CN107014347B - 用于检测车辆俯仰角的设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本公开包括：车辆状态识别单元，用于使用分别由加速度传感器单元和陀螺仪传感器单元测量的加速度值和角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态；停止状态重力矢量计算单元，用于使用在车辆的停止状态中测量的加速度传感器值来计算停止状态重力矢量值；加速状态车辆加速度矢量计算单元，用于通过从在车辆的加速状态中测量的加速度传感器值减去停止状态重力矢量值来计算车辆加速度矢量值；车辆俯仰角矢量计算单元，其用于通过在车辆移动预定距离时连续加和车辆加速度矢量值来计算车辆俯仰角矢量值；以及车辆俯仰角计算单元，其用于当对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。

Description

用于检测车辆俯仰角的设备及其方法
技术领域
本公开内容涉及用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备及其方法。
背景技术
一般地，车辆被提供具有用于在驾驶方向上观察对象并且当在夜间驾驶时向其它车辆或行人通知车辆的驾驶状态的照明系统。
车辆的这样的照明系统可以被大致分类成照明灯、信号灯和指示灯。照明灯可以被分类成前灯、倒车灯、雾灯和车内灯。信号灯可以被分类成刹车灯、转向灯和应急灯。指示灯可以被分类成侧灯、示高灯、尾灯、牌照灯和停车灯。
这里，也被称为头灯的前灯是照亮正在驾驶的车辆的前方的道路的照明灯，并且其要求在夜间能够识别在车辆的前方100米处的道路上的障碍物的亮度。
这样的前灯的标准规范针对每个国家被不同地设置，并且具体地，前灯光束的辐照方向取决于左侧驾驶还是右侧驾驶而被不同地设置。
车辆的前灯一般用于执行用于观察对象的照明功能、用于向其他车辆或行人通知车辆的驾驶状态的指令、信号和警告功能等。
由于辐照的方向可根据包括道路环境的驾驶条件、车辆条件等而调节，所以传统车辆前灯已经通过向驾驶员提供有利的可见性的尝试而被引入。
前灯的垂直移动系统感测车辆的倾斜并且通过高度检测传感器(即被安装在垂直移动系统上的垂直高度传感器)来控制前灯的垂直角度。
对于垂直移动，前灯可以被配置有在前灯的前向方向和后向方向中设置的车辆高度传感器、电子控制单元(ECU)以及垂直移动致动器。在这样的情况下，存在的问题在于前灯被配置有多个高价传感器，使得前灯的成本和重量被增大。
另外，当由于ECU或车辆高度传感器的故障而更换部件时，存在的缺陷在于额外地需要针对前灯中的每个和车辆高度传感器的校正过程。即，作为用于检测现有车辆的俯仰角的装置的垂直高度传感器，在检测车辆的俯仰角的准确度中存在缺陷。
发明内容
为了解决上述问题，本公开内容的目的是要提供用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备，其与用于检测车辆俯仰角的传统设备的成本相比能够通过在结构高效且成本高效的系统中使用加速度传感器和陀螺仪传感器计算俯仰角来有效地减少成本。
为了实现上述目的，根据本公开内容的第一方面，要提供一种用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备，该设备包括：加速度传感器单元，其被配置为测量车辆的加速度值；陀螺仪传感器单元，其被配置为测量角速度值；车辆状态识别单元，其被配置为使用分别由加速度传感器单元和陀螺仪传感器单元测量的加速度值和角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态；停止状态重力矢量计算单元，其被配置为使用在由车辆状态识别单元确定的停止状态中测量的加速度值来计算停止状态重力矢量值；加速状态车辆加速度矢量计算单元，其被配置为通过从在由车辆状态识别单元确定的加速状态中测量的加速度值减去由停止状态重力矢量计算单元计算的停止状态重力矢量值来计算车辆加速度矢量值；车辆俯仰角矢量计算单元，其被配置为通过在车辆移动预定距离的同时连续地对由加速状态车辆加速度矢量计算单元计算的车辆加速度矢量值进行加和来计算车辆俯仰角矢量值；以及车辆俯仰角计算单元，其被配置为当由车辆俯仰角矢量计算单元计算的对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。
这里，加速度传感器单元可以优选地被配置有三个加速度传感器，这三个加速度传感器被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且将在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az发送到车辆状态识别单元。
优选地，陀螺仪传感器单元可以被配置有三个陀螺仪传感器，三个陀螺仪传感器被被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且将在俯仰方向上的角速度值发送到车辆状态识别单元。
优选地，车辆状态识别单元可以通过从加速度传感器单元接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态。
优选地，当在停止状态中在atan(Ay/Az)的值发生变化时，车辆状态识别单元可以确定车辆处于加速状态。
优选地，当在加速状态中由陀螺仪传感器单元测量的角速度值等于或大于预设值或者根据由加速度传感器单元测量的加速度传感器值估计的车辆的移动距离等于或大于预设距离时，车辆状态识别单元可以确定车辆处于驾驶状态。
优选地，车辆状态识别单元可以通过从加速度传感器单元接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态，并且停止状态重力矢量计算单元可以使用在由车辆状态识别单元确定的车辆的停止状态中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz。
优选地，车辆状态识别单元可以通过从加速度传感器单元接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态并且当在停止状态中在Atna(Ay/Az)的值处变化时确定车辆处于加速状态，停止状态重力矢量计算单元可以使用在由车辆状态识别单元确定的车辆的停止状态中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz，并且加速状态车辆加速度矢量计算单元可以通过从在由车辆状态识别单元确定的车辆的加速状态中测量的加速度传感器值Ay和Az减去由停止状态重力矢量计算单元计算的停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)。
优选地，车辆俯仰角矢量计算单元可以通过连续地对由加速状态车辆加速度矢量计算单元计算的车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz，并且车辆俯仰角计算单元可以当由车辆俯仰角矢量计算单元计算的车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时基于Atna(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
根据本公开内容的第二方面，要提供一种用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法，其包括：(a)分别通过加速度传感器单元和陀螺仪传感器单元来测量加速度值和角速度值；(b)通过车辆状态识别单元使用在操作(a)中测量的加速度值和角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态；(c)通过停止状态重力矢量计算单元使用在操作(b)中确定的车辆的停止状态中测量的加速度传感器值来计算停止状态重力矢量值；(d)通过加速状态车辆加速度矢量计算单元通过从在操作(b)中测量的车辆的加速状态中测量的加速度传感器值减去在操作(c)中计算的停止状态重力矢量值来计算车辆加速度矢量值；(e)通过车辆俯仰角矢量计算单元通过连续地对在操作(d)中计算的车辆加速度矢量值进行加和来计算车辆俯仰角矢量值；以及(f)通过车辆俯仰角计算单元当在操作(e)中计算的对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。
这里，在操作(a)中，加速度传感器单元可以被配置有三个加速度传感器，三个加速度传感器被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且将在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az发送到车辆状态识别单元。
优选地，在操作(a)中，陀螺仪传感器单元可以被配置有三个陀螺仪传感器，三个陀螺仪传感器被被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且将在俯仰方向上的角速度值发送到车辆状态识别单元。
优选地，在操作(b)中，车辆状态识别单元可以通过从操作(a)接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态。
优选地，当在停止状态中在Atna(Ay/Az)的值发生变化时，车辆状态识别单元可以确定车辆处于加速状态。
优选地，当在加速状态中在操作(a)中测量的角速度值等于或大于预设值或者根据在操作(a)中测量的加速度传感器值Ay和Az估计的车辆的移动距离等于或大于预设距离时，车辆状态识别单元可以确定车辆处于驾驶状态。
优选地，在操作(b)中，车辆状态识别单元可以通过从操作(a)接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态，并且在操作(c)中，停止状态重力矢量计算单元可以使用在由车辆状态识别单元确定的车辆的停止状态中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz。
优选地，在操作(b)中，车辆状态识别单元可以通过从操作(a)接收在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定车辆处于停止状态并且当在停止状态中在Atna(Ay/Az)的值发生变化时确定车辆处于加速状态，在操作(c)中，停止状态重力矢量计算单元可以使用在操作(b)中确定的车辆的停止状态中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz，并且在操作(d)中，加速状态车辆加速度矢量计算单元可以通过从在操作(b)中确定的车辆的加速状态中测量的加速度传感器值Ay和Az减去由在操作(c)中计算的停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)。
优选地，在操作(e)中，车辆俯仰角矢量计算单元可以通过连续地对在操作(d)中计算的车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz，并且在操作(f)中，车辆俯仰角计算单元可以当在操作(e)中计算的车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时基于Atna(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
根据本公开内容的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储了能够执行用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的上述方法的程序。
根据本公开内容的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法可以利用计算机可读存储介质上的计算机可读代码来实现。计算机可读存储介质包括计算机可读数据被存储在其中的所有种类的存储设备。
例如，计算机可读存储介质包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、紧凑盘(CD)ROM、磁带、硬盘、软盘、可移除存储设备、非易失性存储器(例如，闪存)、光学数据存储设备、等等。
附图说明
图1是用于描述根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备的整体方框配置图。
图2是用于描述根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法的整体流程图。
图3是用于描述根据车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态(其中的每一个通过在根据本公开内容的一个实施例中采用的车辆状态识别单元来确定)来检测车辆俯仰角的过程的示意图。
图4是用于描述根据车辆的停止状态和加速状态(其中的每一个通过在根据本公开内容的一个实施例中采用的车辆状态识别单元来确定)的加速度传感器值来计算车辆加速度矢量值的过程的示意图。
图5是用于描述通过在根据本公开内容的一个实施例中采用的车辆俯仰角矢量计算单元来计算车辆俯仰角矢量值的过程的示意图。
图6是用于描述通过在根据本公开内容的一个实施例中采用的车辆俯仰角计算单元来计算车辆俯仰角的过程的示意图。
具体实施方式
本文中描述的本公开内容的优点和特征以及用于实现它们的方法将参考附图结合下面将详细描述的实施例变得更加显而易见。尽管已经通过实施例描述了本公开内容，但是它们仅仅是说明性实施例，并且本领域技术人员应当理解，能够根据其来设计许多其他更改和等效方案。因此，本公开内容的真实技术范围应当由随附权利要求限定。在本公开内容中，相同的附图标记指代相同的组件。术语“和/或”包括与此相关的多个所描述的项的组合或在与此相关的多个所描述的项之中的任何一个项。
尽管第一、第二、等等的术语被用于描述各种元件、组件和/或段，但是应当理解，这些元件、组件和/或段不受这些术语限制。这些术语仅仅被用于将单个元件、组件或段与另一元件、另一组件或另一段区分开。因此，应当理解，在本公开内容的技术范围内，下面将描述的第一元件、第一组件或第一段可以为第二元件、第二组件或第二段。
本文中使用的术语不应在限制本公开内容的技术范围的意义上来理解，而是仅仅作为对其的解释。单数形式的表达应当被理解为包括复数形式，除非在上下文中另行明确指出。在本公开内容中，术语“包括(comprise)”和/或“包括(comprising)”指定组件、步骤、操作和/或元件的存在，单数不排除另一组件、步骤、操作和/或元件中的一个或多个的存在或添加。
此外，在本公开内容中描述的“单元”、“模块”、等等的术语意指用于处理至少一个功能或操作的单元，并且该单元可以利用硬件或软件或其组合来实现。
除非另行明确限定，否则本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)应当在当前公开的技术所属的领域的技术人员一般理解的意义上来解读。此外，本公开内容中使用的一般术语应当根据词典和预定义的或先前的上下文中的定义来解读，并且不应当在含义上被理解为理想地或过度地。
此外，在本发明的下面的描述中，如果已知功能和配置的详细描述被确定为使本发明的实施例的解读模糊不清，则将省略对其的详细描述。并且，下文中使用的所有术语通过考虑实施例中的功能来选择，并且其含义可以根据用户、操作员的意图或习惯而不同。因此，本文中使用的术语的含义应当遵从本文中公开的上下文。
在本文中随附的方框图和流程图的各个框中的每个步骤的组合可以由计算机程序指令(例如，运行引擎)来执行。这些计算机程序指令可以被加载到通用计算机、专用计算机、或其他可编程数据处理装置的处理器中。因此，由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器运行的指令产生用于执行在方框图中的各个框或流程图中的各个步骤中描述的功能的单元。为了以特定方式实现功能，这些计算机程序指令可以被存储在能够面向计算机或其他可编程数据处理装置的计算机可用存储器或计算机可读存储器中。结果，存储在计算机可用存储器或计算机可读存储器中的质量可以产生包括用于执行在方框图中的各个框或流程图中的各个步骤中描述的功能的制造品。
另外，计算机程序指令可以被加载到计算机或其他可编程数据处理装置中。因此，通过运行在计算机或其他可编程数据处理装置中运行的一系列处理步骤以产生由计算机运行的过程来操作计算机或其他可编程数据处理装置的指令可以提供用于运行在方框图中的各个框或流程图中的各个步骤中描述的功能的步骤。
此外，各个框或各个步骤可以指示模块、片段或代码中的一些，其包括用于执行(一个或多个)指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。在几个备选实施例中，应当注意，在方框或步骤中描述的功能可以不按顺序发生。例如，两个连续的框或序列可以在必要时根据对应的功能实质上同时或以相反的顺序被运行。
图1是用于描述根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备的整体方框配置图。
参考图1，根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备大致被配置为包括加速度传感器单元100、陀螺仪传感器单元200、车辆状态识别单元300、停止状态重力矢量计算单元400、加速状态车辆加速度矢量计算单元500、车辆俯仰角矢量计算单元600、车辆俯仰角计算单元700等。
这里，加速度传感器单元100是用于测量车辆的加速度值的传感器，被配置有三个加速度传感器，这三个加速度传感器被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且用于测量在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az并将所测量的值发送到车辆状态识别单元300。
陀螺仪传感器单元200是用于测量车辆的角速度值的传感器，被配置有三个陀螺仪传感器，三个陀螺仪传感器被被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且用于测量在俯仰方向上的角速度值并将所测量的角速度值发送到车辆状态识别单元300。
车辆状态识别单元300用于使用分别由加速度传感器单元100和陀螺仪传感器单元200测量的加速度值和角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态。
即，车辆状态识别单元300接收从加速度传感器单元100供应的在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az，并且基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值。当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时，车辆状态识别单元300确定车辆处于停止状态。
此外，当在停止状态中在Atna(Ay/Az)的值发生变化时，车辆状态识别单元300确定车辆处于加速状态。
另外，当在加速状态中由陀螺仪传感器单元200测量的角速度值等于或大于预设值或者根据由加速度传感器单元100测量的加速度值估计的移动距离等于或大于预设距离时，车辆状态识别单元300确定车辆处于驾驶状态。
针对停止状态的重力矢量计算单元400用于使用在车辆的停止状态中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz，其中停止状态是由车辆状态识别单元300确定的。
加速状态车辆加速度矢量计算单元500用于通过从在车辆的加速状态中测量的加速度传感器值Ay和Az减去由停止状态重力矢量计算单元400计算的停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)，其中加速状态是由车辆状态识别单元300确定的。
车辆俯仰角矢量计算单元600用于通过在车辆移动预定距离时连续地对由加速状态车辆加速度矢量计算单元500计算的车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz。
车辆俯仰角计算单元700用于当由车辆俯仰角矢量计算单元600计算的对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。
即，当由车辆俯仰角矢量计算单元600计算的车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时，车辆俯仰角计算单元700可以基于Atna(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
如以上所描述的，由车辆俯仰角计算单元700计算的车辆俯仰角可以用于各种目的。例如，其可以用在前灯的调平装置中或者用在道路表面的倾斜角度的计算中以防止车辆当车辆开始启动时滑动。此外，车辆俯仰角还可以用于确定导航中的驾驶路线、控制车辆的姿势、改进其燃油效率、实时检测其能耗量、等等的目的。
在下文中，将详细描述根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法。
图2是用于描述根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法的整体流程图，图3是用于描述根据车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态(其中的每一个通过在本公开内容的一个实施例中采用的车辆状态识别单元来确定的)来检测车辆俯仰角的过程的示意图，图4是用于描述根据车辆的停止状态和加速状态(其中的每一个通过在本公开内容的一个实施例中采用的车辆状态识别单元来确定的)使用加速度传感器值来计算车辆加速度矢量值的过程的示意图，图5是用于描述通过在本公开内容的一个实施例中采用的车辆俯仰角矢量计算单元来计算车辆俯仰角矢量值的过程的示意图，并且图6是用于描述通过在本公开内容的一个实施例中采用的车辆俯仰角计算单元来计算车辆俯仰角的过程的示意图。
参考图1到图6，根据本公开内容的一个实施例的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法首先在操作S100中分别通过加速度传感器单元100和陀螺仪传感器单元200来检测车辆的加速度值及其角速度值。
在这一点上，在操作S100中，加速度传感器单元100被配置有三个加速度传感器，这三个加速度传感器被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且测量在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az以将所测量的值发送到车辆状态识别单元300。
此外，在操作S100中，陀螺仪传感器单元200被配置有三个陀螺仪传感器，三个陀螺仪传感器被被水平地附接到车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且测量在俯仰方向上的角速度值以将所测量的角速度值发送到车辆状态识别单元300。
在下文中，在操作S200中，通过车辆状态识别单元300使用分别在操作S100中测量的加速度值和角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态。
即，在操作S200中，车辆状态识别单元300接收在操作S100中测量的在车辆的驾驶方向(即，Y轴)和车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az，并且基于Atna(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值。当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时，车辆状态识别单元300确定车辆处于停止状态(参见图3)。
此外，当在Atna(Ay/Az)的值发生变化时，车辆状态识别单元300确定车辆处于加速状态(参见图3)。
另外，当在加速状态中在操作S100中测量的角速度值等于或大于预设值或者根据在操作S100中测量的加速度值估计的移动距离等于或大于预设距离时，车辆状态识别单元300确定车辆处于驾驶状态(参见图3)。
在下文中，在操作S300中使用在车辆的停止状态(其在操作S200中通过停止状态重力矢量计算单元400来确定)中测量的加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz(参见图3和图4)。
接下来，在操作S400中从车辆的加速状态(其在操作S200中通过加速状态车辆加速度矢量计算单元500来确定)中测量的加速度传感器值Ay和Az减去在操作S300中计算的停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)(参见图3和图4)。
即，通过从在车辆的加速状态中测量的加速度传感器值Ay和Az减去停止状态重力矢量值Gy和Gz获得的值Ay-Gy和Az-Gz被称为车辆加速度矢量值Vy和Vz。
在这一点上，车辆加速度矢量值Vy和Vz可以仅仅当加速状态重力矢量值与停止状态重力矢量值Gy和Gz符合时被信任。因此，为了维持相对于车辆的水平平面的倾斜角度，道路表面的倾斜度应当是恒定的并且车身的倾斜度应当在某种程度上是稳定的。
当在通过陀螺仪传感器单元200检测到的角速度值没有显著地发生变化时，在车辆的前方的预定距离(例如，大约10米)处的道路表面的倾斜度被确定为稳定的。预定距离可考虑关于矢量值的可靠性的降低和随着移动距离被增大而样本数据的量的增加而是可调节的。
当在道路表面处显著地发生角度的变化或者车身的倾斜度被改变时，这可以通过陀螺仪传感器单元200来感测。在这样的情况下，停止状态被切换到驾驶状态，使得加速状态车辆加速度矢量计算单元500放弃对车辆加速度矢量值Vy和Vz的计算。
然后，在操作S500中通过车辆俯仰角矢量计算单元600在车辆移动预定距离的同时通过连续地对在操作S400中计算的车辆加速度矢量Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz(参见图5)。
即，当车辆在稳定的道路表面上以充分的加速度被加速时，车辆俯仰角矢量计算单元600在车辆移动预定距离的同时通过连续地对在操作S400中计算的车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和，由此计算经加和的矢量值。经加和的矢量值是车辆俯仰角矢量值Py和Pz。
同时，车辆加速度矢量值Vy和Vz可以具有取决于传感器的性能的误差，并且误差中的每个的方向不是恒定的。
因此，当多个车辆加速度矢量值Vy和Vz被加和时，存在于车辆加速度矢量值Vy和Vz中的误差值在加和的过程中与彼此偏移，并且车辆俯仰角矢量值Py和Pz的误差值比车辆加速度矢量值Vy和Vz的误差值相对更少。
当车辆加速度矢量值Vy和Vz中的每个的幅值很小时，矢量值的可靠性被降低。由于当车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于特定值时可靠性是高的，所以仅仅当车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预定值时基于Atna(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
即，当车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时，在操作S600中通过车辆俯仰角计算单元700使用对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角(参见图6)。
在这一点上，在操作S600中，当在操作S500中计算的车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时，车辆俯仰角计算单元700可以基于Atna(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
同时，根据本公开内容的用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法还可以利用计算机可读存储介质上的计算机可读代码来实现。计算机可读存储介质包括计算机可读数据被存储在其中的所有种类的存储设备。
例如，计算机可读存储介质包括只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、紧凑盘(CD)ROM、磁带、硬盘、软盘、可移除存储设备、非易失性存储器(例如，闪存)、光学数据存储设备、等等。
另外，计算机可读存储介质可以通过网络被分布到计算机系统，其中计算机可读代码可以以分布式方式来存储和运行。
如以上所描述的，根据用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备及其方法，在结构高效且成本高效的系统中使用加速度传感器和陀螺仪传感器来计算俯仰角使得存在可以相较于用于检测车辆俯仰角的传统设备的成本有效地减少成本的优点。
尽管已经描述了用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备及其方法的优选实施例，但是本公开内容不限于此，并且应当理解，能够由本领域技术人员设计将落入本公开内容的原理的精神和范围内的许多其他修改和实施例。

Claims (18)

1.一种用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的设备，所述设备计算所述车辆俯仰角，所述设备包括：
加速度传感器单元，其被配置为测量车辆的加速度值；
陀螺仪传感器单元，其被配置为测量角速度值；
车辆状态识别单元，其被配置为使用分别由所述加速度传感器单元和所述陀螺仪传感器单元测量的所述加速度值和所述角速度值来确定所述车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态；
停止状态重力矢量计算单元，其被配置为使用在由所述车辆状态识别单元确定的所述停止状态中测量的加速度值来计算停止状态重力矢量值；
加速状态车辆加速度矢量计算单元，其被配置为通过从在由所述车辆状态识别单元确定的所述加速状态中测量的加速度值减去由所述停止状态重力矢量计算单元计算的所述停止状态重力矢量值来计算车辆加速度矢量值；
车辆俯仰角矢量计算单元，其被配置为通过在所述车辆移动预定距离的同时连续地对由所述加速状态车辆加速度矢量计算单元计算的所述车辆加速度矢量值进行加和来计算车辆俯仰角矢量值；以及
车辆俯仰角计算单元，其被配置为当由所述车辆俯仰角矢量计算单元计算的对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用所述对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述加速度传感器单元被配置有三个加速度传感器，所述三个加速度传感器被水平地附接到所述车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且将在所述车辆的驾驶方向(即，Y轴)和所述车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az发送到所述车辆状态识别单元。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述陀螺仪传感器单元被配置有三个陀螺仪传感器，所述三个陀螺仪传感器被水平地附接到所述车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且将在俯仰方向上的所述角速度值发送到所述车辆状态识别单元。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车辆状态识别单元通过从所述加速度传感器单元接收在所述车辆的驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的地面方向(即，所述Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，当在所述停止状态中在Atan(Ay/Az)的值发生变化时，所述车辆状态识别单元确定所述车辆处于所述加速状态。
6.根据权利要求4所述的设备，其中，当在所述加速状态中由所述陀螺仪传感器单元测量的所述角速度值等于或大于预设值或者根据由所述加速度传感器单元测量的所述加速度传感器值Ay和Az估计的所述车辆的移动距离等于或大于预设距离时，所述车辆状态识别单元确定所述车辆处于所述驾驶状态。
7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车辆状态识别单元通过从所述加速度传感器单元接收在所述车辆的驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的地面方向(即，所述Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态，并且
所述停止状态重力矢量计算单元使用在由所述车辆状态识别单元确定的所述车辆的停止状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车辆状态识别单元通过从所述加速度传感器单元接收在所述车辆的驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的地面方向(即，所述Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态并且当在所述停止状态中在Atan(Ay/Az)的值发生变化时确定所述车辆处于所述加速状态，
所述停止状态重力矢量计算单元使用在由所述车辆状态识别单元确定的所述车辆的停止状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz，并且
所述加速状态车辆加速度矢量计算单元通过从在由所述车辆状态识别单元确定的所述车辆的所述加速状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az减去由所述停止状态重力矢量计算单元计算的所述停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述车辆俯仰角矢量计算单元通过连续地对由所述加速状态车辆加速度矢量计算单元计算的所述车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz，并且
所述车辆俯仰角计算单元当由所述车辆俯仰角矢量计算单元计算的所述车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时基于Atan(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
10.一种用于使用加速度传感器和陀螺仪传感器来检测车辆俯仰角的方法，包括：
(a)分别通过所述加速度传感器单元和所述陀螺仪传感器单元来测量加速度值和角速度值；
(b)通过车辆状态识别单元使用在操作(a)中测量的所述加速度值和所述角速度值来确定车辆的停止状态、加速状态和驾驶状态；
(c)通过停止状态重力矢量计算单元使用在操作(b)中确定的所述车辆的停止状态中测量的加速度传感器值来计算停止状态重力矢量值；
(d)通过加速状态车辆加速度矢量计算单元通过从在操作(b)中确定的所述车辆的加速状态中测量的加速度传感器值减去在操作(c)中计算的所述停止状态重力矢量值来计算车辆加速度矢量值；
(e)通过车辆俯仰角矢量计算单元通过连续地对在操作(d)中计算的所述车辆加速度矢量值进行加和来计算车辆俯仰角矢量值；以及
(f)通过车辆俯仰角计算单元当在操作(e)中计算的对应的车辆俯仰角矢量值的幅值等于或大于预设阈值时使用所述对应的车辆俯仰角矢量值来计算车辆俯仰角。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在操作(a)中，所述加速度传感器单元被配置有三个加速度传感器，所述三个加速度传感器被水平地附接到所述车辆并且与彼此正交地相交以分别形成X轴、Y轴和Z轴，并且将在所述车辆的驾驶方向(即，Y轴)和所述车辆的地面方向(即，Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az发送到所述车辆状态识别单元。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在操作(a)中，所述陀螺仪传感器单元被配置有三个陀螺仪传感器，所述三个陀螺仪传感器被水平地附接到所述车辆并且与彼此正交地相交以分别形成Rx、Ry和Rz，并且将在所述俯仰方向上的所述角速度值发送到所述车辆状态识别单元。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，在操作(b)中，所述车辆状态识别单元通过从操作(a)接收在所述车辆的所述驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的所述地面方向(即，所述Z轴)上的所述加速度传感器值Ay和Az而基于Atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态。
14.根据权利要求13所述的方法，当在所述停止状态中在Atan(Ay/Az)的值发生变化时，所述车辆状态识别单元确定所述车辆处于所述加速状态。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，当在所述加速状态中在操作(a)中测量的所述角速度值等于或大于预设值或者根据在操作(a)中测量的所述加速度传感器值Ay和Az估计的所述车辆的移动距离等于或大于预设距离时，所述车辆状态识别单元确定所述车辆处于所述驾驶状态。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，在操作(b)中，所述车辆状态识别单元通过从操作(a)接收在所述车辆的驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的地面方向(即，所述Z轴)上的加速度传感器值Ay和Az而基于Atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态，并且
在操作(c)中，所述停止状态重力矢量计算单元使用在由所述车辆状态识别单元确定的所述车辆的停止状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，在操作(b)中，所述车辆状态识别单元通过从操作(a)接收在所述车辆的所述驾驶方向(即，所述Y轴)和所述车辆的所述地面方向(即，所述Z轴)上的所述加速度传感器值Ay和Az而基于atan(Ay/Az)的值来计算相对于水平平面的倾斜角度值，并且当所计算的角度值在特定预定时间内被维持没有变化时确定所述车辆处于所述停止状态并且当在所述停止状态中在atan(Ay/Az)的值发生变化时确定所述车辆处于所述加速状态，
在操作(c)中，所述停止状态重力矢量计算单元使用在操作(b)中确定的所述车辆的停止状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az来计算停止状态重力矢量值Gy和Gz，并且
在操作(d)中，所述加速状态车辆加速度矢量计算单元通过从在操作(b)中确定的所述车辆的加速状态中测量的所述加速度传感器值Ay和Az减去由在操作(c)中计算的所述停止状态重力矢量值Gy和Gz来计算车辆加速度矢量值(Ay-Gy＝Vy)和(Az-Gz＝Vz)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，在操作(e)中，所述车辆俯仰角矢量计算单元通过连续地对在操作(d)中计算的所述车辆加速度矢量值Vy和Vz进行加和来计算车辆俯仰角矢量值Py和Pz，并且
在操作(f)中，所述车辆俯仰角计算单元当在操作(e)中计算的所述车辆俯仰角矢量值Py和Pz中的每个的幅值等于或大于预设阈值时基于atan(Pz/Py)的值来计算车辆俯仰角。
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