CN108189842B - 一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置 - Google Patents

一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置，所述方法包括，根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度；本发明基于对坡道的实时识别，提出的分析方法具有收敛性好、鲁棒性强、运算量小、实时性高，能够有效且准确的计算出坡道坡度值。

Description

一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置
技术领域
本发明涉及车辆传动控制技术领域，本发明具体涉及一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置。
背景技术
传统的两参数换档规律以车速和油门开度作为控制参数，根据车辆在水平路面上的行驶状态确定换档规律，车辆在坡道上行驶时会利用坡道坡度值调整相应档位；
通常车辆在坡道上行驶时会因为对坡道坡度值识别不准确，进而不能使用合理的档位在坡道上行驶，导致上坡行驶时可能会出现换档循环，降低变速器摩擦元件的使用寿命；下坡行驶时,档位会随着车速的增高而不断升高,不能利用发动机制动使车辆减速，导致有车速失控的风险。
如何让坡道识别结果更加精确已成为科研人员研究的重点，亟需提供一种高效且准确的坡道坡度识别方法，以保证车辆能够采用合理的档位在坡道上行驶。
发明内容
本发明提供一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法及装置，其目的是通过车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度值，减少车辆在坡道上的无效损耗，提高车辆在坡道上的行驶性能，从而延长车辆的使用寿命。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法，其改进之处在于，所述方法包括，
根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
根据所述车辆速度信号及其滤波信号确定坡道坡度。
优选的，其改进之处在于，所述方法包括，
根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度。
优选的，所述根据所述车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，包括：
按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure BDA0001449458650000021
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速。
优选的，所述对采集的车辆加速度信号进行滤波，包括：
按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure BDA0001449458650000022
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
优选的，其特征在于，所述根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度，包括：
当第n时刻车辆速度信号大于0时，则：
根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
当第n时刻车辆速度信号等于0时，则利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
进一步的，所述根据第n-1时刻加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值，包括：
按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
所述利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值，包括：
按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
所述利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000023
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度。
进一步的，所述利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000031
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
一种基于加速度信号的坡道坡度识别装置，其改进之处在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
第二确定单元，用于根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度。
优选的，所述第一确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure BDA0001449458650000032
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速。
第二确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure BDA0001449458650000033
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
优选的，所述第二确定单元，包括：
第一判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号大于0时，则：
根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
第二判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号等于0时，则利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
进一步的，所述第一判断模块，还包括：
第一确定子模块，用于按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
第二确定子模块，用于按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
第三确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000041
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度。
进一步的，所述第二判断模块，包括：
第四确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000042
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
本发明的有益效果：
本发明提供的技术方案，通过车辆当前速度信号识别车辆静止和运动状态，并根据车辆运行状态，采用两种独立坡道识别算法计算坡道坡度，从而完备的覆盖车辆行驶工况，其中针对车辆运动中坡道估计，创新采用加速度积分的方法，有效的避免了车速微分求导所带来的噪声、突变等问题，本发明算法收敛性好、鲁棒性强、运算量小、实时性高，可广泛应用于各种坡道参数识别算法中，根据计算的坡度值使用合理的档位值坡道上行驶，可以避免车辆换档循环及车速失控等风险，提高车辆在坡道上的行驶性能，并延长车辆的使用寿命。
附图说明
图1是本发明一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法的流程图；
图2是本发明实施例中基于加速度信号的坡道坡度识别方法的具体流程图；
图3是本发明一种基于加速度信号的坡道坡度识别装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以下通过具体实施方式结合附图对本发明进行详细的说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法，利用加速度传感器获取的加速度信号计算坡道坡度，加速度传感器布置于整车水平面上，其感应轴和车辆纵向方向平行，采集加速度传感器信号，并对信号进行一阶低通滤波，根据车速和加速度识别出道路坡度值，如图1所示，所述方法包括：
101.根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
102.根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度。
具体的，如图2所示，所述101的具体操作步骤包括步骤A1和步骤A2，其中：
步骤A1：根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号的过程，具体为：
按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure BDA0001449458650000051
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速。
步骤A2：对采集的车辆加速度信号进行滤波，具体为：
按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure BDA0001449458650000052
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
获取所述车辆速度信号及所述加速度滤波信号之后，需根据所述车辆速度信号及所述车辆加速度滤波信号确定坡道坡度，因此，如图2所示，所述步骤102包括步骤A3至步骤A6，其中：
步骤A3为判断第n时刻车辆速度信号是否大于0，其中：
当第n时刻车辆速度信号大于0时，则执行：
步骤A4：根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
步骤A5：利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
步骤A6：利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
当第n时刻车辆速度信号等于0时，则执行步骤B1，其中：
步骤B1：利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
进一步的，所述步骤A4，包括：
按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
所述步骤A5，包括：
按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
所述步骤A6，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000061
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度。
所述步骤B1，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000071
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
本发明还提供一种基于加速度信号的坡道坡度识别装置，如图3所示，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
第二确定单元，用于根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度。
所述第一确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure BDA0001449458650000072
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速。
第二确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure BDA0001449458650000073
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
所述第二确定单元，包括：
第一判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号大于0时，则：
根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
第二判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号等于0时，则利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
所述第一判断模块，还包括：
第一确定子模块，用于按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
第二确定子模块，用于按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
第三确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000081
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度。
所述第二判断模块，还包括：
第四确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure BDA0001449458650000082
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法，其特征在于，所述方法包括，
根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度；
所述根据车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度，包括：
当第n时刻车辆速度信号大于0时，则：
根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
当第n时刻车辆速度信号等于0时，则利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，包括：
按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure FDA0003075098890000011
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对采集的车辆加速度信号进行滤波，包括：
按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure FDA0003075098890000012
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值，包括：
按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
所述利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值，包括：
按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
所述利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure FDA0003075098890000021
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度，包括：
按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure FDA0003075098890000022
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
6.用于如权利要求1-5任意一种基于加速度信号的坡道坡度识别方法的坡道坡度识别装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定单元，用于根据车辆输出轴转速信号确定车辆速度信号，并对采集的车辆加速度信号进行滤波；
第二确定单元，用于根据所述车辆速度信号及加速度滤波信号确定坡道坡度。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一确定单元，包括：
第一确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆速度信号v(n)：
Figure FDA0003075098890000031
上式中，r为轮胎滚动半径，i0为主减速比，No(n)为第n时刻采集的变速器输出轴转速；
第二确定模块，用于按下式确定第n时刻车辆加速度滤波信号aFil(n)：
aFil(n)＝λ·asensor(n)+(1-λ)·aFil(n-1)
上式中，
Figure FDA0003075098890000032
tsample为采样周期，aFil(n)为第n时刻加速度滤波值，asensor(n)为第n时刻加速度采样值，aFil(n-1)为第n-1时刻加速度滤波值。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元，包括：
第一判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号大于0时，则：
根据第n-1时刻车辆加速度滤波信号确定第n-1时刻的车辆速度估计值；
利用所述第n-1时刻的车辆速度估计值确定第n时刻的车辆速度差值；
利用所述第n时刻的车辆速度差值确定第n时刻坡道坡度；
第二判断模块，用于当第n时刻车辆速度信号等于0时，则利用第n时刻车辆加速度滤波信号确定第n时刻坡道坡度。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第一判断模块，包括：
第一确定子模块，用于按下式确定第n-1时刻的车辆速度估计值vestimate(n-1)：
vestimate(n-1)＝aFil(n-1)-g·sinθestimate(n-1)+vestimate(n-2)
第二确定子模块，用于按下式确定第n时刻的车辆速度差值verror(n)：
verror(n)＝vestimate(n-1)-v(n-1)
第三确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure FDA0003075098890000033
上式中，aFil(n-1)为n-1时刻的加速度滤波值，θestimate(n-1)为第n-1时刻的坡度倾角，vestimate(n-1)为第n-1时刻的速度估计值，vestimate(n-2)为第n-2时刻的速度估计值，v(n-1)为第n-1时刻的车辆速度信号，verror(n)为第n时刻的车辆速度差值，g为重力加速度；
所述第二判断模块，包括：
第四确定子模块，用于按下式确定第n时刻坡道坡度θestimate(n)：
Figure FDA0003075098890000041
上式中，aFil(n)为第n时刻车辆加速度滤波信号，g为重力加速度。
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