一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法和装置，所述方法包括步骤：S1、数据采集，获取车速、陀螺仪读值、加速度计读值，其中车速为V(t)，陀螺仪测量值为gyro(t)，加速度计读值为ax(t)、ay(t)、az(t)，分别对应三轴加速度计的三个方向；S2、根据陀螺仪读值计算出转弯角速度；S3、测量安装角；S4、使用悬挂修正系数计算悬挂修正值；S5、计算转弯修正值；S6、计算实时坡度，平均坡度，判断坡度类型。通过本发明，可以更为精确地判断车辆当前所处的坡度状态。
【专利说明】一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法和装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车电子领域，特别涉及一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法和装置。
【背景技术】
[0002]车辆在静止时，通过加速度计的测量数据，消去加速度计安装角的影响后就可以方便的计算出车辆所处位置的坡度。车辆在行驶时，会因为车速的变化使得加速度计的测量值受到车辆加减速的影响，而且由于车辆悬架是弹性系统，车辆的加减速会对悬架角度产生明显影响，进而影响到加速度计的测量值。另一方面，车辆在转弯时，会因为车辆运行姿态的缘故，转弯向心力会有一个在车辆轴向上的分量，进而影响到加速度计的测量值。
[0003]现有技术中，在识别车辆所处位置的坡度时，由于未考虑加速度计安装角的影响，使得当加速度计安装不够准确时，会导致计算出的坡度精度不高。在加减速行驶时，由于车辆悬架是弹性系统，而车辆的加减速会对悬架角度产生明显影响。当车辆加速时车身后倾，当车辆减速时车身前倾。由于加速度计安装在车身上，因而测量出的车身角度将不可避免地包含车辆悬架的角度，因此必须对测量的到的角度作出修正以避免悬架角度变化的影响。在车辆转弯时，会存在向心力，而由于车辆的前后轮不在同一直线上，所以向心力在车辆的轴向上会有一个分量，因此转弯时要针对车身的转弯状态进行修正。最后，同时由于现实中的上下坡往往是持续的，瞬时的坡度不便于反映出现实中的坡的类型。针对具体的应用时，由于现实中的道路的坡往往是一个持续的状态，而不是一个瞬时的值，因此，计算出一段时间内平均的坡度比瞬时的坡度值更能准确反映出真实的状况。
[0004]因此，现有技术中在对车辆上下坡状态判定时，存在不准确的问题。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法和装置，从而更为精确的判断坡度状态。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法，其特征在于包括步骤:
[0007]S1、数据采集，获取车速、陀螺仪读值、加速度计读值，其中车速为V(t)，陀螺仪测量值为gyro (t),加速度计读值为ax (t)、ay(t)、az (t),分别对应三轴加速度计的三个方向；
[0008]S2、根据陀螺仪读值计算出转弯角速度；
[0009]S3、测量安装角；
[0010]S4、使用悬挂修正系数计算悬挂修正值；
[0011]S5、计算转弯修正值；
[0012]S6、计算实时坡度，平均坡度，判断坡度类型。[0013]优选的，步骤SI中，使用较长的时间段来计算平均的加速度值，并且后续计算均使用该平均加速度值。
[0014]优选的，步骤S2 中，转弯角速度 W = (gyro (t) -mid) *gyro_scale_factor
[0015]其中mid为陀螺中值，gyro_scale_factor为转弯比例因子。
[0016]优选的，步骤S3中，轴向安装角的计算公式:
【权利要求】
1.一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的方法，其特征在于包括步骤: 51、数据采集，获取车速、陀螺仪读值、加速度计读值，其中车速为v(t)，陀螺仪测量值为gyro (t),加速度计读值为ax(t)、ay(t)、az(t),分别对应三轴加速度计的三个方向； 52、根据陀螺仪读值计算出转弯角速度； 53、测量安装角； 54、使用悬挂修正系数计算悬挂修正值； 55、计算转弯修正值； 56、计算实时坡度，平均坡度，判断坡度类型。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤SI中，使用较长的时间段来计算平均的加速度值，并且后续计算均使用该平均加速度值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤 S2 中，转弯角速度 w = (gyro (t) -mid) *gyro_scale_factor 其中mid为陀螺中值，gyro_scale_factor为转弯比例因子。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于: 步骤S3中,轴向安装角的计算公式:
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤S3中，采用在多个不同温度下测量和计算该温度时的安装角，通过最小二乘法拟合直线的方式，计算出在不同温度下的安装角值。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于: 步骤S4中，悬挂修正值的计算公式为: changeI (t) = av (t)*kl*cos (xAngle) 其中kl为悬挂修正系数，通过对车辆进行直线加减速测试得出，获得方式为: 通过手动调整使得加速度计在三个方向与车辆本身基本一致； 车辆进行直线加减速行驶，记录加速度计测量出的车辆前进方向上的加速度值ax(t)和根据车速计算出的加速度值av (t)； 瞬间悬挂修正系数kl(t)的近似计算公式为: km =
、J av(t)
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于: 悬挂修正值计算公式中使用的kl可为测量结果的平均值，且相同的车型做一次测量和计算即可。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于: 步骤S5中，转弯修正值的计算公式为:change2(t) = L*w(t)*w(t)*k2 其中L为车辆轴长，w(t)为转弯角速度，k2为转弯修正系数； 转弯修正系数k2的获得方式: a.通过手动调整使得加速度计在三个方向与车辆本身基本一致； b.车辆进行匀速转弯行驶，记录加速度计测量出的车辆前进方向上的加速度值ax(t)和根据陀螺仪测量出的转弯角速度w (t)； c.通过下述公式计算
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于: 转弯修正值计算公式中使用的k2为测量结果的平均值，且相同的车型做一次测量和计算即可。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于: 最终的瞬时坡度的计算公式
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于: 步骤SI中，对源数据做滤波降噪处理，对于车速，陀螺仪和加速度计的读值通过简单的低通滤波处理，输出为滤波后的数据。
12.一种利用加速度传感器和陀螺进行车辆行驶上下坡状态判定的装置，其特征在于包括: 数据采集模块，用于进行数据采集，获取车速、陀螺仪读值、加速度计读值，其中车速为V (t),陀螺仪测量值为gyro (t),加速度计读值为ax (t)、ay (t)、az (t),分别对应三轴加速度计的三个方向； 转弯角速度计算模块，用于根据陀螺仪读值计算出转弯角速度； 安装角测量模块，用于测量安装角； 悬挂修正值计算模块，用于使用悬挂修正系数计算悬挂修正值； 转弯修正值计算模块，用于计算转弯修正值； 坡度判断模块，用于计算实时坡度，平均坡度，判断坡度类型。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于: 数据采集模块中，使用较长的时间段来计算平均的加速度值，并且后续计算均使用该平均加速度值。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于: 转弯角速度计算模块中，转弯角速度
w = (gyro(t) -nid)*gyro_scale_factor 其中mid为陀螺中值，gyro_scale_factor为转弯比例因子。
15.如权利要求14所述的装置，其特征在于: 安装角测量模块中，轴向安装角的计算公式:
16.如权利要求12所述的装置，其特征在于: 安装角测量模块中，采用在多个不同温度下测量和计算该温度时的安装角，通过最小二乘法拟合直线的方式，计算出在不同温度下的安装角值。
17.如权利要求15所述的装置，其特征在于: 悬挂修正值计算模块中，悬挂修正值的计算公式为: changeI(t)=av(t)氺kl氺cos(xAngle) 其中kl为悬挂修正系数，通过对车辆进行直线加减速测试得出，获得方式为: 通过手动调整使得加速度计在三个方向与车辆本身基本一致； 车辆进行直线加减速行驶，记录加速度计测量出的车辆前进方向上的加速度值ax(t)和根据车速计算出的加速度值av (t)； 瞬间悬挂修正系数kl(t)的近似计算公式为: _)=謅。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于: 悬挂修正值计算公式中使用的kl可为测量结果的平均值，且相同的车型做一次测量和计算即可。
19.如权利要求17所述的装置，其特征在于: 转弯修正值计算模块中，转弯修正值的计算公式为: change2(t)=L*w(t)*w(t)*k2 其中L为车辆轴长，w(t)为转弯角速度，k2为转弯修正系数； 转弯修正系数k2的获得方式: 通过手动调整使得加速度计在三个方向与车辆本身基本一致； 车辆进行匀速转弯行驶，记录加速度计测量出的车辆前进方向上的加速度值ax(t)和根据陀螺仪测量出的转弯角速度w (t)； 通过下述公式计算
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于: 转弯修正值计算公式中使用的k2为测量结果的平均值，且相同的车型做一次测量和计算即可。
21.如权利要求19所述的装置，其特征在于: 最终的瞬时坡度的计算公式
22.如权利要求12所述的装置，其特征在于: 数据采集模块中，对源数据做滤波降噪处理，对于车速，陀螺仪和加速度计的读值通过简单的低通滤波处理，输出为滤波后的数据。
【文档编号】G06F19/00GK103632062SQ201310656432
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】马涛 申请人:北京乾图方园软件技术有限公司