CN103786730B - 测量车辆转弯过程中的倾斜角的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了根据车辆转弯时出现的侧向加速度和横摆角速度在车辆转弯时测量倾斜角的方法和系统，该方法包括：通过控制器，基于通过车速传感器检测到的车速，来计算行驶加速度；通过纵向加速度传感器来检测车辆的纵向加速度；基于行驶加速度和纵向加速度来计算道路的第一倾斜角；通过横摆角速度传感器来检测车辆的横摆角速度；确定何时检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值；以及响应于检测到横摆角速度等于或大于预定值，通过对第一倾斜角应用补偿值来计算第二倾斜角。

Description

测量车辆转弯过程中的倾斜角的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年10月26日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0119991号的优先权和利益，其全部内容并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及一种测量倾斜角的方法和系统，其根据车辆转弯过程中的侧向加速度和横摆角速度(yaw rate)来测量倾斜角。

背景技术

通常，车辆在倾斜的道路上以某一倾斜角行驶，并且倾斜角可以被用于各种目的。例如，为改进燃料消耗和确定车辆的速度模式的改变，可以利用道路的倾斜角。此外，倾斜角可用于防止车辆在起动时向后滑动。而且，倾斜角可用于确定导航装置的行驶路径、车辆的位置控制、改进车辆的燃料消耗、和检测车辆的实时能量消耗。

可以通过多种方法来测量倾斜角，比如利用大气压力传感器、加速度传感器、电子指南针、或陀螺仪传感器来进行测量，但加速度传感器被最广泛地应用。

大部分加速度传感器是测量纵向加速度的纵向加速度传感器。纵向加速度传感器通常利用压电式传感器。利用压电式传感器的纵向加速度传感器是长棒形式，并且当长棒形式的压电式传感器由于受加速力而弯曲时，压电式传感器输出与其相应的电压。电压表示对应的加速度。在下文中，除非另有说明，否则加速度传感器指示纵向加速度。

将参照图1对利用加速度传感器计算倾斜角的一个例子进行描述。

加速度传感器的输出信号值(long_accel_val)和与该输出信号值对应的倾斜角(θ)可通过以下公式1来计算：

Ma＝F-(F_气动+F_滚动+F_爬行)

Ma＝F-(F_气动+F_滚动+Mgsinθ)

F-(F_气动+F_滚动)＝M·(a+gsinθ)

long_accel_val＝a+gsinθ

gsinθ＝long_accel_val-a

∴

其中，M是车辆质量，a是车辆的行驶加速度，g是重力加速度，F是车辆输出，F_气动是车辆的空气阻力，F_滚动是车辆的滚动阻力，F_爬行是车辆的倾斜阻力。

比如，可通过对检测车速的车速传感器的输出值求微分而得到车辆的行驶加速度(a)。通过对车速传感器的输出值求微分而得到车辆的行驶加速度对本领域的普通技术人员而言是公知的，因此其具体描述被省略。

当已知加速度传感器的输出值(long_accel_val)和行驶加速度(a)时，通过以上公式1来计算倾斜角(θ)。在公式1中，当加速度传感器的输出值(long_accel_val)与行驶加速度(a)之间没有差异时，可以确定倾斜角是0而且道路基本水平。

但是，当在车辆转弯的情况下如上所述利用加速度传感器来测量倾斜角时，可能出现相应于车辆转弯的侧向加速度和/或横摆角速度，因此实际的加速度传感器输出值和实际的加速度值之间可能存在差异，因此可能不能测量出准确的倾斜角。当由于受车辆转弯过程中出现的侧向加速度和横摆角速度的影响而使实际加速度和加速度传感器的输出之间存在差异时，测量的倾斜角可能减小。

图2是图示在车辆于水平道路上刹车的同时车辆执行U形转弯的情形的示例性图。参照图2，当车辆执行U形转弯时，由于出现与转弯对应的侧向加速度和横摆角速度，测得的倾斜角可能减小约7％至10％。当倾斜角减小时，利用倾斜角的车辆控制装置会错误地将道路识别为水平的，并由此错误地控制汽车。

在此部分公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能含有不构成该国本领域中普通技术人员已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

致力于提供一种测量倾斜角的方法和系统而做出本发明，其具有根据车辆转弯过程中的侧向加速度和/或横摆角速度来测量倾斜角的优点。

本发明的一个示例性实施方式提供一种测量行驶道路的倾斜角的方法，该方法包括：基于通过车速传感器检测到的车速来计算行驶加速度；通过纵向加速度传感器来检测车辆的纵向加速度；基于行驶加速度和纵向加速度来计算行驶道路的第一倾斜角；通过横摆角速度传感器来检测车辆的横摆角速度；确定何时检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值；以及当检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值时，获得应用了对第一倾斜角设定的补偿值的第二倾斜角。

当检测到的横摆角速度的值小于预定值时，第一倾斜角可被设定为第二倾斜角。预定补偿值可以被设定为与横摆角速度的值成比例。应用的倾斜角的获得可包括通过对第一倾斜角增加预定的补偿值来进行应用。

可通过以预定时间对行驶速度求微分来计算行驶加速度，并且可基于从纵向加速度中减去行驶加速度来计算第一倾斜角。

本发明的另一实施方式提供一种测量行驶道路的倾斜角的系统，该系统包括：车速传感器，其检测车辆速度；纵向加速度传感器，其检测车辆的纵向加速度；横摆角速度传感器，其检测车辆的横摆角速度；和倾斜角测量装置，其接收车速传感器、纵向加速度传感器和横摆角速度传感器的信号输入并测量行驶道路的倾斜角，其中该倾斜角测量装置通过预定的程序而运转，该程序包括用于执行前述的本发明示例性实施方式的倾斜角测量方法的一系列命令。

该倾斜角测量装置可包括由控制器控制的多个单元。该多个单元可包括：车速输入单元，其接收车速传感器的输入信号；纵向加速度输入单元，其接收纵向加速度传感器的信号输入；和第一倾斜角计算单元，其基于车速来计算行驶加速度，并基于计算的行驶加速度和纵向加速度来计算第一倾斜角；横摆角速度输入单元，其接收横摆角速度传感器的信号输入；横摆角速度大小确定单元，其确定何时横摆角速度传感器信号的大小等于或大于预定值；补偿值计算单元，其根据横摆角速度大小来计算用于补偿第一倾斜角的补偿值；和补偿值结合单元，其通过将第一倾斜角和补偿值相加来输出第二倾斜角。

如上所述，根据本发明的示例性实施方式，可以考虑车辆转弯过程中出现的侧向加速度和横摆角速度而准确地测量倾斜角。

附图说明

图1是图解测量倾斜角的一般方法的图。

图2是阐释测量倾斜角的常规方法的问题的图。

图3是图解根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量系统的结构的框图。

图4是图解根据本发明示例性实施方式的测量倾斜角的方法的流程图。

图5是根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量图。

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)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

尽管示例性实施方式被描述为利用多个单元来进行示例性操作，但应当理解示例性操作也可以由一个或多个模块完成。此外，应当理解，术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块/单元，并且处理器被具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或多个操作。

此外，本发明的控制逻辑可以实现为包含可由处理器、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。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、快闪驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中，以便，例如通过远程信息处理(telematics)服务器或控制器局域网(CAN)以分布式模式存储和执行计算机可读介质。

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(a、an、the)”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(comprises和/或comprising)”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。

下面将参照附图对本发明进行更加全面的说明，其中示出了本发明的示例性实施方式。正如本领域技术人员将认识到的，描述的实施方式可以以各种不同的方式改变，所有都不偏离本发明的精神或范围。

图3是图解根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量系统的结构的示例性框图。

根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量系统是一种根据车辆转弯时出现的横摆角速度和/或侧向加速度来准确地测量倾斜角的倾斜角测量系统。该系统可包括：车速传感器12，其被配置为检测车辆速度；纵向加速度传感器14，其被配置为检测车辆的纵向加速度；横摆角速度传感器16，其被配置为检测车辆的横摆角速度；以及由控制器控制的倾斜角测量装置100，其被配置为接收车速传感器12、纵向加速度传感器14和横摆角速度传感器16的信号输入，以测量行驶道路的倾斜角。

倾斜角测量装置100可以通过预定的程序而运转，该预定程序包括用于执行根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量方法的一系列命令。

车速传感器12可以是，例如，附装到车轮以便检测车轮转速的传感器，但是应当理解本发明并不局限于此。当车速传感器12具有可以输出与实际车速对应的信号的结构时，车速传感器12可落入本发明的范围内。

纵向加速度传感器14可以是一种常规用于车辆以检测车辆的纵向加速度的传感器。横摆角速度传感器16可以是一种常规用于车辆并检测车辆转弯时车辆的横摆角速度的传感器。

由控制器控制的倾斜角测量装置100可包括硬件，硬件可包括至少一个处理器或微处理器和通过预定程序而运转的电子部件，并且该预定程序可以形成有一系列用于执行下文描述的本发明示例性实施方式的倾斜角测量方法的命令。换言之，倾斜角测量装置100可包括多个其中结合有程序和硬件的模块。

此外，如图3所示，形成有多个其中结合有程序和硬件的模块的倾斜角测量装置100可包括：车速输入单元120，被配置为接收车速传感器12的信号输入；纵向加速度输入单元140，被配置为接收纵向加速度传感器14的信号输入；和第一倾斜角计算单元150，被配置为基于车辆速度来计算行驶加速度，并基于计算的行驶加速度和纵向加速度来计算第一倾斜角。

此外，倾斜角测量装置100可包括：横摆角速度输入单元160，被配置为接收横摆角速度传感器16的信号输入；横摆角速度大小确定单元170，被配置为确定何时横摆角速度传感器16的信号的大小等于或大于预定值；补偿值计算单元180，被配置为根据横摆角速度大小来计算用于补偿第一倾斜角的补偿值；和补偿值结合单元190，被配置为通过结合第一倾斜角和补偿值来输出第二倾斜角。

包括在倾斜角测量装置100中的单元120、140、150、160、170、180和190可以形成为模块形式，在其中结合有程序和硬件。车速输入单元120、纵向加速度输入单元140、横摆角速度输入单元160、第一倾斜角计算单元150和补偿值结合单元190中的每一者可包括有用来消除信号中的噪声的过滤器。

在下文中，将参照附图详细描述根据本发明示例性实施方式的倾斜角测量方法。图4是图解根据本发明示例性实施方式的测量倾斜角的方法的示例性流程图。

如图4所示，由控制器控制的倾斜角测量装置100，可基于通过车速传感器12检测到的车辆速度来计算行驶加速度(S110)。如本领域普通技术人员所公知的，可通过以预定时间对车辆速度求微分来计算行驶加速度，所以省略了其详细描述。

为计算行驶加速度，在车速传感器12中检测到的车速信号可以在车速输入单元120中被过滤并且可被输入到第一倾斜角计算单元150。当在车速输入单元120中被过滤的车速信号被输入到第一倾斜角计算单元150时，第一倾斜角计算单元150可通过以预定时间对经过滤的车速信号求微分来计算行驶加速度。

此外，第一倾斜角计算单元150可接收由纵向加速度传感器14检测到的纵向加速度信号的输入(S120)。由纵向加速度传感器14检测到的纵向加速度信号可以在纵向加速度输入单元140中被过滤并且可被输入到第一倾斜角计算单元150。当计算出行驶加速度并且输入了纵向加速度信号时，如上所述，第一倾斜角计算单元150可基于行驶加速度(a)和纵向加速度信号(long_accel_val)，通过下列公式1来计算第一倾斜角(θ)(S130)。

公式1：

Ma＝F-(F_气动+F_滚动+F_爬行)

Ma＝F-(F_气动+F_滚动+Mgsinθ)

F-(F_气动+F_滚动)＝M·(a+g sinθ)

long_accel_val＝a+gsinθ

gsinθ＝long_accel_val-a

∴

其中，M是车辆质量，a是车辆的行驶加速度，g是重力加速度，F是车辆输出，F_气动是车辆的空气阻力，F_滚动是车辆的滚动阻力，F_爬行是车辆的倾斜阻力。

倾斜角测量装置100的横摆角速度输入单元160可对横摆角速度传感器16所检测到的横摆角速度信号进行过滤，并将过滤的横摆角速度信号传输到横摆角速度大小确定单元170(S140)。当由横摆角速度输入单元160过滤的横摆角速度信号被传输到横摆角速度大小确定单元170时，横摆角速度大小确定单元170可以确定何时横摆角速度信号的值等于或大于预定值(S150)。可以根据当车辆的转弯水平是可以使倾斜角的大小减小约2～3％以上的水平时来设定该预定值。

当横摆角速度信号的值等于或大于预定值时，倾斜角测量装置100的补偿值计算单元180可计算与横摆角速度成比例的补偿值(S160)。换言之，补偿值计算单元180可以计算补偿值，其用来补偿由于在车辆转弯过程中出现的横摆角速度和/或侧向加速度而减小的倾斜角的大小。可基于实验数据或实验测量值来计算补偿值。

当横摆角速度信号的值小于预定值时，倾斜角测量装置100的补偿值计算单元180可将补偿值设定为0(S170)。

当计算出补偿值时，倾斜角测量装置100的补偿值结合单元190可将补偿值加到第一倾斜角并输出增加后的第一倾斜角作为第二倾斜角(S180)。

图5是图解根据本发明示例性实施方式的车辆转弯过程中的补偿倾斜角的示例性图。参照图5，相比于传统的情况，根据本发明的示例性实施方式，当车辆转弯时，可对倾斜角进行补偿并且可以在约2-3％的误差范围内准确地测量倾斜角(见图2)。

因此，根据本发明的示例性实施方式，当测量行驶道路的倾斜角时，可以通过横摆角速度传感器的信号值而估计到倾斜角减小，并且通过补偿由车速和纵向加速度信号而算得的倾斜角，可以更准确地测量倾斜角。

尽管已经结合当前认为是示例性的实施方式描述了本发明，但可以理解的是，本发明并不局限于公开的实施方式，相反，其意在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。

Claims (12)

1.一种测量行驶道路的倾斜角的方法，所述方法包括：

通过车速传感器来检测车速；

通过纵向加速度传感器来检测车辆的纵向加速度；

通过横摆角速度传感器来检测所述车辆的横摆角速度；

通过控制器接收所述车速传感器、所述纵向加速度传感器和所述横摆角速度传感器的信号输入；

通过所述控制器，基于检测到的车速来计算行驶加速度；

通过所述控制器，基于所述行驶加速度和所述纵向加速度来计算所述行驶道路的第一倾斜角；

通过所述控制器，确定何时检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值；

通过所述控制器计算第二倾斜角，以在所述车辆转弯时，响应于检测到所述横摆角速度等于或大于所述预定值，应用对所述第一倾斜角设定的补偿值，来获得所述第二倾斜角；和

当检测到的横摆角速度的值小于所述预定值时，通过所述控制器，将所述第一倾斜角设定为所述第二倾斜角。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述补偿值被设定为与所述横摆角速度的值成比例。

3.如权利要求2所述的方法，其中计算所述第二倾斜角的步骤包括，通过所述控制器，对所述第一倾斜角增加所述补偿值。

4.如权利要求1所述的方法，其中通过所述控制器，通过以预定时间对行驶速度求微分来计算所述行驶加速度，且通过所述控制器，基于从所述纵向加速度中减去所述行驶加速度来计算所述第一倾斜角。

5.一种测量行驶道路的倾斜角的系统，所述系统包括：

车速传感器，其被配置为检测车速；

纵向加速度传感器，其被配置为检测车辆的纵向加速度；

横摆角速度传感器，其被配置为检测所述车辆的横摆角速度；和

控制器，其被配置为：

接收所述车速传感器、所述纵向加速度传感器和所述横摆角速度传感器的信号输入；

基于检测到的车速来计算行驶加速度；

基于所述行驶加速度和所述纵向加速度来计算所述行驶道路的第一倾斜角；

确定何时检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值；

计算第二倾斜角，以在所述车辆转弯时，响应于检测到所检测的横摆角速度等于或大于所述预定值，应用对所述第一倾斜角设定的补偿值，来获得所述第二倾斜角；和

当检测到的横摆角速度的值小于所述预定值时，将所述第一倾斜角设定为所述第二倾斜角。

6.如权利要求5所述的系统，其中所述补偿值被设定为与所述横摆角速度的值成比例。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述控制器还被配置为对所述第一倾斜角增加所述补偿值。

8.如权利要求5所述的系统，其中所述控制器还被配置为通过以预定时间对行驶速度求微分来计算所述行驶加速度，且通过从所述纵向加速度中减去所述行驶加速度来计算所述第一倾斜角。

9.一种包含由处理器或控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述程序指令当被处理器或控制器执行时使得所述处理器或控制器执行以下步骤：

控制车速传感器以检测车速；

控制纵向加速度传感器以检测车辆的纵向加速度；

控制横摆角速度传感器以检测所述车辆的横摆角速度；

接收所述车速传感器、所述纵向加速度传感器和所述横摆角速度传感器的信号输入；

基于检测到的车速来计算行驶加速度；

基于所述行驶加速度和所述纵向加速度来计算行驶道路的第一倾斜角；

确定何时检测到的横摆角速度的值等于或大于预定值；

计算第二倾斜角，以在所述车辆转弯时，响应于检测到所检测的横摆角速度等于或大于所述预定值，应用对所述第一倾斜角设定的补偿值，来获得所述第二倾斜角；和

当检测到的横摆角速度的值小于所述预定值时，将所述第一倾斜角设定为所述第二倾斜角。

10.如权利要求9所述的计算机可读介质，其中所述补偿值被设定为与所述横摆角速度的值成比例。

11.如权利要求10所述的计算机可读介质，所述程序指令使得所述处理器或控制器还执行以下步骤：

通过对所述第一倾斜角增加所述补偿值，来计算所述第二倾斜角。

12.如权利要求9所述的计算机可读介质，所述程序指令使得所述处理器或控制器还执行以下步骤：

通过以预定时间对行驶速度求微分来计算所述行驶加速度；和

通过从所述纵向加速度中减去所述行驶加速度来计算所述第一倾斜角。