CN113525082B - 一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置 - Google Patents

一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置，虚拟指针的运动轨迹为直线型，本发明实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点，然后按加速度限制值对虚拟指针进行减速，直至虚拟指针运动到目标位置。若虚拟指针的运动方式为旋转式，则将目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。整个运算过程不涉及正余弦/开方等复杂运算，单步计算中计算量很小，非常适合性能较低的平台使用，对虚拟仪表整体性能占用较小。

Description

一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置
技术领域
本发明涉及汽车零部件技术领域，具体涉及一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置。
背景技术
随着目前的汽车仪表的不断发展，汽车仪表已经越来越多的采用液晶屏幕来显示相关的信息。相对于传统仪表，液晶仪表具有显示效果美观多样、内容表达简洁具体，功能扩展性强等优点，在未来汽车行业尤其是智能汽车上必将获得越来越广泛的应用。
液晶仪表不像传统仪表一样受指针表盘限制，但大多数汽车驾驶员依然习惯于指针式表盘显示信息，因此在全液晶仪表中虚拟指针表盘依然广泛存在。现阶段大多数全液晶仪表普遍采用虚拟指针式表盘与数值显示相结合的方式来进行显示。
在传统仪表中指针运动受实物限制运动过程天然连续，虚拟仪表中的虚拟指针运动不受实物限制运动更加迅速精准，但其运动过程需要人工规划运动路径以保持运动平滑和合理。如果规划不当则可能会出现指针卡顿、抖动、运动过程生硬等问题影响用户体验；严重者可能导致整个仪表运行卡顿、显示混乱，直接影响行车安全。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法及装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法，所述虚拟指针的运动轨迹为直线型，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；
步骤2，根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点作为加速过程的标志位置，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点，然后跳转至步骤3；
步骤3，按加速度限制值对虚拟指针进行周期性减速，并实时更新虚拟指针的输出位置，直至虚拟指针运动到目标位置；所述的周期为液晶仪表刷新周期。
进一步的，当按加速度限制值对虚拟指针进行减速并实时更新虚拟指针的输出位置时，若当虚拟指针运动速度小于等于第二预设阈值，或虚拟指针当前位置与目标位置的差值小于等于第一预设阈值，或目标位置位于一个减速周期的中间点，则进入跳转至步骤4；
步骤4，将目标位置设置为虚拟指针当前位置或通过一阶滤波算法使得虚拟指针快速逼近目标位置：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
式中：Dn表示虚拟指针经当前计算周期所计算的位置；Dc表示虚拟指针的当前位置；Dt表示虚拟指针的目标位置；k为滤波系数。
进一步的，所述步骤1还包括：
实时的根据当前指针状态进行如下判断：
判断一：若指针的目标位置与当前位置的差值小于等于第一预设阈值且指针的当前运动速度小于等于第二预设阈值，则执行步骤4；
判断二：若指针当前的运动方向与目标方向相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针依然会运动过位，则利用设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置；若当前指针的运动速度小于等于第二预设阈值则跳转至步骤2；
若上述两个条件均不满足，则执行步骤2；所述的目标方向为指针当前位置到目标位置的方向。
进一步的，若所述虚拟指针的运动方式为旋转式，则目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。
另一方面，本发明还提供一种全液晶仪表虚拟指针运动规划装置，所述虚拟指针的运动轨迹为直线型，包括：
目标位置确定模块，用于实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；
加速控制模块，用于根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点作为加速过程的标志位置，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点；
减速控制模块，用于按加速度限制值对虚拟指针进行周期性减速，并实时更新虚拟指针的输出位置，直至虚拟指针运动到目标位置；所述的周期为液晶仪表刷新周期。
进一步的，该装置还包括位置调整模块；所述位置调整模块用于：
当按加速度限制值对虚拟指针进行减速并实时更新虚拟指针的输出位置时，若当虚拟指针运动速度小于等于第二预设阈值，或虚拟指针当前位置与目标位置的差值小于等于第一预设阈值，或目标位置位于一个减速周期的中间点，将目标位置设置为虚拟指针当前位置或通过一阶滤波算法使得虚拟指针快速逼近目标位置：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
式中：Dn表示虚拟指针经当计算周期所计算的位置；Dc表示虚拟指针的当前位置；Dt表示虚拟指针的目标位置；k为滤波系数。
进一步的，该装置还包括状态判断模块；所述状态判断模块用于：
实时的根据当前指针状态进行如下判断：
判断一：指针的目标位置与当前位置的差值是否小于等于第一预设阈值且指针的当前运动速度是否小于等于第二预设阈值；
判断二：指针当前的运动方向与目标方向是否相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针是否会运动过位。
进一步的，该装置还包括转向控制模块，所述转向控制模块用于：
当状态判断模块的判断结果为指针当前的运动方向与目标方向相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针会运动过位时，根据设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置。
进一步的，若所述虚拟指针的运动方式为旋转式，则目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。
本发明的有益效果是：本发明计算简单，空间占用小且效果良好的通用运动规划算法。该发明可以在指针期望值高速变化过程中依然保持输出值连续平滑稳定，且改变目标位置引发的计算量较小，适合车载仪表实际使用环境中输入变化十分频繁的场景。整个运算过程不涉及正余弦/开方等复杂运算，单步计算中计算量很小，非常适合性能较低的平台使用，对虚拟仪表整体性能占用较小。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明装置结构原理图；
图3至图8为利用本发明方法进行虚拟指针运动规划的运行效果图。
其中图3为0～360运行曲线图，图4为360～0运行曲线图，图5为0～360运行过程中目标值归0运行曲线，图6为0～360运行中目标值突变为90过位后返回运行曲线，图7为0～360运行过程中目标值突变为180继续加速运行曲线，图8为随机目标值连续运行曲线；这里的0～360，对于直线型虚拟指针表示指针的直线行程，对于旋转型虚拟指针表示角度行程。
图中左侧纵坐标表示指针位置，右侧纵坐标表示指针运动速度，横坐标表示离散计算周期数。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明实施例提供一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法，该方法主要针对运动轨迹为直线型的虚拟指针，如图1所示，包括以下步骤：
在任何步骤下设定目标位置则打断当前步骤，进入初始过程(步骤一)，这里所述的设定目标位置，即为根据汽车控制系统的输出，全液晶仪表应该显示的值，亦即虚拟指针当前应该指向的值。
步骤一、初始过程：初始过程根据当前状态，判断需要进行的过程：
(1)若目标位置与当前值十分接近且当前速度接近0，即：
|Dt-Dc|≤Dmin且|Vc|≤Vmin
Figure BDA0003134971160000051
Vmin＝A×Δt
其中：
Vc：当前虚拟指针的运行速度；
A：预先设定的加速度限制值；
Dt：虚拟仪表被设定的目标位置；
Dc：虚拟仪表当前位置；
Dmin:可以忽略的距离差；
Vmin:可以忽略的速度差；
Δt：离散计算的单步时间长度，一般为全液晶仪表的刷新周期，例如全液晶仪表的刷新频率为100HZ，那么其刷新周期为10ms。离散计算的单步时间长度还可以人为设定。
则认为已经逼近目标，直接进入到位过程(步骤五)；
(2)速度方向与目标方向相反或速度方向与目标方向相同但即使立即按最大加速度减速依然会运动过位，即:
Figure BDA0003134971160000061
Ds>|Dy-Dc|
其中：
Ds：最短减速距离；
Vc：当前虚拟指针的运行速度；
A：用户设定的加速度限制值；
Dt：虚拟仪表被设定的目标位置；
Dc：虚拟仪表当前的指示值；
则进行转向过程(步骤二)；
(3)无法满足前两个条件则进入加速过程(步骤三)
步骤二、转向过程：利用设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置。
Vn＝Vc+A×Δt
Figure BDA0003134971160000062
其中：
Vn：虚拟指针经本周期计算后的运行速度
Vc：当前虚拟指针的运行速度
A：用户设定的加速度限制值
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Δt：离散计算的单步时间长度
若速度下降至Vmin即：
Vn≤Vmin
其中：
Vn：虚拟指针经本周期计算后的运行速度
Vmin：可以忽略的速度差
则进入加速过程(步骤三)
步骤三、加速过程：每次进入加速过程时需计算一个减速点作为结束加速过程的标志位置，计算过程如下：
Figure BDA0003134971160000071
Figure BDA0003134971160000072
其中：
Ds：最短减速距离
Vc：当前虚拟指针的运行速度
A：用户设定的加速度限制值
Dmid：减速点位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Dt：虚拟仪表被设定的目标
计算减速点完成后按加速度进行加速直到当前位置到达减速点，过程如下:
Vn＝Vc+A×Δt
Figure BDA0003134971160000073
其中：
Vn：虚拟指针经本周期计算后的运行速度
Vc：当前虚拟指针的运行速度
A：用户设定的加速度限制值
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Δt：离散计算的单步时间长度
若到达减速点，即：
Dn≥Dmid且Dc≤Dmid
其中：
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Dmid：减速点位置
则进入减速过程(步骤四)
步骤四、减速过程：按加速度减小速度，根据新速度更新输出位置，过程如下:
Vn＝Vc+A×Δt
Figure BDA0003134971160000081
其中：
Vn：虚拟指针经本周期计算后的运行速度
Vc：当前虚拟指针的运行速度
A：用户设定的加速度限制值
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Δt：离散计算的单步时间长度
若速度下降至0或到达目标位置，即以下三条件满足任一：
①Vn≤Vmin
②Dn≥Dt且Dc≤Dt
③|Dt-Dc|≤Dmin
其中：
Vn：虚拟指针经本周期计算后的运行速度
Vmin：可以忽略的速度差
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Dt：虚拟仪表被设定的目标位置
Dmin:可以忽略的距离差
则进入到位过程(步骤五)
步骤五、到位过程：离散计算中随离散程度不同会与实际值存在一定误差，到位过程用于最后阶段细小距离的到位动作，可以直接赋值即：
若|Dt-Dc|≤Dmin则直接将当前位置Dc置为目标位置Dt，认为已经到位完成，否则可套用简单一阶滤波算法快速逼近目标位置，如：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
其中：
Dn：虚拟指针经本周期计算后的位置
Dc：虚拟仪表当前的指示值
Dt：虚拟仪表被设定的目标位置
k：滤波系数。
上述方法是针对运行轨迹为直线型的虚拟指针的运动规划方法，本领域技术人员应该理解的是，当针对运行方式为旋转型的虚拟指针的运动规划时，仅需将上述的目标位置与当前位置的差值替换为角度差值，虚拟指针的运动速度替换为角速度，加速度替换为角加速度即可。
该算法可以在指针期望值高速变化过程中依然保持输出值连续平滑稳定，且改变目标值引发的计算量较小。整个运算过程不涉及正余弦/开方等复杂运算，单步计算中计算量很小，非常适合性能较低的平台使用，对虚拟仪表整体性能占用较小。
实际运行效果图如图3至图8所示。
实施例2
本发明实施例提供一种全液晶仪表虚拟指针运动规划装置，如图2所示，所述虚拟指针的运动轨迹为直线型，包括：
目标位置确定模块，用于实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；
状态判断模块，用于实时的根据当前指针状态进行如下判断：
判断一：指针的目标位置与当前位置的差值是否小于等于第一预设阈值且指针的当前运动速度是否小于等于第二预设阈值；
判断二：指针当前的运动方向与目标方向是否相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针是否会运动过位。
转向控制模块，用于当状态判断模块的判断结果为指针当前的运动方向与目标方向相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针会运动过位时，根据设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置。
加速控制模块，用于根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点作为加速过程的标志位置，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点；
减速控制模块，用于按加速度限制值对虚拟指针进行周期性减速，并实时更新虚拟指针的输出位置，直至虚拟指针运动到目标位置；所述的周期为液晶仪表刷新周期。
位置调整模块，用于当按加速度限制值对虚拟指针进行减速并实时更新虚拟指针的输出位置时，若当虚拟指针运动速度小于等于第二预设阈值，或虚拟指针当前位置与目标位置的差值小于等于第一预设阈值，或目标位置位于一个减速周期的中间点，将目标位置设置为虚拟指针当前位置或通过一阶滤波算法使得虚拟指针快速逼近目标位置：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
式中：Dn表示虚拟指针经当前仪表刷新周期计算的位置；Dc表示虚拟指针的当前位置；Dt表示虚拟指针的目标位置；k为滤波系数。
若所述虚拟指针的运动方式为旋转式，则目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全液晶仪表虚拟指针运动规划方法，所述虚拟指针的运动轨迹为直线型，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；
步骤2，根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点作为加速过程的标志位置，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点，然后跳转至步骤3；
步骤3，按加速度限制值对虚拟指针进行减速，并实时更新虚拟指针的输出位置，直至虚拟指针运动到目标位置；当按加速度限制值对虚拟指针进行减速并实时更新虚拟指针的输出位置时，若当虚拟指针运动速度小于等于第二预设阈值，或虚拟指针当前位置与目标位置的差值小于等于第一预设阈值，或目标位置位于一个减速周期的中间点，则进入跳转至步骤4；
步骤4，将目标位置设置为虚拟指针当前位置或通过一阶滤波算法使得虚拟指针快速逼近目标位置：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
式中：Dn表示虚拟指针经当前计算周期所计算的位置；Dc表示虚拟指针的当前位置；Dt表示虚拟指针的目标位置；k为滤波系数；
所述步骤1还包括：
实时的根据当前指针状态进行如下判断：
判断一：若指针的目标位置与当前位置的差值小于等于第一预设阈值且指针的当前运动速度小于等于第二预设阈值，则执行步骤4；
判断二：若指针当前的运动方向与目标方向相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针依然会运动过位，则利用设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置；若当前指针的运动速度小于等于第二预设阈值则跳转至步骤2；
若所述判断一和判断二均不成立，则执行步骤2；所述的目标方向为指针当前位置到目标位置的方向。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述虚拟指针的运动方式为旋转式，则目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。
3.一种全液晶仪表虚拟指针运动规划装置，所述虚拟指针的运动轨迹为直线型，其特征在于，包括：
目标位置确定模块，用于实时的根据车载系统输出确定虚拟指针的目标位置；
加速控制模块，用于根据虚拟指针当前位置、当前运动速度以及目标位置计算减速点作为加速过程的标志位置，并按加速度限制值对虚拟指针进行加速直到虚拟指针到达减速点；
减速控制模块，用于按加速度限制值对虚拟指针进行减速，并实时更新虚拟指针的输出位置，直至虚拟指针运动到目标位置；
位置调整模块，用于当按加速度限制值对虚拟指针进行减速并实时更新虚拟指针的输出位置时，若当虚拟指针运动速度小于等于第二预设阈值，或虚拟指针当前位置与目标位置的差值小于等于第一预设阈值，或目标位置位于一个减速周期的中间点，将目标位置设置为虚拟指针当前位置或通过下述算法使得虚拟指针快速逼近目标位置：
Dn＝k×Dt+(1-k)×Dc
式中：Dn表示虚拟指针经当前计算周期所计算的位置；Dc表示虚拟指针的当前位置；Dt表示虚拟指针的目标位置；k为滤波系数；
状态判断模块，用于实时的根据当前指针状态进行如下判断：
判断一：指针的目标位置与当前位置的差值是否小于等于第一预设阈值且指针的当前运动速度是否小于等于第二预设阈值；
判断二：指针当前的运动方向与目标方向是否相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针是否会运动过位。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括转向控制模块，所述转向控制模块用于：
当状态判断模块的判断结果为指针当前的运动方向与目标方向相反，或运动方向与目标方向相同但按加速度限制值进行减速，指针会运动过位时，根据设定的加速度限制值减小当前指针的运动速度，并实时更新虚拟指针的输出位置。
5.根据权利要求3-4任一项所述的装置，其特征在于，若所述虚拟指针的运动方式为旋转式，则目标位置与当前位置的差值为角度差值，虚拟指针的运动速度为角速度，加速度为角加速度。
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