CN112429006A - 车载式路面坡度测量系统及测量方法 - Google Patents

车载式路面坡度测量系统及测量方法 Download PDF

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CN112429006A
CN112429006A CN201910779556.8A CN201910779556A CN112429006A CN 112429006 A CN112429006 A CN 112429006A CN 201910779556 A CN201910779556 A CN 201910779556A CN 112429006 A CN112429006 A CN 112429006A
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angle
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金嵘巍
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Abstract

本发明提供了一种车载式路面坡度测量系统，包括：姿态获取单元、测距单元及信号处理单元，所述姿态获取单元用于测量倾角β，所述测距单元用于测量干扰角γ，所述信号处理单元用于计算得到路面坡度tanθ的值。本发明还提供一种路面坡度测量方法，包括：获取倾角β；获取干扰角γ；根据倾角β和干扰角γ得到路面坡度tanθ，其中，所述测距单元获取了所述干扰角γ，并将所述干扰角γ代入所述信号处理单元进行运算，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出的路面坡度tanθ的精度。

Description

车载式路面坡度测量系统及测量方法
技术领域
本发明涉及坡度测量技术领域，特别涉及一种车载式路面坡度测量系统及测量方法。
背景技术
在汽车工程领域中，实际行驶污染物排放试验(RDE)涵盖了驾驶风格、实际道路坡度、交通状况、环境温度和海拔等诸多影响车辆实际行驶排放结果的试验，其中，实际道路坡度是影响实际行驶污染物排放的一个重要因数，因为实际道路坡度会使得车辆转毂产生大的阻力，增加汽车污染物排放，所以获取精确的道路坡度对实际行驶污染物排放试验尤为重要。市面上尚没有相关设备可以实现较长里程(90km以上)的道路坡度实时动态测量以及信号的获取。
现有道路坡度测量方法主要包括：基于GPS的道路坡度测量和基于加速度计、陀螺仪等倾角传感器的道路坡度测量。基于GPS的道路坡度测量是通过坡高与底长的比值来获得坡度值，此坡度值受GPS精度和接收信号强度的限制，无法精确感知车辆动态行驶过程中频繁的道路坡度变化，也无法监测隧道或信号较弱区域路段的道路坡度；基于加速度计、陀螺仪等倾角传感器的道路坡度测量忽略了车辆加减速时产生的干扰角，只能够获得一个道路坡度的近似值，造成道路坡度的测量精度不高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种车载式路面坡度测量系统及测量方法，以解决路面坡度测量不精确的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种车载式路面坡度测量系统，包括：姿态获取单元、测距单元及信号处理单元，所述姿态获取单元及所述测距单元均与所述信号处理单元相连；
所述姿态获取单元用于测量车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β；
所述测距单元用于测量车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ；
所述信号处理单元用于根据所述干扰角γ和所述倾角β得到路面坡度tanθ。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述姿态获取单元包括：陀螺仪传感器、加速度传感器及数字运动处理器；
所述陀螺仪传感器用于获取车辆的旋转角速度；
所述加速度传感器用于获取车辆的加速度；
所述数字运动处理器用于根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述姿态获取单元还包括：磁场强度传感器，所述磁场强度传感器用于获取地球磁场强度；所述数字运动处理器还用于根据所述地球磁场强度修正所述倾角β。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述姿态获取单元固定在车辆的前舱盖、车顶或者后备箱盖上。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述信号处理单元包括：模数转换器和单片机；
所述模数转换器用于接收所述测距单元测得的干扰角γ的模拟信号并转换成对应的干扰角γ的数字信号；
所述单片机用于接收所述干扰角γ的数字信号和所述姿态获取单元测得的所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述测距单元包括：至少两个测距传感器，各所述测距传感器均固定在车辆的同一侧。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所有所述测距传感器连成一条直线，车辆在水平面上静止时，多个所述测距传感器能够通过相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述测距传感器选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述干扰角γ为所述虚拟直线与路面形成的夹角，其中，车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，利用所述信号处理单元判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，若所述倾角β和所述干扰角的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ；
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)。
可选的，在所述车载式路面坡度测量系统中，所述车载式路面坡度测量系统还包括：数据采集单元，所述数据采集单元与所述信号处理单元相连，所述数据采集单元用于采集所述路面坡度tanθ，并将所述路面坡度tanθ提供给上位机。
基于同一发明构思，本发明还提供一种路面坡度测量方法，包括：
获取车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β；
获取车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ；
根据所述干扰角γ和所述倾角β得到路面坡度tanθ。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，获取所述倾角β的方法包括：获取车辆的旋转角速度；获取车辆的加速度；根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，在所述倾角β的数字信号之后，获取所述倾角β的方法还包括：获取地球磁场强度；根据所述地球磁场强度修正所述倾角β。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，接收所述干扰角γ的模拟信号并转换成对应的干扰角γ的数字信号；接收所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，在车辆的同一侧固定至少两个测距传感器，所有所述测距传感器连成一条直线，车辆在水平面上静止时，多个所述测距传感器能够通过相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，所述测距传感器选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，所述干扰角γ为所述虚拟直线与路面形成的夹角，其中，车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，若所述倾角β和所述干扰角的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ；
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)。
可选的，在所述路面坡度测量方法中，所述路面坡度测量方法还包括：采集所述路面坡度tanθ，并将所述路面坡度tanθ提供给上位机。
综上，本发明提供了一种车载式路面坡度测量系统，所述车载式路面坡度测量系统包括：姿态获取单元、测距单元及信号处理单元，所述姿态获取单元用于测量倾角β，所述测距单元用于测量干扰角γ，所述信号处理单元计算得到路面坡度tanθ的值，其中，所述测距单元获取了所述干扰角γ，并将所述干扰角γ提供给所述信号处理单元进行运算，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出的路面坡度tanθ的精度，该路面坡度测量系统实现了车辆动态行驶中长里程、高精度、实时的道路坡度测量及信号数据采集。进一步的，本发明还提供一种路面坡度测量方法，包括：获取倾角β；获取干扰角γ；以及根据倾角β和干扰角γ得到路面坡度tanθ，通过引入所述干扰角γ来修正所述倾角β，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元得到的路面坡度tanθ的精度。
附图说明
图1是本发明实施例的提供的车载式路面坡度测量系统结构框图；
图2是本发明实施例的提供的路面坡度测量方法运算流程图；
图3(a)-图3(i)是本发明实施例的提供的9种车辆行驶状态示意图；
其中，
100-测距单元，101-测距传感器，110-姿态获取单元，111-陀螺仪传感器，112-加速度传感器，113-数字运动处理器，114-磁场强度传感器，120-信号处理单元，121-模数转换器，122-单片机，130-数据采集单元，200-水平路面，210-车体，220-坡体。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的车载式路面坡度测量系统及测量方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
本发明提供一种车载式路面坡度测量系统，参考图1，图1是本发明实施例的提供的车载式路面坡度测量系统结构框图，所述车载式路面坡度测量系统包括：姿态获取单元110、测距单元100及信号处理单元120，所述姿态获取单元110及所述测距单元100均与所述信号处理单元120相连。所述姿态获取单元110用于测量车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β，所述测距单元100用于测量车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ，所述信号处理单元120用于根据所述干扰角γ和所述倾角β得到路面坡度tanθ。在本申请中，所述车身平行面可以定义为车辆的前舱盖所形成的一平行面，相当于将车辆的前舱盖看成一与水平面平行的平面，即使车辆的前舱盖为不规则曲面，这里也需要将车辆的前舱盖看成一与水平面平行的平面。
参考图2，图2是本发明实施例的提供的路面坡度测量方法运算流程图，首先给所述车载式路面坡度测量系统上电，初始化之前测量路面坡度tanθ的过程中获取的所有参数和结果；然后利用所述姿态获取单元110获取所述倾角β；利用所述测距单元100获取所述干扰角γ；接着所述利用信号处理单元120根据所述倾角β和所述干扰角γ得到路面坡度tanθ；接着判断是否继续测量倾角β和干扰角γ，若继续测量倾角β和干扰角γ，则循环执行获取倾角β、获取干扰角γ以及计算路面坡度tanθ的步骤；若不继续测量倾角β和干扰角γ，则结束测量，并退出所述车载式路面坡度测量系统。所述车载式路面坡度测量系统的所述测距单元100能够获取所述干扰角γ，并将所述干扰角γ代入所述信号处理单元120进行运算，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出的路面坡度tanθ的精度，该路面坡度测量系统实现了车辆动态行驶中长里程、高精度、实时的道路坡度测量及信号数据采集。
进一步的，所述姿态获取单元110包括：陀螺仪传感器111、加速度传感器112及数字运动处理器113，所述陀螺仪传感器111用于获取车辆的旋转角速度；所述加速度传感器112用于获取车辆的加速度；所述数字运动处理器113用于根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。在本实施例中，选取整合性六轴运动处理组件作为所述姿态获取单元110，其内部集成所述陀螺仪传感器111及所述加速度传感器112，免除了所述陀螺仪传感器111与所述加速度传感器112的时间轴之差的问题，减少了大量的封装空间。此外，整合性六轴运动处理组件为空间运动传感器芯片，可以获取车辆当前的三个旋转角速度和三个加速度分量，其具有体积小巧，功能强大，精度较高等特点，提高了获取车辆倾角β的精确性。在本实施例中，所述姿态获取单元110可以是任意一种可获取车辆加速度分量和旋转角速度的传感器，本申请文件对姿态获取单元110的类型不做任何限定。
优选的，所述姿态获取单元110还包括：磁场强度传感器114，所述磁场强度传感器114用于获取地球磁场强度；所述数字运动处理器113还用于根据所述地球磁场强度修正所述倾角β，所述磁场强度传感器114相当于一电子罗盘。集成所述陀螺仪传感器111、所述加速度传感器112、数字运动处理器113及所述磁场强度传感器114于一体的所述姿态获取单元110升级为九轴空间运动传感器芯片，在六轴空间运动传感器芯片的基础上可以进一步获得额外的三轴地磁场强度数据，进一步提高了获取车辆倾角β的精确性。
进一步的，所述姿态获取单元110固定在车辆的前舱盖、车顶或者后备箱盖上。
进一步的，所述信号处理单元120包括：模数转换器121和单片机122。其中，所述模数转换器121用于接收所述测距单元100测得的干扰角γ的模拟信号并转换成对应的干扰角γ的数字信号；所述单片机122用于接收所述干扰角γ的数字信号和所述姿态获取单元110测得的所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。所述测距单元100获取了所述干扰角γ，并将所述干扰角γ代入所述信号处理单元120进行运算，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出路面坡度tanθ的值的精度。
进一步的，所述测距单元100包括：至少两个测距传感器101，各所述测距传感器101均固定在车辆的同一侧。优选的，所述测距传感器101选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
在本实施例中，所有所述测距传感器101连成一条直线，车辆在水平面上静止时，多个所述测距传感器101能够通过相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线。例如，车辆在水平面上静止时，取两个所述测距传感器101，并将所述测距传感器101分别固定在车辆同侧的A柱和B柱侧，同时保持这两个所述测距传感器101连成的直线与水平面尽量平行，而后，这两个所述测距传感器101能够测出两者自身相间的距离，并校准出一条与水平面平行的虚拟直线。其中，所述虚拟直线与所述车身平行面平行。
进一步的，所述干扰角γ为所述测距传感器101校准出的所述虚拟直线与路面形成的夹角。在本实施例中，从所述虚拟直线到路面这一方向规定为顺时针，反之为逆时针。车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°，此处的路面指的是车辆所在的道路面，举例：若车辆在水平路面上，此处的路面为车辆所在的水平路面；若车辆在具有坡度的路面上，则此处的路面为车辆所在的坡面。
优选的，利用所述信号处理单元120判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，若所述倾角β和所述干扰角的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ；
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)
其中，若所述倾角β和所述干扰角γ中任意一者为0°或者两者均为0°，代入公式(1)和公式(2)均适用。
进一步的，所述车载式路面坡度测量系统还包括：数据采集单元130，所述数据采集单元130与所述信号处理单元120相连，所述数据采集单元130用于采集所述信号处理单元120运算出的所述路面坡度tanθ的值，并将记录下来的多组所述路面坡度tanθ的值提供给上位机，所述车载式路面坡度测量系统实现了车辆动态行驶中长里程、高精度、实时的道路坡度测量及信号数据采集。
基于同一发明构思，本发明还提供一种路面坡度测量方法，如图2所示，所述路面坡度测量方法包括：首先初始化上一轮测量路面坡度tanθ的过程中获取的所有参数(所述倾角β和所述干扰角γ的模拟、数字信号)和结果(路面坡度tanθ)；然后获取车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β，以及获取车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ；接着根据所述倾角β和所述干扰角γ得到路面坡度tanθ；接着判断是否继续测量倾角β和干扰角γ，若继续测量倾角β和干扰角γ，则循环执行获取倾角β、获取干扰角γ以及计算路面坡度tanθ的步骤；若不继续测量倾角β和干扰角γ，则结束测量，并退出所述车载式路面坡度测量系统。其中，首先获取的是所述干扰角γ的模拟信号以及所述倾角β的数字信号，然后将所述干扰角γ的模拟信号转换成对应的干扰角γ的数字信号；获取所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。在得到路面坡度tanθ的过程中，通过引入所述干扰角γ来修正所述倾角β，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出的路面坡度tanθ的精度。
优选的，获取所述倾角β的方法包括：获取车辆的旋转角速度；获取车辆的加速度；根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号。在所述倾角β的数字信号之后，获取所述倾角β的方法还包括：获取地球磁场强度；根据所述地球磁场强度修正所述倾角β，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。引入地球磁场强度修正所述倾角β，进一步保证了所述倾角β的精度，从而变相地提高了所述路面坡度tanθ的精度。
进一步的，在车辆的同一侧固定至少两个测距传感器101，本实施例中可以使用两个所述测距传感器101，所有所述测距传感器连成一条直线，车辆在水平面上静止时，固定在车辆的同一侧的两个或者两个以上的所述测距传感器能够测出相互之间的距离，并相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线，其中，所述虚拟直线与所述车身平行面平行。在本实施例中，所述测距传感器选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
优选的，所述干扰角γ为所述虚拟直线与路面形成的夹角，在本实施例中，从所述虚拟直线到路面这一方向规定为顺时针，反之为逆时针。车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°。
进一步的，判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，即判断所述倾角β和所述干扰角γ是正数或负数还是0°，若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ。
公式如下：
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)。
其中，若所述倾角β和所述干扰角γ中任意一者为0°或者两者均为0°，代入公式(1)和公式(2)均适用。
进一步的，在得到路面坡度tanθ之后，所述路面坡度测量方法还包括：采集所述路面坡度tanθ的值，并将记录下来的多组所述路面坡度tanθ的值提供给上位机。
参考图3(a)-图3(i)，图3(a)-图3(i)是本发明实施例的提供的9种车辆行驶状态示意图，接下来以9种车辆行驶状态为例，具体阐述如何处理所述倾角β和干扰角γ以得到所述路面坡度tanθ的计算过程。其中，直线AB(直线a)为多个测距传感器校准出的虚拟直线，直线b为与水平面平行的直线，直线e为与坡体的坡面平行的直线，A点和B点为多个测距传感器101中的其中两个，C点为车载式路面坡度测量系统的姿态获取单元，在本实施例中，所述姿态获取单元固定在车体的前舱盖上，所述倾角β由前舱盖所在的所述车身平行面和所述水平面构成，前舱盖所在的所述车身平行面与所述虚拟直线平行，所以本实施例为了方便阐述，可以将前舱盖所在的所述车身平行面与所述水平面构成的夹角β看作是由直线a和直线b构成。本申请中的路面指的是车辆所在的道路面，包括但不限于水平路面及坡面。
图3(a)为车体210在坡体220上匀速上坡状态或者坡面驻车状态，如图3(a)所示，匀速上坡或者坡面驻车时，车体未发生瞬间俯仰动作，所述测距单元100测得干扰角γ＝0°，所述姿态获取单元110测得倾角β，直线a与车体210前舱盖所在的平面平行，直线e与直线a也成平行关系，直线b始终与水平面保持平行，坡角θ由直线e和水平面形成夹角构成，倾角β由直线a和直线b形成夹角构成，所以，坡角θ＝倾角β。所述直线a与水平面(直线b)构成顺时针夹角，所述倾角β为正值。所述倾角β和所述干扰角γ中任意一者为0°，代入公式(1)和公式(2)均适用。例如，将倾角β(正值)和干扰角γ(0°)代入公式(1)得到：路面坡度＝tanθ＝tanβ。
图3(b)为车体210在坡体220上加速上坡状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角γ，直线a到直线e构成顺时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(正值)；车体210处于上坡状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(正值)，则所述倾角β和所述干扰角γ的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度＝tanθ＝tan(β-γ)。
图3(c)为车体210在坡体220上减速上坡状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角，直线a到直线e构成逆时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(负值)；车体210处于上坡状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(正值)，因所述倾角β和所述干扰角γ的符号不同，代入公式(2)得到路面坡度＝tanθ＝tan(β-γ)。
图3(d)为车体210在坡体220上匀速下坡状态，车体210未发生瞬间俯仰动作，则所述测距单元100测得干扰角γ＝0°；车体210处于下坡状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(负值)，因所述倾角β和所述干扰角γ中任意一者为0°，代入公式(1)和公式(2)均适用。例如，将倾角β(负值)和干扰角γ(0°)代入公式(1)得到：路面坡度＝tanθ＝tan|β|。
图3(e)为车体210在坡体220上加速下坡状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角γ，直线a到直线e构成顺时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(正值)；车体210处于下坡状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(负值)，因所述倾角β和所述干扰角γ的符号不同，代入公式(2)得到路面坡度＝tanθ＝tan|β+γ|。
图3(f)为车体210在坡体220上减速下坡状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角γ，直线a到直线e构成逆时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(负值)；车体210处于下坡状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(负值)，则所述倾角β和所述干扰角γ的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度＝tanθ＝tan|β-γ|。
图3(g)为车体210在水平路面200上匀速行驶状态或者驻车状态，车体210未发生瞬间俯仰动作，则所述测距单元100测得干扰角γ＝0°；车体210处于水平路面匀速或者静止状态，所述姿态获取单元110测得倾角β＝0°，所述倾角β和所述干扰角γ两者均为0°，代入公式(1)和公式(2)均适用。例如，代入公式(1)得到路面坡度＝tanθ＝tan0°＝0。
图3(h)为车体210在水平路面200上加速行驶状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角，直线a到水平路面构成顺时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(正值)；车体210处于水平路面加速状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(正值)，因为车体210在水平路面200上，所以水平路面与水平面(直线b)平行，则干扰角γ＝倾角β，又因为所述倾角β和所述干扰角γ的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度＝tanθ＝tan(β-γ)＝tan0°＝0。
图3(i)为车体210在水平路面200上减速行驶状态，车体210发生瞬间俯仰动作，产生干扰角，直线a到水平路面构成逆时针夹角，所述测距单元100测得干扰角γ(负值)；车体210处于水平路面减速状态，所述姿态获取单元110测得倾角β(负值)，因为车体210在水平路面200上，所以水平路面与水平面(直线b)平行，则干扰角γ＝倾角β，又因为所述倾角β和所述干扰角γ的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度＝tanθ＝tan|β-γ|＝tan0°＝0。
本申请文件的车辆行驶状态包括但不限于上述9种状态。
综上，本发明提供了一种车载式路面坡度测量系统，所述车载式路面坡度测量系统包括：姿态获取单元、测距单元及信号处理单元，所述姿态获取单元用于测量倾角β，所述测距单元用于测量干扰角γ，利用所述信号处理单元计算得到路面坡度tanθ的值，其中，所述测距单元获取了所述干扰角γ，并将所述干扰角γ代入所述信号处理单元进行运算，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元运算出路面坡度tanθ的值的精度，该路面坡度测量系统实现了车辆动态行驶中长里程、高精度、实时的道路坡度测量及信号数据采集。进一步的，本发明还提供一种路面坡度测量方法，包括：获取倾角β；获取干扰角γ；以及根据倾角β和干扰角γ得到路面坡度tanθ，通过引入所述干扰角γ来修正所述倾角β，消除了车辆加减速运动时所述干扰角γ对坡度测量的干扰，提高了所述信号处理单元得到的路面坡度tanθ的精度。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (20)

1.一种车载式路面坡度测量系统，其特征在于，包括：姿态获取单元、测距单元及信号处理单元，所述姿态获取单元及所述测距单元均与所述信号处理单元相连；
所述姿态获取单元用于测量车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β；
所述测距单元用于测量车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ；
所述信号处理单元用于根据所述干扰角γ和所述倾角β得到路面坡度tanθ。
2.根据权利要求1所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述姿态获取单元包括：陀螺仪传感器、加速度传感器及数字运动处理器；
所述陀螺仪传感器用于获取车辆的旋转角速度；
所述加速度传感器用于获取车辆的加速度；
所述数字运动处理器用于根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。
3.根据权利要求2所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述姿态获取单元还包括：磁场强度传感器，所述磁场强度传感器用于获取地球磁场强度；所述数字运动处理器还用于根据所述地球磁场强度修正所述倾角β。
4.根据权利要求3所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述姿态获取单元固定在车辆的前舱盖、车顶或者后备箱盖上。
5.根据权利要求1所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述信号处理单元包括：模数转换器和单片机；
所述模数转换器用于接收所述测距单元测得的干扰角γ的模拟信号并转换成对应的干扰角γ的数字信号；
所述单片机用于接收所述干扰角γ的数字信号和所述姿态获取单元测得的所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。
6.根据权利要求2所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述测距单元包括：至少两个测距传感器，各所述测距传感器均固定在车辆的同一侧。
7.根据权利要求6所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所有所述测距传感器连成一条直线，车辆在水平面上静止时，多个所述测距传感器能够通过相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线。
8.根据权利要求6所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述测距传感器选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
9.根据权利要求7所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述干扰角γ为所述虚拟直线与路面形成的夹角，其中，车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°。
10.根据权利要求9所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，利用所述信号处理单元判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，若所述倾角β和所述干扰角的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ；
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)。
11.根据权利要求1所述的车载式路面坡度测量系统，其特征在于，所述车载式路面坡度测量系统还包括：数据采集单元，所述数据采集单元与所述信号处理单元相连，所述数据采集单元用于采集所述路面坡度tanθ，并将所述路面坡度tanθ提供给上位机。
12.一种路面坡度测量方法，其特征在于，包括：
获取车辆的车身平行面与水平面之间的倾角β；
获取车辆在加速或减速时车身平行面与路面的干扰角γ；
根据所述干扰角γ和所述倾角β得到路面坡度tanθ。
13.根据权利要求12所述的路面坡度测量方法，其特征在于，获取所述倾角β的方法包括：获取车辆的旋转角速度；获取车辆的加速度；根据所述旋转角速度及所述加速度得到所述倾角β的数字信号，其中，车辆在上坡时，定义车辆上坡形成的所述倾角β为正值；车辆在下坡时，定义车辆下坡形成的所述倾角β为负值；车辆在水平路面上时，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为正值，定义车辆在水平路面加速形成的所述倾角β为负值，以及定义车辆在水平路面匀速或者静止形成的所述倾角β为0°。
14.根据权利要求13所述的路面坡度测量方法，其特征在于，在所述倾角β的数字信号之后，获取所述倾角β的方法还包括：获取地球磁场强度；根据所述地球磁场强度修正所述倾角β。
15.根据权利要求14所述的路面坡度测量方法，其特征在于，接收所述干扰角γ的模拟信号并转换成对应的干扰角γ的数字信号；接收所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号并对所述干扰角γ的数字信号和所述倾角β的数字信号进行运算以得到路面坡度tanθ。
16.根据权利要求13所述的路面坡度测量方法，其特征在于，在车辆的同一侧固定至少两个测距传感器，所有所述测距传感器连成一条直线，车辆在水平面上静止时，多个所述测距传感器能够通过相互校准得出一条与水平面平行的虚拟直线。
17.根据权利要求16所述的路面坡度测量方法，其特征在于，所述测距传感器选自于红外测距传感器、超声测距传感器、激光测距传感器和雷达测距传感器中的至少一种。
18.根据权利要求16所述的路面坡度测量方法，其特征在于，所述干扰角γ为所述虚拟直线与路面形成的夹角，其中，车辆在加速行驶时，所述虚拟直线到路面构成顺时针夹角，定义车辆加速形成的所述干扰角γ为正值；车辆在减速行驶时，所述虚拟直线到路面构成逆时针夹角，定义车辆减速形成的所述干扰角γ为负值；车辆在匀速行驶或者静止时，所述虚拟直线与路面平行，定义车辆匀速或者静止形成的所述干扰角γ为0°。
19.根据权利要求18所述的路面坡度测量方法，其特征在于，判断所述倾角β和所述干扰角γ的正负，若所述倾角β和所述干扰角的符号相同，代入公式(1)得到路面坡度tanθ；若所述倾角β和所述干扰角γ的符号相反，代入公式(2)得到路面坡度tanθ；
tanθ＝tan|β-γ| (1)
tanθ＝tan|β+γ| (2)。
20.根据权利要求12所述的路面坡度测量方法，其特征在于，所述路面坡度测量方法还包括：采集所述路面坡度tanθ，并将所述路面坡度tanθ提供给上位机。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113415369A (zh) * 2021-07-13 2021-09-21 深圳乐行天下科技有限公司 坡度测量的方法、装置、存储介质及平衡车
CN114001752A (zh) * 2021-10-27 2022-02-01 一汽解放汽车有限公司 车辆坡度传感器校准方法、装置、传感器校准设备及介质
WO2024088506A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-02 Volvo Truck Corporation Slope estimation using ground radar

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0989563A (ja) * 1995-09-26 1997-04-04 Sato Kogyo Co Ltd 地下掘削機の位置検出方法及び装置
RU2291294C1 (ru) * 2005-06-17 2007-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Феррозондовый скважинный инклинометр
CA2790977A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-09 Measurement Systems, Inc. Intuitive multiple degrees of freedom portable control device
CN102252659A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 中国汽车工程研究院股份有限公司 基于激光传感器的车载式道路路面坡度测量方法
CN101619968B (zh) * 2009-07-13 2012-09-19 北京市路兴公路新技术有限公司 一种路面平整度检测方法和装置
CN204694246U (zh) * 2015-05-10 2015-10-07 何明 一种公路纵坡数据测量装置
CN105339226A (zh) * 2013-05-02 2016-02-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 使用三轴惯性测量装置的集成坡度和俯仰估计
US20180017391A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-18 U-Blox Ag System for and method of determining angular position of a vehicle
CN107677247A (zh) * 2017-09-30 2018-02-09 福建农林大学 道路横坡坡度测量和校正方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0989563A (ja) * 1995-09-26 1997-04-04 Sato Kogyo Co Ltd 地下掘削機の位置検出方法及び装置
RU2291294C1 (ru) * 2005-06-17 2007-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Феррозондовый скважинный инклинометр
CN101619968B (zh) * 2009-07-13 2012-09-19 北京市路兴公路新技术有限公司 一种路面平整度检测方法和装置
CA2790977A1 (en) * 2010-03-03 2011-09-09 Measurement Systems, Inc. Intuitive multiple degrees of freedom portable control device
CN102252659A (zh) * 2011-06-10 2011-11-23 中国汽车工程研究院股份有限公司 基于激光传感器的车载式道路路面坡度测量方法
CN105339226A (zh) * 2013-05-02 2016-02-17 通用汽车环球科技运作有限责任公司 使用三轴惯性测量装置的集成坡度和俯仰估计
CN204694246U (zh) * 2015-05-10 2015-10-07 何明 一种公路纵坡数据测量装置
US20180017391A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-18 U-Blox Ag System for and method of determining angular position of a vehicle
CN107677247A (zh) * 2017-09-30 2018-02-09 福建农林大学 道路横坡坡度测量和校正方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张勇刚: "基于互补滤波器的MEMS/GPS/地磁组合导航系统", 《系统工程与电子技术》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113415369A (zh) * 2021-07-13 2021-09-21 深圳乐行天下科技有限公司 坡度测量的方法、装置、存储介质及平衡车
CN113415369B (zh) * 2021-07-13 2022-11-25 深圳乐行天下科技有限公司 坡度测量的方法、装置、存储介质及平衡车
CN114001752A (zh) * 2021-10-27 2022-02-01 一汽解放汽车有限公司 车辆坡度传感器校准方法、装置、传感器校准设备及介质
WO2024088506A1 (en) * 2022-10-24 2024-05-02 Volvo Truck Corporation Slope estimation using ground radar

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