CN103569131B - 用于测量车辆倾斜度的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统和方法，其可通过调节车辆的驱动状态来改善倾斜度测量的响应性能。该系统包括：高通滤波器，配置成对感测车辆行驶加速度的加速度传感器的输出信号进行高通滤波；以及控制单元，配置成从加速度传感器的原始输出信号中扣减由高通滤波器滤波后的加速度传感器的输出信号，计算预设的截止频率以下的加速度传感器的扣减后输出信号，并基于加速度传感器的截止频率以下的扣减后输出信号来计算倾斜度。

Description

用于测量车辆倾斜度的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年7月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0083192号优先权及其权益，其全部内容通过引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种用于测量车辆的倾斜度的系统和方法，更具体地，涉及一种用于测量车辆倾斜度的系统和方法，其能够通过调节车辆的驱动状态来测量倾斜度。

背景技术

通常而言，当车辆在相对于基准面的倾斜面上驱动时，该车辆在倾斜状态下行驶。沿着车辆驱动方向的倾斜度被用于多种目的。例如，倾斜度可用来改善燃油效率并确定车辆的换挡模式。此外，道路的倾斜度可用于在车辆启动时防止打滑。而且，车辆的倾斜度可用于确定导航的行驶路径、控制车辆的位置、改善车辆的燃油效率、检测车辆的实时能耗等。

可通过多种方法测量倾斜度，例如大气压力传感器、加速度传感器、电子罗盘以及陀螺仪传感器，但加速度传感器最常用。

当通过使用加速度传感器来测量倾斜角时，可使用低通滤波器(LPF)对加速度传感器的信号进行滤波。通过使用加速度传感器和低通滤波器来测量倾斜度的方法实例在图1中示出。

参见图1，监测(例如，接收)加速度传感器的信号来测量倾斜度，并基于加速度传感器的信号来计算车辆的加速度。此外，为消除加速度传感器的传感器中的高频分量和信号噪声，通过低通滤波器对加速度传感器的信号进行滤波。

当加速度传感器的信号使用低通滤波器滤波时，基于滤波后的加速度传感器信号来计算倾斜度，并且通过低通滤波器对计算出的倾斜度值的信号进行滤波来消除在计算出的倾斜度值中的噪声信号，以输出最终倾斜度值。

但是，根据前述测量倾斜度的方法，低通滤波器被用来消除加速度传感器信号中的高频分量和/或噪声信号，可能引起以下问题。

如图2所示，当增大低通滤波器的增益值来改善车速稳定区间的性能时，可能会产生响应时间的延迟。当响应时间被延迟时，会以之前测量的倾斜度值来操作在无倾斜度的地点处的车辆。

与之相反，当减小低通滤波器的增益值来改善响应性能时，高频分量可能反映在倾斜度中，从而降低测量出的倾斜度的可靠性。

此外，根据相关技术中测量倾斜度的方法，由于在每个滤波步骤中使用多个滤波器来获得稳定的倾斜度，相比较于实际的倾斜度值，测量出的倾斜度值可能会减小。

以上在该章节公开的信息仅为加强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成该国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明致力于提供用于测量车辆倾斜度的系统和方法，其优点在于，通过使用高通滤波器(HPF)和低通滤波器(LPF)的独特特性来有效去除加速度传感器的噪声信号和高频分量，以根据车辆的行驶状态来改善倾斜度测量的响应性能。

此外，本发明致力于提供用于测量车辆倾斜度的系统和方法，其优点在于，通过施加率限制(rate limit)来防止倾斜度的突然变化并且根据车辆行驶速度来区分(differentiate)滤波增益值，从而根据车辆的行驶状态来改善倾斜度测量的响应性能。

本发明的示例性实施方式提供一种使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统，包括：高通滤波器，配置成对感测车辆行驶加速度的加速度传感器的输出信号进行滤波；扣减单元，配置成扣减加速度传感器的输出信号并计算预设截止频率以下的加速度传感器的输出信号；以及计算单元，配置成基于加速度传感器的截止频率以下的输出信号来计算倾斜度。

系统还可包括：低通滤波器，配置成对计算单元计算出的倾斜度信号进行滤波；以及倾斜度输出单元，配置成将低通滤波器滤波后的信号输出为倾斜度信号。

系统还可包括倾斜度变化率限制处理单元，配置成当由低通滤波器滤波后的倾斜度信号值的变化率等于或大于预设值时，将信号值输出为限制到预设值的倾斜度信号值。

系统还可包括：车速传感器，配置成感测车速；以及过滤器增益调节单元，配置成设定与车速传感器感测到的车速相对应的高通滤波器或低通滤波器的增益并将所设的增益施加至高通滤波器或低通滤波器。

本发明的另一示例性实施方式提供一种通过使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的方法，包括：使用高通滤波器对感测车辆行驶加速度的加速度传感器的输出信号进行滤波；从加速度传感器的原始输出信号扣减加速度传感器的高通滤波后输出信号，并计算预设截止频率以下的加速度传感器的输出信号；以及，基于加速度传感器的截止频率以下的输出信号来计算倾斜度。

该方法还可包括：使用低通滤波器对计算出的倾斜度信号进行滤波；以及当倾斜度的低通滤波后信号值的变化率等于或大于预设值时，将倾斜度的低通滤波后信号值输出为限制到预设值的倾斜度信号值。

该方法还可包括：感测车速；以及设定与车速相应的高通滤波器或低通滤波器的增益并将所设定的增益施加至高通滤波器或低通滤波器。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，通过利用高通滤波器(HPF)和低通滤波器(LPF)的独特特性而大体除去加速度传感器的噪声信号和高频分量，可以根据车辆的行驶状态而改善倾斜度测量的响应性能。

此外，根据本发明的示例性实施方式，根据倾斜度变化率的识别，当倾斜度的变化率超过预设变化率时，可以通过限制倾斜度的变化率来防止倾斜度的突然变化。另外，根据本发明的示例性实施方式，可以根据车速区分滤波增益值，从而根据车辆的行驶状态来改善倾斜度测量的响应性能和可靠性。

附图说明

图1是根据相关技术的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的方法的示例性流程图。

图2是描述图1中方法的问题的示例图。

图3是根据本发明示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统的示例图。

图4的(a)到(c)是示出根据本发明示例性实施方式的图3所示系统的操作的示例图。

图5到7是示出根据本发明另一示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统的示例图。

图8是根据本发明示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的方法的示例性流程图。

图9是示出根据本发明示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统和方法的改善性能的示例图。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元以执行示例性进程，但应明白的是，示例性进程还可由一个或多个模块执行。另外，应当理解的是，术语“控制器”是指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置成存储模块/单元，处理器被具体配置成执行该模块以进行将在以下进一步描述的一个或更多进程。

此外，本发明的控制逻辑可以具体表现为，在含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光数据存储装置。计算机可读记录介质也可以在连接网络的计算机系统中分布，从而计算机可读媒体可以通过例如远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)以分布方式存储并执行。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括、包含、含有”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

在下文中，将参照附图对本发明示例性实施方式进行详细描述。

图3是根据本发明示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统的示例图。参见图3，本发明可包括对加速度传感器10的输出信号进行高通滤波的高通滤波器(HPF)30。

由控制器控制的扣减单元50可连接到高通滤波器30的后端。扣减单元50可接收加速度传感器10的原始输出信号(图4的(a))以及加速度传感器10的经高通滤波器30滤波后的输出信号(图4的(b))。通过接收加速度传感器的原始输出信号和加速度传感器的经高通滤波器滤波后的输出信号并扣减这些滤波后信号，扣减单元50可计算出加速度传感器在预设截止频率以下的输出信号(图4的(c))。扣减单元50可从原始输出信号(图4的(a))中减去加速度传感器10的滤波后输出信号(图4的(b))。

从图4中可看出，图4的(c)的形式与经过低通滤波器的信号相同。换言之，根据本发明的示例性实施方式，相关技术中的低通滤波器可通过高通滤波器30的使用，从而防止响应时间的延迟。

从扣减单元50输出的信号可被用作倾斜度计算单元60的输入。由控制器控制的倾斜度计算单元60，可通过接收扣减单元50的输出信号来计算倾斜度。换言之，倾斜度计算单元60可基于扣减单元50的输出信号来计算并输出倾斜度。

倾斜度计算单元60的输出信号(例如，倾斜角度)可经由倾斜度输出单元90而传送到需要车辆加速度的位置。倾斜度计算单元60的输出信号可包括低频的信号噪声，因而，可使用低通滤波器70来减小倾斜度计算单元60与倾斜度输出单元90之间的信号噪声。高频信号可通过扣减单元50来消除，因而，低频的噪声信号通过低通滤波器70而消除。

图6是根据本发明另一示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统的示例图。参见图6，由控制器控制的倾斜度变化率限制处理单元80，可布置在低通滤波器70与倾斜度输出单元90之间。

当经过低通滤波器70滤波后的倾斜度信号的值等于或大于预设值时，倾斜度变化率限制处理单元80可用预设值将滤波后的倾斜度信号加工为有限值的倾斜度信号，并且将所加工的倾斜度信号输入到倾斜度输出单元90中。

尽管经过低通滤波器70滤波后的倾斜度信号是低频分量的信号，但可能无法持续地输出稳定信号，并且倾斜度信号可随多种因素而异常且迅速地变化。例如，施加到车辆的浪涌电流(in rush current)的影响，可导致倾斜度变化率限制处理单元80对具有快速变化率的倾斜度信号的加工处理受限。

图7是根据本发明另一示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统的示例图。

参见图7，与图6相比，使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统还可包括：车速传感器20(即，传感器)，感测车速；和滤波器增益调节单元40，设定与车速传感器20感测到的车速相对应的高通滤波器30和/或低通滤波器70的增益，并将设定的增益应用于高通滤波器30和/或低通滤波器70。

图7示出的是由控制器控制的车辆加速度计算单元15，其经由加速度传感器10的输出信号来计算车辆的加速度。为了图3到6的附图的简明性，车辆加速度计算单元15并未示出，但本领域技术人员应该清楚，车辆加速度计算单元15对于图3到6的配置是必要的。

由控制器控制的滤波器增益调节单元40，可用于在倾斜度测量期间对各个车速的由于车辆特性和道路特性引起的响应性能进行区分。

在低速区域以及中速区域(例如，60km/h以下)，即城市区域中，由于道路倾斜度的突然变化，具有快速响应性能的过滤器可能是必要的。另外，在城市区域中，滤波器增益调节单元40可降低滤波器的增益。

但是，在高速区域(例如，高于60km/h)，即高速公路区域中，由于道路倾斜度的变化相对不频繁，信号的稳定性可能比快速响应性能更重要。因此，滤波器增益调节单元40可提高滤波器的增益以用于稳定响应。

根据本发明示例性实施方式的使用加速度传感器来测量车辆倾斜度的系统和方法的操作将参照附图进行描述。例如，为改善车辆的燃油效率并确定换挡模式，相应的控制系统可测量当前道路的倾斜度。

当从车辆加速度传感器生成输出信号时，由于各种电和机械因素，高频分量和噪声可包括在加速度传感器10的输出信号中。可使用滤波器去除高频分量和噪声，并且当将大的滤波器增益值用于稳定性的改善时，响应时间增加。

与之相反，当使用小的滤波器增益值来改善响应性能时，高频分量可能在倾斜度中得以反映，从而降低测量出的倾斜度值的可靠性。

然而，根据本发明的示例性实施方式，可在不产生前述问题的情况下测量倾斜度。

当车辆运行时，可在加速度传感器10中生成输出信号并可在车辆加速度计算单元15和高通滤波器30中输入加速度传感器10的输出信号(S100)。由控制器控制的车辆加速度计算单元15，可基于输入的加速度传感器10的输出信号来计算车辆的加速度，并将计算出的车辆加速度传送到需要车辆加速度的位置(S100)。

高通滤波器30可通过对加速度传感器10的输出信号进行高通滤波并只输出高频分量来去除加速度传感器10的输出信号的低频分量(S200)。

在本发明的示例性实施方式中，高通滤波器30的滤波器增益可设定为缺省值，但本发明的范围并不限于此。例如，可根据车速来设定高通滤波器30的滤波增益。例如，当车速为中低速(例如，60km/h以下)时，可假定车辆在城市区域中行驶。由于在城市区域中，道路倾斜度可能突然变化，滤波器的相当快速的响应可能是必须的。因此，当确认由车速传感器20感测到的车速为中低速时，由控制器控制的滤波器增益调节单元40可将高通滤波器30的增益降低到预设值(例如，小于缺省值的值)(S140)。相似地，在城市范围中相对低值的过滤器增益可被应用于将在稍后描述的低通滤波器70。

另一方面，当车速为高速(例如，大于60km/h)时，可假定车辆在高速公路上行驶。由于在高速公路区域中道路倾斜度可能不会突然变化，滤波器的响应不需要快速。因此，当确认由车速传感器20感测到的车速为高速时，由控制器控制的滤波器增益调节单元40可将高通滤波器30的增益增加到预设值(例如，大于缺省值的值)(S140)。相似地，在高速公路区域中的相对高值的过滤器增益可被应用于将在稍后描述的低通滤波器70。

图9示出根据本发明示例性实施方式的通过滤波器增益调节单元40根据车速来调节滤波器增益而实现的改善的响应性能。

经过高通滤波器30滤波的加速度传感器10的输出信号以及加速度传感器10的原始输出信号可被输入到扣减单元50。当加速度传感器10的原始输出信号和经高通滤波器30滤波后的信号被输入到扣减单元50时，如图4的(a)到(c)所示，扣减单元50可从加速度传感器10的原始输出信号中减去经高通滤波器30滤波的信号，并仅输出与高通滤波器30的截止频率(fc)或更低频率相对应的低频分量的加速度传感器信号(S300)。

从扣减单元50输出的信号可与上述经过低通滤波器的信号大致相同。但是，可通过扣减单元50来大致去除信号输出中的高频分量。

从扣减单元50输出的信号可被输入到由控制器控制的倾斜度计算单元60。当扣减单元50的输出信号输入到倾斜度计算单元60时，倾斜度计算单元60可基于倾斜度计算单元60的输入信号来计算倾斜度(S400)。

在倾斜度计算单元60中计算出的倾斜度可直接传送到需要倾斜度输出单元90的倾斜度以响应于倾斜度而操作车辆的位置上，例如发动机电控系统和变速箱电控系统。但是，由于倾斜度计算单元60计算出的倾斜度信号可包括传感器10的低频分量的传感器噪声，所以倾斜度计算单元60的输出信号(例如，倾斜度信号)可通过低通滤波器70而进行滤波(S500)。可如上所述通过滤波器增益调节单元40，根据车速来调节低通滤波器70中的滤波增益。

然而，由于低通滤波后的倾斜度信号可能由于多种因素而突然变化，例如，由施加到车辆的浪涌电流所引起的不利影响。因此，本发明的由控制器控制的倾斜度变化率限制处理单元80可接收低通滤波后的倾斜度信号，并且当倾斜度信号的变化率等于或大于预设值(例如，相较于之前的信号为20％或更高的变化)时，倾斜度变化率限制处理单元80可输出限制到预设值的值的倾斜度信号(例如，限制到输入倾斜角信号的20％的值)(S600和S800)。

倾斜度变化率限制处理单元80可根据设计方面的考虑而进行任意地选择。因此，当不包括倾斜度变化率限制处理单元80时，本发明经由倾斜度输出单元90输出低通滤波器70滤波后的信号作为倾斜度(S700)。

因此，本发明可通过调节车辆的驱动状态来改善倾斜度测量的响应性能。

尽管已结合当前被认为是示例性实施方式的内容描述了本发明，但是应当理解的是，本发明并不限制于所公开的实施方式，而是与之相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的实质和范围内的各种变形和等价设定。

Claims (8)

1.一种使用加速度传感器来测量车辆的倾斜度的系统，包括：

高通滤波器，其配置成对所述加速度传感器的输出信号进行高通滤波，所述加速度传感器感测所述车辆的行驶加速度；

控制器，其配置成

从所述加速度传感器的原始输出信号中扣减由所述高通滤波器滤波后的所述加速度传感器的输出信号；

计算预设截止频率以下的所述加速度传感器的扣减后输出信号；并且

基于所述加速度传感器的预设截止频率以下的扣减后输出信号来计算倾斜度；以及

车速传感器，其配置成感测车速，

其中，所述控制器还配置成设定与所述车速传感器感测到的车速相对应的所述高通滤波器的增益，并将所设定的对应所述高通滤波器的增益应用于所述高通滤波器。

2.根据权利要求1所述的系统，还包括：

低通滤波器，其配置成对计算出的倾斜度的信号进行低通滤波，所述控制器还配置成将由所述低通滤波器滤波后的信号输出为倾斜度信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，

所述控制器还配置成：

输出所述倾斜度信号的值，其中当所述倾斜度信号的值的变化率等于或大于预设值时，将该值限制到所述预设值。

4.根据权利要求2所述的系统，其中，

所述控制器还配置成，设定与所述车速传感器感测到的车速相对应的所述低通滤波器的增益，并将所设定的对应所述低通滤波器的增益应用于所述低通滤波器。

5.一种使用加速度传感器来测量车辆的倾斜度的方法，包括：

通过高通滤波器，对所述加速度传感器的输出信号进行滤波，所述加速度传感器感测所述车辆的行驶加速度；

通过控制器，从所述加速度传感器的原始输出信号中扣减所述加速度传感器的高通滤波后的输出信号；

通过所述控制器，计算预设截止频率以下的所述加速度传感器的扣减后输出信号；

通过所述控制器，基于所述加速度传感器的预设截止频率以下的扣减后输出信号来计算倾斜度；

通过速度传感器，感测车速；

通过所述控制器，设定与所述车速相应的所述高通滤波器的增益；以及

通过所述控制器，将所设定的对应所述高通滤波器的增益应用于所述高通滤波器。

6.根据权利要求5所述的方法，还包括：

通过低通滤波器，对计算出的倾斜度的信号进行滤波；以及

将低通滤波后的信号输出为倾斜度信号。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

输出所述倾斜度信号的值，当所述倾斜度信号的值的变化率等于或大于预设值时，将该值限制到所述预设值。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

通过速度传感器，感测车速；

通过所述控制器，设定与所述车速相应的所述低通滤波器的增益；以及

通过所述控制器，将所设定的对应所述低通滤波器的增益应用于所述低通滤波器。