CN102589521A - 一种车辆倾斜的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆倾斜的测量方法和装置。属于车辆运行状况参数的采集和处理领域。前述方法包括以下步骤：在车辆上设置一个以上发射装置并使之发射出超声波，在车辆上设置一个以上接收装置接收反射波，根据接收装置采集到的反射信号确定各接收装置与地面的距离H；去噪后根据各个测量点H值之间的关系确定车体的倾斜情况。本发明通过采用超声波测量车体多个位置距离地面的距离来取得车辆的倾角，超声波本身已经是较为成熟的技术，应用到本发明中降低了实现成本。并且超声波的单向性较好，测距精度较高。

Description

一种车辆倾斜的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种车辆倾斜的测量方法和装置，属于车辆运行状况参数的采集和处理领域。

背景技术

车辆在行驶过程中难免的要发生倾斜，一般的只要这个倾斜量在车体平衡所允许的范围之内，是可以接受的。为此，需要实时监测该倾斜量。监测倾斜量的首要问题就是对倾斜参数的度量，最后根据倾斜参数调整汽车的工作状态，包括报警，防抱死情形下的主动制动。目前，倾斜参数的测量已经是比较成熟的技术，而且在高档的车辆上已经有所应用，采用的具体方案各不相同。例如授权公告号CN100593221C名称为倾斜传感器的发明专利所展示的那样，磁性介质通过轴可旋转的安装至机架，轴与机架之间设置了降低机架振动对磁性介质转动干扰的中间体。在车辆倾斜的时候，机架以同样的角度发生转动，而磁性介质在重力作用下保持原有的位置。这种角位移差引起磁性介质在机架上的磁通量发生变化，这种变化通过传感器获得。再例如中国专利申请号200710102108.1所披露的名称为一种经由对悬架挡块转动的频率分析确定侧倾状态的方法的发明专利，该方法设想通过套设在麦弗逊支柱上的转动部件在车辆倾斜的时候产生相对于底盘的角位移来测量车体的倾斜。

前述方案发明在理论上行的通，但是实际使用时，容易受到车辆底盘的振动、湿度、磁场等等因素的影响。为了降低环境的干扰，必须采用多种抗干扰附加设备和误差修正装置甚至闭环控制系统，这就提高了的实现成本。这也是前述车辆倾斜的检测得不到普及的一个重要原因。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种车辆倾斜的测量方法和装置，该方法作为现有技术的替代方案，结构简单、可靠，降低了实现成本。

为了解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案。

一种车辆倾斜的测量方法，包括以下步骤：

在车辆上设置一个以上发射装置并使之发射出超声波，在车辆上设置一个以上接收装置接收反射波，根据接收装置采集到的反射信号确定各接收装置与地面的距离H；去噪后根据各个测量点H值之间的关系确定车体的倾斜情况。本发明通过采用超声波测量车体多个位置距离地面的距离来取得车辆的倾角，超声波本身已经是较为成熟的技术，应用到本发明中降低了实现成本。并且超声波的单向性较好，测距精度较高。

优选于：所述两个超声波收发装置相互平行，相互间的垂直距离为零、水平距离为S，测得距离地面的距离分别为H---₁----和H---₂，倾角为α= arccos【（H---₁----－H---₂）/S】。采用本方案实现的倾斜测定，过程简单，对软件要求要低。

优选于：所述两个超声波收发装置相互成θ角，该超声波收发装置测距点平行于车体方向上的距离为S、垂直于车体方向上为距离为c，测得距离地面的距离分别为H---₁----和 H---₂，倾角为α=arctan （H---₁----+c－H-₂cosθ）/（H---₂sinθ----+S）。本方案的测距对超声波收发装置的安装要求较低，更加符合实际状况。

优选于：将前述一个以上超声波收发装置分为一组以上的关联组，同一关联组内的获得的多个数据具有确定的关联性，根据这些具有关联性的多个数据确定一个以上较为准确的值作为该关联组的状态数据。该方法可以降低因为路面状况引起的误差。

优选于：前述具有关联性的多个数据为距离数据。由于距离为直接测得的，将其进行关联组的比较，得出更能反映车体倾角的距离作为该关联组所对应位置与地面的距离，可以降低系统运算量。

优选于：前述具有关联性的多个数据为倾角数据。增加一对超声波收发装置可以增加多个角度信息，这就相当于多次测量，因而得出的车辆倾角也更加准确。

优选于：根据不同时刻车体距离地面的距离和倾角，确定车体的振动状况。车辆的振动状况和车体的倾角更加全面的反映了汽车的运行状况。

一种应用了前述车辆倾斜的测量方法的装置，包括两对以上固定在车辆上的超声波收发装置，用于减小盲区的增益可调放大电路，用于补偿温度影响的温度传感器，以及处理器。该方案可以减小超声收发装置的系统误差，提高测量精度。

本发明的有益效果为：本方法通过简单的超声波收发实现对车辆倾斜的测量，结构简单，成本较低，易于普及；通过比较同一关联组内的超声波收发装置所得到的距离或倾角，可以降低误差，最终减小路面状况对测量结果的影响；通过测量不同时刻车辆与地面的距离、倾角，确定车体的振动情况，进一步反映了汽车的运行状态。

附图说明

图1为采用了本发明所述的测车辆倾斜方法的车辆的优选整体图，主要展示了多个超声波收发装置的优选安装位置；

图2为本发明所述方法一优选测距方式的在倾角为零的情况下的示意图；

图3为图2的在倾角为α时的示意图；

图4为图2所示，当两个超声波收发装置所确定的直线与需要测量倾角的轴向呈γ角度时的测量示意图；

图5为本发明所述方法另一优选测距方式的在倾角为零的情况下的示意图；

图6为图5的在倾角为α时的示意图；

图7为所述关联组的优选示意图。

图8所示的为本发明所述的车辆倾斜的测量装置的优选结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

本发明对所述超声波收发装置的具体位置没有特别的限制。可以在车辆不同的位置设置多个收发装置，也可以在同一位置设置方向不同的多个。下面就这两种分别做一下详述。

由于超声波具有较好的单向性，所以我们可以认为发射波沿着垂直的方向上射在地面上，并且由于地面的漫射，发射光总能被与发射器安装在同一位置的接收器所接收。因此，在很大的角度范围内，所述超声波收发装置总能测得其与地面的距离。在图2和图3中，展示了本发明在车底1的不同位置安装了两个超声波收发装置a1、a2。其中两个收发对垂直距离为零，水平的距离为S，在车体具有一定的倾角α之后，车体距离地面2的距离分别为H---₁和H---₂。根据三角关系，cosα=（H---₁----－H---₂）/S。因此在已知某一时刻车体两个位置之间的距离以及他们距离地面的距离之后，我们总能得到车体在两个收发对所确定的直线所在的方向上的倾角α= arccos【H---₁----－H---₂）/S】。

当两个超声收发对所确定的直线并不是完全与汽车的需要测量倾角的方向重合时仍然能测得在该方向上的倾角，只是此时需要引入另外一个参数。参照图4，所示的平面3为地面，平面4为车底所在的平面。α为车与地面4的夹角，即需要测量的车辆倾角；β为超声收发对A和B所在的线与地面的夹角，即实际测出的夹角；γ为直线AB与车辆横向轴线的夹角。根据空间余弦关系，有cosγ=cosα/cosβ。所以只要引入两个收发对与汽车横向轴线之间的夹角γ，就能根据收发对所在线与地面的夹角β得到汽车横向倾角α=arc（cosγcosβ）。

图5、图6显示了本发明另一优选的实施方式。在车底1不存在倾角的情况下，c为两超声波收发装置b1、b2的垂直距离，S为超声波的水平距离，其他各个参数的含义可以参见图1所示。图3为系统默认不存在倾角时是状态图，图4为具有一定的倾斜角度所得到的结果。根据正弦定理，（H---₁----+c－Stanα）/H-₂=sin【π－（π/2－α）－θ】/sin（π/2－α），即α=arctan （H---₁----+c－H-₂cosθ）/（H---₂sinθ----+S）。

本实施例涉及到两个系统本身的参数从c、S，这两个参数对实际测量结果具有较大影响。下面公开一种测量和校准c的方式。我们可以先保证车底的非倾斜放置，于是参照图5，cosθ=（h--₁+c）/h₂，可以得到c=cosθh₂--－h--₁。我们在初次安装和定期校准的时候可以以这个为依据，但是这不应当解释为对本发明的限制。因为在测得不同位置距离地面的高度以后，只要已知两个非关联的参数，就能得到比较正确的结果。例如，在已知两个超声波收发装置反延长线的交点分别距离两个收发对之间的距离L₁和 L₂，根据正弦定理也可以得到，（L₁+H-₁）/(L₂+H-₂)=sin【π－（π/2－α）－θ】/sin（π/2－α），即α=【（L₁+H-₁）/(L₂+H-₂) /sinθ－cotθ】

由于地面不可能完全平整，单个的超声波测距不能完全反应车体的倾斜情况。我们优选的在垂直于需要测量倾角方向上设置多个超声波收发装置，去掉其中最大值和最小值后求平均值。该平均值即为车体该位置距离地面的距离。参照图1，通过在垂直于车轴的方向上设置两组关联组，每组含有四对超声波收发装置。每组收发对得到该直线位置处车辆距离地面的距离，该距离相比于单个的收发对的结果更能精确的反映真实距离。

在图7中，我们展示了另一种提高精度的方法。该方法中，车底1同一关联组c1、c2、c3也在一条直线上，但是该直线与地面2的倾角能反映车辆的实际倾角。在图2和图5中，我们能够了解到，两对超声波收发装置即能得出该直线上的角度信息，而多对收发对的测量结果应当具有关联性，即等值。当我们在这条直线上设置3对或者更多的时候，其他收发对可以最为校准值，或者直接求平均值。

在本实施例中，每一组收发对可以被利用多次。例如共有同一组关联组共有五对收发对，分别为A、B、C、D、E。根据排列组合，收发对A所得到距离信息可以形成AB、AC、AD、AE四个角度数据。倘若这几个角度数据均偏大或偏小，一般认为A的测量结果存在问题，或者说A处对应的地面存在一定的状况。这里也可以作为估算地面状况的一个方法，在此不作展开。

每间隔一段时间测量一次车体距离地面的距离确定车体的倾角。关联每个时间点和该时间点的距离和倾角可以得到车体的振动状况，至少的，可以得到该振动的位移随时间的变换波形图。车辆的振动是连续的并且振动曲线是光滑的，满足时域内绝对可积的条件。对于任意满足傅里叶变换的信号，总有                                                

，因此可以通过带通滤波除去低频和高频的噪声，当然，被过滤掉的频率范围应当根据车体情况具体设计。滤波后我们可以得到较为准确的

。

令，我们也可以得到车体不同测量点的振动速度，二次微分可得振动加速度。

本发明所述的一种测量车辆倾斜的装置的具体可以参见方法所述，下面主要对超声波收发装置的准确性的提高做进一步详述。

为了提高超声波测量的准确性我们优选的采用下述测距结构，如图8所示。将一定频率、幅度的交流电压加到发射传感器的两端，使其振动发出超声，电路频率的选择应该满足发射传感器的固有频率。这样才能使其工作在谐振频率，达到最优的性能。发射电压从理论上讲师越高越好，因为对同一支发射传感器而言，电压也越高，发射的超声功率就越大，这样在接收传感器上接收的回波功率就比较大，对于接收传感器的设计就相对简单一些，成本也较低。但是，每一只实际的发射传感器都有其工作电压的极限值，即当工作电压超过这个极限值之后，会对传感器的内部造成不可恢复的损害。

发射部分的点脉冲电压很高，但是有障碍物回波引起的压电晶片产生的射频电压只达到毫伏级，甚至微伏。要对这样小的信号进行处理就必须放大。超声波回波经过超声波接收传感器，电容隔直滤波，一级放大，二级增益可调放大后进入比较器。但是由于超声波传感器的固有特性，即盲区的存在，对于回波的接收和处理造成相当程度的影响。本实施例中，采取了增益可调放大电路来减小盲区。

温度对于超声波的影响是非常大的。减小温度的影响一般采用两种方法，一是在超声传感器端部固设一温度补偿板，通过调节温度补偿板来补偿温度为不利影响，另一种是设置温度传感器，通过测得的温度来补偿温度对超声速率的影响。由于温度补偿板的调节比较出迟钝，适于手动，而在车辆运行过程中，手动调节置于车底的温度补偿板的技术难度较大，本实施例中，优选的采用温度传感器。

本发明主要实现的是对车辆运行状况数据的获得，而对汽车获得运行状况数据后的执行操作没有特别的限制，可以参见专利授权公告号CN1891548B所述的车辆振动抑制的方法。 

Claims (8)

1.一种车辆倾斜的测量方法，包括以下步骤：

在车辆上设置一个以上发射装置并使之发射出超声波，在车辆上设置一个以上接收装置接收反射波，根据接收装置采集到的反射信号确定各接收装置与地面的距离H；去噪后根据各个测量点H值之间的关系确定车体的倾斜情况。

2.根据权利要求1所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：所述两个超声波收发装置相互平行，相互间的垂直距离为零、水平距离为S，测得距离地面的距离分别为H---₁----和H---₂，倾角为α= arcos【（H---₁----－H---₂）/S】。

3.根据权利要求1所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：所述两个超声波收发装置相互成θ角，该超声波收发装置测距点平行于车体方向上的距离为S、垂直于车体方向上为距离为c，测得距离地面的距离分别为H---₁----和 H---₂，倾角为α=arctan （H---₁----+c－H-₂cosθ）/（H---₂sinθ----+S）。

4.根据权利要求1所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：将前述一个以上超声波收发装置分为一组以上的关联组，同一关联组内的获得的多个数据具有确定的关联性，根据这些具有关联性的多个数据确定一个以上较为准确的值作为该关联组的状态数据。

5.根据权利要求4所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：前述具有关联性的多个数据为距离数据。

6.根据权利要求4所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：前述具有关联性的多个数据为倾角数据。

7.根据权利要求1所述的车辆倾斜的测量方法，其特征在于：根据不同时刻车体距离地面的距离和倾角，确定车体的振动状况。

8.一种应用了权利要求1所述的车辆倾斜的测量方法的装置，包括两对以上固定在车辆上的超声波收发装置，用于减小盲区的增益可调放大电路，用于补偿温度影响的温度传感器，以及处理器。

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