一种路面纵向坡度计算方法和装置与流程

1.本发明涉及汽车电子技术领域，具体涉及一种考虑传感器布置及车辆行驶工况的路面纵向坡度计算方法和装置。


背景技术：

2.现有的汽车纵向坡度估计方法主要为直接通过将纵向加速度与车辆纵向速度的变化率进行比较，基于比较结果来计算车辆的纵向坡度。
3.在纵向坡度计算过程中，由于车辆转向过程中存在除重力加速度延路面分量以外的纵向加速度分量，影响坡度估算结果。并且由于车辆在启停状态中簧上部分存在俯仰角，且加速度传感器布置在车辆的簧上部分，导致估计得到的坡度不精确。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种路面纵向坡度计算方法和装置，以实现路面坡度的精确计算。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
6.一种路面纵向坡度计算方法，包括：
7.判断车辆行驶状态，其中，所述车辆行驶状态包括直线行驶状态、转向状态以及启停状态；
8.当车辆处于直线行驶状态时，采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度；
9.当车辆处于转向状态时，基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度；
10.当车辆为启停状态时，将上一时刻保存的路面的坡度作为当前时刻路面的坡度。
11.可选的，上述路面纵向坡度计算方法中，所述采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度，包括：
12.基于公式计算得到路面的坡度β；
13.其中，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x_veh
为纵向车速变化率，所述g为重力加速度。
14.可选的，上述路面纵向坡度计算方法中，所述基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度，包括：
15.基于公式计算得到路面的坡度β；
16.其中，所述z表示运算符号，其由加速度传感器在车辆中的位置以及车辆的转向方向确定，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x2
为纵向车速变化率，所述v
x2
为纵向车速，所述φ为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角，所述l为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离，所述ω为车辆横摆角速度，所述g为重力加速度。
17.可选的，上述路面纵向坡度计算方法中，当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为加号，车辆左转时，所述z的运算符号为减号；
18.当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为减号，车辆左转时，所述z的运算符号为加号。
19.可选的，上述路面纵向坡度计算方法中，判断车辆行驶状态，包括：
20.在车辆静止工况下，计算车辆的轮速传感器码盘信号更新间隔，当车辆轮速传感器码盘信号更新间隔逐渐递减，且存在油门指令时，表示车辆处于启停状态；
21.在车辆处于行车工况下，若采集到车速信号由非0变为0，且有刹车指令时，表示车辆处于启停状态，以及当超出停车工况时限或码盘信号更新间隔增大时，则认为车辆退出停车工况，车辆进入静止工况，
22.其中，所述启停状态包括启动工况和停车工况。
23.一种路面纵向坡度计算装置，包括：
24.行车状态判断单元，用于判断车辆行驶状态，其中，所述车辆行驶状态包括直线行驶状态、转向状态以及启停状态；
25.第一角度计算单元，用于当车辆处于直线行驶状态时，采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度；
26.第二角度计算单元，用于当车辆处于转向状态时，基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度；
27.第三角度计算单元，用于当车辆为启停状态时，将上一时刻保存的路面的坡度作为当前时刻路面的坡度。
28.可选的，上述路面纵向坡度计算装置中，所述第一角度计算单元在采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度时，具体用于：
29.基于公式计算得到路面的坡度β；
30.其中，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x_veh
为纵向车速变化率，所述g为重力加速度。
31.可选的，上述路面纵向坡度计算装置中，所述第二角度计算单元在基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度时，具体用于：
32.基于公式计算得到路面的坡度β；
33.其中，所述z表示运算符号，其由加速度传感器在车辆中的位置以及车辆的转向方向确定，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x2
为纵向车速变化率，所述v
x2
为纵向车速，所述φ为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角，所述l为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离，所述ω为车辆横摆角速度，所述g为重力加速度。
34.可选的，上述路面纵向坡度计算装置中，当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为加号，车辆左转时，所述z的运算符号为减号；
35.当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为减号，车辆左转时，所述z的运算符号为加号。
36.可选的，上述路面纵向坡度计算装置中，所述行车状态判断单元在判断车辆行驶状态时，具体用于：
37.在车辆静止工况下，计算车辆的轮速传感器码盘信号更新间隔，当车辆轮速传感器码盘信号更新间隔逐渐递减，且存在油门指令时，表示车辆处于启停状态；
38.在车辆处于行车工况下，若采集到车速信号由非0变为0，且有刹车指令时，表示车辆处于启停状态，以及当超出停车工况时限或码盘信号更新间隔增大时，则认为车辆退出停车工况，车辆进入静止工况，
39.其中，所述启停状态包括启动工况和停车工况。
40.基于上述技术方案，本发明实施例提供的上述方案中，在计算路面坡度时，首先判断车辆行驶状态，当判定车辆处于直线行驶时，采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度，当判定车辆处于转向状态时，基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度，当判定车辆为启停状态时，将上一时刻保存的路面的坡度作为当前时刻路面的坡度。使得坡度值的计算方式与车辆状态相对应，从而根据不同的车辆状态采用不同的计算方案计算路面的坡度值，提高了路面坡度值的计算的可靠性。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
42.图1为本技术实施例公开的路面纵向坡度计算方法的流程示意图；
43.图2为坡度估计基础原理示意图；
44.图3为车辆转向过程中路面受力分量示意图；
45.图4为车辆启停状态识别方法示意图；
46.图5为本技术实施例公开的路面纵向坡度计算装置的结构示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.本技术的发明目的在于提供一种能够基于不同的行车工况采用不同的方案计算路面坡度的路面坡度计算方案，从而提高路面坡度的计算精度。
49.参见图1，本技术实施例公开的一种路面纵向坡度计算方法，可以包括：
50.步骤s101：判断车辆行驶状态。
51.在本方案中，考虑到车辆不同的行驶状态时，计算路面纵向坡度时的影响因素不同，在本方案中，首先判断车辆的行驶状态，在本方案中，所述车辆的行驶状态可以分为直线行驶状态、转向状态以及启停状态。在本方案中，可以对车辆参数进行分析从而判定车辆是处于直线行驶状态、转向状态还是启停状态。
52.步骤s102：当车辆处于直线行驶时，采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度。
53.在本实施例公开的技术方案中，坡度估计基础原理示意图如图2所示，当车辆在有坡度的路面上直线行驶时，车辆的纵向加速度a
x_imu
等于纵向车速变化率a
x_ve
h与重力加速度g延路面分量的和，由此，可以采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度，具体参见公式：
54.a
x_imu
＝a
x_veh
g sinβ
ꢀꢀ
(公式1)，公式1中β为路面的坡度；
55.对公式1进行变换后，可得到路面的坡度β的计算公式，即
[0056][0057]
步骤s103：当车辆处于转向状态时，基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度。
[0058]
如图3及公式3所示，当车辆处于转弯过程中时，车辆受力存在除重力加速度延路面分量以外的其他分量，由此，可以基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度，具体的，参见下述公式：
[0059][0060]
公式3中，a
x2
即a
x_veh
，v
x2
为车辆纵向速度，ω为车辆横摆角速度，l为imu(加速度传感器)安装位置与后轴中心点间的距离，φ为加速度传感器安装位置与后轴中心点连线与纵向夹角，(图2中所示的加速度传感器安装位置为一个具体示例，例如，加速度传感器的安
装位置也可以设置在图2中车辆纵轴的右侧)。需要说明的是，上述公式3的符号z表示运算符号，其由加速度传感器在车辆中的位置以及车辆的转向方向确定，例如，在加速度传感器和转向中心在车辆纵轴的同侧时，所述z为减号
“‑”
，只有在加速度传感器和转向中心在车辆纵轴的异侧时，所述z为正号“ ”。例如，当加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时z为“ ”，车辆左转时z为
“‑”
。当imu在车辆纵轴右侧时，车辆右转时z为
“‑”
，左转时z为“ ”。
[0061]
对公式3进行变换，可以得到车辆处于转向状态时路面坡度β的计算公式：
[0062][0063]
步骤s104：当车辆为启停状态时，将上一时刻保存的路面的坡度作为当前时刻路面的坡度。
[0064]
所述启停状态包括启动工况和停车工况，当车辆在启停状态中，由于车辆存在加减速导致车辆的簧上部分产生俯仰角且该俯仰角无法轻易地准确计算并剔除，导致布置在车辆簧上部分的加速度传感器采集到的加速度值包含该俯仰角，影响路面坡度计算，如式5。
[0065][0066]
本技术考虑到由于车辆启停状态时间较短，可以对其进行识别，并且，由于车辆的簧上部分产生俯仰角对路面坡度的计算存在较大影响，导致计算得到的路面坡度不可靠，在该工况过程中可以暂停车辆坡度估计的更新(锁存启停状态前的坡度)，沿用车辆启停状态前估计得到的路面坡度值作为车辆启停状态时的路面坡度值。具体的，上述方案，步骤s101中车辆启停状态识别方法如下，如图4：
[0067]
车辆启动工况：车辆在静止工况下，计算车辆的轮速传感器码盘信号更新间隔，当轮速传感器得两次码盘信号的更新间隔逐渐递减时，且存在油门指令时，则认为车辆存在起步趋势，车辆进入启动工况；当超出启动工况时限或采集到非0的车速信号(车速信号存在死区)则表示车辆退出启动工况，进入行车工况，其中，直线行驶和转向状态均属于行车工况。
[0068]
车辆停车工况：在车辆行车工况下，若采集到车速信号由非0变为0，且有刹车指令时，表明车辆进入停车工况；当超出停车工况时限或码盘信号更新间隔增大时，则认为车辆退出停车工况，车辆进入静止工况，其中，所述启停状态包括启动工况和停车工况。
[0069]
例如，当车辆静止停在坡道上时，能够得到准确的坡度值。此时，如果车辆突然起步，本方法识别到车辆进入启动工况，锁存静止时得到的坡度值，从而避免车辆在起步时的俯仰角变化和轮速传感器/加速度传感器的采样突变引起的路面的坡度值偏差；等到本方法识别到车辆脱离启动工况进入行车工况时，再将坡度估计值切换为上述步骤s102、s103所示的坡度值的计算方案，从而使得坡度值的计算方式与车辆状态相对应，从而根据不同的车辆状态采用不同的计算方案计算路面的坡度值，提高了路面坡度值的计算的可靠性。
[0070]
由上述方案可见，本发明提出一种了考虑传感器布置及车辆行驶工况的路面纵向坡度实时计算方案，该方案能够实时(所述实时为基于使用该估计值的后端功能的运行周期和轮速传感器/imu的采样周期)准确地估算路面纵向坡度。此外，本发明中，针对车辆启
停状态的坡度估计策略能够明显提升车辆控制器的控制效果，尤其是adas等控制车辆驱制动执行器的控制器。
[0071]
本实施例中公开了一种路面纵向坡度计算装置，该装置中的各个单元的具体工作内容，请参见上述方法实施例的内容。
[0072]
下面对本发明实施例提供的路面纵向坡度计算装置进行描述，下文描述的路面纵向坡度计算装置与上文描述的路面纵向坡度计算方法可相互对应参照。
[0073]
参见图5，所述路面纵向坡度计算装置，可以包括：
[0074]
行车状态判断单元100、第一角度计算单元200、第二角度计算单元300和第三角度计算单元400。
[0075]
与上述方法中步骤s101相对应，所述行车状态判断单元100用于判断车辆行驶状态；
[0076]
与上述方法中步骤s102相对应，所述第一角度计算单元200用于当车辆处于直线行驶时，采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度；
[0077]
与上述方法中步骤s103相对应，所述第二角度计算单元300用于当车辆处于转向状态时，基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度；
[0078]
与上述方法中步骤s104相对应，所述第三角度计算单元400用于当车辆为启停状态时，将上一时刻保存的路面的坡度作为当前时刻路面的坡度。
[0079]
与上述方法相对应，所述第一角度计算单元200在采用基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率以及重力加速度计算所述路面的坡度时，具体用于：
[0080]
基于公式计算得到路面的坡度β；
[0081]
其中，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x_veh
为纵向车速变化率，所述g为重力加速度。
[0082]
与上述方法相对应，所述第二角度计算单元300在基于车辆的纵向加速度、纵向车速变化率、重力加速度、车辆横摆角速度、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离、加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角以及加速度传感器测量的加速度计算得到所述路面的坡度时，具体用于：
[0083]
基于公式计算得到路面的坡度β；
[0084]
其中，所述z表示运算符号，其由加速度传感器在车辆中的位置以及车辆的转向方向确定，所述a
x_imu
为纵向加速度，所述a
x2
为纵向车速变化率，所述v
x2
为纵向车速，所述φ为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的连线与车辆纵轴的夹角，所述l为加速度传感器与车辆后轴中心点之间的距离，所述ω为车辆横摆角速度，所述g为重力加速度。
[0085]
与上述方法相对应，当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为加号，车辆左转时，所述z的运算符号为减号；
[0086]
当所述加速度传感器在车辆纵轴左侧时，车辆右转时，所述z的运算符号为减号，车辆左转时，所述z的运算符号为加号。
[0087]
与上述方法相对应，所述行车状态判断单元100在判断车辆行驶状态时，具体用于：
[0088]
在车辆静止工况下，计算车辆的轮速传感器码盘信号更新间隔，当车辆轮速传感器码盘信号更新间隔逐渐递减，且存在油门指令时，表示车辆进入启停状态；
[0089]
在车辆处于行车工况下时，若采集到车速信号由非0变为0，且有刹车指令时，表示车辆进入启停状态，以及当超出停车工况时限或码盘信号更新间隔增大时，则认为车辆退出停车工况，车辆进入静止工况，其中，所述启停状态包括启动工况和停车工况。
[0090]
为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
[0091]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0092]
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0093]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0094]
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0095]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明
将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。