CN115127521A - 倾斜预估 - Google Patents

Abstract

倾斜预估。其中角度测量装置(100)包括可固定基座(106)、安装到可固定基座(106)上的悬置元件(102)和可操作地耦接到悬置元件(102)的角位置传感器(104)。悬置元件(102)能够相对于可固定基座(106)表现出摆动运动。角位置传感器(104)测量悬置元件(102)相对于可固定基座(106)从悬置元件(102)的中间位置处发生的角位移。

Description

倾斜预估

背景技术

诸如汽车、机器人、无人机等设备均能高速行驶。这些设备可能必须是以不同定向进行高速行驶的。在不同的情况下，可能需要预估设备的定向参数。例如，如果一个主体(如两轮车辆)的定向(如倾斜角)高于允许的限值，那么该主体便可能发生侧翻。这种定向调节会有多种应用场景，例如在车辆的巡航控制中，或者在两轮车辆的转弯巡航控制中，其中可以根据车辆的倾斜角对油门杆进行调节。因此，这些设备装配有能够测量定向的不同系统和机构，从而预估这些设备的定向。

附图说明

具体实施方式请参考附图。应当注意的是，说明书和附图仅是本主题的示例，而并非代表着主题本身。

图1示出了根据本主题一个方面的角度测量装置的立体图；

图2示出了根据本主题一个实施例的角度测量装置的等距图；

图3示出了根据本主题一个实施例的角度测量装置的分解图；

图4示出了根据本主题一个实施例的固定在外壳内的倾斜测量系统的立体图；

图5示出了根据本主题一个实施例的倾斜测量系统的分解图；

图6示出了根据本主题一个实施例的无外壳的倾斜测量系统的立体图；

图7示出了根据本主题一个实施例的无外壳的倾斜测量系统的等距图；

图8示出了根据本主题一个实施例的用于预估部件的倾斜角的倾斜测量系统的示意性框图；

图9示出了根据本主题一个实施例的用于预估部件的倾斜角的方法；

图10示出了根据本主题另一实施例的用于预估部件的倾斜角的倾斜测量系统的示意性框图；

图11示出了根据本主题另一实施方式的用于预估部件的倾斜角的方法；

图12示出了根据本主题一个实施例的其中安装有倾斜测量系统的车辆的立体图；

图13示出了根据本主题一个实施例的其中安装有倾斜测量系统的车辆的等距图；

图14示出了根据本主题一个实施例的表示在确定部件的倾斜角时相关联误差的示图；

图15示出了根据本主题一个实施例的表示带有在距离地面不同高度处安装到车辆上的倾斜测量系统的组件的倾斜角值的示图；

图16示出了根据本主题一个实施例的表示当悬置元件具有和不具有预定阻尼时悬置元件的角位移值的示图。

在所有附图中，相同的附图标记表示相似的元件，但可能并不表示相同的元件。这些图并不一定按照比例绘制，某些部分的尺寸可能会被放大以便更清楚地说明所示的例子。此外，附图提供了与说明书一致的实施例和/或实施方式；然而，说明书并不限于附图中所提供的实施例和/或实施方式。

具体实施方式

准确预估一个主体(如机械系统)的定向对于用于机械系统(如汽车、机器人设备和其他机器)的控制系统具有重要意义。例如，为了针对汽车进行车辆稳定性控制而开发驾驶员辅助系统，或者为了控制机器人关节的运动，这些都必须确定相对于参照系进行的定向角的测量。已知有各种常规技术被用于确定此类系统的定向。

在其中一种技术中，编码器被用于测量机器人设备的关节角度。然而，这种测量技术对于受到完全驱动且被固定而不从其位置进行平移的机器人是有效的，例如装配线中所使用的机器人臂。而对于移动式或欠驱动的机器人而言，该机器人相对于框架(如地面框架)的定向则是必要的。然而，编码器在测量移动式机器人的关节角度时是不起作用的。

在其他技术中，布置了各种传感器来测量各种定向参数。例如，用于测量主体旋转的陀螺仪传感器、用于测量沿不同轴产生的重力加速度分量的加速度计，或者为了此类目的所使用的惯性测量单元(inertial measurement unit，IMU)传感器。六轴IMU由三轴陀螺仪传感器和三轴加速度计组成。IMU传感器通过结合陀螺仪测量结果和加速度计测量结果而被用于测量主体的侧倾、偏航和俯仰角。三轴陀螺仪传感器沿三个主轴(其包括相互垂直的x、y和z轴)测量旋转速率。然后，可通过对旋转速率与时间进行积分来判断主体沿这三个轴的旋转角，以指示倾斜值。为了获得旋转角的绝对值，必须要知道该主体的各项初始条件。然而，在车辆沿着弯曲路径行驶的情景下，并不容易判断该车辆的初始条件。进一步地，对车辆初始条件的判断存在误差可能会对正在确定的旋转速度产生不利的影响。由于旋转速度正在被积分，因此即使是很小的偏差也有可能导致与绝对值相比发生较大的偏差。

此外，IMU传感器的三轴加速度计还可通过获得沿三个主轴产生的重力加速度来测量旋转角。在静态条件下，加速度计沿主轴测得的加速度矢量和原则上应等于1G。然而，在动态条件下，例如，当加速度计安装在正在加速或旋转的主体上时，沿加速度计主轴的矢量和便会发生变化。因此，加速度计测量的旋转角并不等于绝对值。换言之，在动态条件下，使用IMU传感器所测得的倾斜可能并不准确。

同时，IMU传感器还可以通过结合陀螺仪测量结果和加速度计测量结果来测量主体的定向角。采用不同的技术，从而将陀螺仪传感器和加速度计的值一起使用，以消除单个传感器的缺点。例如，互补滤波器可使用由陀螺仪传感器确定的角速度值来获得短期的动态响应。进一步地，由加速度计确定的角度测量结果可用于校正随着时间而产生的漂移误差。然而，在具有高振动水平的机械系统中，例如在汽车中，加速度计的数据可包括高等级的噪声，这可能导致对主体的定向的预估并不准确。

至于另一种用于预估系统(尤其是对于车辆)的定向的传统技术，其涉及到使用来自多个传感器的多个输入。例如，定向机构或系统(如巡航控制系统或转弯控制系统)可接收来自侧倾、俯仰和偏航传感器、横向和纵向加速度计以及安装在车辆悬架上的传感器等的输入。然而，由于使用了大量传感器，此类系统造价不菲。进一步地，如此大量的传感器数据还要求车载系统有很强的计算能力，以便能够处理数据。

其他的传统技术较少涉及使用摄像头记录车辆周围的一系列图像。在一段时间内提取和追踪车辆周围的一个或多个特征，例如车道标记。在该一系列图像的特征中发生的任何位置变化均被用于确定摄像头转动的方向。可基于摄像头的移动并通过使用不同的图像处理算法来预估车辆的倾斜角。然而，这种技术并不适用于摄像头无法有效工作的情况，例如，在缺少光线的情况下。进一步地，可能无法做到连续追踪车辆周围的某个特征，例如，如果在相当长的时间内该特征并不在车辆周围。此外，涉及图像处理的技术通常需要很多的计算资源，而且成本高昂。

本主题公开了用于预估机械系统的倾斜角的技术。该机械系统可以包括例如汽车或机器人系统。根据一个方面，如本主题所设想的用于预估机械系统的倾斜角的技术需要少量的传感器，并且即使在受到振动影响的环境中也能够有效运行。例如，本主题可用于识别机器人、车辆或无人机的定向。此外，该技术需要消耗相当少的计算资源即可测量主体的定向，因此既高效又经济。

根据本主题，一种用于测量倾斜角的角度测量装置包括可固定基座和安装至可固定基座的悬置元件。该悬置元件(如摆锤)可以相对于可固定基座进行摆动运动。该角度测量装置还包括可操作地耦接至悬置元件的轴的角位置传感器。当悬置元件表现出摆动运动时，角位置传感器测量悬置元件的轴相对于可固定基座发生的角位移。在一个实施例中，角位置传感器可以是电位计。该电位计将悬置元件的角运动转换为电信号，其可被车载控制器用于确定可固定基座的倾斜角。

根据本主题的所述方面，悬置元件的角位移可从该悬置元件的中位处进行测量。基于悬置元件的角位移，可以获得可固定基座的倾斜角。在一个实施例中，悬置元件的中位为平衡位置。换言之，即使是在可固定基座发生倾斜的情况下，悬置元件也会尝试与中位对齐。因此，可以连续地预估悬置元件的初始条件。因此，在任何特定时间均可轻易获得可固定基座的倾斜角的绝对值。因此，本主题提供了对于可固定基座的定向的连续且精确的预估。

进一步地，悬置元件可设置有预定阻尼。该预定阻尼抵消由于悬置元件的惯性而可能发生的不期望的摆动。此外，预定阻尼有助于减少由振动和噪声所带来的不利影响。因此，本主题为预估可固定基座的定向提供了一种经济且简单的解决方案，其可用于动态条件下，而无需使用大量的传感器。在一个实施例中，角度测量装置可包括阻尼单元，以抑制悬置元件的摆动运动。除上述之外，阻尼还有助于减少悬置元件的超调量。因此，减小对于悬置元件的角位移的预估误差。进一步地，阻尼单元还无源地过滤掉一些振动，防止其转移到悬置元件上。这将有效地降低角度测量装置在测量中产生的噪声。

此外，本主题还设想了一种使用如上所述的角度测量装置以及角速度测量传感器的倾斜测量系统。角速度测量传感器预估主体的定向的变化率，例如，主体的倾斜角的变化率。因此，提供角度测量装置以及角速度测量传感器，从而允许以有效的方式准确预测倾斜角。进一步地，本主题还提供了一种用于预估主体的定向的具有成本效益的技术，因为可以仅将两个传感器用于准确地预测倾斜角。额外地，预估主体的定向所需的计算资源也大大减少，倾斜测量系统可用于空间较小的设备，诸如包括两轮车辆在内的小型车辆以及无人机等。

在一个实施例中，角速度测量传感器可以是微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)陀螺仪传感器。倾斜测量系统还包括可操作地耦接至角位置传感器和角速度测量传感器的控制单元。该控制单元接收来自角位置传感器和角速度测量传感器的输入，并处理所接收到的输入，以确定部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。此外，本主题还设想一种使用安装到车辆的车架上的倾斜测量系统的车辆。根据上述技术，通过确定可固定基座的倾斜角，控制单元可以确定车辆的倾斜角。

参考附图对本主题做进一步的描述。在可能的情况下，在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或类似的部件。应当注意的是，说明书和附图仅仅是说明了本主题的原理。因此，应当理解，尽管本文中未明确描述或示出可以设计的各种装置，但其均包含本主题的原理之中。此外，本文中所列举的本主题的原则、方面和示例及其具体实施例的所有陈述均旨在涵盖其等效物。

图1示出了根据本主题一个方面的角度测量装置100的立体图。图2示出了根据本主题一个方面的角度测量装置100的等距图。图3示出了根据本主题一个方面的角度测量装置100的分解图。为了简洁易懂，图1、图2和图3已被相互结合进行讨论。

用于测量倾斜角的角度测量装置100包括悬置元件102和可操作地耦接至悬置元件102的角位置传感器104。角度测量装置100还包括可固定基座106，在其上方安装有悬置元件102和角位置传感器104。在一个实施例中，可使用临时紧固装置(例如紧固件110)将悬置元件102和角位置传感器104安装至可固定基座106。在另一实施例中，可使用永久性的紧固方式(例如焊接)将悬置元件102和角位置传感器104安装至可固定件。

悬置元件102可以相对于可固定基座106进行摆动运动。例如，当可固定基座106倾斜时，悬置元件102可以进行摆动。在一个实施例中，悬置元件102可以是摆锤。在另一实施例中，悬置元件102可以是浮力摆锤。角位置传感器104测量悬置元件102的轴相对于可固定基座106发生的角位移。角位置传感器104与悬置元件102的轴耦接。在一个实施例中，角位置传感器104可以是电位计。电位计将悬置元件102的角运动转换为电信号，其可被车载控制器(例如控制单元)用于确定可固定基座106的倾斜角。在另一实施例中，角位置传感器104可以是霍尔效应传感器或编码器中的一者。

根据本方面，可以在不使用大量传感器的情况下预估可固定基座106的定向。此外，预估定向所需的计算资源也大大减少。因此，定向预估技术也就有了成本效益。进一步地，还可以预估安装有可固定基座106的机械设备的定向。该机械设备可以是机器人、无人机、汽车等。

根据本主题，可从悬置元件102的中位处测量悬置元件102的角位移。基于悬置元件102的角位移，可以获得可固定基座106的倾斜角。在一个实施例中，悬置元件102的中位为平衡位置。当悬置元件102为摆锤时，悬置元件102的中位将会是其最低点。悬置元件102朝向中位偏置。换言之，即使在可固定基座106发生倾斜的情况下，悬置元件102也会尝试与中位对齐。因此，可以连续地预估悬置元件102的初始条件。因此，在任何特定时间均可轻易获得可固定基座106的倾斜角的绝对值。因此，本主题提供了对于可固定基座106的方向的连续且精确的预估。在一个实施例中，悬置元件102可包括两个摆锤。在另一实施例中，悬置元件102可以是双摆锤。

进一步地，悬置元件102可设置有预定阻尼。通过向悬置元件102提供预定阻尼，可以消除由于悬置元件102的惯性而可能发生的不期望的摆动。额外地，预定阻尼有助于减少由振动和噪声所带来的不利影响。因此，本主题提供了一种经济且简单的解决方案，从而可以在动态条件下用于预估可固定基座的定向。

在一个实施例中，角度测量装置100可包括阻尼单元108。阻尼单元108抑制悬置元件102的摆动运动。阻尼单元108可以以阻尼螺钉的形式进行设置。阻尼单元108可以插入设置在可固定基座106上的开口中。将阻尼单元108定位，以使其径向朝摆锤的轴外侧定向。阻尼单元108可以插入设置在可固定基座106上的孔中。该孔可包括螺纹。阻尼单元108可包括旋钮和电刷。该电刷与悬置元件102的轴接触。通过旋转阻尼单元108的旋钮，可以改变阻尼单元108施加在悬置元件102的轴上的力。因此，可以改变对于悬置元件102的阻尼。

除上述之外，阻尼还有助于减少悬置元件102的超调量。因此，对于悬置元件102的角位移的预估误差减小。进一步地，阻尼单元108还无源地过滤掉一些振动，使其不会传递至悬置元件102。这将有效地降低角度测量装置100在测量中产生的噪声。

此外，本主题设想到一种使用上述角度测量装置100以及角速度测量传感器204的倾斜测量系统200。图4示出了根据本主题一个实施例的固定在外壳202内的倾斜测量系统200的立体图。图5示出了根据本主题一个实施例的倾斜测量系统200的分解图。图6示出了根据本主题一个实施例的无外壳202的倾斜测量系统200的立体图。图7示出了根据本主题一个实施例的无外壳202的倾斜测量系统200的等距图。为了简洁易懂，图4、图5、图6和图7已被相互结合进行讨论。

倾斜测量系统200测量部件的倾斜角。在一个实施例中，该部件可以是安装有倾斜测量系统200的机械设备的一部分。例如，该部件可以是车辆的一部分，例如底盘。角度测量装置100可以安装在底盘的一侧，而角速度测量传感器204可以安装在底盘的另一侧。在这种情况下，有可能来自角度测量装置100和角速度测量传感器204的测量值并不相同。因此，必须对角度测量设备100和角速度测量传感器204进行校准。在另一实施例中，该部件可以是倾斜测量系统200的一部分。例如，该部件可以是其上安装有角度测量装置100和角速度测量传感器204的基板208。在这种情况下，角度测量设备100和角速度测量传感器204测量相同元件(如基板208)的定向变化。因此，无需对传感器进行校准。

倾斜测量系统200包括安装在基板210上方的外壳202。外壳202限制不需要的元素进入其中，例如湿气。可固定基座106可被安装到该部件上。在一个实施例中，可固定基座106和部件之间使用不同的连接技术(例如焊接)而被永久地彼此附接。在另一实施例中，可使用临时紧固装置(例如紧固件110)将可固定基座106固定地安装至该部件。

角速度测量传感器204安装至该部件。角速度测量传感器204测量该部件的定向变化率。在一个实施例中，角速度测量传感器204可以是微机电系统(microelectromechanical systems，MEMS)陀螺仪传感器。倾斜测量系统200还包括可操作地耦接到角速度测量传感器204和角位置传感器104的控制单元206。控制单元206接收来自角位置传感器104和角速度测量传感器204的输入，然后处理所接收到的输入，以预估该部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。因此，仅使用2个传感器，便能预估该部件的倾斜角。此外，预估定向所需的计算资源也大大减少。因此，定向预估技术也就有了成本效益。进一步地，还可以预估其上安装有倾斜测量系统200的机械设备的定向。该机械设备可以是机器人、无人机、汽车等。

在一个实施例中，控制单元206可以实现为微控制器、微型计算机和/或基于操作指令操纵信号的任何其他设备。根据所述实施例，控制单元206可包括处理器和设备存储器。处理器可以是单个处理单元，也可以是多个单元，其均可包括多个计算单元。处理器可以实现为一个或多个微处理器、微型计算机、微控制器、数字信号处理器、中央处理单元、状态机、逻辑电路和/或基于操作指令操纵信号的任何设备。在其他性能中，将处理器提供来获取和执行存储在设备存储器中的计算机可读指令。设备存储器可以耦接到处理器，并且可以包括本领域已知的任何计算机可读介质，例如包括易失性存储器(如静态随机存取存储器(Static-Random Access Memory，SRAM)和动态随机存取存储器(Dynamic-RandomAccess Memory，DRAM))，和/或非易失性存储器(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)、可擦除可编程ROM、闪存、硬盘、光盘和磁带)。

图8示出了根据本主题一个实施例的用于预估部件的倾斜角的倾斜测量系统200的示意性框图。角位置传感器104测量悬置元件102从中位处相对于可固定基座106的角位移。角速度测量传感器204测量部件的定向变化率。控制单元206接收来自角位置传感器104和角速度测量传感器204的输入。基于所接收到的输入，控制单元206预估部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。

图9示出了根据本主题一个实施方式的用于预估部件的倾斜角的方法300。参考框302，角位置传感器104和角速度测量传感器204检测到部件已从其原始位置倾斜。角位置传感器104测量悬置元件102从中位处相对于可固定基座106的角位移。角速度测量传感器204测量部件的定向变化率。在框304，控制单元206基于悬置元件102相对于可固定基座106的位移，从角位置传感器104接收第一组输入。在框306，控制单元206基于部件的定向变化率从角速度测量传感器204接收第二组输入。基于所接收到的输入，控制单元206预估部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。

然而，由于振动和噪声，由角位置传感器104和角速度测量传感器204传输的数据可能不同于实际值。换言之，从角位置传感器104和角速度测量传感器204接收的输入可能包含误差。为了计算实际值，控制单元206可采用不同的传感器融合算法来处理从角位置传感器104和角速度测量传感器204接收的数据。例如，控制单元206可采用贝叶斯滤波算法或融合滤波算法来处理第一和第二组输入。

控制单元206调节接收到的第一组输入和第二组输入。在框308处，控制单元206通过使用任何传感器融合算法来预估与第一组输入相关联的误差。在框310处，控制单元206采用传感器融合算法来预估与第二组输入相关联的误差。在框312处，控制单元206通过使用传感器融合算法来消除所预估的误差，从而获得融合输出。在框314处，控制单元206基于融合输出来计算部件相对于参考基准的倾斜角。

图10示出了根据本主题另一实施例的用于预估组件的倾斜角的倾斜测量系统200的示意性框图。在高精度应用中，倾斜测量系统200还可以包括可操作地耦接到控制单元206的加速度计传感器400。加速度计传感器400通过测量沿不同轴产生的重力加速度分量来测量倾斜角。控制单元206从加速度计传感器400接收第三组输入。进一步地，控制单元206可使用第一、第二或第三组输入中的至少一者来预估部件的倾斜角。通过使用第三个传感器来预估倾斜角，那么处理从三个传感器接收到的数据所需的成本和计算资源便会增加。然而，第三个传感器，即加速度计传感器400，仅在需要高度准确地预估倾斜角的情况下才会使用。

图11示出了根据本主题另一实施方式的用于预估部件的倾斜角的方法500。在一个实施例中，倾斜测量系统200可包括加速度计传感器400。参考框502，角位置传感器104、角速度测量传感器204和加速度计传感器(400)检测到部件已从其原始位置倾斜。角位置传感器104测量悬置元件102从中位处相对于可固定基座106的角位移。角速度测量传感器204测量部件的定向变化率。加速度计传感器400测量沿不同轴产生的重力加速度分量。

在框504处，控制单元206基于悬置元件102相对于可固定基座106而发生的位移，从角位置传感器104接收第一组输入。在框506处，控制单元206基于部件的定向变化率从角速度测量传感器204接收第二组输入。在框508处，控制单元206基于沿不同轴产生的重力加速度分量，从加速度计传感器400接收第三组输入。基于接收到的输入，控制单元206预估部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。

然而，由角位置传感器104、角速度测量传感器204和加速度计传感器400发送的数据可包含由于振动和噪声所引起的误差。控制单元206可以采用不同的传感器融合算法，例如贝叶斯滤波算法或融合滤波算法，来处理第一、第二和第三组输入，以处理从传感器接收的数据。控制单元206使用传感器融合算法处理和调节第一、第二和第三组输入。

在框510处，控制单元206通过采用传感器融合算法，预估与第一组输入相关联的误差。在框512处，控制单元206通过采用传感器融合算法，预估与第二组输入相关联的误差。在框514处，控制单元206通过采用传感器融合算法，预估与第三组输入相关联的误差。在框516处，控制单元206通过消除与第一、第二和第三组输入相关联的误差来获得融合输出。在框518处，基于融合输出，控制单元206预估部件相对于参考基准(例如地面)的倾斜角。

可以在计算机可执行指令的大背景下描述方法300和方法500。通常地，计算机可执行指令可包括执行特定功能或利用特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构、过程、引擎、函数等。方法300和方法500还可在分布式计算环境中实施，其中由通过通信网络链接的远程处理设备执行功能。在分布式计算环境中，计算机可执行指令可以位于本地和远程计算机存储介质中，包括存储器存储设备。

描述方法300和方法500的顺序不应被理解为一种限制，任何数量的所述方法框均可以以任何顺序进行组合，或者可以并行执行从而使用方法300、方法500或替代方法。额外地，在不偏离本文所述主题的精神和范围的情况下，可以从方法300和方法500中删除个别框。此外，方法300和方法500可用于任何合适的硬件、软件、固件或其组合。对方法300和方法500的解释参考了倾斜测量系统200，然而，方法300和方法500也可用于其他系统。

图12示出了根据本主题一个实施例的其中安装有倾斜测量系统200的车辆600的立体图，而图13示出了车辆600的等距图。为了简洁易懂，图12和图13已被相互结合进行讨论。

车辆600包括车架602、枢轴管604、前悬架606、前轮608、把手610、后悬架612和后轮614。通过根据前述技术确定部件的倾斜角，控制单元206可确定车辆600的倾斜角。在一个实施例中，倾斜测量系统200位于距地面400毫米(mm)到900mm的距离处。悬置元件轴的轴线与需要进行倾斜测量的车辆600的轴线对齐。根据一个实施例，悬置元件102的质量在50到500克之间，长度在2mm到50mm之间。倾斜测量系统200可以安装在设备(如车辆600)的最顶端位置。

图14示出了表示在确定部件的倾斜角时相关联误差的示图。如上所述，从角位置传感器104和角速度测量传感器204接收的输入可包含由于振动和噪声引起的误差。线702表示基于从角位置传感器104接收的输入而预估的部件的倾斜角。线704表示基于从角速度测量传感器204接收的输入而预估的部件的倾斜角。如上所述，控制单元206可以采用传感器融合算法来预估与从传感器接收的输入相关联的误差。进一步地，控制单元206在消除与接收到的输入相关联的误差之后获得融合输出。控制单元206基于获取的融合输出预估部件的倾斜角。

图15示出了表示带有在距离地面不同高度处安装到车辆600上的倾斜测量系统200的组件的倾斜角不同值的示图。在一个实施例中，倾斜测量系统200包括质量为500克的悬置元件102。线802表示部件的倾斜角的实际值。线804表示倾斜测量系统200安装在距地面500mm的高度时部件的倾斜角。线806表示倾斜测量系统200安装在距地面300mm的高度时部件的倾斜角。线808表示倾斜测量系统200安装在距地面200mm的高度时部件的倾斜角。线810表示倾斜测量系统200安装在距地面100mm的高度时部件的倾斜角。如图中所示，随着倾斜测量系统200距地面高度的增加，部件的倾斜角的预估值与实际值之间的差值减小。因此，本主题还设想了，当倾斜测量系统200或者至少角度测量装置100安装在车辆600上且距离地面400mm至900mm时，倾斜测量系统200和/或角度测量装置100的性能得到优化。

图16示出了如前所述的当悬置元件102具有和不具有预定阻尼时，悬置元件102的角位移之间的差异。线902表示当未向悬置元件102提供预定阻尼时悬置元件102的角位移。在没有阻尼的情况下，由于悬置元件102的惯性而可能发生不期望的摆动，悬置元件102的角位移可能会受此影响。因此，线902并非悬置元件102的角位移的实际值。而线904表示悬置元件102的角位移的实际值。当向悬置元件102提供预定阻尼时，由于悬置元件102的惯性而引起的不良影响可被抵消。同样地，通过抑制悬置元件102，可以消除振动和噪声的不利影响。因此，向悬置元件提供预定阻尼，以使得所获得的值基本上符合悬置元件的角位移的实际值。因此，可以基于悬置元件102的角位移的实际值来确定可固定基座106或部件的倾斜角，因此，例如尽管机械系统中存在振动，但可以准确地确定倾斜角。

在参考对本主题的描述之后，所公开的实施例的各种修改以及本主题的替代实施例对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，能够想到在不偏离所定义的本主题的范围的情况下可以做出此类修改。

Claims (15)

1.一种角度测量装置(100)，用于测量倾斜角，所述角度测量装置(100)包括：

能固定基座(106)；

悬置元件(102)，其安装至所述能固定基座(106)，其中所述悬置元件(102)能够相对于所述能固定基座(106)表现出摆动运动；和

角位置传感器(104)，其能操作地耦接至所述悬置元件(102)，以测量所述悬置元件(102)从所述悬置元件(102)的中位处相对于所述能固定基座(106)所测量的角位移。

2.如权利要求1所述的角度测量装置(100)，其中所述悬置元件(102)的所述中位是平衡位置。

3.如权利要求1所述的角度测量装置(100)，进一步包括阻尼单元(108)，以抑制所述悬置元件(102)的所述摆动运动。

4.如权利要求1所述的角度测量装置(100)，其中所述悬置元件(102)是浮力摆锤。

5.如权利要求1所述的角度测量装置(100)，其中所述角位置传感器(104)是电位计、光学传感器、编码器和霍尔效应传感器中的一者。

6.一种倾斜测量系统(200)，用于预估部件的倾斜角，所述倾斜测量系统(200)包括：

角度测量装置(100)，包括：

能固定基座(106)，其安装至所述部件；

悬置元件(102)，其安装至所述能固定基座(106)，其中所述悬置元件(102)能够相对于所述能固定基座(106)表现出摆动运动；和

角位置传感器(104)，其能操作地耦接至所述悬置元件(102)，以测量所述悬置元件(102)从所述悬置元件(102)的中位处相对于所述能固定基座(106)所测量的角位移；

角速度测量传感器(204)，其安装至所述部件，其中所述角速度测量传感器(204)测量所述部件的定向的变化率；和

控制单元(206)，其能操作地耦接至所述角位置传感器(104)和所述角速度测量传感器(204)，其中所述控制单元(206)进行如下操作：

接收来自所述角位置传感器(104)的第一组输入；

接收来自所述角速度测量传感器(204)的第二组输入；以及

基于所述第一组输入和所述第二组输入预估所述部件相对于参考基准的倾斜角。

7.如权利要求6所述的倾斜测量系统(200)，其中所述控制单元(206)进一步包括贝叶斯滤波器，其中所述贝叶斯滤波器引起所述控制单元(206)进行以下操作：

预估与所述第一组输入相关联的误差；

预估与所述第二组输入相关联的误差；

预估与所述第一组输入和所述第二组输入相关联的误差，以获得融合输出；以及

根据所述融合输出预估所述部件的所述倾斜角。

8.如权利要求6所述的倾斜测量系统(200)，其中所述控制单元(206)进一步包括融合滤波器，其中所述融合滤波器引起所述控制单元(206)进行以下操作：

预估与所述第一组输入相关联的误差；

预估与所述第二组输入相关联的误差；

预估与所述第一组输入和所述第二组输入相关联的误差，以获得融合输出；以及

根据所述融合输出预估所述部件的所述倾斜角。

9.如权利要求6所述的倾斜测量系统(200)，其中所述角速度测量传感器(204)是MEMS陀螺仪传感器。

10.如权利要求6所述的倾斜测量系统(200)，进一步包括加速度计传感器(400)，其能操作地耦接至所述控制单元(206)，其中所述控制单元(206)进行以下操作：

接收来自所述加速度计传感器(400)的第三组输入；以及

基于所述第三组输入预估所述部件的所述倾斜角。

11.一种车辆(600)，其包括车架，所述车架具有如权利要求6至10中任一项所述的倾斜测量系统(200)，所述倾斜测量系统(200)安装至所述车架(602)。

12.如权利要求11所述的车辆(600)，其中所述倾斜测量系统(200)位于距地面400mm至900mm的距离处。

13.一种用于测量部件的倾斜角的方法，所述方法包括：

通过角位置传感器(104)确定能操作地耦接至所述角位置传感器(104)的悬置元件(102)的角位移，其中所述角位置传感器(104)和所述悬置元件(102)安装至所述部件；

通过角速度测量传感器(204)确定所述部件的定向的变化率；

通过能操作地耦接到所述角位置传感器(104)的控制单元(206)基于所述悬置元件(102)的所述角位移接收第一组输入；

通过能操作地耦接到所述角速度测量传感器(204)的所述控制单元(206)基于所述部件的定向的所述变化率接收第二组输入；以及

通过所述控制单元(206)处理所述第一输入和所述第二组输入，以预估所述部件相对于参考基准的所述倾斜角。

14.如权利要求13所述的方法，所述方法包括：

预估与所述第一组输入相关联的误差；

预估与所述第二组输入相关联的误差；

预估与所述第一组输入和所述第二组输入相关联的误差，以获得融合输出；以及

根据所述融合输出预估所述部件的所述倾斜角。

15.如权利要求13所述的方法，所述方法包括：

接收来自所述加速度计传感器(400)的第三组输入；以及

由所述控制单元(206)处理所述第三组输入，以预估所述部件的所述倾斜角。

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