CN104973064A - 通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置可以包括：数据检测器，所述数据检测器配置为检测用于估计道路坡度的数据；导航设备，所述导航设备配置为根据车辆的位置输出道路信息；以及控制器，所述控制器配置为根据从所述导航设备接收的道路信息，通过使用所述数据检测器检测出的海拔值以及车辆的当前海拔，修正所述重力加速度传感器的误差。

Description

通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2014年4月14日提交的韩国专利申请第10-2014-0044240号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。

技术领域

本发明涉及一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法。更具体而言，本发明涉及这样的一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法，其通过使用全球定位系统(GPS)传感器和道路信息，修正根据重力加速度传感器的安装角度误差。

背景技术

一般而言，估计道路坡度的方法分为使用驱动扭矩的方法和使用重力加速度传感器的方法。

车辆的负载依据道路坡度而改变，所以关于驱动扭矩的车辆速度的增加率根据道路坡度而改变。从而，通过使用驱动扭矩估计道路坡度的方法通过使用车辆速度的增加率的差异来估计道路坡度。通过使用驱动扭矩估计道路坡度的方法可以不需额外传感器地估计道路坡度。然而，通过使用驱动扭矩估计道路坡度的方法由于驱动扭矩的改变而不能正确地估计道路坡度。因此，由于驱动扭矩的改变，出现了过多的道路坡度的误差。另外，通过使用驱动扭矩估计道路坡度的方法不能区分道路坡度的负载与运载货物或牵引的负载。

另一方面，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法在车辆位于坡道上时检测纵向加速度。从而，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法通过将纵向加速度与车辆速度的增加率比较来计算车辆的倾斜坡度。因为如果车辆的车轮具有固定的高度则该倾斜坡度即道路坡度，所以通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法可以不顾驱动扭矩地估计道路坡度。同样，即使车辆运载货物或被牵引，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法也可以估计道路坡度。

相比于通过使用驱动扭矩估计道路坡度的方法，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法具有高精确度和快速响应性。然而，出现了根据重力加速度传感器的安装角度的误差。

公开于本发明背景部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的各个方面致力于提供一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置和方法，其具有下述益处：通过使用全球定位系统(GPS)传感器和道路信息，根据重力加速度传感器的安装角度修正误差。

根据本发明的各个方面，一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置可以包括：数据检测器，所述数据检测器配置为检测用于估计道路坡度的数据；导航设备，所述导航设备配置为根据车辆的位置输出道路信息；以及控制器，所述控制器配置为根据从所述导航设备接收的道路信息，通过使用所述数据检测器检测出的海拔值以及车辆的当前海拔，修正所述重力加速度传感器的误差。

所述数据检测器可以包括：重力加速度传感器，所述重力加速度传感器配置为检测车辆的水平加速度和纵向加速度；以及全球定位系统(GPS)传感器，所述全球定位系统(GPS)传感器配置为检测车辆的当前海拔值。

数据可以包括关于下述各项中的至少一个的信息：车辆的速度、车辆的换挡速度以及车辆的转向角度。

所述导航设备可以以预定时间间隔根据车辆的位置输出道路信息。

根据从所述导航设备接收的道路信息，通过使用由所述数据检测器检测出的海拔与车辆的当前海拔之间的差异，所述控制器可以计算偏差值。

所述控制器可以在车辆行驶了多于预定距离时通过更新所述偏差值来修正所述重力加速度传感器的误差。

根据本发明的各个方面，通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法可以包括：从导航设备接收海拔信息；基于所接收的海拔信息计算车辆的当前海拔；基于全球定位系统(GPS)传感器检测出的海拔值与车辆的当前海拔之间的差异计算偏差值；以及通过使用所述偏差值修正所述重力加速度传感器的误差。

通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法可以进一步包括，当车辆行驶了多于预定距离时，更新所述偏差值。

根据上述本发明的各个实施方式，通过使用全球定位系统(GPS)传感器和道路信息，根据重力加速度传感器的安装角度的误差可以得到修正。因此，通过使用该重力加速度传感器，道路坡度得到了正确的估计。

应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共车辆、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非石油的能源的燃料)。本文所指的混合动力车辆为具有两个或更多个动力源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。

通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。

附图说明

图1为根据本发明的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的示例性装置的框图。

图2为根据本发明的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的示例性方法的流程图。

图3为描述根据本发明的通过使用重力加速度传感器的道路坡度的估计原理的示意图。

图4为描述根据本发明的修正重力加速度传感器的误差的原理的示意图。

应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和形状将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

具体实施方式

现在将具体参考本发明的各个实施方式，在附图中和以下的描述中示出这些实施方式的实例。虽然本发明与示例性实施方式相结合进行描述，但是应当了解，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性具体实施方式，也涵盖包含于如权利要求书限定的本发明的实质和范围内的各种变化、改变、等同和其他具体实施方式。

在下面的整个说明书和权利要求书中，除了明确地说明意思相反，否则词语“包括”以及诸如“包括”的第三人称形式或者“包括”的现在分词形式将被理解为意指包括声明的元件，但不排除任何其他的元件。

图1为根据本发明的各个实施方式的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置的框图。

如图1所示，根据本发明的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置包括数据检测器10、导航设备20、控制器30、发动机40和变速器50。

数据检测器10检测关于道路坡度估计的数据以确定车辆的行驶状态并控制车辆的换挡，由数据检测器10检测到的数据会传送到控制器30。数据检测器10包括加速器踏板位置传感器11、制动踏板位置传感器12、换挡速度传感器13、车辆速度传感器14、车轮速度传感器15、重力加速度传感器16、转向角度传感器17和全球定位系统(GPS)传感器18。

加速器踏板位置传感器11检测驾驶员推动加速器踏板的程度。这就是说，加速器踏板位置传感器11检测关于驾驶员的加速意愿的数据。

制动踏板位置传感器12检测制动踏板是否被推动。这就是说，制动踏板位置传感器12以及加速器踏板位置传感器11检测驾驶员的加速意愿。

换挡速度传感器13检测当前接合的换挡速度。

车辆速度传感器14检测车辆速度并且装备在车辆的车轮上。或者，车辆速度可以基于由车轮速度传感器15接收的信号计算。

同时，通过使用基于加速器踏板位置传感器11的信号以及车辆速度传感器14的信号的换挡模式可以计算目标换挡速度，而且从而控制了向目标换挡速度的换挡。这就是说，在设置了多个行星齿轮组以及多个摩擦元件的自动变速器中，供给到多个摩擦元件或从多个摩擦元件释放的液压受到了控制。另外，施加到多个同步设备和致动器的电流在双离合器变速器中受到了控制。

车轮速度传感器15检测车辆的车轮旋转速度，并且安装在车辆的车轮上。根据快速制动，当车辆的车轮滑动时，车轮速度传感器15控制制动液压。

重力加速度传感器16检测车辆的加速度。重力加速度传感器16可以另外安装到车辆速度传感器14，并且可以直接检测车辆的加速度，或者重力加速度传感器16可以通过将车辆速度传感器14检测到的车辆速度微分来计算车辆的加速度。

另外，当车辆位于坡道上时，重力加速度传感器16可以检测纵向加速度。

转向角度传感器17检测车辆的转向角度。这就是说，转向角度传感器17检测车辆行驶的方向。

全球定位系统(GPS)传感器18是用于获取车辆位置的传感器。根据现有技术，GPS传感器18可以根据三个或更多个卫星来计算关于距离的信息和时间信息，并且将三角法应用到所计算的信息以便基于纬度、经度和海拔来精确地计算3D的当前位置信息。通过使用三个卫星计算位置和时间信息以及通过使用单一卫星来修正所计算的位置和时间信息的方法是常用的。同样，GPS传感器18可以通过连续地实时计算车辆的当前位置来计算关于车辆的速度的信息。

导航设备20是向驾驶员提供关于通向目的地的路线的信息的设备。导航设备20可以包括存储器22和导航控制器24，所述存储器22存储关于前方道路的经压缩的信息，导航控制器24执行导航设备20的一般控制。

另外，导航设备20包括无线通讯单元(未显示)。无线通讯单元可以包括允许导航设备20与无线通讯系统之间的或导航设备20与导航设备20所处的网络之间的无线通讯的一个或多个模块。

导航设备20可以从数据检测器10接收关于车辆的信息。通过使用从数据检测器10接收的信息，导航设备20可以以预定时间间隔根据车辆的位置输出道路信息。

本发明所述的导航设备20可以包括移动电话、智能手机、笔记本计算机、数字广播终端、个人数字助理(PDA)、便携多媒体播放器(PMP)等。

存储器22可以存储用于处理和控制导航控制器24的程序，或者可以用于暂时存储输入/输出数据(例如，由数据检测器10检测到的数据、导航设备20的地图数据等)。存储器22可以存储每个数据的使用频率。

存储器22可以包括下述各种类型的存储介质中的至少一种：闪存类型、硬盘类型、多媒体卡微型类型、卡式存储器(例如，SD或XD存储器等)、随机存取存储器(RAM)、静态随机存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁存储器、磁盘以及光盘。用于处理道路信息的装置可以连同网络存储来操作，所述网络存储在互联网上执行存储器22的存储功能。

控制器30可以基于数据检测器10或导航设备20输出的信息来控制发动机40或者变速器50。

根据从导航设备20接收的道路信息，通过使用数据检测器10检测出的海拔与车辆的当前海拔之间的差异，控制器30可以计算偏差值。控制器30可以通过使用该偏差值来修正重力加速度传感器的误差并估计道路坡度。

另外，当车辆行驶了多于预定距离时，控制器30可以更新偏差值。控制器30可以在应用经更新的偏差值之后估计道路坡度，并且修正重力加速度传感器的误差。

根据通过修正重力加速度传感器的误差而计算出的道路坡度，控制器30可以改变换挡模式、向目标换挡速度的接合感觉、发动机扭矩映射和/或发动机扭矩过滤器。

为达到这些目的，控制器30可以由由预先确定的程序操作的一个或多个处理器实现，所述预先确定的程序可以被编程以执行根据本发明的示例性实施方式的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法的每个步骤。

本文所描述的各种实施方式可以在记录介质中实现，所述记录介质可以由计算机或相似的设备通过使用例如软件、硬件或其组合读取。

根据硬件的实现方式，本文所描述的实施方式可以通过使用下述各项中的至少一个来实现：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑设备(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器以及设计为执行任何其他功能的电子单元。在一些情况下，本发明中描述的实施方式可以由导航控制器24或控制器30自身实现。

根据软件的实现方式，通过分开的软件模块，在各个实施方式中描述的实施方式(比如程序和函数)可以得到实现。软件模块中的每一个可以执行本发明中描述的一个或多个功能和操作。软件代码可以由以适当的编程语言写成的软件应用来实现。

下文中，将参照图2、图3和图4来详细描述根据本发明的各个实施方式的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法。

图2为根据本发明的各个实施方式的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法的流程图。

如图2所示，根据本发明的各个实施方式的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法开始于在步骤S100从导航设备20接收海拔信息。

在步骤S110，控制器30基于所接收的海拔信息计算车辆的当前海拔。

在车辆的当前海拔在步骤S110得到计算之后，在步骤S120，控制器30基于GPS传感器18检测出的海拔值与车辆的当前海拔之间的差异来计算偏差值。

在这之后，在步骤S130，控制器30通过使用该偏差值来修正重力加速度传感器的误差。

将参考图3和图4详细描述通过使用偏差值修正重力加速度传感器的误差的原理。

图3为描述根据本发明的各个实施方式的通过使用重力加速度传感器的道路坡度的估计原理的示意图，图4为描述根据本发明的各个实施方式的修正重力加速度传感器的误差的原理的示意图。

参考图3，道路坡度可以根据下述方程计算。

道路坡度(％)＝tanθ*100＝k*(G–dVs)

这里，θ表示在道路上的车辆的坡度，并且其包括重力加速度传感器的安装角度。G表示车辆的前进方向(水平)加速度，dVs表示车辆速度的改变率。

这里，k可以根据下述方程计算。

$K=\frac{1}{g\sqrt{1-{\sin }^2\mathrm{\θ}}}$

在上述方程中，g表示车辆的重力加速度。

如上所述，因为θ包括如上所述的重力加速度传感器的安装角度，所以在估计道路坡度时，根据重力加速度传感器的安装角度而出现了重力加速度传感器的误差。

因此，为了修正该误差而使用了下述方程。

这里，tanθ表示包括重力加速度传感器的安装角度引起的误差的全部道路坡度，tanθ_a表示实际道路坡度，tanθ_e表示与误差角度一样大的道路坡度。

实际道路坡度可以根据下述方程计算。

$\begin{array}{c}\tan {\mathrm{\θ}}_a\≈\tan \mathrm{\θ}-\tan {\mathrm{\θ}}_e\\ \≈\tan \mathrm{\θ}-\frac{H-H_a}{D}\end{array}$

这里，H表示根据从导航设备20接收的道路信息的车辆的当前海拔，H_a表示GPS传感器18检测出的海拔值，D表示驾驶距离。

在通过使用偏差值修正重力加速度传感器的误差之后，在步骤S140，控制器30确定车辆是否行驶了多于预定距离。

在步骤S140，当车辆行驶了多于预定距离(例如，多于10km)时，控制器30在步骤S150更新偏差值。

为此目的，控制器30可以存储以前的偏差值，并且可以将更新时的车辆海拔设定为车辆的当前海拔。

在这之后，在步骤S160，控制器30通过应用经更新的偏差值来修正重力加速度传感器的误差。

根据上述本发明的各个实施方式，通过使用GPS传感器和道路信息，根据重力加速度传感器的安装角度的误差可以得到修正，并且道路坡度可以得到正确的估计。

前述对本发明的具体示例性实施方式的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想穷尽本发明，或者将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施方式进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方式以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由所附的权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (8)

1.一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，包括：

数据检测器，所述数据检测器配置为检测用于估计道路坡度的数据；

导航设备，所述导航设备配置为根据车辆的位置输出道路信息；以及

控制器，所述控制器配置为根据从所述导航设备接收的道路信息，通过使用所述数据检测器检测出的海拔值以及车辆的当前海拔，修正所述重力加速度传感器的误差。

2.根据权利要求1所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，其中所述数据检测器包括：

重力加速度传感器，所述重力加速度传感器配置为检测车辆的水平加速度和纵向加速度；以及

全球定位系统传感器，所述全球定位系统传感器配置为检测车辆的当前海拔值。

3.根据权利要求2所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，其中数据包括关于下述各项中的至少一个的信息：车辆的速度、车辆的换挡速度以及车辆的转向角度。

4.根据权利要求1所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，其中所述导航设备以预定时间间隔根据车辆的位置输出道路信息。

5.根据权利要求1所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，其中根据从所述导航设备接收的道路信息，通过使用由所述数据检测器检测出的海拔值与车辆的当前海拔之间的差异，所述控制器计算偏差值。

6.根据权利要求5所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的装置，其中所述控制器在车辆行驶了多于预定距离时通过更新所述偏差值来修正所述重力加速度传感器的误差。

7.一种通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法，包括：

从导航设备接收海拔信息；

基于所接收的海拔信息计算车辆的当前海拔；

基于全球定位系统传感器检测出的海拔值与车辆的当前海拔之间的差异计算偏差值；以及

通过使用所述偏差值修正所述重力加速度传感器的误差。

8.根据权利要求7所述的通过使用重力加速度传感器估计道路坡度的方法，进一步包括，当车辆行驶了多于预定距离时，更新所述偏差值。