡度值确定方法，应用于本发明任一实施例所述的坡度值确定设备，该方法包括：
8.通过所述角度传感器采集角度数据；
9.通过所述力传感器采集力数据；
10.根据所述角度数据、所述力数据以及所述小球的质量确定坡度值。
11.根据本发明的另一方面，提供了一种坡度值确定装置，该装置包括：
12.第一采集模块，用于通过所述角度传感器采集角度数据；
13.第二采集模块，用于通过所述力传感器采集力数据；
14.第一确定模块，用于根据所述角度数据、所述力数据以及所述小球的质量确定坡度值。
15.根据本发明的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：
16.至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本发明任一实施例所述的坡度值确定方法。
17.根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使处理器执行时实现本发明任一实施例所述的坡度值确定方法。
18.本发明实施例的技术方案，只需通过角度传感器采集角度数据，通过力传感器采集力数据，根据角度数据、力数据以及小球的质量，结合力的三角形法则以及正弦定理，便可测得车辆在任意运动状态下的纵向坡度，适应性广泛且没有相位延迟。
19.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1是根据本发明实施例一提供的一种坡度值确定设备的结构示意图；
22.图2是根据本发明实施例二提供的一种坡度值确定方法的流程图；
23.图3是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为静止工况的示意图；
24.图4a是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况的示意图；
25.图4b是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况的三角法则分析示意图；
26.图5a是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况的示意图；
27.图5b是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况的三角法则分析示意图；
28.图6是根据本发明实施例三提供的一种坡度值确定装置的结构示意图；
29.图7是实现本发明实施例的坡度值确定方法的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
30.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的
附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
31.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“目标”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
32.实施例一
33.图1是根据本发明实施例一提供的一种坡度值确定设备的结构示意图，本实施例可适用于坡度值确定情况。
34.如图1所示，本发明实施例一提供的一种坡度值确定设备包括：角度传感器101、刻度盘102、长杆103、力传感器104以及小球105。
35.其中，角度传感器101与刻度盘102通过光滑铰接轴光滑铰接。在实际操作过程中，角度传感器101可以安装在刻度盘102上任意可读取刻度的位置，本发明实施例中为优选的角度传感器101安装在刻度盘102的正中心位置的情况。长杆103的第一端与角度传感器101通过光滑铰接轴光滑铰接；小球105安装在长杆103的第二端，长杆103的第二端为远离角度传感器101的一端；力传感器104安装在长杆103的第一端和第二端之间。
36.需要说明的是，本发明实施例对长杆103和小球105的大小和材质不进行限定，对力传感器104和长杆103的连接方式以及小球105和长杆103的连接方式也不进行限定。
37.在本实施例中，坡度值确定设备还包括：数据采集模块、数据处理模块和数据发送模块。
38.其中，数据采集模块与角度传感器101和力传感器104相连，用于获取角度传感器101采集的角度模拟量数据和力传感器104采集的力模拟量数据(在本实施例中，角度传感器101和力传感器104采集的数据均为模拟量数据，优选的，角度模拟量数据和力模拟量数据均可以为10伏)；数据处理模块和数据采集模块相连，用于将角度传感器101采集的角度模拟量数据和力传感器104采集的力模拟量数据转换成坡度值计算所需的物理量，即角度数据和力数据(在本实施例中，优选的，可以设置0～10伏对应角度0～360度，0～10伏对应力0～100牛顿)，转换完成后，根据角度数据、力数据以及小球的质量计算坡度值；数据发送模块和数据处理模块相连，用于将计算得到的坡度值通过can总线对外发送，供其他系统使用该坡度值。
39.优选的，坡度值确定设备安装在目标车辆质心位置。
40.其中，目标车辆可以是指安装有上述坡度值确定设备的车辆。
41.需要说明的是，质心位置可以是目标车辆的质量中心位置。优选的，目标车辆质心位置可以是目标车辆后座中间底板位置。
42.本发明实施例中的坡度值确定设备只包括角度传感器、刻度盘、长杆、力传感器以
及小球，结构简单易实现，坡度确定过程只需通过角度传感器采集角度数据，通过力传感器采集力数据，不依赖车辆本身的参数信息(如汽车质量、车速、悬架高度等)，免去对轮速信息和悬架信息的处理，可适配任意车型，且汽车本身参数也不会对坡度值的确定造成影响。
43.实施例二
44.图2是根据本发明实施例二提供的一种坡度值确定方法的流程图，本实施例可适用于坡度值确定情况，该方法应用于本发明任一实施例的坡度值确定设备，该方法可以由坡度值确定装置来执行，该坡度值确定装置可以采用硬件和/或软件的形式实现，该坡度值确定装置可集成在任何提供坡度值确定功能的电子设备中。如图2所示，该方法包括：
45.s201、通过角度传感器采集角度数据。
46.需要说明的是，角度数据可以是长杆与车身水平线之间(靠近坡底方向)的夹角数据。具体的，角度数据可以是由角度传感器读取刻度盘所得。示例性的，角度数据可以用α进行表示。
47.在实际操作过程中，数据采集模块获取角度传感器读取的刻度盘上的角度模拟量数据之后，数据采集模块将采集的角度模拟量数据传送给数据处理模块。数据处理模块将角度模拟量数据转换成坡度值计算所需的物理量，即角度数据α。
48.具体的，通过角度传感器读取刻度盘上的刻度，获得长杆与车身水平线之间的夹角的角度数据α。
49.s202、通过力传感器采集力数据。
50.需要解释的是，力数据可以是长杆所受到的小球的拉力数据。具体的，力数据可以是由力传感器测得。示例性的，力数据可以用fx进行表示。
51.在实际操作过程中，数据采集模块获取力传感器测得的小球对长杆产生的拉力的力模拟量数据之后，数据采集模块将采集的力模拟量数据传送给数据处理模块。数据处理模块将力模拟量数据转换成坡度值计算所需的物理量，即力数据fx。
52.具体的，通过力传感器测得的小球对长杆产生的拉力，获得长杆所受到的力数据fx。
53.s203、根据角度数据、力数据以及小球的质量确定坡度值。
54.需要说明的是，在本实施例中小球的质量是已知的。示例性的，小球的质量可以用m进行表示。
55.其中，坡度值可以是当前目标车辆所在位置的路面坡度值(主要是纵向坡度值)。示例性的，坡度值可以用θ进行表示。
56.具体的，根据角度数据α、力数据fx以及小球的质量m，结合力的三角形法则以及正弦定理，便可测得目标车辆在任意运动状态下的纵向坡度值θ。
57.本发明实施例通过根据角度传感器采集的角度数据、力传感器采集的力数据以及小球的质量确定坡度值，解决了现有技术中几种坡度检测方法存在的对汽车行驶状态有特殊要求、对所需信号的精度要求较高、存在相位延迟且不具有广泛的适应性的问题，本发明实施例只需通过角度传感器采集角度数据，通过力传感器采集力数据，根据角度数据、力数据以及小球的质量，结合力的三角形法则以及正弦定理，便可测得车辆在任意运动状态下的纵向坡度，适应性广泛且没有相位延迟。
58.可选的，在根据角度数据、力数据以及小球的质量确定坡度值之前，还包括：
59.获取目标车辆的行驶信息。
60.其中，行驶信息可以包括目标车辆的速度、加速度等信息。
61.具体的，获取目标车辆当前行驶过程中的速度、加速度等信息。
62.根据目标车辆的行驶信息确定目标车辆的当前工况。
63.在本实施例中，当前工况可以是静止、上坡加速、上坡减速、下坡加速或下坡减速等。
64.示例性的，若当前目标车辆的行驶速度为0，则表明当前目标车辆为静止工况；若当前目标车辆的加速度为正值(即加速度方向与速度方向相同)，则表明当前目标车辆在加速；若当前目标车辆的加速度为负值(即加速度方向与速度方向相反)，则表明当前目标车辆在减速。
65.可选的，图3是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为静止工况的示意图。
66.如图3所示，目标车辆的当前工况为静止工况。图3中虚线为穿过车身中心的车身水平线，与坡面平行，α为角度数据(即长杆与车身水平线之间靠近坡底方向的夹角)，θ表示坡度值，fx为力数据(即长杆所受到的小球的拉力)，g＝mg表示小球所受到的重力(其中，m为小球的质量，g为重力加速度)。此工况下力数据fx和小球所收到的重力g＝mg相等，因此根据三角形法则只需要根据角度数据α就可以确定出坡度值θ，具体的计算公式为：
67.θ＝90-α；
68.其中，θ为坡度值，α为角度数据。
69.可选的，图4a是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况的示意图。
70.如图4a所示，目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况。图4a中虚线为穿过车身中心的车身水平线，与坡面平行，α为角度数据(即长杆与车身水平线之间靠近坡底方向的夹角)，θ表示坡度值，fx为力数据(即长杆所受到的小球的拉力)，g＝mg表示小球所受到的重力(其中，m为小球的质量，g为重力加速度)，fy为与车身平行方向上的力(需要说明的是，力fy只为三角形受力分析提供便利，对后续的坡度值的计算不产生影响)。
71.图4b是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况的三角法则分析示意图。
72.如图4b所示，力数据fx、小球所受到的重力g＝mg和与车身平行方向上的力fy组成三角形，根据三角形法则得到该三角形的三个角分别为：α、90+θ和90-θ-α。根据正弦定理可知：
73.根据角度数据、力数据以及小球的质量确定坡度值，包括：
74.若目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况，则基于如下公式计算所述坡度值：
[0075][0076]
其中，m为小球的质量，g为重力加速度，fx为力数据，α为角度数据。
[0077]
可选的，图5a是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡减速
或下坡加速工况的示意图。
[0078]
如图5a所示，目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况。图5a中虚线为穿过车身中心的车身水平线，与坡面平行，α为角度数据(即长杆与车身水平线之间靠近坡底方向的夹角)，θ表示坡度值，fx为力数据(即长杆所受到的小球的拉力)，g＝mg表示小球所受到的重力(其中，m为小球的质量，g为重力加速度)，fy为与车身平行方向上的力(需要说明的是，力fy只为三角形受力分析提供便利，对后续的坡度值的计算不产生影响)。
[0079]
图5b是根据本发明实施例二提供的一种目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况的三角法则分析示意图。
[0080]
如图5b所示，力数据fx、小球所受到的重力g＝mg和与车身平行方向上的力fy组成三角形，根据三角形法则得到该三角形的三个角分别为：θ+α-90、90-θ和180-α。根据正弦定理可知：
[0081]
根据角度数据、力数据以及小球的质量确定坡度值，包括：
[0082]
若目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况，则基于如下公式计算所述坡度值：
[0083][0084]
其中，m为小球的质量，g为重力加速度，fx为力数据，α为角度数据。
[0085]
本发明实施例可以测得在汽车任意运动状态下的纵向坡度值，包括静止工况、运动工况和极限滑转工况等，可实时动态检测，适应性广泛且不存在相位延迟，检测精度高，计算数值相对准确。
[0086]
实施例三
[0087]
图6是根据本发明实施例三提供的一种坡度值确定装置的结构示意图。如图6所示，该装置包括：第一采集模块301、第二采集模块302和第一确定模块303。
[0088]
其中，第一采集模块301，用于通过所述角度传感器采集角度数据；
[0089]
第二采集模块302，用于通过所述力传感器采集力数据；
[0090]
第一确定模块303，用于根据所述角度数据、所述力数据以及所述小球的质量确定坡度值。
[0091]
可选的，该装置还包括：
[0092]
获取模块，用于获取目标车辆的行驶信息；
[0093]
第二确定模块，用于根据所述目标车辆的行驶信息确定所述目标车辆的当前工况。
[0094]
可选的，所述第一确定模块303具体用于：
[0095]
若所述目标车辆的当前工况为上坡加速或下坡减速工况，则基于如下公式计算所述坡度值：
[0096][0097]
其中，m为小球的质量，g为重力加速度，fx为力数据，α为角度数据。
[0098]
可选的，所述第一确定模块303还具体用于：
[0099]
若所述目标车辆的当前工况为上坡减速或下坡加速工况，则基于如下公式计算所述坡度值：
[0100][0101]
其中，m为小球的质量，g为重力加速度，fx为力数据，α为角度数据。
[0102]
本发明实施例所提供的坡度值确定装置可执行本发明任意实施例所提供的坡度值确定方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0103]
实施例四
[0104]
图7示出了可以用来实施本发明的实施例的电子设备40的结构示意图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备(如头盔、眼镜、手表等)和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本发明的实现。
[0105]
如图7所示，电子设备40包括至少一个处理器41，以及与至少一个处理器41通信连接的存储器，如只读存储器(rom)42、随机访问存储器(ram)43等，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序，处理器41可以根据存储在只读存储器(rom)42中的计算机程序或者从存储单元48加载到随机访问存储器(ram)43中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在ram 43中，还可存储电子设备40操作所需的各种程序和数据。处理器41、rom 42以及ram 43通过总线44彼此相连。输入/输出(i/o)接口45也连接至总线44。
[0106]
电子设备40中的多个部件连接至i/o接口45，包括：输入单元46，例如键盘、鼠标等；输出单元47，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元48，例如磁盘、光盘等；以及通信单元49，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元49允许电子设备40通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。
[0107]
处理器41可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。处理器41的一些示例包括但不限于中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)、各种专用的人工智能(ai)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的处理器、数字信号处理器(dsp)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。处理器41执行上文所描述的各个方法和处理，例如坡度值确定方法：
[0108]
通过所述角度传感器采集角度数据；
[0109]
通过所述力传感器采集力数据；
[0110]
根据所述角度数据、所述力数据以及所述小球的质量确定坡度值。
[0111]
在一些实施例中，坡度值确定方法可被实现为计算机程序，其被有形地包含于计算机可读存储介质，例如存储单元48。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由rom 42和/或通信单元49而被载入和/或安装到电子设备40上。当计算机程序加载到ram 43并由处理器41执行时，可以执行上文描述的坡度值确定方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，处理器41可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行坡度值确定方法。
[0112]
本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、芯片上系统的系统(soc)、负载可编程逻辑设备(cpld)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
[0113]
用于实施本发明的方法的计算机程序可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些计算机程序可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器，使得计算机程序当由处理器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。计算机程序可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。
[0114]
在本发明的上下文中，计算机可读存储介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的计算机程序。计算机可读存储介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。备选地，计算机可读存储介质可以是机器可读信号介质。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。
[0115]
为了提供与用户的交互，可以在电子设备上实施此处描述的系统和技术，该电子设备具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，crt(阴极射线管)或者lcd(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给电子设备。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
[0116]
可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(lan)、广域网(wan)、区块链网络和互联网。
[0117]
计算系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，又称为云计算服务器或云主机，是云计算服务体系中的一项主机产品，以解决了传统物理主机与vps服务中，存在的管理难度大，业务扩展性弱的缺陷。
[0118]
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
[0119]
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。