CN105912818A - 消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置，包括步骤：判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。本发明中提供的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，以免对后续驾驶行为判断的准确性产生影响。

Description

消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置

技术领域

本发明涉及车辆加速度算法领域，特别涉及一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置。

背景技术

车辆行驶过程中，判断车辆急加速、急减速等驾驶行为时，需获取车辆行驶方向的加速度。通常，车辆以及车辆上的重力传感器均无法做到绝对的水平，即重力加速度会在各方向上产生分量，因此车辆水平行驶时需要对加速度信号进行滤波。当车辆上下坡时，重力加速度在车辆行驶方向上产生的分量更加明显，此时，如果使用车辆水平行驶时一致的滤波方法，滤波效果不明显，对后续的驾驶行为判断产生误判影响。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，以免对后续驾驶行为判断产生误判影响。

本发明提出一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，包括步骤：

判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

进一步地，所述根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

所述判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

所述判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，所述第一滤波参数大于第二滤波参数。

进一步地，所述判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变的步骤包括：

检测所述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

进一步地，所述滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

根据所述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，所述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

将此次采样周期的滤波采样值减去所述此次采样周期的滤波输出值。

进一步地，所述根据所述采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。

本发明还提供了一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，包括：

判断单元，判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

调用单元，根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

进一步地，所述调用单元包括：

第一调用子单元，所述判断单元判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

第二调用子单元，所述判断单元判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，所述第一滤波参数大于第二滤波参数。

进一步地，所述判断单元包括：

检测比较单元，检测所述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

进一步地，所述调用单元包括：

获取子单元，在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

计算子单元，根据所述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，所述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

滤除子单元，将此次采样周期的滤波采样值减去所述此次采样周期的滤波输出值。

进一步地，所述计算子单元的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。

本发明中提供的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置，具有以下有益效果：

本发明中提供的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法及装置，通过判断车辆垂直方向的加速度是否发生突变，判断车辆处于上下坡的状态，并调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；滤波参数越大，滤波后加速度变化越灵敏，因此车辆垂直方向的加速度发生突变时调用较大的滤波参数；而当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

附图说明

图1是本发明一实施例中消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法示意图；

图2是本发明一实施例中滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤示意图；

图3是本发明一实施例中消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置结构示意图；

图4是本发明一实施例中调用单元结构示意图；

图5是本发明一实施例中判断单元结构示意图；

图6是本发明一实施例中第一调用子单元结构示意图；

图7是本发明一实施例中第二调用子单元结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1，为本发明一实施例中消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法示意图。

本发明一实施例中提出一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，包括：

步骤S1，判断上述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

步骤S2，根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

车辆以及车辆上的重力传感器均无法做到绝对的水平，即重力加速度会在各方向上产生分量，因此车辆水平行驶时也需要采用一个较小的第二滤波参数(例如1/32)对加速度信号进行滤波，滤除重力加速度在各方向上的分量。当车辆上下坡时，且坡度较大时，车辆垂直方向的加速度会发生突变；重力加速度在车辆行驶方向上产生的分量也会更加明显，此时可调用一个较大的第一滤波参数(例如1/8)进行滤波；当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的第二滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

进一步地，上述步骤S2中，根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

上述判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

上述判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，上述第一滤波参数大于第二滤波参数，优先地，第一滤波参数与第二滤波参数具有较大的大小差距。

进一步地，上述步骤S1中，判断上述车辆垂直方向的加速度是否发生突变的步骤包括：

检测上述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

车辆水平静止时，将此时竖直方向的加速度数据记录下来作为后续的参考数据，车辆水平且重力传感器绝对水平时，此参考数据应该等于重力加速度，而实际上，其值略小于重力加速度，因此应尽量将重力传感器安装水平，减小误差。此时，可采用较小的滤波参数对车辆行驶方向上的加速度进行滤波。当汽车上下坡时，此时与水平位置则会相差较为明显，车辆垂直方向的加速度会发生突变，即变小较多；这是因为重力加速度在车辆行驶方向以及车辆垂直方向均产生分量；而重力加速度在车辆行驶方向上分量对车辆行驶方向上的加速度影响较大；由于滤波参数越大，滤波后加速度变化越灵敏，因此，此时可调用较大的滤波参数对车辆行驶方向上的加速度进行滤波；当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

进一步地，参照图2，上述步骤S2中，滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

步骤S10，在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

步骤S11，根据上述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，上述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

步骤S12，将此次采样周期的滤波采样值减去上述此次采样周期的滤波输出值。

在本实施例中，加速度传感器每隔一个采样周期对车辆采集加速度信号，由于重力加速度在X/Y/Z方向上会产生分量，对加速度信号的采集会产生影响，因此，通过本实施例中的一阶低通滤波算法滤除传感器信号中重力加速度在车辆行驶方向的分量。通过获取此次采样周期的滤波采样值，以及上一个采样周期的滤波输出值推算出此次采样周期的滤波输出值(即传感器信号中的直流分量)，并且定义第一个采样周期的滤波输出值为0。

进一步地，上述步骤S11中，根据上述采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。通过此次采样周期的滤波采样值X(k)，以及上一个采样周期的滤波输出值Y(k-1)推算出此次采样周期的滤波输出值Y(k)(即传感器信号中的直流分量)。

一阶低通滤波器的传递函数表示为：

$\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{1}{Ts+1}$

其中X(s)和Y(s)为分别为输入和输出信号的拉氏变换，T为一阶低通滤波器时间常数。因此有：

$\begin{array}{c}\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{1}{Ts+1}\\ \⇒(Ts+1)Y\left(s\right)=X\left(s\right)\\ \⇒T\frac{Y\left(k\right)-Y(k-1)}{h}+Y\left(k\right)=X\left(k\right)\end{array}$

进一步地，定义α的计算公式：

$\mathrm{\α}=\frac{h}{T+h}$

因此有：Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)。

其中，h为采样周期，T为一阶低通滤波器时间常数。

进一步地，考虑到实际的传感器输入信号会带有较明显的噪声，将上述X(k)定义为：

$\mathrm{\α}X\left(k\right):=\frac{\mathrm{\α}}{2}X\left(k\right)+\frac{\mathrm{\α}}{2}X(k-1).$

其中，X(k-1)为上一个采样周期的滤波采样值；则有：

$Y\left(k\right)=\frac{\mathrm{\α}}{2}X\left(k\right)+\frac{\mathrm{\α}}{2}X(k-1)+(1-\mathrm{\α})Y(k-1).$

进一步地，上述公式中需要手动选择的参数为α。该参数的选取与传感器信号中有用信号和无用信号的频率相关。一阶低通滤波器的截止频率由下式计算：

$f=\frac{\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}h}$

其中，f为截止频率，h为采样周期。

滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，只需将车辆行驶方向加速度的滤波采样值减去上述方法获取的滤波输出值分量。因此，选择合适的滤波系数，便可以最大可能的滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，从而最大限度消除重力加速度在车辆行驶方向的分量对测量车辆实际加速度信号的影响，进一步地，减小对后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性的影响。车辆水平时，滤波参数α可选用1/32，当判断车辆处于上下坡时，滤波参数α可选用1/8。

参照图3，为本发明实施例中提供的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置结构示意图。

本发明实施例中还提供了一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，包括：

判断单元10，判断上述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

调用单元20，根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

车辆以及车辆上的重力传感器均无法做到绝对的水平，即重力加速度会在各方向上产生分量，因此车辆水平行驶时也需要采用一个较小的第二滤波参数(例如1/32)对加速度信号进行滤波，滤除重力加速度在各方向上的分量。当车辆上下坡时，且坡度较大时，车辆垂直方向的加速度会发生突变；重力加速度在车辆行驶方向上产生的分量也会更加明显，此时可调用一个较大的第一滤波参数(例如1/8)进行滤波；当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的第二滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

进一步地，参照图4，上述调用单元20包括：

第一调用子单元21，上述判断单元10判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

第二调用子单元22，上述判断单元10判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，上述第一滤波参数大于第二滤波参数，优先地，第一滤波参数与第二滤波参数具有较大的大小差距。

进一步地，参照图5，上述判断单元10包括：

检测比较单元100，检测上述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

车辆水平静止时，将此时竖直方向的加速度信号数据记录下来作为后续的参考数据，车辆水平且重力传感器绝对水平时，此参考数据应该等于重力加速度，而实际上，其值略小于重力加速度，因此应尽量将重力传感器安装水平，减小误差。此时，可采用较小的滤波参数对车辆行驶方向上的加速度进行滤波。当汽车上下坡时，此时与水平位置则会相差较为明显，车辆垂直方向的加速度会发生突变，即变小较多；这是因为重力加速度在车辆行驶方向以及车辆垂直方向均产生分量；而重力加速度在车辆行驶方向上分量对车辆行驶方向上的加速度影响较大；由于滤波参数越大，滤波后加速度变化越灵敏，因此，此时可调用较大的第一滤波参数对车辆行驶方向上的加速度进行滤波；当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的第二滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

进一步地，参照图6以及图7，上述第一调用子单元21以及第二调用子单元22可包括：

获取子单元200，在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

计算子单元201，根据上述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，上述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

滤除子单元202，将此次采样周期的滤波采样值减去上述此次采样周期的滤波输出值。上述获取子单元200、计算子单元201以及滤除子单元202也可包括在调用单元20内。

在本实施例中，加速度传感器每隔一个采样周期对车辆采集加速度信号，由于重力加速度在X/Y/Z方向上会产生分量，对加速度信号的采集会产生影响，因此，通过本实施例中的一阶低通滤波算法滤除传感器信号中重力加速度在车辆行驶方向的分量。通过获取此次采样周期的滤波采样值，以及上一个采样周期的滤波输出值推算出此次采样周期的滤波输出值(即传感器信号中的直流分量)，并且定义第一个采样周期的滤波输出值为0。

进一步地，上述计算子单元201的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。通过此次采样周期的滤波采样值X(k)，以及上一个采样周期的滤波输出值Y(k-1)推算出此次采样周期的滤波输出值Y(k)(即传感器信号中的直流分量)。

一阶低通滤波器的传递函数表示为：

$\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{1}{Ts+1}$

其中X(s)和Y(s)为分别为输入和输出信号的拉氏变换，T为一阶低通滤波器时间常数。因此有：

$\begin{array}{c}\frac{Y\left(s\right)}{X\left(s\right)}=\frac{1}{Ts+1}\\ \⇒(Ts+1)Y\left(s\right)=X\left(s\right)\\ \⇒T\frac{Y\left(k\right)-Y(k-1)}{h}+Y\left(k\right)=X\left(k\right)\end{array}$

进一步地，定义α的计算公式：

$\mathrm{\α}=\frac{h}{T+h}$

因此有：Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)。

其中，h为采样周期，T为一阶低通滤波器时间常数。

进一步地，考虑到实际的传感器输入信号会带有较明显的噪声，将上述X(k)定义为：

$\mathrm{\α}X\left(k\right):=\frac{\mathrm{\α}}{2}X\left(k\right)+\frac{\mathrm{\α}}{2}X(k-1).$

其中，X(k-1)为上一个采样周期的滤波采样值；则有：

$Y\left(k\right)=\frac{\mathrm{\α}}{2}X\left(k\right)+\frac{\mathrm{\α}}{2}X(k-1)+(1-\mathrm{\α})Y(k-1).$

进一步地，上述公式中需要手动选择的参数为α。该参数的选取与传感器信号中有用信号和无用信号的频率相关。一阶低通滤波器的截止频率由下式计算：

$f=\frac{\mathrm{\α}}{2\mathrm{\π}h}$

其中，f为截止频率，h为采样周期。

滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，只需将车辆行驶方向加速度的滤波采样值减去上述方法获取的滤波输出值分量。因此，选择合适的滤波系数，便可以最大可能的滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量，从而最大限度消除重力加速度在车辆行驶方向的分量对测量车辆实际加速度信号的影响，进一步地，减小对后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性的影响。车辆水平时，滤波参数α可选用1/32，当判断车辆处于上下坡时，滤波参数α可选用1/8。

综上所述，为本发明实施例中提供的消除上下坡时影响车辆行驶方法加速度的方法及装置，通过重力传感器获取车辆垂直方向的加速度信号数据，并与参考数据进行比较，判断车辆垂直方向的加速度是否发生突变，判定车辆处于上下坡的状态，并调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；滤波参数越大，滤波后加速度变化越灵敏，因此车辆垂直方向的加速度发生突变时调用较大的第一滤波参数；而当车辆垂直方向的加速度重新趋于平稳时，调用较小的第二滤波参数，以免影响后续通过加速度信号判别车辆驾驶行为的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，其特征在于，包括步骤：

判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

2.根据权利要求1所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，其特征在于，所述根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

所述判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；或者，

所述判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，所述第一滤波参数大于第二滤波参数。

3.根据权利要求1所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，其特征在于，所述判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变的步骤包括：

检测所述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

4.根据权利要求1或2所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，其特征在于，所述滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量的步骤包括：

在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

根据所述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，所述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

将此次采样周期的滤波采样值减去所述此次采样周期的滤波输出值。

5.根据权利要求4所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的方法，其特征在于，所述根据所述采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。

6.一种消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，其特征在于，包括：

判断单元，判断所述车辆垂直方向的加速度是否发生突变；

调用单元，根据判断结果，调用不同的滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量。

7.根据权利要求6所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，其特征在于，所述调用单元包括：

第一调用子单元，所述判断单元判断结果为是时，调用第一滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

第二调用子单元，所述判断单元判断结果为否时，调用第二滤波参数滤除重力加速度在车辆行驶方向的分量；

其中，所述第一滤波参数大于第二滤波参数。

8.根据权利要求6所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，其特征在于，所述判断单元包括：

检测比较单元，检测所述车辆垂直方向的加速度，并与车辆水平静止时竖直方向的加速度进行比较。

9.根据权利要求6或7所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，其特征在于，所述调用单元包括：

获取子单元，在某个采样周期时刻，获取此次采样周期车辆行驶方向加速度的滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，其中第一个采样周期的滤波输出值为0；

计算子单元，根据所述滤波采样值以及上一个采样周期的滤波输出值，计算此次采样周期的滤波输出值，所述滤波输出值即为重力加速度在车辆行驶方向的分量；

滤除子单元，将此次采样周期的滤波采样值减去所述此次采样周期的滤波输出值。

10.根据权利要求9所述的消除上下坡时影响车辆行驶方向加速度的装置，其特征在于，所述计算子单元的计算公式为：

Y(k)＝αX(k)+(1-α)Y(k-1)

其中，Y(k)为此次采样周期的滤波输出值，Y(k-1)为上一个采样周期的滤波输出值，X(k)为此次采样周期的滤波采样值，α为滤波系数，其值远小于1。