一種汽車用實時坡度傳感器的制作方法

本實用新型涉及一種車用傳感器，屬于汽車上使用的傳感器技術領域，尤其涉及一種汽車用實時坡度傳感器，具體適用于在汽車行駛過程中對車載坡度進行高精度的動態測量。

背景技術：

傳統的機械式自動變速箱（AMT）系統，因無法獲取坡度信號，其換擋策略僅依據車速和油門信號這兩個參數來計算變速箱目標檔位，在多變的道路工況中，兩參數換擋策略過于機械化，以二參數換擋策略計算變速箱目標檔位，在要保證車輛在坡道路面的動力性時，而無法兼顧燃油經濟性，在要提升車輛燃油經濟性，則無法保證坡道路面的行駛動力性，甚至可能產生循環換擋現象。

申請公布號為CN103353299A，申請公布日為2013年10月16日的發明專利申請公開了一種高精度車載道路坡度檢測裝置及方法，該裝置由主控節點和多個檢測節點組成，它們均掛接在車載CAN總線上，使用時，檢測節點以地表水平面作為參考平面，通過三軸加速度傳感器的輸出值計算與參考平面傾角，并通過CAN總線將其發送給主控節點，主控節點通過輪詢的方式收集檢測節點數據，然后對其依次進行疏失誤差剔除、最小二乘法擬合和卡爾曼濾波等融合處理，獲得車體行駛道路坡度的最優估計值。雖然該發明能夠計算出車載道路的坡度，但其仍舊具有以下缺陷：

首先，該設計沒有引入車速信號這個參數，導致其主要用途只能是計算出車輛靜態時，車輛所在位置的坡度，而當車輛處于動態時，其對坡度的測量精度大大降低；

其次，該設計需要在車身上增設多個檢測節點，不僅增加了零部件的數量與安裝難度，提高了應用成本，而且在使用中，需要協調多個測量數據，處理方式繁瑣，易降低其測量精確度。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服現有技術中存在的不適合動態測量、精確度較低的缺陷與問題，提供一種適合于動態測量、精確度較高的汽車用實時坡度傳感器。

為實現以上目的，本實用新型的技術解決方案是：一種汽車用實時坡度傳感器，包括處理器、CAN通信模塊、其余模塊與電源模塊，所述電源模塊的輸出端與處理器、CAN通信模塊、其余模塊的進電端進行電連接，所述處理器的信號輸入端與CAN通信模塊、其余模塊的信號輸出端進行信號連接；

所述其余模塊是運動處理模塊，該運動處理模塊包括一塊芯片及其上所集成的加速度計、陀螺儀，所述CAN通信模塊的信號輸入端與車速測量器進行信號連接。

所述CAN通信模塊通過CAN總線與車速測量器信號連接，所述處理器通過IIC總線與運動處理模塊信號連接。

所述車速測量器為變速箱控制單元。

所述處理器為內嵌式處理器，其采取的芯片的型號為STM32F103。

所述運動處理模塊中采取的芯片的型號為MPU6050。

所述電源模塊的輸入電壓為5伏，輸出電壓為3.3伏。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果為：

1、本實用新型一種汽車用實時坡度傳感器中，在處理器、CAN通信模塊的基礎上增設了運動處理模塊，該運動處理模塊包括一塊芯片及其上所集成的加速度計、陀螺儀，同時，還通過車速測量器引入了車速信號，使用時，運動處理模塊能給處理器實時提供XYZ三方向上的加速度測量值、XYZ三軸的傾角測量值，車速測量器能給處理器提供實時的車速信號，從而充分反映車輛的實時動態情況，利于處理器對其數據處理后獲取精確度較高的坡度信號，進而對換擋策略進行動態調整，滿足駕駛員對換擋的動力性、經濟性的要求，使得車輛既能保證平原高速工況的經濟性，同時可以兼顧丘陵工況的動力性，能夠大大提升車輛性能及增強駕駛舒適性。因此，本實用新型不僅適合于動態測量，精確度較高，而且利于對換擋策略進行動態調整，提高車輛行駛的動力性、經濟性。

2、本實用新型一種汽車用實時坡度傳感器中，對零部件的具體類型，以及信號傳遞的通信方式都有進一步的要求，其優點分別如下：首先，CAN通信模塊、車速測量器之間通過CAN總線傳遞信號，處理器、運動處理模塊之間通過IIC總線傳遞信號，該設計既能與整車的布線進行兼容，降低安裝難度，而且利于提高信號的傳遞效率，增強數據處理的精確度；其次，車速測量器采用變速箱控制單元，該設計能夠獲取更準確的車速信號，利于提高數據處理的精確度；再次，處理器為內嵌式處理器，且采取的芯片的型號為STM32F103，運動處理模塊中采取的芯片的型號為MPU6050，該設計不僅能夠增強數據運算功能，而且易與整車原本的數據處理部件相兼容，利于提高數據的精確度。因此，本實用新型不僅精確度較高，而且兼容性較強。

3、本實用新型一種汽車用實時坡度傳感器中，在進行數據處理時，一共進行了兩次修正，第一次用傾角減去等效坡度值，第二次是對傾角測量值、一次修正值進行加權平均計算以得到二次修正值，即為最終輸出的坡度信號，這種數據處理方式不僅通過兩次修正提高了最終數據的精確度，而且每次修正的操作步驟都目標性很強、操作脈絡清晰，大大降低了失誤率以及繁冗信號的干擾。因此，本實用新型的精確度較高。

4、本實用新型一種汽車用實時坡度傳感器中，在對數據進行處理時，采用了多種優化的處理方式，如數組、FIFO操作、均值濾波、反算、四元數計算法、加權平均算法，這些數據處理方式的優化能夠在原本較高精確度的基礎上，進一步的提高最終坡度信號的精確度。因此，本實用新型的精確度較高。

5、本實用新型一種汽車用實時坡度傳感器中，與現有技術相比，只需增設一個傳感器，只需采用一個測量點即可，數量少，易安裝，成本更低。因此，本實用新型的成本很低，易于推廣應用。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的工作流程圖。

圖中：處理器1、CAN通信模塊2、運動處理模塊3、加速度計31、陀螺儀32、電源模塊4、車速測量器5。

具體實施方式

以下結合附圖說明和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細的說明。

參見圖1與圖2，一種汽車用實時坡度傳感器，包括處理器1、CAN通信模塊2、其余模塊與電源模塊4，所述電源模塊4的輸出端與處理器1、CAN通信模塊2、其余模塊的進電端進行電連接，所述處理器1的信號輸入端與CAN通信模塊2、其余模塊的信號輸出端進行信號連接；所述其余模塊是運動處理模塊3，該運動處理模塊3包括一塊芯片及其上所集成的加速度計31、陀螺儀32，所述CAN通信模塊2的信號輸入端與車速測量器5進行信號連接。

所述CAN通信模塊2通過CAN總線與車速測量器5信號連接，所述處理器1通過IIC總線與運動處理模塊3信號連接。

所述車速測量器5為變速箱控制單元。

所述處理器1為內嵌式處理器，其采取的芯片的型號為STM32F103。

所述運動處理模塊3中采取的芯片的型號為MPU6050。

所述電源模塊4的輸入電壓為5伏，輸出電壓為3.3伏。

本實用新型的原理說明如下：

本實用新型的目的是在現有的換擋策略僅依靠車速、油門這兩個參數的基礎上，增加一個新的參數——坡度信號，從而克服現有技術中存在的在多變的道路工況中，兩參數換擋策略過于機械化，無法兼顧動力性與燃油經濟性，甚至產生循環換擋現象的缺陷。當引入坡度信號作為換擋策略的輸入參數之后，就能夠動態調整換擋策略以應對駕駛員的動力性需求，坡度作為換擋參數后，車輛既能保證平原高速工況的經濟性，同時可以兼顧丘陵工況的動力性，對于提升車輛性能及增強駕駛舒適性，有著很好的作用。

由上可知，坡度信號是為動態調整換擋策略服務的，這就要求坡度信號的精確度必須很高，而且必須是動態的，是實時的信號。為此，本實用新型在硬件上增設了運動處理模塊與車速測量器，其中，運動處理模塊內的加速度計、陀螺儀能夠獲取即時的XYZ三方向上的加速度測量值、XYZ三軸的傾角測量值，車速測量器能夠獲取即時的車速信號，從而確保本實用新型最終獲取動態的、高精度的坡度信號。

車速測量器：采取變速箱控制單元（transmission control unit）時的精確度最高。

電源模塊：是為了給處理芯片提供合適的工作電壓，并不限定其提供的具體的電壓值。目前，常用的情況是輸入電壓為5伏，輸出電壓為3.3伏，這是與常規的處理器及各種模塊內芯片的工作電壓一般都是3.3V相吻合的，用5V會燒毀芯片。

實施例1：

參見圖1與圖2，一種汽車用實時坡度傳感器，包括處理器1、CAN通信模塊2、運動處理模塊3與電源模塊4，所述電源模塊4的輸出端與處理器1、CAN通信模塊2、運動處理模塊3的進電端進行電連接，所述處理器1的信號輸入端與CAN通信模塊2、運動處理模塊3的信號輸出端進行信號連接， CAN通信模塊2的信號輸入端與車速測量器5進行信號連接，且運動處理模塊3包括一塊芯片及其上所集成的加速度計31、陀螺儀32。

一種上述汽車用實時坡度傳感器的使用方法，所述使用方法包括以下步驟：

第一步：先由處理器1通過CAN通信模塊2讀取車速測量器5采集到的車速信號，再對采集到的車速信號進行處理以得到等效坡度值；

第二步：在第一步進行的同時，處理器1對運動處理模塊3中加速度計31采集到的XYZ三方向上的加速度測量值進行處理以得到傾角；

第三步：先用第二步中的傾角減去第一步中的等效坡度值以得到一次修正值，同時，處理器1通過運動處理模塊3讀取陀螺儀32繞XYZ三軸的傾角測量值，再用所述傾角測量值對一次修正值進行二次修正以得到二次修正值，該二次修正值即為最終輸出的坡度信號。

實施例2：

基本內容同實施例1，不同之處在于：

所述CAN通信模塊2通過CAN總線與車速測量器5信號連接，所述處理器1通過IIC總線與運動處理模塊3信號連接。所述車速測量器5為變速箱控制單元。所述處理器1為內嵌式處理器，其采取的芯片的型號為STM32F103；所述運動處理模塊3中采取的芯片的型號為MPU6050。所述電源模塊4的輸入電壓為5伏，輸出電壓為3.3伏。

實施例3：

基本內容同實施例1，不同之處在于：

所述第一步中，所述對采集到的車速信號進行處理以得到等效坡度值是指：處理器1先根據采集到的車速信號建立一個數組，一個車速信號對應數組中的一個數據，并對數組中的數據進行FIFO操作，再分別對數組中前一半和后一半的數據進行均值濾波，然后將所得的兩個濾波值相減，再除以時間，以計算出車輛縱向加速度，然后用車輛縱向加速度反算出等效坡度值。

所述對數組中的數據進行FIFO操作是指：以采集到的車速信號作為數據，數據按照先后順序存入數組，每新接收一個數據，數組內的數據往前移動一位，新數據存入數組末尾，數組存滿后，每次移動，都會將數組頭部的那一個數據刪除，從而在數組末尾為新收到的數據提供空間。

實施例4：

基本內容同實施例1，不同之處在于：

所述第二步中，所述處理器1對運動處理模塊3中加速度計31采集到的XYZ三方向上的加速度測量值進行處理以得到傾角是指：處理器1先通過運動處理模塊3讀取加速度計31在XYZ三方向上的加速度測量值，再對所述XYZ三方向上的加速度測量值進行均值濾波，然后利用四元數計算法，將XYZ三方向上的加速度折算成傾角。

實施例5：

基本內容同實施例1，不同之處在于：

所述第三步中，所述二次修正的方式為加權平均算法，即給陀螺儀32測量的傾角測量值X一個權重系數a，給一次修正值Y一個權重系數b，權重系數滿足a<b，a+b=1，則輸出的二次修正值為aX+bY。