[發明專利]一種車輛行駛坡度與相對高度動態估計方法

無效

• 申請號: 200910088125.3
• 申請日: 2009-07-06
• 公開（公告）號: CN101598549A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 張海;高婷婷;沈曉蓉;范耀祖;周艷麗;劉倩;張曉鷗
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C9/00
• 分類號: G01C9/00;G01C5/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于車載導航技術領域，具體涉及一種導航系統中動態檢測車輛行駛道路坡度和高度的方法。

背景技術

在現有的車載導航系統中，通過GPS可以獲得海拔高度信息，但是由于GPS系統測量特性所限，高度信息誤差很大，因此GPS接收機直接輸出的高度信息不能滿足車輛上下坡判定，以及行駛相對高度變化估計的需要。

當前，測量傾角(即道路坡度)的方法主要有兩種：傳統的水泡式框式(條式)水平儀：其檢測方法依然是“水泡移動，肉眼分辨”。這種原始的檢測方法有諸多缺點，如測量值因人而易、功能單一、測量范圍小等；另外一種是基于加速度傳感器的傾角儀：它與傳統的水泡式框式(條式)水平儀相比具有電子檢測、測量精度高、測量范圍大、使用及攜帶方便等特點，但是這種方法不能實現加速運動情況下角度測量，應用受到較大限制。

發明內容

本發明的目的是為了解決車載導航中判斷車輛上下坡的問題，從而實現更精確定位，提供了一種動態檢測車輛行駛道路坡度及行駛相對高度的方法，該方法采用了中位值濾波和信息融合技術手段，達到了實時判斷車輛上下坡技術效果。

本發明在單軸加速度計和里程儀測量信息基礎上，利用加速度的分配關系計算車輛行駛坡度角。若單軸加速度計敏感方向和車輛縱軸方向一致，此單軸加速度計傳感器測量車輛縱軸方向上的加速度accy；里程儀可精確測量車輛行駛速度，這樣就可以提供車輛加速度信息a_車，由加速度accy車輛加速度和a_車兩者之間的幾何關系，可得到坡度值及高度變化值，然后由高度變化判斷出車輛上下坡。在具體設計過程中要考慮單軸加速度計安裝誤差、加速度數據的噪聲處理、兩種傳感器數據的對準以及上下坡的判斷規則問題。此方法相對于三軸、雙軸加速度計測量傾角穩定性更好。

本發明提出的一種車輛行駛坡度與相對高度動態估計方法是在現有車載導航系統的硬件設備基礎上，首先實時檢測出車輛行駛的坡度，然后結合車輛行駛的距離信息得到行駛相對高度。車輛坡度計算結果的好壞直接影響著高度的精確性，因此本方法的關鍵就在于坡度的計算。具體步驟為：

步驟一、安裝角α裝定。

設備安裝角的獲得方式有兩種：

①根據裝定的安裝角初始化安裝角α。

②測量安裝角α。當無法獲得裝定時候的安裝角信息時，采用單軸加速度計方式，即利用靜態情況下坡度計算公式粗標設備安裝角α，具體如下：

單軸加速度計測量的加速度accy感應的是非引力加速度，即車輛推力F、支持力N和摩擦力f分別在此方向分量的合力，即有

accy＝(F×cosα+N×sinα-f×cosα)/m????(1)

式中m為車輛質量。

根據車輛縱軸和橫軸方向上的受力平衡有：

a_車＝(F-f)/m-G0×sinθ??????????????????(2)

N＝m×G0×cosθ

式中G0為車輛重力加速度，θ為車輛所在位置的坡度。

由式(1)、式(2)得到：

accy＝a_車×cosα+G0×sinθ×cosα+G0×cosθ×sinα???????(3)

accy＝a_車×cosα+G0×sin(θ+α)??????????????????????????(4)

由式(4)得到坡度的計算公式：

當α＝0時，由由式(4)得到：

accy＝a_車+G0×sinθ????????????????????????(6)

此時的坡度θ計算公式為：

當車輛靜止，不考慮設備安裝角時，即靜態情況下：a_車＝0，α＝0，

θ=sin-1(accyG0)---(8)]]>