SE530728C3

SE530728C3 - Method and equipment are for estimation of inclination of vehicle on road

Info

Publication number: SE530728C3
Application number: SE0600370A
Authority: SE
Inventors: Ermin Kozica; Henrik Jansson; Per Sahlholm
Original assignee: Scania Cv Ab
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2008-09-23
Also published as: SE0600370L; SE530728C2

Description

25 30 530 723 standardmonterade sensorer. Denna lösning har dock nackdelen att det vid vissa fordonstillstånd (driftstillstånd) är svårt att utföra noggranna mätningar. Exempelvis är motormomentinformation olika pålitlig vid olika motorvarvtal. 25 30 530 723 standard fitted sensors. However, this solution has the disadvantage that in certain vehicle conditions (operating conditions) it is difficult to perform accurate measurements. For example, engine torque information is differently reliable at different engine speeds.

Dessutom är denna pålitlighet svår att modellera. Ett annat exempel är att det är mycket svårt att skatta retardationskraften vid applicering av färdbromsen, vilket gör att rörelseekvationsmetoder inte kan leverera relevanta lutningsskattningar under inbromsningar, ett driftsfall då det dessutom är särskilt viktigt med ett bra värde på vägens lutning.In addition, this reliability is difficult to model. Another example is that it is very difficult to estimate the deceleration force when applying the service brake, which means that motion equation methods can not deliver relevant slope estimates during braking, an operational case where it is also particularly important to have a good value on the road slope.

Förutom lutningskattning med hjälp av rörelseekvationer finns det ett flertal andra kända metoder. Ett sådant exempel utgörs av användning av data från en GPS-mottagare. Ett system som enbart förlitar sig på GPS har dock sina begränsningar.In addition to slope estimation using motion equations, there are a number of other known methods. One such example is the use of data from a GPS receiver. However, a system that relies solely on GPS has its limitations.

Uppkoppling mot satelliter kan inte alltid uppfyllas, t.ex. p.g.a. tättbebyggt område, tunnlar eller bergiga områden (där korrekt lutningsskattning är särskilt viktig). Dessutom är diskontinuiteter i GPS-data vanliga, och även reflexioner från omkringliggande objekt, vilket negativt påverkar noggrannheten för den resulterande skattningen av vägens lutning.Connection to satellites can not always be fulfilled, e.g. p.g.a. densely populated areas, tunnels or mountainous areas (where correct slope estimation is particularly important). In addition, discontinuities in GPS data are common, as well as reflections from surrounding objects, which adversely affects the accuracy of the resulting estimate of the slope of the road.

En annan metod utgörs av användning av den information som görs tillgänglig av en barometer. Snabba förändringar i tryck kan antas bero på förändringar i höjd, vilket i sin tur, kombinerat med information om tillryggalagd sträcka, ger ett värde på hur mycket vägen lutar mellan mätpunkter. Även denna metod har dock stora nackdelar. De barometrar som utgör standardutrustning i dagens fordon idag har inte den upplösning som krävs för att få en noggrann skattning av lutningen. Vidare är barometern känslig för tryckstörningar som inte är relaterade till vertikal förflyttning, och som kan 10 15 20 25 30 530 1723 uppstå i fordonet på grund av intern såväl som extern påverkan.Another method is the use of the information made available by a barometer. Rapid changes in pressure can be assumed to be due to changes in altitude, which in turn, combined with information on distance traveled, gives a value for how much the road slopes between measuring points. However, this method also has major disadvantages. The barometers that are standard equipment in today's vehicles today do not have the resolution required to get an accurate estimate of the slope. Furthermore, the barometer is sensitive to pressure disturbances which are not related to vertical movement, and which can occur in the vehicle due to internal as well as external influences.

I försök att överkomma ovan nämnda problem har olika lösningar framtagits. En sådan lösning utgörs av att kombinera GPS och barometer. Dessa handlar primärt om att kalibrera höjdmätning med barometer med hjälp av GPS. Eftersom en barometer bara kan mäta tryckskillnader, dvs. höjdskillnader, kan höjddata från GPS användas för att kalibrera in den absoluta höjden. Detta ger dock ingen förbättring beträffande lutningsskattningen. En annan lösning är att använda GPS- och barometerdata i ett Kalmanfilter för att genom en statistisk beskrivning av systemet få förbättrad skattning av lutningen. Denna lösning har dock nackdelen att då GPS data inte är tillgänglig kan skattningen av lutning inte bli bättre än vad bara barometerdata kan skatta.In an attempt to overcome the above-mentioned problems, various solutions have been developed. One such solution is to combine GPS and barometer. These are primarily about calibrating altitude measurement with a barometer using GPS. Because a barometer can only measure pressure differences, ie. altitude differences, altitude data from GPS can be used to calibrate the absolute altitude. However, this does not improve the slope estimate. Another solution is to use GPS and barometer data in a Kalman filter to obtain a better estimate of the slope through a statistical description of the system. However, this solution has the disadvantage that since GPS data is not available, the estimation of slope cannot be better than only barometer data can estimate.

Således existerar det ett behov av en förbättrad metod för att skatta lutningen för ett underlag på vilket ett fordon färdas.Thus, there is a need for an improved method for estimating the slope of a surface on which a vehicle is traveling.

Samanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla en metod för att skatta lutningen för underlaget på vilket ett fordon färdas som löser ovanstående problem.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method for estimating the slope of the ground on which a vehicle is traveling which solves the above problems.

Detta och andra syften uppnås enligt föreliggande uppfinning genom en metod såsom definierad i patentkrav l och en anordning såsom definierad i patentkrav 13.This and other objects are achieved according to the present invention by a method as defined in claim 1 and an apparatus as defined in claim 13.

Enligt föreliggande uppfinning estimeras lutningen för ett underlag, såsom en väg, på vilket ett fordon färdas genom att alstra en viktad estimering av lutningen baserad på minst ett första parametervärde med vilket en första skattning av lutningen kan alstras och minst ett andra parametervärde med vilket en andra skattning av lutningen kan alstras. Nämnda parametervärdens respektive inverkan på en med 10 15 20 25 30 530 728 parametervärdena alstrad viktad estimering av lutningen styrs av variationer i parametervärdenas tillförlitlighet, varvid nämnda viktade estimering alstras genom användning av ett statistiskt filter, varvid nämnda parametervärden utgör indata till nämnda filter, och varvid nämnda viktning styrs genom att variera variansen för åtminstone nämnda första parametervarde(n) och nämnda andra parametervärde(n).According to the present invention, the slope is estimated for a substrate, such as a road, on which a vehicle travels by generating a weighted estimate of the slope based on at least a first parameter value by which a first estimate of the slope can be generated and at least a second parameter value by which a second estimation of the slope can be generated. The respective effect of said parameter value on a weighted estimation of the slope generated by the parameter values generated by variations in the reliability of the parameter values, said weighted estimation being generated by using a statistical filter, said parameter values constituting input to said filter, and wherein said weighting is controlled by varying the variance of at least said first parameter value (n) and said second parameter value (n).

Den viktade estimeringen av lutningen kan även vara baserad på minst ett tredje, minst ett fjärde eller ytterligare parametervärde(n). Detta har fördelen att genom att styra de olika ingående parametervärdenas inverkan baserat på tillförlitlighet kan en mycket god estimering av lutningen för fordonets underlag erhållas. Tillförlitligheten kan styras av vid estimeringstidpunken aktuella omgivningsförhållanden, dvs. det kan hela tiden tas hänsyn till faktorer som påverkar parametervärdenas tillförlitlighet.The weighted estimation of the slope may also be based on at least a third, at least a fourth or additional parameter value (s). This has the advantage that by controlling the effect of the various input parameter values based on reliability, a very good estimation of the slope of the vehicle's surface can be obtained. Reliability can be controlled by current environmental conditions at the time of estimation, ie. factors that affect the reliability of the parameter values can always be taken into account.

Det statiska filtret kan t.ex. utgöras av ett Kalmanfilter eller ett utökat Kalmanfilter. Det statistiska filtret har fördelen att ett än noggrannare estimat kan erhållas. Nämnda första, andra eller tredje parametervärde(n) kan användas i en modell för fordonets dynamik i rörelseriktningen. Detta har fördelen att ett i många lägen pålitligt sätt att erhålla en lutningsskattning kan användas som del av föreliggande uppfinning.The static filter can e.g. consists of a Kalman filter or an extended Kalman filter. The statistical filter has the advantage that an even more accurate estimate can be obtained. Said first, second or third parameter value (s) can be used in a model for the dynamics of the vehicle in the direction of movement. This has the advantage that in many situations a reliable way of obtaining a slope estimate can be used as part of the present invention.

Nämnda modell kan även vara anordnad att ta hänsyn till hjulradiens förändringar med tiden. Detta har fördelen att vid t.ex. mätningar av fordonets verkliga hastighet med en satellitpositioneringsmottagare kan en mycket noggrann estimering av lutningen erhållas.Said model can also be arranged to take into account the changes in the wheel radius over time. This has the advantage that in e.g. measurements of the actual speed of the vehicle with a satellite positioning receiver, a very accurate estimation of the inclination can be obtained.

Kort beskrivning av ritningarna 10 15 20 25 30 530 728 Fig. 1 visar en schematisk bild över ett fordon där föreliggande uppfinning med fördel kan användas.Brief Description of the Drawings 10 15 20 25 30 530 728 Fig. 1 shows a schematic view of a vehicle where the present invention can be used to advantage.

Fig. 2 visar en anordning enligt föreliggande uppfinning.Fig. 2 shows a device according to the present invention.

Fig. 3 visar en alternativ anordning enligt föreliggande uppfinning.Fig. 3 shows an alternative device according to the present invention.

Detaljerad beskrivning av exempelutföringsformer I fig. 1 visas schematiskt ett styrsystem för ett fordon 100 vid vilket föreliggande uppfinning kan tillämpas. Fordonet 100 innefattar en främre axel 101 med styrhjul 102, 103, en bakre drivaxel 104 med drivhjul 105-108, samt en bakre avlastningsaxel 109 med hjul 110, 111. Fordonet 100 innefattar vidare en med en växellåda 112 sammankopplad motor 113, vilken driver drivaxeln 104 via en från växellådan utgående axel 114.Detailed Description of Exemplary Embodiments Fig. 1 schematically shows a control system for a vehicle 100 to which the present invention may be applied. The vehicle 100 comprises a front axle 101 with guide wheels 102, 103, a rear drive shaft 104 with drive wheels 105-108, and a rear unloading axle 109 with wheels 110, 111. The vehicle 100 further comprises a motor 113 coupled to a gearbox 112, which drives the drive shaft 104 via a shaft 114 extending from the gearbox.

Växellåda 112 och motor 113 styrs av respektive styrenheter 115, 116, vilka i sin tur styrs av en överordnad styrenhet 117. Motorstyrenheten (BMS, Engine Management System) 116 styr fordonets motorfunktioner, vilka t.ex. kan utgöras av bränsleinsprutning och motorbroms. Styrningen baseras på ett antal insignaler, vilka kan utgöras av signaler från (ej visade) gasreglage, hastighetsgivare och bromsstyrsystem.Gearbox 112 and engine 113 are controlled by respective control units 115, 116, which in turn are controlled by a superior control unit 117. The engine control system (BMS, Engine Management System) 116 controls the engine functions of the vehicle, which e.g. can consist of fuel injection and engine brake. The control is based on a number of input signals, which can consist of signals from (not shown) throttle controls, speed sensors and brake control systems.

Växellådestyrenheten (GMS, Gearbox Management System) 115 styr växlingsfunktioner, där vid automatisk växellåda växlingen kan styras baserat på en insignal från hastighetsgivare, och vid manuell växling växlingen kan styras från insignal från en växelväljare (växelspak).The gearbox management system (GMS) 115 controls shift functions, where in automatic gearbox shifting can be controlled based on an input signal from speed sensor, and in manual shifting the shifting can be controlled from input signal from a gear selector (gear lever).

Vidare innefattar fordonet ett bromsstyrsystem (BMS, Brake Management System) 120, vilket bland annat ombesörjer automatisk bromsanpassning och bromsfördelning mellan de olika bromssystemen (t.ex. retarder, avgasbroms och hjulbroms) och automatisk uträkning av belastningen så att ett givet pedalläge alltid kan ge samma bromsverkan, oavsett last. 10 15 20 25 30 530 'TZB Bromsstyrenheten skickar styrsignaler till på chassiet utspridda (ej visade) systemmoduler, där elektriska styrsignaler t.ex. används för att reglera bromstryck.Furthermore, the vehicle includes a brake control system (BMS, Brake Management System) 120, which among other things provides automatic brake adjustment and brake distribution between the various brake systems (eg retarder, exhaust brake and wheel brake) and automatic calculation of the load so that a given pedal position can always give the same braking effect, regardless of load. 10 15 20 25 30 530 'TZB The brake control unit sends control signals to system modules (not shown) scattered on the chassis, where electrical control signals e.g. used to regulate brake pressure.

Ett fordon av den i fig. 1 visade typen innefattar förutom de ovanstående typiskt ett antal ytterligare styrenheter, se t.ex. WO01/86459 Al. De ovan beskrivna styrenheterna utgör således endast exempel på vad som kan förekomma i ett fordon, men är relevanta för beskrivningen av föreliggande uppfinning.A vehicle of the type shown in Fig. 1, in addition to the above, typically comprises a number of additional control units, see e.g. WO01 / 86459 A1. The control units described above are thus only examples of what may occur in a vehicle, but are relevant to the description of the present invention.

Såsom inses av en fackman kan naturligtvis två eller flera av de ovan beskrivna styrenheterna vara integrerade i en enda styrenhet.As will be appreciated by one skilled in the art, of course, two or more of the controllers described above may be integrated in a single controller.

I ett fordon av den i fig. 1 visade typen är det, såsom nämnts ovan, av olika anledningar viktigt att så noggrant som möjligt kunna skatta fordonsunderlagets, och därmed fordonets, lutning. T.ex. är det vid körning mycket viktigt med en korrekt lutningsskattning för att t.ex. kunna motorbromsa på ett effektivt sätt. I figuren visas en anordning 200 för lutningsskattning enligt föreliggande uppfinning som överkommer flera av de med den kända tekniken ovan angivna nackdelarna. Såsom visas i figuren är anordningen 200 ansluten till motorstyrenhet 116, växellàdestyrenhet 115 samt överordnad styrenhet 117 för att till dessa enheter tillhandahålla en lutningsskattning för användning vid t.ex. en eller flera tillämpningar såsom automatisk farthållning, automatväxling och/eller prediktering av fordonets rörelse och uppförande.In a vehicle of the type shown in Fig. 1, it is, as mentioned above, for various reasons important to be able to estimate as accurately as possible the inclination of the vehicle base, and thus of the vehicle. For example. When driving, it is very important to have a correct slope estimate in order to e.g. be able to brake the engine effectively. The figure shows a device 200 for inclination estimation according to the present invention which overcomes several of the above-mentioned disadvantages with the prior art. As shown in the figure, the device 200 is connected to the motor control unit 116, the gearbox control unit 115 and the superior control unit 117 in order to provide these units with a slope estimate for use in e.g. one or more applications such as automatic cruise control, automatic shifting and / or predicting the movement and behavior of the vehicle.

I fig. 2 visas den i fig. 1 visade anordningen i sin enklaste form. Såsom visas innefattar anordningen två insignalkällor 201, 202, vilka vardera tillför en lutningsskattning till anordningen 200. Alternativt, och såsom kommer att beskrivas med hänvisning till fig. 3, kan insignalkällorna 201, 202 10 15 20 25 30 530 728 istället vardera tillföra minst ett parametervärde med vilket (vilka) en skattning av vägens lutning kan alstras, dvs. i detta fall utförs all lutningsskattningsalstring i anordningen 200.Fig. 2 shows the device shown in Fig. 1 in its simplest form. As shown, the device comprises two input signal sources 201, 202, each of which supplies a slope estimate to the device 200. Alternatively, and as will be described with reference to Fig. 3, the input signal sources 201, 202 may instead each supply at least one parameter value with which (which) an estimate of the slope of the road can be generated, ie. in this case, all slope estimation generation is performed in the device 200.

Lutningsskattningarna kan t.ex. utgöras av värden från en trycksensor, satellitpositioneringsmottagare såsom en GPS- mottagare, altimeter eller gyro. Lutningsskattningarna är av varandra oberoende, dvs. kommer från olika källor. Insignalen kan också utgöras av en lutningsskattning som erhållits medelst en fordonsmodell i form av en fordonsekvation.The slope estimates can e.g. consists of values from a pressure sensor, satellite positioning receiver such as a GPS receiver, altimeter or gyro. The slope estimates are independent of each other, ie. come from different sources. The input signal can also consist of a slope estimate obtained by means of a vehicle model in the form of a vehicle equation.

Fordonsmodellen kommer att beskrivas närmare nedan i anknytning till fig. 3. Vidare erfordras för föreliggande uppfinning en eller flera omgivningssignaler 203-205, vilka t.ex. kan utgöras av antalet tillgängliga satelliter och signaler som anger när bromsning respektive växling sker.The vehicle model will be described in more detail below in connection with Fig. 3. Furthermore, the present invention requires one or more ambient signals 203-205, which e.g. can consist of the number of available satellites and signals that indicate when braking or shifting takes place.

Enligt föreliggande uppfinning mottar anordningen lutningsskattningar från källorna 201, 202, och, baserat på mottagna omgivningssignaler, viktas dessa lutningsskattningssignaler baserat på graden av tillförlitlighet för omgivningssignalerna så att de i olika situationer får olika inverkan på den resulterande estimeringen av lutningen som sedan via en utgång 206 kan avges till signalanvändande system för användning enligt ovan.According to the present invention, the device receives slope estimates from the sources 201, 202, and, based on received ambient signals, these slope estimate signals are weighted based on the degree of reliability of the ambient signals so that in different situations they have different effects on the resulting estimation of slope 206. can be delivered to signal-using systems for use as above.

Beträffande satellitmottagar- och barometersignaler kan dessa vara olika tillförlitliga beroende på interna och externa störningar. Exempel på sådana störningar kan utgöras av satellitbortfall, och överhuvudtaget är uppkoppling mot satelliter ett krav som inte alltid kan uppfyllas. Dessutom är diskontinuiteter i satellitdata vanliga, vilket ger mindre tillit till den resulterande skattningen av vägens lutning.Regarding satellite receiver and barometer signals, these can be differently reliable depending on internal and external interference. Examples of such disturbances can be satellite failures, and connection to satellites is a requirement that cannot always be met. In addition, discontinuities in satellite data are common, which gives less confidence in the resulting estimate of the slope of the road.

Beträffande barometern är denna känslig för störningar av olika slag. Dessa kan utgöras inte bara av yttre faktorer 10 15 20 25 30 530 ?2B såsom väderförändringar eller passage av närliggande objekt, utan även av inre (dvs. fordonsinterna) faktorer såsom tillslag/frànslag av klimatanläggning. Således kan GPS- signalens inverkan styras baserat på antalet tillgängliga satelliter. Är antalet färre än fyra, vilket erfordras för att en höjdangivelse överhuvudtaget ska kunna beräknas av GPS- mottagaren, kan barometervärdet få styra helt. Om, à andra sidan, anordningen 200 baserat på omgivningssignalerna konstaterar att barometervärdet är helt opålitligt kan GPS- värdet få styra helt och hållet, medan i övriga driftsfall barometerns respektive GPS:ens inverkan är större eller mindre enligt ovan. T.ex. kan GPS:ens inverkan vara baserad på antalet tillgängliga satelliter, ju fler satelliter, desto större vikt. Vidare kan GPS:ens inverkan göras beroende av om mottagaren är en DGPS-mottagare. Noggrannheten i höjdledsskattning vid DGPS-mottagning är betydligt högre än vid vanlig GPS-mottagning, och således kan GPS~inverkan göras betydligt större vid god DGPS-mottagning.Regarding the barometer, this is sensitive to disturbances of various kinds. These can consist not only of external factors such as weather changes or passage of nearby objects, but also of internal (ie vehicle-internal) factors such as switching on / off of air conditioning. Thus, the effect of the GPS signal can be controlled based on the number of available satellites. If the number is less than four, which is required for an altitude indication to be calculated by the GPS receiver at all, the barometer value can be controlled completely. If, on the other hand, the device 200 based on the ambient signals finds that the barometer value is completely unreliable, the GPS value may be allowed to control completely, while in other operating cases the effect of the barometer or GPS is greater or less as above. For example. For example, the impact of GPS may be based on the number of satellites available, the more satellites, the greater the weight. Furthermore, the impact of the GPS can be made dependent on whether the receiver is a DGPS receiver. The accuracy of altitude estimation at DGPS reception is significantly higher than at normal GPS reception, and thus the GPS impact can be made significantly greater with good DGPS reception.

Föreliggande uppfinning har den stora fördelen att genom att styra de olika ingående skattningarnas inverkan baserat på omgivningen, dvs. vid estimeringstidpunken aktuella omgivningsförhållanden, kan en betydligt noggrannare estimering av fordonsunderlagets faktiska lutning utföras.The present invention has the great advantage that by controlling the effect of the various input estimates based on the environment, i.e. at the time of estimation current ambient conditions, a much more accurate estimation of the actual slope of the vehicle base can be performed.

Vidare kan styrningen av respektive inparametrars inverkan t.ex. intrimmas genom körning på en referenssträcka (dvs. en sträcka där vägens olika lutningar på förhand är kända). På detta sätt kan olika vikter inställas för användning vid det tillstånd när samtliga ingående skattningar anses pålitliga.Furthermore, the control of the influence of the respective input parameters can e.g. trimmed by driving on a reference distance (ie a distance where the different slopes of the road are known in advance). In this way, different weights can be set for use in the condition when all the included estimates are considered reliable.

Vidare säkerställer föreliggande uppfinning att när ett värde är felaktigt kommer denna signal att ha liten eller ingen påverkan på den resulterande estimeringen, medan den/de övriga signalerna kommer att få en större inverkan på 10 15 20 25 30 530 728 lutningsskattningen och totalt generera en bättre skattning än vad som tidigare erhållits. Föreliggande uppfinning inför således en redundans som medför att perioder av bortfall av en eller flera (om fler än två ingående skattningar används) sensorer, eller tillfällen då data från någon sensor är korrupt, klaras av betydligt bättre än vad som tidigare varit möjligt.Furthermore, the present invention ensures that when a value is incorrect, this signal will have little or no effect on the resulting estimation, while the other signal (s) will have a greater effect on the slope estimate and overall generate a better estimate than previously obtained. The present invention thus introduces a redundancy which means that periods of failure of one or more (if more than two input estimates are used) sensors, or occasions when data from any sensor is corrupt, are handled much better than has previously been possible.

Uppfinningen har också fördelen att i fordonet redan befintliga insignaler kan användas. T.ex. kan en trycksensor såsom en barometer och en satellitpositioneringsmottagare såsom en GPS-mottagare användas, och gemensamt för dessa signaler är att de redan idag ofta finns tillgängliga via fordonets kommunikationssystem, t.ex. en databuss. Även om GPS-mottagare normalt enbart finns i fordon med navigations- eller spårningssystem växer dock antalet fordon med GPS- mottagare stadigt. En barometer finns idag monterad som standard i många fordon med förbränningsmotorer. Den används för att mäta omgivningsluftens tryck, där tryckinformationen används för att styra insprutningen. Vid användning av data från en GPS-mottagare ger differentiering av höjdsignalen i kombination med làgpassfiltrering en uppfattning om vägens lutningsprofil.The invention also has the advantage that already existing input signals can be used in the vehicle. For example. a pressure sensor such as a barometer and a satellite positioning receiver such as a GPS receiver can be used, and common to these signals is that they are already often available today via the vehicle's communication system, e.g. a data bus. Although GPS receivers are normally only found in vehicles with navigation or tracking systems, the number of vehicles with GPS receivers is growing steadily. A barometer is today fitted as standard in many vehicles with internal combustion engines. It is used to measure the ambient air pressure, where the pressure information is used to control the injection. When using data from a GPS receiver, differentiation of the altitude signal in combination with low-pass filtering gives an idea of the slope profile of the road.

Istället för GPS- och barometer kan naturligtvis en eller två andra lutningsskattningsavgivande (eller, i den alternativa utföringsformen där lutningsskattningen sker i anordningen 200, parametervärden med vilka en lutningsskattning kan alstras) element användas, såsom användning av en fordonsekvation och fordonsparametrar, ett gyro, lutningsinformation från en karta eller en altimeter. Det inses också att antalet källor för avgivande av parametervärden kan vara fler än två, t.ex. tre eller fyra. lO 15 20 25 30 530 '123 lO Även om föreliggande uppfinning enligt den visade utföringsformen uppvisar stora fördelar gentemot den kända tekniken kan dock lutningsestimeringen förbättras ytterligare genom användning av ett statistiskt filter, varvid vikterna som styrs med fördel utgörs av varianser i mät* och processbrus.Instead of GPS and barometer, of course, one or two other slope estimation emitters (or, in the alternative embodiment where the slope estimate takes place in the device 200, parameter values with which a slope estimate can be generated) elements can be used, such as using a vehicle equation and vehicle parameters, a gyro, slope information from a map or an altimeter. It is also understood that the number of sources for outputting parameter values can be more than two, e.g. three or four. Although the present invention according to the embodiment shown has great advantages over the prior art, the inclination estimation can be further improved by using a statistical filter, the weights which are advantageously controlled being variances in measurement * and process noise. .

Detta kommer att beskrivas nedan för en i fig. 3 visad anordning 300, lik den i fig. 2, men där förutom signaler från GPS 301 och barometer 302 även lutningsskattning medelst en fordonsmodell i form av en rörelseekvation med fordonssignaler 303 från på fordonet monterade sensorer som inparametrar, används. Liksom ovan används omgivningssignaler 304-306 för att bestämma graden av tillförlitlighet för parametervärdena.This will be described below for a device 300 shown in Fig. 3, similar to that in Fig. 2, but where in addition to signals from GPS 301 and barometer 302 also inclination estimation by means of a vehicle model in the form of a motion equation with vehicle signals 303 from sensors mounted on the vehicle as input parameters, are used. As above, ambient signals 304-306 are used to determine the degree of reliability of the parameter values.

Vidare tillförs i denna utföringsform anordningen 300 inte lutningsskattningar, utan parametervärden med vilka lutningsskattningar kan estimeras. För förståelsen kommer fordonsmodellbaserad lutningsskattning först att beskrivas, varefter till denna modell för satellitpositioneringsmottagare och barometer erfordrade tillägg kommer att visas.Furthermore, in this embodiment, the device 300 is not supplied with slope estimates, but parameter values with which slope estimates can be estimated. For the sake of understanding, vehicle model-based inclination estimation will first be described, after which the additions required to this model for satellite positioning receivers and barometers will be shown.

De fordonssignaler som används vid fordonsmodellbaserad lutningsskattning kan alla vara av standardtyp. T.ex. kan de signaler som uppmäts utgöras av hastighet, drivkraft, motorvarvtal samt signaler som indikerar när bromsning samt växling sker.The vehicle signals used in vehicle model-based slope estimation can all be of the standard type. For example. the signals that are measured can consist of speed, driving force, engine speed and signals that indicate when braking and shifting takes place.

Betrakta först ett generellt system med tillstànd x och uppmätta signaler y representerat på tidsdiskret tillståndsform: xk = f(xk-1)+ 50k yk = h(xk)+wk , där k betecknar ett sampel i tiden. Systemets tillstànd x ändras i tiden enligt de förhållanden som gäller för vald lO 15 20 25 30 530 728 ll (olinjär) funktion f, som också är beroende av processbrus w.First consider a general system with state x and measured signals y represented in time-discrete state form: xk = f (xk-1) + 50k yk = h (xk) + wk, where k denotes a sample in time. The state x of the system changes over time according to the conditions that apply to the selected 10 (20 linear) function f1, which is also dependent on process noise w.

Uppmätta signaler y är beroende på tillstånden enligt olinjär funktion h, som även innefattar mätbrus representerat av w.Measured signals y are dependent on the states according to nonlinear function h, which also includes measurement noise represented by w.

En observatör (dvs. en ”virtuell sensor” som anger ett värde för den parameter för vilken avläsning önskas, men som inte kan avläsas direkt) för systemet ges av 7,51: = fafk-Jl' K(yk ”hack-l I där K är en faktor som bestämmer hur mycket den initiala skattningen ffh4) bör korrigeras med uppmätt värde.An observer (ie a "virtual sensor" which specifies a value for the parameter for which reading is desired, but which cannot be read directly) for the system is given by 7.51: = fafk-Jl 'K (yk "hack-l I where K is a factor that determines how much the initial estimate ffh4) should be corrected by measured value.

Observatörens värde beräknas såsom enligt föreliggande utföringsform lämpligen med ett statistiskt filter, och är f och h linjära utgörs ett sätt att beräkna observatörens värde av Kalmanfiltering, i vilket fall val av K görs enligt principen för Kalmanfiltrering, se t.ex. T. Kailath, A. Syed, B. Hassibi, ”Linear Estimation”, Prentice Hall, 2000, för att få en skattning av systemets tillstånd optimerat med avseende på systemets statistiska egenskaper. I de fall där f och h är olinjära kan med fördel ett utökat Kalmanfilter användas.The value of the observer is calculated as according to the present embodiment suitably with a statistical filter, and if f and h are linear, it is a way of calculating the observer's value of Kalman filtering, in which case selection of K is made according to the principle of Kalman filtering, see e.g. T. Kailath, A. Syed, B. Hassibi, "Linear Estimation", Prentice Hall, 2000, to get an estimate of the state of the system optimized with respect to the statistical properties of the system. In cases where f and h are non-linear, an extended Kalman filter can be used to advantage.

Ovanstående generella system kan användas för att skatta tillstånd hos ett fordon eller dess omgivning. Beroende på vilka tillstånd och sensorer som används får man olika bra skattning av önskat tillstånd. Nyckelkomponenter vid Kalmanfiltering är val av systembeskrivning samt en statistisk beskrivning av process- respektive mätbrus. Process- respektive mätbrus kan modelleras som vitt, gaussiskt brus med väntevärde noll (vitt brus är en signal som har genererats av en stokastisk process, och som innehåller alla frekvenser med samma sannolikhet och samma genomsnittliga energi Autokorrelationen är noll för alla nollskilda tidsdifferenser). 10 15 20 25 530 728 12 För ett fordon kan dess dynamik i rörelseriktningen, dvs. riktningen längs fordonets färdväg, beskrivas utgående från en generell beskrivning av drivlinans dynamik enligt m\&= D(M,rw)+ R(v,rw)+G(a,rw) , där v är hastigheten och m är fordonets massa. Av motorn producerad drivkraft betecknas D och är en funktion av motorns moment Al samt hjulradien ni Resistiva krafter som luftmotstånd och rullmotstànd är samlat i funktionen R. Vägens påverkan på fordonet via gravitation ges av funktionen G. Exempel på hur D, R och G kan formuleras finns exempelvis i U. Kiencke, L.The above general systems can be used to estimate the condition of a vehicle or its surroundings. Depending on which conditions and sensors are used, you get a different good estimate of the desired condition. Key components in Kalman filtering are the choice of system description and a statistical description of process and measurement noise. Process and measurement noise can be modeled as white, Gaussian noise with an expected value of zero (white noise is a signal that has been generated by a stochastic process, and which contains all frequencies with the same probability and the same average energy. The autocorrelation is zero for all zero time differences). 10 15 20 25 530 728 12 For a vehicle, its dynamics in the direction of movement, ie. the direction along the route of the vehicle, is described on the basis of a general description of the dynamics of the driveline according to m \ & = D (M, rw) + R (v, rw) + G (a, rw), where v is the velocity and m is the mass of the vehicle. The driving force produced by the engine is denoted D and is a function of the engine's torque Al and the wheel radius ni Resistive forces such as air resistance and rolling resistance are collected in function R. can be found, for example, in U. Kiencke, L.

Nielsen, ”Automotive Control Systems, Springer Verlag, 2000.Nielsen, ”Automotive Control Systems, Springer Verlag, 2000.

Vidare antas att D,R och G är differentierbara funktioner.Furthermore, it is assumed that D, R and G are differentiable functions.

Det finns också möjlighet att inkludera motorns moment A4 som ett tillstånd för att hantera osäkerheter i det drivande momentet. Alternativt kan momentet betraktas som en känd signal. I fallet att M används som ett tillstànd i modellen beskrivs dess dynamik av Mß=o För att beskriva topologin för en väg (eller annat underlag såsom skogsterräng) används väglutning a. Dynamiken för detta tillstànd beskrivs enligt a9c=0.It is also possible to include the motor torque A4 as a condition to handle uncertainties in the driving torque. Alternatively, the torque can be considered as a known signal. In the case that M is used as a state in the model, its dynamics are described by Mß = o To describe the topology of a road (or other surface such as forest terrain), road slope a is used. The dynamics of this state are described according to a9c = 0.

Fordonsdynamiken har här beskrivits i kontinuerlig tid. I en verklig realtidsapplikation utnyttjas dock företrädesvis en tidsdiskret systembeskrivning. Med en första ordningens Euler approximation, där förutom ovanstående deterministiska beskrivning av fordonets dynamik i rörelseriktningen samt beskrivningen av vägen, även processbrus w adderats, erhålles 10 15 20 25 30 530 728 13 Mk f' Mk-1+Û7M,k Vk = V/f-l +T(D(Mff-1>rw)+R(V/=-1>rw)+G(ak-1>rw))+(Om ak = ak-l + war Givet denna systembeskrivning för tillstånd, samt en beskrivning som relaterar mätdata till tillstånden tillsammans med hur process- respektive mätbrus varierar kan en fackman implementera ett Kalmanfilter alternativt ett utökat Kalmanfilter för estimering av ingående tillstånd, dvs. t.ex. estimering av väglutning. Detta utförs också i den kända tekniken, men, liksom ovan beskrivits för barometer och GPS är även denna modell olika pålitlig vid olika driftsfall. Om fordonet t.ex. körs på motorväg kan generellt en relativt god skattning av aktuell lutning erhållas. Om däremot fordonet t.ex. accelereras häftigt, körs där förhållandena kräver frekvent växling, eller körs med aktiverad färdbroms är det mycket svårt eller inte ens möjligt att erhålla ett korrekt värde på retardationskraften, vilket därmed slår igenom i momentberäkningen vilket leder till att även en felaktig lutning erhålls.The vehicle dynamics have been described here in continuous time. In a real-time real-time application, however, a time-discrete system description is preferably used. With a first-order Euler approximation, where in addition to the above deterministic description of the vehicle's dynamics in the direction of movement and the description of the road, process noise is also added, Mk f 'Mk-1 + Û7M, k Vk = V / fl + T (D (Mff-1> rw) + R (V / = - 1> rw) + G (ak-1> rw)) + (If ak = ak-l + war Given this system description for state, and a description that relates measurement data to the conditions together with how process and measurement noise varies, a person skilled in the art can implement a Kalman filter or an extended Kalman filter for estimating input conditions, ie eg estimation of road slope. , as described above for barometer and GPS, this model is also differently reliable in different operating cases. If the vehicle is driven on a motorway, for example, a relatively good estimate of the current slope can generally be obtained. conditions require frequent shifting, or run with a When the service brake is activated, it is very difficult or not even possible to obtain a correct value for the deceleration force, which thus has an effect on the torque calculation, which leads to an incorrect inclination also being obtained.

Om däremot, ovanstående modell införlivas i föreliggande uppfinning kommer den endast att utgöra en delmodell av systemets totala modell, där fordonsparametervärden för ovanstående delmodell kombineras med parametervärden från en eller flera ytterligare källor för avgivande av parametervärden med vilka en lutningsskattning kan alstras, t.ex. satellitpositioneringsmottagare och trycksensor enligt föreliggande utföringsform, så att det i varje läge ska gå att erhålla en god estimering av underlagets lutning.If, on the other hand, the above model is incorporated in the present invention, it will only constitute a submodel of the overall model of the system, where vehicle parameter values for the above submodel are combined with parameter values from one or more additional sources to output parameter values with which a slope estimate can be generated, e.g. satellite positioning receiver and pressure sensor according to the present embodiment, so that in each position it is possible to obtain a good estimation of the inclination of the substrate.

Genom att kombinera dessa parametervärden med vilka lutningsskattningar kan alstras kan ett betydligt robustare system erhållas. Förutom de ovan angivna tillstånden måste, eftersom satellitpositioneringsmottagaren mäter höjd, höjd z 10 15 20 530 ?28 14 relateras till lutning a. Detta kan göras genom förhållandet å=vmna, och dynamiken för vägen beskrivs då enligt Åwvsina a8z=0 där väglutningen antas förändras långsamt relativt höjden.By combining these parameter values with which slope estimates can be generated, a much more robust system can be obtained. In addition to the conditions stated above, since the satellite positioning receiver measures altitude, altitude z 10 15 20 530? 28 14 must be related to slope a. slowly relative to the height.

Vidare, eftersom en trycksensor arbetar med tryckförändringar, måste ovanstående tillstånd kompletteras med ytterligare två tillstånd för att beskriva de uppmätta tryckförändringarna.Furthermore, since a pressure sensor operates with pressure changes, the above conditions must be supplemented with two additional conditions to describe the measured pressure changes.

Ett första tillstånd, p, , betecknar den del av trycket som ändras på grund av höjdförändringar och ett andra tillstånd, pw , representerar väderberoende tryckförändringar. Dynamiken för dessa tillstånd (i kontinuerlig tid) beskrivs enligt: ßg=A(z,v,a) ßç, =0 där A är en funktion som beskriver höjdberoende tryck utgående från absolut höjd och en inkrementell höjdförändring.A first condition, p,, denotes the part of the pressure that changes due to altitude changes and a second condition, pw, represents weather-dependent pressure changes. The dynamics of these states (in continuous time) are described according to: ßg = A (z, v, a) ßç, = 0 where A is a function that describes height-dependent pressures based on absolute height and an incremental height change.

Den totala modellen av systemet för detta exempel består således av delmodeller som beskriver dynamiken hos fordonet, vägen samt kopplingen mellan tryck- och höjdförändringar.The total model of the system for this example thus consists of sub-models that describe the dynamics of the vehicle, the road and the connection between pressure and height changes.

En första ordningens Euler approximation för det totala systemet, med processbrus co, ger då: Ålk Aik] wuß Vk Vk-l + T(D(Mk-1 :rw)+ R(Vk-1ßrw)+ G(ak-| »rw wvJf ak ak-1 waJf = _ + zk zk_1 + TvH sma wa, P11; Pak-l + TA(Z/<-1 =Vk-1= am) wpzJ, pïš plrkzf4444444z444444444s ”få xk f(xk _ I) wk I denna exempelutföringsformen används således en systembeskrivning på ovanstående tidsdiskreta form. Exempel på 10 15 20 530 1728 l5 insignaler till anordningen 300 utgörs då av parametervärden representerande hastighet och höjd från GPS, tryck från barometern, motormoment samt fordonets hastighet via någon standardmetod, t.ex. utgående från framhjulshastigheten via ABS-enheten alternativt från mätning av rotationshastigheten på kardanaxeln. Motormomentet kan t.ex. beräknas genom användning av en i fordonets drivlina placerad momentgivare.A first order Euler approximation for the total system, with process noise co, then gives: Ålk Aik] wuß Vk Vk-l + T (D (Mk-1: rw) + R (Vk-1ßrw) + G (ak- | » rw wvJf ak ak-1 waJf = _ + zk zk_1 + TvH sma wa, P11; Pak-l + TA (Z / <- 1 = Vk-1 = am) wpzJ, pïš plrkzf4444444z444444444s ”få xk f (xk _ I) In this exemplary embodiment, a system description in the above time-discrete form is thus used.Examples of inputs to the device 300 then consist of parameter values representing speed and altitude from GPS, pressure from the barometer, engine torque and vehicle speed via some standard method, t. eg the engine torque can be calculated by using a torque sensor located in the vehicle's driveline.

Insignalerna beror på valda tillstånd och mätbrus w enligt Alwmh Ålk WMß Vﬁmm¿ Vk Wwmmm Vmwx = Vk + Wwmi Zmwß zk Wﬁmß al? 43 pfiﬂfïgﬁ väPj 43 yk kuk) wk Genom att sätta varianserna för process- respektive mätbrus till lämpliga värden kan de olika parametervärdenas inverkan på det estimerade värdet för vägens lutning styras. Enligt föreliggande uppfinning styrs dessa varianser i beroende av omgivningssignaler. Såsom tidigare nämnts varierar tillförlitligheten hos de olika delmodellerna samt mätsignalerna, beroende på interna eller externa störningar, t.ex. satellitbortfall i GPS-mottagningen, tryckförändringar eller applicering av färdbroms. Genom att variera variansen på process~ respektive mätbruset kan tillförlitligheten hos olika delar av systemet kvantifieras och förändras när driftsituationen förändras. För att detektera driftsändringar och uppdatera varianserna för process- och mätbrus används ytterligare mätsignaler. Detta görs i denna utföringsform t.ex. med hjälp av följande mätsignaler: 10 l5 20 25 531) 728 l6 1 ysars r ybraiæ _ ymm I y rpm y! där yhm anger antalet tillgängliga satelliter, ykme OCh,y@m är booleska signaler som aktiveras när bromsning respektive växling sker och ygm anger motorvarvtalet. Implementeringen kan t.ex. vara sådan att antalet tillgängliga GPS-satelliter bestämmer vilken varians som ska sättas för bruset på GPS- signalerna, dvs. wﬁm¿ och wﬁﬂß. Eftersom det erfordras signaler från minst fyra satelliter för att kunna göra en höjdskattning sätts vid mindre än fyra tillgängliga satelliter dessa varianser mycket höga. På detta sätt kommer data från GPS-mottagaren i ett sådant fall att betraktas som helt opålitlig. Dessutom kan brusvariansen för data från barometer och variansen för lutningens processbrus, uækrespektive mm, minskas för att ytterligare öka genomslagskraften för dessa data. Då antalet tillgängliga GPS-satelliter är fler än fyra, sätts förslagsvis variansen för GPS-signalerna omvänt proportionell mot antalet tillgängliga satelliter, och satellitdata kommer då att få ökad genomslagskraft i takt med ökat antal tillgängliga satelliter.The input signals depend on selected states and measurement noise w according to Alwmh Ålk WMß V ﬁ mm¿ Vk Wwmmm Vmwx = Vk + Wwmi Zmwß zk W ﬁ mß al? 43 pfi ﬂ fïg ﬁ väPj 43 yk kuk) wk By setting the variances for process and measurement noise to suitable values, the effect of the various parameter values on the estimated value for the slope of the road can be controlled. According to the present invention, these variances are controlled depending on ambient signals. As previously mentioned, the reliability of the various submodels as well as the measurement signals vary, depending on internal or external disturbances, e.g. satellite loss in GPS reception, pressure changes or application of service brakes. By varying the variance of process and measurement noise, respectively, the reliability of different parts of the system can be quantified and changed when the operating situation changes. Additional measurement signals are used to detect operational changes and update the variances for process and measurement noise. This is done in this embodiment e.g. using the following measurement signals: 10 l5 20 25 531) 728 l6 1 ysars r ybraiæ _ ymm I y rpm y! where yhm indicates the number of available satellites, ykme OCh, y @ m are Boolean signals that are activated when braking or shifting takes place and ygm indicates the engine speed. The implementation can e.g. be such that the number of available GPS satellites determines the variance to be set for the noise on the GPS signals, ie. w ﬁ m¿ och w ﬁﬂ ß. Since signals from at least four satellites are required to make an altitude estimate, with less than four available satellites these variances are set very high. In this way, data from the GPS receiver in such a case will be considered completely unreliable. In addition, the noise variance for data from the barometer and the variance for the process noise of the slope, irrespective, etc., can be reduced to further increase the impact force for this data. When the number of available GPS satellites is more than four, it is proposed that the variance of the GPS signals be set inversely proportional to the number of available satellites, and satellite data will then have increased impact as the number of available satellites increases.

Andra felkällor utgörs enligt ovan av anlagd färdbroms samt växling, och därför höjs variansen för processbruset för motormoment, wM¿, när färdbromsen är aktiverad eller en växling är under utförande, samtidigt som variansen för processbruset för lutning, amy, kan sänkas. Detta görs eftersom fordonsekvationerna vid dessa tillfällen inte är giltiga.Other sources of error, as mentioned above, are the applied service brake and shifting, and therefore the variance of the process noise for engine torque, wM¿, is increased when the service brake is activated or a shift is in progress, while the variance of the process noise for inclination, amy, can be reduced. This is done because the vehicle equations on these occasions are not valid.

Vidare kan det faktum att värdet på motormoment är mer noggrant vid högre motorvarvtal, och indirekt 10 15 20 25 530 728 17 tillstàndsekvationen för hastighet, utnyttjas. Variansen för processbruset för motormoment och hastighet kan därför varieras med värdet på motorvarvtalet.Furthermore, the fact that the value of motor torque is more accurate at higher motor speeds, and indirectly the state equation for speed, can be utilized. The variance of the process noise for engine torque and speed can therefore be varied with the value of the engine speed.

Således kan, givet ovanstående systembeskrivning för tillstånd och sensorer tillsammans med en beskrivning av hur process- respektive mätbrus varierar, en fackman implementera ett utökat Kalmanfilter för estimering av alla ingående tillstånd.Thus, given the above system description for states and sensors together with a description of how process and measurement noise vary, a person skilled in the art can implement an extended Kalman filter for estimating all input states.

Nedan ges ett exempel på hur implementeringen kan utföras med hjälp av ett Kalmanfilter.Below is an example of how the implementation can be performed using a Kalman filter.

Kalmanfiltrering är ett systematiskt sätt att beräkna en observatör för att skatta tillstànden x baserat på mätningarna xk =f(xk-1)+æk I där xk I yk =h(xk)+wk y för en (här diskret) tillståndsform flyg), mk, yk, hßj) och M; kan utgöras av vad som anges ovan, och där hänsyn tas till stokastiska störningar i processen för att minimera skattningsfelen. Kalmanfiltrering bygger på att funktionerna f och h är linjära. Är dessa olinjära, såsom i detta exempel, kan ett utökat Kalmanfilter användas, där linjärisering av det olinjära systemet i kombination med de vanliga rekursionerna för Kalmanfiltering används. Utökad Kalmanfiltrering kan ses som en iterativ process där i varje samplingstidpunkt k föregående tillståndsestimat ihj samt skattningsfelets kovarians 114 uppdateras i två steg. Först görs en tidsuppdatering enligt ä .Kalman filtering is a systematic way of calculating an observer to estimate the states x based on the measurements xk = f (xk-1) + æk I where xk I yk = h (xk) + wk y for a (here discrete) state flight), mk, yk, hßj) and M; can consist of what is stated above, and where stochastic disturbances are taken into account in the process to minimize estimation errors. Kalman filtering is based on the functions f and h being linear. If these are non-linear, as in this example, an extended Kalman filter can be used, where linearization of the non-linear system in combination with the usual recursions for Kalman filtering is used. Extended Kalman filtering can be seen as an iterative process where in each sampling time k the previous state estimate ihj and the estimation error covariance 114 is updated in two steps. First, a time update is made according to ä.

Fk = fÉXíC-l) ik :Fifi/el Pk zFkpk-lFkT +Qk Detta följs av en mätuppdatering där skattningen korrigeras baserat på mätdata. Mätuppdateringen ges av 10 15 20 530 728 18 = ahoek) ax Kk = PkHkÜHkPkHkT + Rk )" 11k = Pk + KkHkPk 2,, = 2,, + Kk (yk _ 1192,, )) Här är Qh och Rk kovariansmatriserna för processbruset H2 am respektive mätbruset wa. Dessa kovariansmatriser är ett mått på osäkerheten i tillstàndsuppdateringen respektive mätsignalerna. De kan även vara tidsvariabla för att beskriva förändringar i tillförlitligheten. En vanlig ansats är att ansätta Qkoch Rktill att vara diagonala, vilket för det givna exemplet motsvarar FqM¿ 0 0 O O %ß 0 0 0 Q _ O O qmk 0 0 'f " o o o qkk o o O 0 0 0 qﬂß 0 _ 0 O 0 0 0 qwk och 'fw o o o o 0 Üﬁmmx Û 0 0 Rk= 0 0 ﬁﬁmi O 0 0 O 0 Qmwj 0 L 0 O 0 0 5* där respektive diagonalt element motsvarar variansen (osäkerheten) för respektive tillstånd eller mätsignal. Enligt föreliggande uppfinning styrs alltså dessa varianser i enlighet med mottagen omgivningsdata, där omgivningsdata kan utgöras av antalet tillgängliga satelliter, färdbroms osv.. Även här kan med fördel varianserna för olika driftslägen trimmas in genom körning av en referenssträcka samtidigt som möjliga felkällor aktivt appliceras. Denna utföringsform av 10 15 20 25 30 530 728 19 föreliggande uppfinning har den stora fördelen att perioder av bortfall av en eller flera sensorer klaras av än bättre än ovan, och att en mycket noggrann estimering av vägens (underlagets) lutning i princip alltid kan genomföras.Fk = fÉXíC-l) ik: Fifi / el Pk zFkpk-lFkT + Qk This is followed by a measurement update where the estimate is corrected based on measurement data. The measurement update is given by 10 15 20 530 728 18 = ahoek) ax Kk = PkHkÜHkPkHkT + Rk) "11k = Pk + KkHkPk 2 ,, = 2 ,, + Kk (yk _ 1192 ,,)) Here are the Qh and Rk covariance matrices for the process noise These covariance matrices are a measure of the uncertainty in the state update and the measurement signals, respectively, and can also be time-varying to describe changes in reliability. 0 0 OO% ß 0 0 0 Q _ OO qmk 0 0 'f "ooo qkk oo O 0 0 0 q ﬂ ß 0 _ 0 O 0 0 0 qwk och' fw oooo 0 Ü ﬁ mmx Û 0 0 Rk = 0 0 ﬁﬁ mi O 0 0 O 0 Qmwj 0 L 0 O 0 0 5 * where each diagonal element corresponds to the variance (uncertainty) of the respective state or measurement signal. According to the present invention, these variances are thus controlled in accordance with received ambient data, where ambient data can be constituted by the number of available satellites, service brake, etc .. Here too the variances for different operating modes can be trimmed by driving a reference distance while actively applying sources of error. This embodiment of the present invention has the great advantage that periods of failure of one or more sensors are managed even better than above, and that a very accurate estimation of the slope of the road (substrate) can in principle always be carried out. .

Användningen av det statistiska filtret medför dessutom att historiska värden för samtliga källor påverkar den resulterande momentana lutningen, med ytterligare ökad noggrannhet som följd. T.ex. kommer väderberoende tryckförändringar att kunna sållas bort. Även här säkerställs således en redundans som medför att perioder av bortfall av en eller flera sensorer, eller tillfällen då data från någon sensor är korrupt, klaras av betydligt bättre än vad som tidigare varit möjligt. Vidare avklaras med enkelhet speciella driftsfall som till exempel inbromsning där tidigare kända metoder misslyckas med att göra en bra skattning.The use of the statistical filter also means that historical values for all sources affect the resulting instantaneous slope, with further increased accuracy as a result. For example. weather-dependent pressure changes will be able to be screened out. Here, too, a redundancy is ensured, which means that periods of failure of one or more sensors, or occasions when data from any sensor is corrupt, are handled much better than has previously been possible. Furthermore, special operational cases such as braking are easily clarified, where previously known methods fail to make a good estimate.

Denna utföringsform har även fördelen att istället för att kräva ett instrument med hög upplösning är det tillräckligt med den i dagens fordon inmonterade barometern, vilken normalt har förhållandevis låg noggrannhet. Detta är en stor fördel eftersom det för ett serieproducerat fordon är kostsamt att installera en barometer enbart med syfte att skatta lutning.This embodiment also has the advantage that instead of requiring a high-resolution instrument, the barometer mounted in today's vehicle is sufficient, which normally has a relatively low accuracy. This is a great advantage because for a series-produced vehicle, it is expensive to install a barometer solely for the purpose of estimating slope.

I en annan alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning inkluderas även en korrigering för eventuella fel i bilens utväxling med avseende på fordonsparametern hjulradie. När motorns drivande moment ska omvandlas till en ekvivalent drivande longitudinell kraft i rörelseekvationen för fordonet behövs en skalfaktor som anger utväxlingen givet hjuldimension. I den beskrivna rörelseekvationen är denna skalfaktor representerad som hjulradie, rw.Another alternative embodiment of the present invention also includes a correction for any errors in the vehicle's gear ratio with respect to the vehicle parameter wheel radius. When the driving moment of the engine is to be converted into an equivalent driving longitudinal force in the equation of motion of the vehicle, a scale factor is required which indicates the gear given the wheel dimension. In the motion equation described, this scale factor is represented as wheel radius, rw.

Rörelseekvationen är dock relativt känslig för fel i denna parameter, och på grund av däcksslitage och lO 15 20 25 30 530 1728 20 lufttrycksförändringar finns det typiskt en offset mellan den verkliga hjulradien kontra den nominella. Möjligheterna att korrigera fel i utväxlingen som får en offset som följd av uppmätt fordonshastighet är normalt begränsade, men vid inkluderande av en GPS-mottagare som mäter hastighet finns det en möjlighet att inkludera en korrigering av hjulradien som en utökning av det ovan beskrivna filtret.However, the motion equation is relatively sensitive to errors in this parameter, and due to tire wear and air pressure changes, there is typically an offset between the actual wheel radius versus the nominal one. The possibilities of correcting gears errors that get an offset due to measured vehicle speed are normally limited, but when including a GPS receiver that measures speed, there is a possibility to include a correction of the wheel radius as an extension of the filter described above.

Hjulradien rw antas bestå av en konstant nominell radie mmm samt en tidsvariabel offset Ö enligt r =r +6.The wheel radius rw is assumed to consist of a constant nominal radius mmm and a time-variable offset Ö according to r = r +6.

W "OM Dynamiken för Ö med processbruset inkluderat följer åk :åk-n +W§J< dvs. den varierar som integrerat vitt brus. Genom att inkludera även denna delmodell i ovanstående systembeskrivning är det sedan även här lika rättframt som ovan att skatta inblandade tillstånd med ett utökat Kalmanfilter, och således kan ett än noggrannare värde på lutningen för fordonets underlag erhållas.W "IF the dynamics of Ö with the process noise included follow åk: åk-n + W§J <ie it varies as integrated white noise. By including this submodel in the above system description, it is then also here as straightforward as above to estimate involved condition with an extended Kalman filter, and thus an even more accurate value of the slope of the vehicle's surface can be obtained.

I den ovanstående beskrivningen av lutningsskattning med ett statistiskt filter har visats ett system med specifikt angivna källor för avgivande av parametervärden med vilka en lutningsskattning kan alstras. Det inses att implementeringen med statistiskt filter är lika tillämpbar på den i fig. 2 visade utföringsformen, liksom att den i fig. 3 använda fordonsmodellen kan utbytas mot någon annan lutningsskattningskälla såsom ett gyro eller lutningsinformation från en karta. Vidare inses att det naturligtvis kan tillföras ytterligare källor för avgivande av parametervärden till den statistiska modellen, dvs. det är möjligt att använda även fler än tre källor. 10 15 530 728 21 Föreliggande uppfinning kan även användas för generering av kartdatabaser och uppdatering av befintliga kartor. I detta fall kan signalen från utgången 206 (307) skickas till en datainsamlingsenhet (ej visad) som i en databas lagrar lutningsdata tillsammans med en position, t.ex. erhållen från en GPS-mottagare. Data kan lagras t.ex. med vissa tidsintervall, såsom varje sekund, eller när viss sträcka (företrädesvis enligt GPS) tillryggalagts. Föreliggande uppfinning kan även användas för att uppdatera redan befintliga kartdatabaser, dvs. korrigera ev. felaktiga lutningsangivelser i databasen. En befintlig kartdatabas kan även användas som en källa för avgivande av parametervärden för användning enligt ovan.In the above description of slope estimation with a statistical filter, a system has been shown with specifically specified sources for outputting parameter values with which a slope estimate can be generated. It will be appreciated that the statistical filter implementation is equally applicable to the embodiment shown in Fig. 2, as well as that the vehicle model used in Fig. 3 may be exchanged for any other slope estimation source such as a gyro or tilt information from a map. Furthermore, it is understood that, of course, additional sources can be added for outputting parameter values to the statistical model, ie. it is possible to use even more than three sources. The present invention can also be used for generating map databases and updating existing maps. In this case, the signal from the output 206 (307) can be sent to a data acquisition unit (not shown) which in a database stores slope data together with a position, e.g. obtained from a GPS receiver. Data can be stored e.g. at certain time intervals, such as every second, or when a certain distance (preferably according to GPS) has been traveled. The present invention can also be used to update existing map databases, i.e. correct ev. incorrect slope information in the database. An existing map database can also be used as a source for issuing parameter values for use as above.

Vidare har i ovanstående beskrivning ett statistiskt filter i form av ett Kalmanfilter använts. Det inses dock att även andra typer av för ändamålet lämpliga statistiska filter kan användas, varvid för respektive filter tillämplig implementering används.Furthermore, in the above description, a statistical filter in the form of a Kalman filter has been used. It is understood, however, that other types of statistical filters suitable for the purpose can also be used, whereby the implementation applicable to each filter is used.

Claims

10 15 20 25 30 530 728 22 Patent claim p

A method for estimating the slope of a surface on which a vehicle travels, comprising the steps of: - generating at least a first parameter value by which a first estimate of the slope of the surface can be generated, - generating at least a second parameter value by which a second estimate of the surface slope can be generated, characterized in that the method further comprises the step of: - determining the respective effect of said parameter value on a weighted estimation of the slope generated by the parameter values, said weighting being controlled by variations in the reliability of the parameter values, said weighted estimation being generated using a statistical filter. , wherein said parameter values constitute input data to said filter, and wherein said weighting is controlled by varying the variance of at least said first parameter value (n) and said second parameter value (n).

The method of claim 1, wherein the method further comprises the step of generating at least a third parameter value by which a third estimate of the slope of the substrate can be generated, and the method generating a weighted estimation of the slope based on said first, second and third parameter value (s). .

Method according to claim 1, characterized in that said statistical filter consists of a Kalman filter or an extended Kalman filter.

The method of claim 1, wherein the variance of measurement noise or process noise for at least said first parameter value (n) and said second parameter value (n) is controlled.

Method according to any one of claims 1-4, wherein said parameter values consist of data from at least two of the group: satellite positioning system, pressure sensor, mechanical inclination sensor, accelerometer, one or more vehicle parameters, inclination information from a map.

A method according to any one of claims 1-5, wherein said first, second or third parameter value (s) is used for estimating the slope by means of a model for the dynamics of the vehicle in the direction of movement.

The method of claim 6, wherein said model takes into account changes in wheel radius over time.

A method according to any one of claims 1-7, wherein said parameter values are generated by sensing, monitoring, measuring or calculating.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the degree of reliability of said parameter values is determined based on ambient signals obtained by sensing, monitoring, measuring or calculation.

A method according to claim 9, wherein said ambient signals consist of one or more from the group: number of available satellites for a satellite positioning system, signals from a gearbox control unit, signals from an engine control unit, signals from a brake control unit, signals from an air conditioning control unit.

Apparatus for estimating the slope of a surface on which a vehicle travels, comprising: - means for receiving at least a first parameter value which represents a first slope estimate or with which a first estimate of the slope of the surface can be generated, - means for receiving at least one second parameter value which constitutes a representation of a second slope estimate or with which a second estimate of the slope of the substrate can be generated, characterized in that the device further comprises: - means for generating one with said parameter values weighted estimation of the slope, the apparatus further comprising - means for determining the respective effect of said parameter value on said weighted estimation of the slope, said weighting being arranged to be controlled by variations in the reliability of the parameter values, - means for generating said weighted estimation by using a statistical filter, whereby mentioned a parameter values constitute input data to said filter, the device being arranged to control said weighting by varying the variance of at least said first parameter value (n) and said second parameter value (n).

The device according to claim 11, wherein the device further comprises means for receiving at least a third parameter value with which a third estimate of the slope of the substrate can be generated, and wherein the device is further arranged to generate a weighted estimation of the slope based on said first, second and third parameter value (s).

Device according to claim 11 or 12, characterized in that at least one of said second parameter value (n) and said third parameter value (n) is independent or partially independent of said first parameter value (n).

Device according to any one of claims 11 ~ 13, characterized in that said static filter consists of a Kalman filter or an extended Kalman filter.

The device according to claim 11, wherein the device is arranged to control the variance of measurement noise or process noise for said first parameter value (n) and said second parameter value (n).

Device according to any one of claims 11-15, wherein said parameter values are arranged to be data from at least two of the group: satellite positioning system, pressure sensor, mechanical inclination sensor, accelerometer, model for the vehicle's dynamics in the direction of movement, inclination information from a map.

Device according to any one of claims 11-16, wherein said first, second or third parameter value (n) is arranged (e) to be used for estimating the slope by means of a model for the dynamics of the vehicle in the direction of movement.

The device of claim 17, wherein said model is arranged to take into account changes in wheel radius over time.

Device according to any one of claims 11-18, wherein said parameter values are generated by sensing, monitoring, measuring or calculating a quantity representative of the slope.

Device according to any one of claims 11-19, characterized in that the degree of reliability of said parameter values is arranged to be determined based on ambient signals obtained by sensing, monitoring, measurement or calculation.

Device according to claim 20, wherein said ambient signals consist of one or more from the group: number of available satellites for a satellite positioning system, signals from a gearbox control unit, signals from an engine control unit, signals from a brake control unit, signals from an air conditioning control unit.

A vehicle, comprising a device according to any one of claims 11-21.