[发明专利]基于油门踏板位置和车速的道路纵向坡度检测装置及方法

说明书

技术领域：

本发明属于汽车安全驾驶领域以及信号自动检测领域，具体地说是用于车辆行驶路段坡度角动态检测的道路坡度角动态检测装置及方法。

技术背景：

道路纵向坡度的动态检测，对于行驶安全意义重大。根据道路的纵向坡度角对车辆速度进行控制，可以有效提高行车的安全性。目前，纵向斜坡坡度检测主要有GPS法及加速度计法。GPS法根据车辆的三维位置计算坡度，虽然检测方案相对简便，可以利用单传感器完成坡度检测，但GPS自身的误差对于纵向坡度的测量影响较大，测量精度不高。（David M. Bevly, Jihan Ryu, J. Christian Gerdes, Integrating INS sensors with GPS measurements for continuous estimation of vehicle sideslip, roll, and tire cornering stiffness, IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, vol. 7, no. 4, pp. 483-493, December 2006.）。加速度法利用安装在车辆的加速度计测量加速度，分解出重力加速度分量后计算路面坡度。该方法虽然简单易行，但对于安装方式的要求很高，车辆的横向加速度及纵向加速度计的安装误差会对测量结果带来很大误差。（Kichun Jo, Keonyup Chu, Junsoo Kim, Myoungho Sunwoo, Distributed vehicle state estimation system using information fusion of GPS and in-vehicle sensors for vehicle localization, 14th IEEE Conference on Intelligent Transportation Systems, Proceedings, pp. 2009-2014, 2011.）。

因此，本发明针对上述方法的缺陷，研究如何充分利用车辆本身固有的传感信息，以较低的成本和较高的可靠性获得道路坡度的实时估计值。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种能够克服对车辆改动大可靠性差、提高可用性的车辆行驶路段坡度角动态检测的道路坡度角动态检测的基于油门踏板位置和车辆速度的道路纵向坡度检测装置及方法。

本发明的技术方案是：基于油门踏板位置和车辆速度的道路纵向坡度检测装置，该装置包括单片机，用于检测油门踏板位置的旋转编码器，用于滤波和转换信号的光电隔离器和用于与数据输出的串行口输出模块；其中，所述旋转编码器通过光电隔离器与所述单片机连接；所述串行口输出模块与所述单片机连接。

本发明的另一目的是提供基于油门踏板位置和车辆速度的道路纵向坡度检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：主程序初始化，所述主程序根据设定的周期T，采集车辆的速度V_i(i=1,2,3,……)，利用旋转编码器对当前油门踏板位置P进行采集；

步骤2：采集后的数据通过经光电隔离器处理后传送给主程序，所述主程序利用油门踏板的当前位置P，根据车辆的牵引力与油门踏板位置之间的函数关系F=F(P)，计算得到车辆所受的牵引力F；利用车辆速度的当前值V_i和上次采样值V_i-1，计算车辆的加速度                                                ，利用以下公式（1）计算车辆行驶路段的道路坡度角θ,

      (1) 

其中，式中θ为道路坡度角，m为车辆的质量，g为重力加速度，m_r为滚动摩擦系数， k₂为车辆的风阻系数，V为车辆速度，T为采样周期，F=F(P)为车辆牵引力与油门踏板位置函数。