基于车辆相对于道路的倾斜角来控制机电系统的方法和设备技术方案

本发明专利技术涉及一种方法和系统，所述方法和系统用于通过2轴或3轴加速计、倾斜仪等确定移动车辆的悬置部相对于道路的倾斜角，以用于控制依赖于倾斜的系统或装置。所述方法和系统提供了对车辆的悬置部相对于车辆的非悬置部的倾斜角度的确定。由于车辆的纵向(x轴)和/或纬向(y轴)加速度，所述倾斜角度源自对沿着与车辆垂直的轴线(z轴)的加速度的依赖性。

【技术实现步骤摘要】
基于车辆相对于道路的倾斜角来控制机电系统的方法和设备
本专利技术总体涉及控制车辆的机电系统技术，尤其涉及基于车辆相对于道路的倾斜角来控制机电系统的方法和设备。
技术介绍
当车辆静止时，通过使用2轴或3轴加速计，可以确定车辆在俯仰和滚转(θT、ρT)方面的总倾斜，以通过使用三角函数来确定相对于轴的重力矢量的方向。例如，由于θT＝arcsine(沿着x轴的加速度)以及ρT＝arcsine(沿着y轴的加速度)，所以可以通过设置在与车辆的纵轴和纬轴θT和ρT平行的平面中的2轴加速计提供的加速度数据来计算θT和ρT。对于设置在与车辆(该车辆的x轴与车辆的纵轴对准)垂直的平面中的2轴加速计，θT作为沿着x轴的加速度与沿着z轴的加速度之比的反正切而计算。添加正交的第三轴允许通过使用反正切方法进行俯仰和滚转的计算。然而，在正常运行期间，车辆会经历沿着多个轴的加速度，由于重力的影响，这些轴的加速度的幅度相似。低通滤波可以去除大多数干扰加速度，但是不能去除与道路倾斜变化相关联的慢变加速度。利用加速计或倾斜仪在车辆处于运动时测量车辆的悬置部相对于车辆的非悬置部的倾斜角(θv)以用于确定车辆的加载状况。通常，车辆加载状况在车辆处于运动时不会改变，因此，θv不会改变。道路倾斜变化和与移动车辆相关联的法向加速度的幅度比与车辆悬置系统的姿势变化相关联的加速度变化大得多。道路倾斜可以改变大约±15度，而车辆的悬置部相对于车辆的非悬置部仅改变接近±1.5度。需要具有一种能够不依赖有助于控制车前灯调平系统或可替代地其他机电或电子控制系统的道路倾斜(θr)而高准确度地计算倾斜角度θv的方法和系统。
技术实现思路
根据本专利技术，公开了一种不依赖道路倾斜获取对移动车辆的悬置部相对于非悬置部的倾斜测量的系统和方法。通过检测与车辆的悬置部垂直的加速度(z轴)相对于车辆的悬置部的纬向加速度(x轴)的依赖性，来获取该测量。在一个实施例中，从加速度测量装置，诸如加速计，收集与两个或两个以上的轴相对应的加速度数据。滤波装置对加速度数据进行滤波以提供滤波后的加速度数据，并且将滤波后的加速度数据存储在存储器中。处理器生成最小二乘最佳拟合线性回归并且通过该最小二乘最佳拟合线性回归计算斜率，该最小二乘最佳拟合线性回归与车辆相对于道路的倾斜角度相对应。在一个实施例中，系统产生指示车辆悬置部相对于道路的倾斜角的输出，该输出用于控制机电系统，诸如车前灯调平系统。结合附图，基于对下述其实施例的详细描述的审查，本专利技术的其它目标、特征和优点将是显而易见的。附图说明通过下述结合附图的详细描述，本专利技术将易于理解，其中类似的附图标记指示类似的结构元件，并且其中：图1A图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部对准的正常条件下在车辆加速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系的示意图；图1B图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部未对准的条件下在车辆加速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系的示意图；图2A和图2B是在车辆处于加载状况1下进行路测得到的时间序列加速度数据；图3A和图3B是在车辆处于加载状况1下进行路测得到的滤波后的时间序列加速度数据；图4A和图4B是z加速度对x加速度的散布图和计算得到的分别在(图2A和图2B)和(图3A和图3B)中的数据的线性回归线；图5A和图5B是在车辆处于加载状况2下进行路测得到的时间序列加速度数据；图6A和图6B是在车辆处于加载状况2下进行路测得到的滤波后的时间序列加速度数据；图7A和图7B是z加速度对x加速度的散布图和计算得到的分别在(图5A和图5B)和(图6A和图6B)中的数据的线性回归线；图8A是根据本专利技术的倾斜计算系统的框图；图8B是图示了根据本专利技术的信号处理的示意图；以及图9是图示了根据本专利技术的示例性方法的流程图。具体实施方式美国临时专利申请62/020,704及其公开的全部内容以引用的方式并入本文。下面从车辆的悬置部相对于道路或车辆的非悬置部的倾斜角的测量方面对本专利技术的方法和系统进行描述。以下说明和示例是对本专利技术的实施例的图示，并且不应认为是对本专利技术的范围的限制。在图中：θv是车辆的悬置部参照道路和车辆的非悬置部的倾斜角；即，与之间的角度；θr＝道路倾斜相对于水平地面的角度；g＝由于重力产生的加速度的幅度。图1A图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部对准的正常条件下在车辆100加速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系。图1B图示了在车辆的悬置部与车辆的非悬置部未对准的条件下在车辆100加速度和减速度矢量与加速度测量矢量之间的关系。加速度测量轴相对于车辆加速度和减速度轴的角度变化为θv。通常，当车辆处于运动中时，在图1A和图1B中在上测得的加速度的幅度是凸起与道路噪声生成的加速度Az_road、道路相对于与地面平行的水平面的倾斜角θr、以及车辆的悬置部相对于道路或车辆的非悬置部的倾斜角θv(如图1A和1B所示)的函数。Az＝f(Az_road，θv，θr)[1]以及，更加具体地：当θv＝0，在等式1和2中的最后一项变为0，以及Az不依赖于当θv≠0，Az依赖于并且将随着而改变。换言之，当θv不等于0时，对于任何给定的道路倾斜，变化都会产生幅度等于的Az变化。通过使用z和x而非Az和Ax，对Az与Ax求微分，得到：图2A和图2B分别是在加载状况1下在约8分钟行车期间每秒32个样本记录的Az和Ax加速度测量。加载状况1具有-1.89度的倾斜角θv。在图2A中的Az加速度可以看出：1、平均值接近1g，这是因为其几乎与车辆的悬置部垂直，因此与重力矢量紧密对准；2、由于道路中的凸起和道路噪声，存在明显加速度，该加速度大约为±0.4g；以及3、大加速度行程持续较短。在图2B中的Ax加速度可以看出：1、平均值接近0g，这是因为其几乎与车辆的悬置部平行，因此与重力矢量几乎正交；2、存在与改变车辆速度相关联的明显加速度，该加速度的幅度大约为±0.4g；以及3、相较于Az加速度时间序列，大加速度行程持续得更久。图4A是图2A和2B中的数据的Az加速度对Ax加速度的散布图和计算得到的最小二乘最佳拟合线性回归线(leastsquaresbestfitlinearregressionline)。计算得到的回归线的斜率为0.0268。该线的斜率接近Tan(θv)。对该斜率求反正切得到1.54度的倾斜角。由于在路测期间车辆中的轴的设置，符号需要反过来。所以，测量计算得到的有效倾斜角为-1.54度。该结果与加载状况1设置的-1.89度具有-0.35度的误差。图3A和图3B是如图2A和图2B中的但是利用32个样本固定窗口平均值处理之后的数据集，产生1Hz的有效采样率。从图3A中的Az加速度可以看出：1、平均值仍然接近1g；以及2、短期内道路噪声得到明显衰减，所以数据范围现在小于平均值±0.03g。从图3B中的Ax加速度可以看出：1、平均值仍然接近0g；以及2、车辆加速度(Ax)未明显衰减，加速度维持在大于±0.3g。图4B是图3A和3B中的处理后的数据的Az加速度对Ax加速度的散布图和计算得到的最小二乘最佳拟合线性回归线。该线的斜率为0.0331。该线的斜率现在更加接近Tan(θv)。在符号反转之后，对该斜率求反正切得到-1.90度的倾斜角度。该结果与加载状况1设置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车辆的悬置部相对于道路的倾斜来控制机电系统的方法，所述方法包括：从联接至所述车辆的所述悬置部的至少一个传感器获取分别代表z轴和x轴加速度的第一信号和第二信号；对所述第一信号和第二信号进行滤波以衰减其中的高频分量以产生滤波后的第一信号和第二信号；使用滤波后的第一信号和第二信号来计算最小二乘最佳拟合线性回归对应的斜率；通过计算确定的所述斜率的反正切来生成所述车辆的所述悬置部的倾斜角θv；基于所述车辆的所述悬置部的所述倾斜角来生成至少一个控制信号；以及将所述至少一个控制信号提供至所述机电系统。

【技术特征摘要】
2014.07.03 US 62/020,704;2015.06.29 US 14/753,1821.一种基于车辆的悬置部相对于道路的倾斜来控制机电系统的方法，所述方法包括：从联接至所述车辆的所述悬置部的至少一个传感器获取分别代表z轴和x轴加速度的第一信号和第二信号；对所述第一信号和第二信号进行滤波以衰减其中的高频分量以产生滤波后的第一信号和第二信号；使用滤波后的第一信号和第二信号来计算最小二乘最佳拟合线性回归对应的斜率；通过计算确定的所述斜率的反正切来生成所述车辆的所述悬置部的倾斜角θv；基于所述车辆的所述悬置部的所述倾斜角来生成至少一个控制信号；以及将所述至少一个控制信号提供至所述机电系统；获取所述第一信号和第二信号包括：以预定采样频率从联接至所述车辆的所述悬置部的至少一个传感器获取分别与z轴和x轴加速度相对应的预定数量的第一数据样本和第二数据样本；对所述第一信号和第二信号进行滤波包括：对第一数据样本和第二数据样本进行滤波以衰减其中的高频分量以产生滤波后的第一数据样本和第二数据样本，并且将滤波后的第一数据样本和第二数据样本存储在存储器中；以及通过使用滤波后的第一信号和第二信号来计算最小二乘最佳拟合线性回归相对应的斜率包括：通过使用滤波后的第一数据样本和第二数据样本来计算最小二乘最佳拟合线性回归相对应的斜率；检查滤波后的数据样本以验证x轴加速度的值的范围超过了预定限度，以便确保准确地建立所述z轴加速度；所述滤波的步骤包括：对存储的第一数据样本和第二数据样本执行带通数字滤波以衰减高频道路噪声和与缓慢变化的道路倾斜相关联的超低频率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机电系统是车前灯调平系统，以及所述至少一个控制信号用于提供对所述车辆的所述车前灯相对于所述道路的倾斜角的控制。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述机电系统是车前灯调平系统，以及所述至少一个控制信号用于提供对所述车辆的所述车前灯相对于所述道路的倾斜角的控制。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·芬内利，
申请(专利权)人：美新半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32