CN101743478B - 使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，所述感应器使用加速度感应器根据移动物体的重力变化判断行驶状态。所述使用感应器判断行驶状态的方法包括：当移动物体被驾驶时，根据所述移动物体的重力值，从感应所述移动物体关于重力方向的重力值的感应器读取感应器输出信号；以及通过将所述读取的感应器输出信号与预先设定的参考范围进行比较，判断所述移动物体处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态。

Description

使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种导航系统，更具体地讲，涉及一种使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，所述方法和设备使用加速度感应器根据移动物体的重力变化判断行驶状态。
背景技术
一般来说，导航系统是使用人造卫星为交通运输设备，如汽车的行驶提供信息的系统。所述导航系统是自动的。
典型的导航系统被配置到一个终端并包括存储地图数据的存储介质。此外，导航系统包括接收全球定位系统(GPS：Global Positioning System)信号的全球定位系统(GPS)接收器。
导航系统计算车辆的位置，基于所述计算出的车辆位置通知用户车辆的当前位置。此外，所述导航系统导出从当前位置到用户的期待目的地的最佳路线并引导用户到达所述期待目的地，并将各种相关信息同路线一起向用户提供。
计算车辆位置的方法，使用GPS接收器接收来自GPS卫星的位置数据，并基于收到的位置数据计算车辆的当前位置。
另一种计算车辆位置的方法，使用安装在车辆上的回转仪感应器(gyrosensor)和加速度感应器计算车辆的当前位置。在这种情况下，其他方法为，接收GPS信号，基于收到的GPS信号计算车辆的当前位置，并基于回转仪感应器和加速度感应器检测的结果纠正计算出的当前位置。
另外，使用加速度感应器判断感应器的坡度值并根据判断的坡度值判断车辆的倾斜情况。为此，所述加速度感应器被垂直地安装在车辆的前面、侧面或底部表面。当车辆处于水平状态，需要设置加速度感应器的输出值作为初始值的条件。在这种条件下，当车辆停止时，可使用加速度感应器的输出值获得车辆的坡度值。
然而，当车辆被驾驶时，由于受到车辆的其他加速度值的影响，重力值频繁变化，如加减速、由于路面产生的振动、车体的振动等。因此，车辆的倾斜情况可能无法判断。
虽然可以在车辆停止时判断车辆的倾斜情况，但是在行驶时可能会因重力变化而无法判断车辆的倾斜情况，因为加速度感应器的输出值极少。
发明内容
技术目的
本发明提供了一种使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，所述方法和设备可在移动物体被驾驶时根据其倾斜情况判断重力变化，从而可使用所述重力变化判断垂直行驶状态。
本发明还提供了一种使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，所述方法和设备可更准确地判断移动物体的水平行驶状态或上下坡行驶状态。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供了一种判断行驶状态的方法，所述方法包括：当移动物体被驾驶时，根据所述移动物体的重力值，从感应所述移动物体关于重力方向的重力值的感应器读取感应器输出信号；以及通过将所述读取的感应器输出信号与预先设定的参考范围进行比较，判断所述移动物体处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态。
根据本发明的另一个方面，提供了一种判断行驶状态的设备，所述设备包括：感应器，其在移动物体被驾驶时感应所述移动物体的关于重力方向的重力值；以及判断单元，其通过将感应器输出信号与预先设定的参考范围进行比较，判断所述移动物体处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态。
根据本发明，可在移动物体被驾驶时判断其重力变化，因此，可判断移动物体是处于水平行驶状态还是上下坡行驶状态。
附图说明
图1是示出根据本发明的示例性实施例的使用感应器判断垂直行驶状态的设备的配置的框图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的使用感应器判断垂直行驶状态的方法的流程图；以及
图3是示出根据移动物体的行驶状态的加速度感应器输出信号的示图。
具体实施方式
下文中，将参照图示对使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备进行详细说明。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的使用感应器判断垂直行驶状态的设备的配置的框图，图2是示出根据本发明的示例性实施例的使用感应器判断垂直行驶状态的方法的流程图。
参照图1，将详细描述垂直行驶状态判断设备。
垂直行驶状态判断设备被应用到导航设备，所述导航设备包括全球定位系统(GPS)接收器10。GPS接收器10从至少3个GPS卫星接收位置信号，并计算GPS接收器10的位置。所述导航设备可为便携式导航设备(portablenavigation device：PND)类型。
所述导航设备可包括加速度感应器。在这种情况下，导航设备可使用GPS接收器10接收的GPS信号计算移动物体的当前位置。此外，导航设备可根据加速度感应器检测的信号等纠正计算的当前位置。
垂直行驶状态判断设备当移动物体被驾驶时通过感应关于所述移动物体的重力方向的重力值来识别移动物体的重力变化，从而可判断移动物体的水平行驶状态或上下坡行驶状态。
为此，如图1所示，垂直行驶状态判断设备包括感应器、信号处理单元30和判断单元40。感应器感应关于移动物体重力方向的重力值。信号处理单元30处理所述感应器的信号。判断单元40使用感应器的输出信号判断移动物体是处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态。
所述感应器在移动物体被驾驶时感应其重力值。此外，感应器可包括加速度感应器20，用于导航设备的位置纠正。
加速度感应器20可测量移动物体的X轴、Y轴、Z轴的加速度值。在这种情况下，X轴与移动物体的水平方向相同。Y轴与移动物体的行驶方向相同。Z轴与移动物体的垂直方向相同。
所述加速度感应器20的Z轴感应在移动物体的垂直方向的力量。当使用Z轴时，关于移动物体的重力方向的、即相对于地面垂直的轴的重力值，可被感应。因此，加速度感应器20可被作为感应移动物体重力值的感应器使用。
因此，加速度感应器20包括至少一条感应器轴，并控制至少一条感应器轴与移动物体的垂直方向，即重力方向相同。当加速度感应器20对应于三轴加速度感应器时，只过滤和使用对应重力方向的Z轴的感应器输出信号。
根据本发明，为减少行驶时行驶方向或水平方向的加速度对移动物体重力值的影响，当判断移动物体的水平行驶状态或上下坡行驶状态时，只使用对应移动物体的垂直方向的轴的感应器输出信号(以下简称Z轴感应器输出信号)。
此外，由于加速度感应器20输出模拟信号，所述模拟信号必须被转换成可被判断单元40识别的数字信号。为此，信号处理单元30接收加速度感应器20的Z轴感应器输出信号，并且将Z轴感应器输出信号转换成数字信号。此外，信号处理单元30将转换的Z轴感应器输出信号发送至判断单元40。
信号处理单元30包括模拟到数字(A/D：analog to digital)转换器35。A/D转换器35将作为输入信号的Z轴感应器输出信号转换为可被判断单元识别的数字信号。数字信号对应模拟信号的水平。
根据本发明，移动物体是处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态被根据Z轴感应器输出信号判断。为做出所述判断，要求为Z轴感应器输出信号的判断设置参考范围。
作为设置参考范围的方法，制造导航设备时将导航设备安装在移动物体内，并在行驶环境下收集加速度感应器20输出的Z轴感应器输出信号。信号范围可包括收集的所有Z轴感应器输出信号，被作为参考范围设置。
作为另一个设置参考范围的方法，除上面介绍的方法以外，设置参考范围在行驶时实时地使用从加速度感应器20输出的Z轴感应器输出信号。
为此，使用两种类型的过滤器。一个过滤器为设置参考范围而被用于过滤Z轴感应器输出信号，以下简称第一感应器输出信号。另一个过滤器，为判断移动物体是处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态而被用于过滤Z轴感应器输出信号，以下简称第二感应器输出信号。
具体来说，信号处理单元30进一步包括第一过滤器31和第二过滤器33。第一过滤器31将通过A/D转换器35输出的Z轴感应器输出信号过滤成第一感应器输出信号。在这种情况下，第一感应器输出信号具有关于重力方向的第一反应特征。第二过滤器33将A/D转换器35输出的Z轴感应器输出信号过滤成第二感应器输出信号。在这种情况下，第二感应器输出信号的第二反应特征大于第一反应特征。
第一过滤器31和第二过滤器33分别使用从A/D转换器35输出的Z轴感应器输出信号作为输入信号，并应用关于重力方向的不同的反应特征，如对Z轴感应器输出信号不同的增益(gain)。因此，第一过滤器31和第二过滤器33输出并向判断单元40提供第一感应器输出信号和第二感应器输出信号。第一感应器输出信号和第二输出感应器信号互不相同。
判断单元40使用第一感应器输出信号作为判断移动物体的垂直行驶状态标准。此外，判断单元40使用第二感应器的输出信号作为判断移动物体的水平行驶状态或上下坡行驶状态的标准。
在这种情况下，由判断单元40判断的移动物体的行驶状态，可在导航设备计算移动物体的当前位置或导航设备引导用户沿着路线到达用户指定的目的地时作为信息使用。
此外，可以使用控制单元执行判断单元40所有的控制操作，无需包括单独的对应判断单元40的单元。控制单元包括路线引导功能并控制导航设备的整体运作。
由判断单元40使用加速度感应器20判断移动物体行驶状态的方法，将参照图2详细描述。
以下，使用第一感应器输出信号和第二感应器输出信号判断移动物体的行驶状态的操作将被描述。第一感应器输出信号和第二感应器输出信号，在使用不同的反应特征过滤加速度感应器40的Z轴的感应器输出信号时被获得。
当移动物体被驾驶时，读取由包括在导航设备内的加速度感应器20输出的Z轴感应器输出信号。Z轴感应器输出信号被转换为具有不同反应特征的第一感应器输出信号Z1和第二感应器输出信号Z2，并被提供。
在操作S10中，当移动物体被驾驶时，周期地读取Z轴感应器输出信号，即第一感应器输出信号Z1和第二感应器输出信号Z2。
图3示出当移动物体行驶在包括水平道路和上下坡的道路上时，使用Z轴感应器输出信号的两个过滤器的信号测量结果。Z轴感应器输出信号对应重力方向。两个过滤器各自应用关于输入的输出特征系数，即对重力的反应特征。因此，一个过滤器输出对重力相对不敏感的第一感应器输出信号Z1，而另一个过滤器输出对重力比较敏感的第二感应器输出信号Z2。具体来说，可使用通过不同的过滤器输出的第一感应器输出信号Z1和第二感应器输出信号Z2之间的水平差异，来认知移动物体的垂直轴的力量的极小变化。
如图3所示，在上坡行驶状态，例如，当移动物体从水平地面进入上坡或从下坡进入水平地面时，加速度感应器30显示移动物体垂直轴的相关感应器值下降的图形。在下坡行驶状态，例如，当移动物体从水平地面进入下坡或从上坡进入水平地面时，加速度感应器30显示感应器值升高的图形。
如上所述，可通过信号处理方法及加速度感应器20的感应器特征，确定移动物体的所述垂直行驶状态。
在操作S20中，第一感应器输出信号Z1被判断为从第一感应器输出信号Z1和第二感应器输出信号Z2的默认值。在这种情况下，第一感应器输出信号Z1通过具有低反应特征的过滤器被输出。
在操作S30中，通过运用预先设定的±级别根据第一感应器输出信号Z1的信号水平设置参考范围。参考范围用于判断移动物体的垂直行驶状态，并用于减少对移动物体的行驶状态的判断错误。
在操作S40中，判断第二感应器输出信号Z2的水平值是否在参考范围内。在操作S50中，作为S40操作的判断结果，当第二感应器输出信号Z2具有参考范围内的水平值时，判断为移动物体的重力变化极小，移动物体处于水平行驶状态。
此外，当第二感应器输出信号Z2具有参考范围之外的水平值时，判断移动物体处于上下坡行驶状态。
在这里，当参考范围外的重力变化在第二感应器输出信号Z2里被感应到时，判断移动物体处于上下坡行驶状态。在这种情况下，需要判断移动物体实际上是处于上坡行驶状态还是下坡行驶状态。
为此，在操作S60中，判断第二感应器输出信号Z2的水平值是否大于第一感应器输出信号Z1水平值。
作为操作S60的判断结果，在操作S70中，当第二感应器输出信号Z2的水平值小于第一感应器输出信号Z1的水平值时，判断移动物体处于上坡行驶状态。此外，在操作S80中，当第二感应器输出信号Z2的水平值大于第一感应器输出信号Z1水平值时，判断所述移动物体处于下坡行驶状态。
此外，当第二感应器输出信号Z2具有参考范围之外的水平值且第二感应器输出信号Z2减去第一感应器输出信号Z1(Z2-Z1)具有的值为正数时，判断所述移动物体处于下坡行驶状态。当第二感应器输出信号Z2具有参考范围之外的水平值且第二感应器输出信号Z2减去第一感应器输出信号Z1(Z2-Z1)具有的值为负数时，判断所述移动物体处于上坡行驶状态。
上下坡行驶状态的判断条件，根据加速度感应器20的内部特征或加速度感应器20的类型可被设置为与上面所述的条件相反的条件。
根据本发明，准确判断移动物体的重力变化，由此判断移动物体是处于水平行驶状态还是上下坡行驶状态。
本发明的示例性实施例包括包含由计算机执行各种操作的程序指令的计算机可读介质。该介质可能还包括，独立的或与程序指令一起结合的数据文件、数据结构、表等。媒体和程序指令可专门为本发明的目的设计和构建，或为给精通和具有计算机软件的技术技巧的人提供。计算机可读介质的例子包括磁介质如硬盘、软盘和磁带；光学介质如CD ROM光盘和DVD；磁光介质如光盘；以及专门配置为存储和执行程序指令的硬件设备，如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等。程序指令的例子包括机器代码，如由编译器产生的，也包括含有可由计算机使用解释程序执行的更高级代码的文件。
根据本发明，使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，使用重力方向的加速度感应器垂直轴所对应的感应器值，提供行驶中的移动物体是处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态的信息。
此外，根据本发明，使用感应器判断垂直行驶状态的方法和设备，只单纯地使用移动物体的垂直轴即重力方向的感应器的信号模式，因此在当行驶中感应重力变化时，可减少移动物体的除垂直方向之外的加速度的值的影响。
此外，根据本发明，使用感应器判断垂直状态行驶的方法和设备，给予垂直轴值以不同的反应特征，使用两信号之间的变化区分移动物体的重力变化，从而可以准确地判断移动物体的垂直行驶状态。
虽然本发明一些实施例已被展示和描述，但是本发明不仅限于所描述的实施例。相反，本技术领域的技术人员能够意识到在不脱离本发明的原则和精神范围内对实施例进行改变，其范围由权利要求书及其等同物决定。

Claims (11)

1.一种判断行驶状态的方法，所述方法包括：
当移动物体被驾驶时，根据所述移动物体的重力值，从感应所述移动物体关于重力方向的重力值的感应器读取感应器输出信号；以及
通过将所述读取的感应器输出信号与预先设定的参考范围进行比较，判断所述移动物体处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态；
其中，所述判断水平行驶状态或上下坡行驶状态的步骤包括：根据关于所述重力方向的所述读取的感应器输出信号设置所述参考范围；
其中，所述设置步骤包括：
将所述感应器输出信号过滤成第一感应器输出信号和第二感应器输出信号，所述第一感应器输出信号和所述第二感应器输出信号对于所述重力方向具有不同的反应特征；以及
根据所述第一感应器输出信号设置具有预先设定的信号水平范围的所述参考范围。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述感应器包括加速度感应器，并控制所述加速度感应器的轴与所述移动物体的垂直方向相同，所述移动物体的所述垂直方向对应所述重力方向。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述读取步骤包括：当移动物体被驾驶时，从所述加速度感应器周期地读取对应所述重力方向的轴的感应器输出信号。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述判断步骤进一步包括：
当关于所述重力方向的所述读取的感应器输出信号在所述参考范围之内时，判断所述移动物体处于水平行驶状态；以及
当所述读取的感应器输出信号在所述参考范围之外时，判断所述移动物体处于上坡行驶状态或下坡行驶状态。
5.如权利要求4所述的方法，其中，关于所述重力方向的所述第二感应器输出信号的反应特征大于所述第一感应器输出信号的反应特征。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述判断水平行驶状态或上下坡行驶状态的步骤进一步包括，当所述第二感应器输出信号具有的水平值在所述参考范围之内时，判断所述移动物体处于水平行驶状态。
7.如权利要求5所述的方法，其中，所述判断水平行驶状态或上下坡行驶状态的步骤进一步包括：
当所述第二感应器输出信号具有的水平值在所述参考范围之外且大于所述第一感应器输出信号时，判断所述移动物体处于下坡行驶状态；以及
当所述第二感应器输出信号具有的水平值在所述参考范围之外且小于所述第一感应器输出信号时，判断所述移动物体处于上坡行驶状态。
8.一种判断行驶状态的设备，所述设备包括：
感应器，其在移动物体被驾驶时感应所述移动物体的关于重力方向的重力值；
判断单元，其通过将感应器输出信号与预先设定的参考范围进行比较，判断所述移动物体处于水平行驶状态还是处于上下坡行驶状态；以及
信号处理单元，其将所述感应器输出信号转换成所述判断单元可识别的信号，并将所述转换的感应器输出信号输出至所述判断单元；
其中，所述信号处理单元包括A/D转换器，所述A/D转换器将感应器输出信号转换成判断单元可识别的数字信号；
第一过滤器，其将所述A/D转换器输出的感应器输出信号过滤成第一感应器输出信号；以及
第二过滤器，其将所述A/D转换器输出的感应器输出信号过滤成第二感应器输出信号，所述第一感应器输出信号具有关于所述重力方向的第一反应特征，所述第二感应器输出信号具有大于所述第一反应特征的第二反应特征。
9.如权利要求8所述的设备，其中，所述感应器包括加速度感应器，并控制所述加速度感应器的一条轴与所述重力方向相同，以感应所述移动物体的所述重力值。
10.如权利要求8所述的设备，其中，所述判断单元根据所述第一感应器输出信号设置所述参考范围。
11.如权利要求10所述的设备，其中，所述判断单元：当所述第二感应器输出信号具有的水平值在所述参考范围内时，判断所述移动物体处于水平行驶状态；当所述第二感应器输出信号具有的水平值不在所述参考范围内且大于所述第一感应器输出信号时，判断所述移动物体处于下坡行驶状态；当所述第二感应器输出信号具有的水平值不在所述参考范围内且小于所述第一感应器输出信号时，判断所述移动物体处于上坡行驶状态。
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