CN103303303B - 转换esc装置的传感器测量值的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于转换安装在车辆上的ESC装置中的传感器的测量值的方法，包括：从安装在车辆上的ESC装置中的传感器接收指示传感器测量值的信号；根据所接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移；根据所计算的偏移将来自所述ESC装置中的传感器的传感器测量值转换为所述车辆的坐标系中的值。

Description

转换ESC装置的传感器测量值的方法

技术领域

本申请总体上涉及车辆的电子稳定性控制装置，更具体地涉及电子稳定性控制装置中传感器测量值的转换。

背景技术

现在，越来越多的汽车开始安装电子稳定性控制器(Electronic StabilityController)或ESP(Electronic Stability Program)车身电子稳定系统(在本文以下部分中，将统称为电子稳定性控制(ESC)装置)。ESC装置应用高级的传感技术来判断驾驶者意图的行驶方向，在车辆开始偏离意图的方向时，ESC装置可以启动干预措施，通过控制车轮制动器或控制发动机扭矩，来补偿车辆的稳定性，从而将车辆引导回正确的路线。

ESC装置根据来自车身上安装的各种传感器的信号来判断汽车行驶的准确方向或状态，其中，各种传感器例如是纵向加速度传感器(longitudinalacceleration sensor)、横向加速度传感器(lateral acceleration sensor)和横摆角速度传感器(yaw rate sensor)、轮速传感器、方向盘转向角传感器等。因此，ESC装置的性能和鲁棒性高度依赖于来自车身上各种传感器的信号。

装配有ESC装置的车辆中的传感器的安装方式有两种：一种方式是将传感器安装在车辆上ESC装置以外的位置，并使其经由车辆的通信系统与ESC装置通信；另一种方式是将传感器与ESC装置集成在一起(例如使用MEMS传感器技术)。由于车辆的空间欠缺或技术人员的操作失误等原因，ESC装置被安装到车辆上时，它的坐标系方向常常与车辆本身的坐标系方向不一致，即出现偏移。在这种情况下，由ESC装置中集成的传感器提供的信号将无法准确反映车辆当前的行驶方向或状态，从而导致ESC装置停止运行或导致ESC装置发出错误的控制指令。

在现有技术中，通常由OEM制造商来提供一个表示ESC装置相对于车辆的偏移方向的参数，然后在ESC装置工作时，能够根据该参数将来自ESC装置中的传感器的信号表示的测量值转换为车辆坐标系中的测量值。但是，每个ESC装置被安装到车辆上的位置都可能不同，并且在车辆的开发阶段ESC的安装位置也可能不断调整。因此，由OEM制造商提供的偏移参数，无法被灵活及时地调整，导致OEM制造商所提供的参数不能准确地反映最终安装好的ESC装置的实际偏移量，从而对汽车的安全驾驶带来严重的不利后果。

发明内容

本申请的目的在于提供一种用于转换ESC装置中传感器的测量值的方法，以及能够执行该方法的一种新的ESC装置。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于转换传感器测量值的方法，包括：从安装在车辆上的ESC装置中的传感器接收指示传感器测量值的信号；根据所接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移；根据所计算的偏移将来自所述ESC装置中的传感器的传感器测量值转换为所述车辆的坐标系中的值。

根据本发明的另一个方面，提供了一种安装在车辆上的ESC装置，包括：主控制单元，用于控制所述车辆的稳定性；传感器系统；偏移调整单元，包括：信号接收模块，用于从所述传感器系统中的传感器接收指示传感器测量值的信号；偏移计算模块，用于根据所接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移；转换模块，用于根据所计算的偏移将来自所述传感器系统中的传感器的传感器测量值转换为所述车辆的坐标系中的值。

通过使用本申请提供的方法，ESC装置可以计算其坐标系相对于车辆坐标系的偏移参数，而无须从OEM来获得该参数。因此，根据本发明的ESC装置可以更灵活及时地调整其坐标系相对于车辆坐标系的偏移参数，其产生的偏移参数也更准确，从而使ESC装置能更加安全有效地控制车辆的稳定性。此外，车辆的设计和ESC装置的安装也更为灵活方便，节省了设计、安装和调理成本。

本发明的这些及其他特性、特征和优势将在参考附图描述的说明书中变得明显，其中附图以示例的方式图示说明了本发明的原理。说明书仅是出于示例目的，而不限制本发明的范围。下文所引用的参考图都是指附图。

附图说明

通过参考下面结合附图给出的说明，本文描述的各个方面将变得更加显而易见，其中：

图1是车辆坐标系和ESC装置坐标系的示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的ESC装置的示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的方法的流程图；

图4是根据本发明的一个实施例的偏移计算模块所执行的算法的逻辑示意图；

图5A-5E是根据本发明的一个实施例的偏移计算模块所执行的算法的详细流程图；

图6是根据本发明的一个实施例的偏移计算模块的结构框图。

应当理解的是，在所有上述附图中，同样的附图标记指代同样、相似或对应的特征或功能。

具体实施方式

本申请将针对具体实施例并且参考特定附图进行描述，但是本申请并不局限于此，本申请仅是通过权利要求进行限定。所描述的附图仅为示意性的而非限制性的。在附图中，为便于说明，一些元件的尺寸可能被放大而未按比例绘制。对于在提到单数名词时使用的不定冠词或定冠词，例如“一”、“一个”和“该/所述”，除另有明确规定外，这包括该名词的复数形式。

图1示出了一辆汽车和其上安装的ESC装置各自的坐标系的示意图。其中，由x^R轴、y^R轴和z^R轴表示的坐标系是该辆汽车的坐标系，其中x^R轴的方向与汽车前进方向一致，y^R轴与x^R轴位于相同的水平面且垂直于x^R轴，z^R轴垂直于水平面。类似地，由x^L轴、y^L轴和z^L轴表示的坐标系是ESC装置的坐标系。在实际安装中，由于设计或操作等原因，ESC装置的坐标系方向无法与车辆坐标系的方向保持一致，即ESC装置坐标系的坐标轴的方向会不同于车辆坐标系的坐标轴的方向。如图1所示，虽然坐标轴z^L轴与z^R轴的方向一致，但是x^L轴与x^R轴之间，以及y^L轴与y^R轴之间都存在旋转角α。

ESC装置中传感器所产生的信号所表示的测量值都是基于ESC的坐标系的。如果如图1所示，x^L轴与x^R轴之间，以及y^L轴与y^R轴之间都存在旋转角α，那么ESC装置中的传感器所产生的信号将无法正确反映汽车的行驶方向或状态。例如，当汽车沿x^R轴方向正常行驶时，该车在y^R轴方向的加速度应为零，但是，ESC装置中的传感器的测量值可能表示该车在x^L轴和y^L轴方向的加速度都不为零。如果ESC装置在不对其中的传感器的测量值进行转换的情况下，直接基于这些值来做出关于车辆稳定性的判断，那么将会产生错误的结果。为了使ESC装置能够获得正确的反映车辆行驶状态的测量值，需要将来自ESC装置中的传感器的信号所表示的测量值转换为车辆坐标系中的值。

图2示出了根据本申请的一个实施例的ESC装置200。ESC装置200包括：主控制单元210、传感器系统220以及偏移调整单元230。ESC装置200可以如图1所示的那样安装在车辆上。以下结合附图2详细描述ESC装置200的各组成部件。

主控制单元210用于根据提供给其的传感器测量值来执行电子稳定性控制，其可以实现现有技术中的集成了传感器或未集成传感器的ESC装置的电子稳定性控制功能，例如根据提供给其的传感器测量值，来产生对车轮制动器或发动机扭矩的控制命令。

传感器系统220可以包括一个或更多个传感器，例如传感器221和222，这些传感器用于对车辆的状态进行测量，产生测量值，并且将表示测量值的信号提供给ESC装置200中的偏移调整单元230或车辆上的其它部件。在一个实施例中，传感器系统220中的传感器可以是线性惯性传感器，线性惯性传感器可以包括加速度计或其他适当的用于测量ESC装置沿线性轴的惯性状态的设备。线性惯性传感器可以包括例如纵向加速度传感器和横向加速度传感器。从这些线性惯性传感器获得的线性惯性测量值可以指示ESC装置200的一个或多个位置、位置的改变、线性速率、线性加速度和/或加速度的改变率等。传感器系统220中的传感器的类型不限于此，在另一个实施例中，传感器系统220还可以包括其它类型的传感器，例如横摆角速度传感器等。另外，图2所示的传感器系统220包括两个传感器221、222，然而，传感器系统220中传感器的数量不限于此。

传感器系统220中的传感器所产生的传感器测量值是基于ESC装置200的坐标系的。例如，当ESC装置200的坐标系是如图1所示的坐标系x^Ly^Lz^L时，那么ESC装置200中的纵向加速度传感器(例如传感器221)的测量值将表示车辆沿x^L轴方向的加速度，ESC装置200中的横向加速度传感器(例如传感器222)的测量值将表示车辆沿y^L轴方向的加速度。由于坐标系x^Ly^Lz^L相对于车辆的坐标系x^Ry^Rz^R有偏移，即x^L轴与x^R轴之间有旋转角α，y^L轴与y^R轴之间也有旋转角α，所以纵向加速度传感器221和横向加速度传感器222所产生测量值将不同于车辆在x^R方向和y^R方向上的加速度值。

再次参照图2，ESC装置200还包括偏移调整单元230，用于将从传感器系统220接收的信号所表示的传感器测量值转换为对应于车辆坐标系的值。偏移调整单元230包括信号接收模块231、偏移计算模块232以及转换模块233。

信号接收模块231可以从传感器系统220中的传感器或车辆中位于ESC装置200以外的其它传感器接收传感器信号，并且将信号表示的测量值提供给偏移计算模块232。在一个实施例中，信号接收模块231可以从传感器系统220中的纵向加速度传感器221和横向加速度传感器222接收传感器信号，并且从ESC装置200以外的轮速传感器接收信号。然而，信号接收模块231不限于从以上所述的传感器接收信号。在其他实施例中，信号接收模块231还可以从例如角速度传感器等接收传感器信号。

偏移计算模块232根据信号接收模块231所提供的传感器测量值，来计算ESC装置200的坐标系相对于车辆的坐标系的偏移，并且将计算出的表示偏移的参数提供给转换模块233。在一个实施例中，偏移计算的结果可以是坐标轴之间的夹角。此外，根据不同的情况，偏移计算模块232可以使用来自不同的传感器的测量值，应用不同的数学算法来计算偏移量。例如，当ESC装置200的z^L轴与汽车的z^R轴方向一致并且汽车沿x^R轴向前进方向直线行驶时，偏移计算模块232可以根据ESC装置200中的纵向加速度传感器和横向加速度传感器的测量值来计算x^L轴与x^R轴之间或y^L轴与y^R轴之间的夹角α。在另一种情况下，偏移计算模块232可以根据ESC装置200中的纵向加速度传感器和横向加速度传感器的测量值以及来自轮速传感器的测量值，使用递归最小二乘法算法来计算偏移量。在更一般的情况下，只要一种传感器的测量值能反映车辆本身的惯性状态，那么就可以利用该种传感器来计算ESC装置的偏移量。另外，计算偏移量的数学算法也不限于以上的例子。

转换模块233根据从偏移计算模块232获取的偏移量参数，对传感器系统220中的传感器所提供的测量值进行转换，以将其转换为车辆坐标系x^Ry^Rz^R中的值。例如，以x^L轴与x^R轴之间或y^L轴与y^R轴之间的夹角α作为偏移量参数，并且 和 分别为来自纵向加速度传感器221和横向加速度传感器222的在x^L轴和y^L轴方向上的测量值，则可以通过如下所述的公式将x^Ly^Lz^L坐标系中的值 和 转换为坐标系x^Ry^Rz^R中的值 和

$a_x^R=(\cos \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\α})a_x^L$

$a_y^R=(\cos \mathrm{\α}-\sin \mathrm{\α})a_y^L$

转换后的值 和 可以正确反映车辆的行驶状态。对测量值进行转换的方式不限于以上所述的方式。

以下，结合附图3来描述附图2所示的ESC装置所执行的转换ESC装置中的传感器的测量值的方法300。

首先，信号接收模块231接收来自车辆上的ESC装置200中的传感器的信号(步骤S301)，该信号可以表示传感器对车辆行驶状态的测量值。

接着，偏移计算模块232根据所接收的测量值来计算ESC装置200的坐标系相对于车辆坐标系的偏移(步骤S302)。

在偏移量计算模块232计算出偏移之后，转换模块233根据所计算出的偏移，将传感器系统220中的传感器提供的基于ESC装置200的坐标系的测量值转换为基于车辆本身的坐标系的值(步骤S303)。

基于车辆本身的坐标系的值可以随后被提供给ESC装置200中的主控制单元210，从而使得主控制单元210能够基于正确的传感器测量值来准确地判断汽车当前的行驶状态，以便对车辆的稳定性做出控制。一旦一次性地计算出ESC装置200的偏移量后，就可以一直使用该偏移量作为参数来转换ESC装置200中的传感器的测量值，除非ESC装置200的位置又发生了变化。如果ESC装置200的位置可能发生了变化，例如汽车发生了碰撞，则可以重新执行方法300来计算偏移量。

以下结合一个具体实施例来描述本发明的方法流程。当如本发明所述的ESC装置安装到一辆汽车上时，可能由于车辆设计上的限制，或者由于安装人员操作上的失误，而导致ESC装置的坐标系的x^L轴和y^L轴的方向与车辆的坐标系的x^R轴和y^R轴的方向并不一致，x^L轴与x^R轴之间并且y^L轴与y^R轴之间都存在夹角α，除此以外，z^L轴与z^R轴的方向是一致的。另外，ESC装置的传感器系统中至少包括纵向加速度传感器和横向加速度传感器。

在安装有ESC装置的该辆汽车制造完后第一次开动时，就可以立即开始计算ESC装置的偏移。ESC装置中的纵向加速度传感器和横向加速度传感器可以向ESC装置中的偏移调整单元连续提供指示传感器测量值的信号。此外，车辆中的轮速传感器也可以向ESC装置中的偏移调整单元连续提供指示传感器测量值的信号。偏移调整单元中的信号接收模块获得传感器信号所指示的随时间变化的传感器测量值 和a_WSS，并将它们提供给偏移计算模块，其中 是纵向加速度传感器的测量值， 是横向加速度传感器的测量值，a_WSS是轮速传感器的加速度测量值。

偏移计算模块可以根据随时间连续变化的传感器测量值 和a_WSS，利用递归最小二乘法算法来计算夹角α。图4显示了一个夹角检测算法的逻辑示意图。如图4所示， 和a_WSS随时间t会连续变化，因而 和 也会随时间t连续变化。利用递归最小二乘法算法，根据连续获得的 和a_WSS，可以计算得到sinα(t)、cosα(t)和协方差矩阵P(t)。然后可以判断上述计算结果是否可信，如果可信，则计算α(t)，然后可以继续下一轮计算；如果不可信，则可以使α(t)等于t-1时刻计算的α，然后可以继续下一轮计算。一般情况下，随着计算轮次的增多，所计算出的α会更接近实际的偏移量。

可以将t时刻计算出的可信的α作为偏移计算的结果，调整模块使用该参数α来将ESC装置中的纵向加速度传感器和横向加速度传感器的测量值转换为车辆坐标系中的值，并提供给ESC装置中的执行电子稳定性控制的主控制单元，从而使得该车辆的ESC装置能够正确地对汽车进行稳定性控制。

在该实施例中，ESC装置仅根据轮速传感器、ESC装置中的纵向加速度传感器和横向加速度传感器的信号来计算偏移。因此，对于ESC装置来说，其需要的额外信号仅仅是来自轮速传感器的信号，而无需添加额外的硬件。

图5A-5E是根据一个实施例的ESC装置中的偏移计算模块可以执行的安装位置检测算法的更详细的流程图。图中的各个变量除特别说明以外，都与前述形式相同的变量具有相同的含义。各个图中形式相同的变量具有相同的含义。

图5A显示了算法的整体流程，其中V_veh(t)表示在时刻t时的车辆的速度。在信号准备步骤中，对来自传感器的测量值进行预处理，以便于进行位置估计；在位置估计步骤中，利用递归最小二乘法算法，根据预处理后的信号来计算夹角α；在位置可信性判断步骤中，对所计算的夹角α的可信性进行判断，如果可信则更新α，如果不可信则不进行更新，可以继续使用之前计算的α。

图5B对图5A中的信号准备步骤进行了更详细的说明，其中 和 可以分别通过如下方式计算得到：

$\left(\begin{array}{c}{a}_x^R\\ a_y^R\end{array}\right)=\left(\begin{array}{cc}\cos \mathrm{\α}& -\sin \mathrm{\α}\\ \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}{a}_x^L\\ a_y^L\end{array}\right),$ 即：a^R＝A^RL·a^L；

$a_{\mathrm{Corr}-x}^{\mathrm{COG}}\left(t\right)=f\left(\mathrm{sensorsignal}\right),$ 例如： $a_{\mathrm{Corr}-x}^{\mathrm{COG}}\left(t\right)=f\left(a_{\mathrm{WSS}}\left(t\right)\right);$

$a_{\mathrm{Corr}-y}^{\mathrm{COG}}\left(t\right)=f\left(\mathrm{sensorsignal}\right),$ 例如： $a_{\mathrm{Corr}-y}^{\mathrm{COG}}\left(t\right)=f(v_{\mathrm{WSS}-\mathrm{RL}}\left(t\right),v_{\mathrm{WSS}-\mathrm{RR}}\left(t\right)).$

在上述公式中，各符号的意义如下所述：a表示加速度；V表示速度；WSS表示轮速传感器；COG表示重心；L表示ESC装置的坐标系；R表示车辆的坐标系；A^RL表示旋转矩阵，用于将L坐标系中的坐标值转换为R坐标系中的坐标值。根据来自轮速传感器的加速度和速度测量值计算出的 和 约等于车辆重心的实际加速度值。

图5C对图5A中的位置估计步骤进行了更详细的说明，其中， 表示估计的偏移量offset_x/y(t)； 表示估计的参数矢量； 表示估计的旋转角；P(t)表示协方差矩阵。在该步骤中，可以根据 与 之间的关系，利用递归最小二乘法算法进行计算，以得到旋转角的值。

图5D和图5E对图5A中的位置可信性判断步骤进行了更详细的说明，其中， ${\mathrm{da}}_{x/y}(t-1)\widehat{=}{\mathrm{offset}}_{x/y}(t-1),$ 估计的offset_x/y(t)。

图6是根据一个实施例的ESC装置中的偏移计算模块的结构框图。如图6所示，偏移计算模块610包括信号准备模块611，位置估计模块612以及位置可信性判断模块613，上述模块611～613可以分别实现图5A中所示的信号准备步骤、位置估计步骤和位置可信性判断步骤所实现的功能。

在上述实施例中，使用ESC装置中的纵向加速度传感器、横向加速度传感器和车辆上的轮速传感器的测量值并且使用如图4和图5A-5E所示的算法来计算ESC装置的偏移量。但是，本发明的范围并不限于此。在其他情况中，还可以使用例如横摆角速度传感器、方向盘转向角传感器等的测量值，利用其他数学算法来计算ESC装置的偏移量。

此外，在上述各个实施例中包括的特定特征并不限于仅包括在该特定实施例中，对于不同实施例中的特征可以进行适当组合，而不脱离本发明的范围。

通过使用本发明的方法或装置，可以直接由ESC装置来计算偏移量参数，而无需再从OEM制造商处获得这些参数。由于每个ESC装置的安装都可能存在不同程度的偏差，因此，OEM制造商无法提供非常准确的偏移量参数，而使用本发明所述的方法，则所计算的参数具有更高的准确度。此外，由于根据本发明所述的ESC装置可以自己计算偏移量，因而无需在装配，更换ESC装置时，对ESC装置进行校准。

以上结合具体实施例描述了本发明。本领域的技术人员还应认识到，可以将结合本文公开的各方面描述的各种示例性逻辑框、模块、单元、装置、电路和算法步骤实现为电子硬件、由处理器执行的各种形式的包含指令的程序或设计代码(文本为了方便起见可以将其称为“软件”或“软件模块”)或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上文一般从它们功能性的角度来描述各种示例性部件、框、模块、单元和步骤。将这些功能实现为硬件、固件还是软件取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束条件。技术人员可以针对每种特定应用以不同的方式实现所述的功能，但不应将这种实现决定解释为导致脱离本公开的范围。

应该注意的是，给出上述实施例是为了描述本发明而非限制本发明，并且要理解的是，本领域技术人员很容易想到在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以采取修改和变更。这种修改和变更被视为在本发明和权利要求书的范围内。本发明的保护范围由权利要求书进行限定。另外，权利要求书中的任何附图标记均不应被解释为对权利要求的限制。

Claims (15)

1.一种用于转换传感器测量值的方法，其特征在于包括：

从安装在车辆上的ESC装置中的传感器接收指示传感器测量值的信号；

根据所接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移；

根据所计算的偏移将来自所述ESC装置中的传感器的传感器测量值转换为所述车辆的坐标系中的值。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

从所述ESC装置以外的传感器接收指示传感器测量值的信号，

并且其中，根据从所述ESC装置中的传感器和所述ESC装置以外的传感器接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述ESC装置以外的传感器是轮速传感器。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述ESC装置中的传感器包括惯性传感器。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述惯性传感器包括纵向加速度传感器和横向加速度传感器。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述偏移由所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的旋转角来表示。

7.如权利要求1所述的方法，其中，计算所述偏移包括：

信号准备步骤，对所接收的传感器测量值进行预处理；

位置估计步骤，利用递归最小二乘法算法，根据预处理后的测量值来计算偏移；

位置可信性判断步骤，对所计算的偏移的可信性进行判断，如果可信则输出该偏移。

8.一种安装在车辆上的ESC装置，包括：

主控制单元，用于控制所述车辆的稳定性；

传感器系统；

其特征在于所述ESC装置还包括偏移调整单元，包括：

信号接收模块，用于从所述传感器系统中的传感器接收指示传感器测量值的信号；

偏移计算模块，用于根据所接收的传感器测量值来计算所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的偏移；

转换模块，用于根据所计算的偏移将来自所述传感器系统中的传感器的传感器测量值转换为所述车辆的坐标系中的值。

9.如权利要求8所述的ESC装置，其中，

所述信号接收模块还从所述ESC装置以外的传感器接收指示传感器测量值的信号。

10.如权利要求9所述的ESC装置，其中，所述ESC装置以外的传感器是轮速传感器。

11.权利要求8所述的ESC装置，其中，所述传感器系统中的传感器包括惯性传感器。

12.如权利要求11所述的ESC装置，其中，所述惯性传感器包括纵向加速度传感器和横向加速度传感器。

13.如权利要求8所述的ESC装置，其中，所述偏移由所述ESC装置的坐标系相对于所述车辆的坐标系的旋转角来表示。

14.如权利要求8所述的ESC装置，其中，所述偏移计算模块包括：

信号准备模块，用于对所接收的传感器测量值进行预处理；

位置估计模块，用于利用递归最小二乘法算法，根据预处理后的测量值来计算偏移；

位置可信性判断模块，用于对所计算的偏移的可信性进行判断，如果可信则输出该偏移。

15.一种车辆，其安装有如权利要求8-14中任意一个权利要求所述的ESC装置。