密度分析模块8，坡度 数据零相移滤波模块9,坡度数据变化率判别模块10,坡度数据的最大值判别模块11，坡度 数据合并与输出模块12。
[0185] 模块3是速度、高程数据模块，利用实验车辆安装GPS传感器，采集车速、高程等信 息，构造用于计算整体道路坡度的数据库。模块5是路段构成点坡度计算模块，利用高程与 路程比值的坡度计算公式计算路段构成点的坡度值。模块6是提取怠速点与路段拆分模块， 包括提取车辆怠速时刻的路段点、将坡度数据按照怠速路段点进行拆分。模块7是功率谱密 度及道路线型分析模块，该模块是整个算法的主体部分，包括模块8坡度数据功率谱密度分 析模块，对微行程内的坡度-里程数据进行功率谱密度分析;模块9坡度数据零相移滤波模 块，根据模块8的功率谱密度分析结果对微行程内的坡度-里程数据进行零相移滤波;模块 10坡度数据变化率判别模块，根据模块4国标中公路坡度数据对模块9滤波后的坡度-里程 数据的变化率进行判别;模块11坡度数据的最大值判别模块，根据模块4国标中公路坡度数 据对模块10变化率判别后的坡度-里程数据的进行最大值判别。模块12是坡度数据合并与 输出模块，将模块7计算完的微行程内坡度-里程数据进行合并，得到整个行程的坡度-里程 数据，然后根据里程-时间数据确定该时刻的道路坡度，得到并输出计算完成的道路坡度-时间序列。
[0186] 本说明书中的实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似的部分 互相参见即可。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施过程，所以描述得 比较简单，相关之处参见方法实施过程的部分说明即可。以上所描述的结构实施例仅是示 意性的，其中所述作为分离部件说明的模块、单元可以是或者也可以不是物理上分开的，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、单元来实现本实施例的方案和目的。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。
[0187] 以上依据图式所示的结构实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以 上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明 的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精 神时，均应在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征在于，包括W下步骤： Sl:采集数据及建立原始数据库化tabase; S2:处理数据； 将原始数据库化tabase中的数据降频，设置怠速时刻的海拔值为统一值hidie，将行驶段 划分为若干个微行程，并将微行程距离小于设定限值Smin的微行程合并到相邻的微行程中； S3:计算微行程内坡度-里程i3-S3; 首先，根据步骤S2处理后的数据计算道路里程间隔为1米的坡度值i3;其次，对坡度值i3 进行功率谱密度分析;最后，滤波得到满足道路线型约束的坡度-里程i3-S3 ; S4 :转化坡度-时间i4-t4序列； 对步骤S3计算出的微行程内坡度-里程i3-S3数据进行合并，并将合并后整体的坡度-里 程i4-S4数据按照车辆的里程-时间S广tl数据转化为坡度-时间i4-t4数据输出。2. 根据权利要求1所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 步骤Sl所述的采集数据及建立数据库包括W下步骤： 步骤Sli:采集道路坡度相关信息； 通过车载GPS传感器进行道路试验，采集得到时间tl、车速Vi、道路高程hi、行驶里程Si数 据； 步骤Sl2:建立数据库； 从步骤Sh中采集的道路坡度相关信息中提取时间tl、速度VI、道路高程hi、行驶里程Si 数据建立原始数据库化化base。3. 根据权利要求1所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 步骤S2所述的处理数据包括W下步骤： 步骤S2i:原始数据降频为IHz数据； 原始数据采样频率为20化，使用降频方法将其降频为IHz数据；降频后得到IHz的时间 t2，速度V2，道路高程h2，行驶里程S2数据； 步骤S22:处理怠速时刻海拔值； 由于GI^信号存在噪声干扰，使得在怠速时刻的海拔值存在波动，将怠速时刻海拔设置 为最末时刻海拔，保证该状态下海拔为统一值hidle;对于多个微行程组成的行驶段，按照从 后向前的顺序处理怠速时刻海拔； 步骤S23:划分微行程； W " -段怠速的开始到下一段怠速的开始"为依据划分微行程，将行驶段S2划分为多个 微行程S21 , S22 , S23 ...; 步骤S24:合并低速、短行程微行程； 按照S23的划分标准进行微行程划分后，所得到的结果中可能会有最高行驶速度小于最 小车速限值Vmin,或者有总行驶里程小于最小里程限制Smin的微行程;将运两种微行程合并 到相邻微行程，合并时优先向前一个微行程合并。4. 根据权利要求3所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 所述最小车速限值O. IkmA < Vmin < 3km/h; 所述最小里程限值IOm ^ Vmin ^Om。5.根据权利要求1所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 步骤S3所述的计算微行程内坡度-里程i3-S3包括W下步骤： 步骤S3l:计算间隔1米的坡度-里程i3-S3数据； 根据GPS车速-时间V2-t2及高程h2数据计算相邻两个采样点间的行驶距离A S及高程差 A h，然后按照道路坡度定义式：计算每一个采样点对应的道路坡度值isample，使用样条插值方法得到行驶距离间隔1米 的道路坡度计算值i3，得到微行程内的坡度-里程i3-S3数据； 步骤S32 :分析坡度-里程i3-S3数据的功率谱密度； 使用功率谱密度分析函数分析单个微行程内的坡度-里程i3-S3数据，获得功率谱密度-频率数据对； 步骤S33:初选滤波器截止频率f 0; 根据S32的功率谱密度分析结果，选取总功率谱密度上限值A对应的频率为初始截止频 率fo; 步骤S34 :坡度-里程i3-S3数据滤波； 根据S33确定的截止频率时构造零相移己特沃斯滤波器，使用零相移己特沃斯滤波器对 坡度初步计算结果进行滤波处理。 步骤S35:判定滤波结果； 对S34计算结果进行差分计算，计算单位距离内道路坡度变化：A i = is+i-is;如果坡度 变化Ai满足道路线形约束，那么滤波结束，执行步骤S3?;否则执行步骤S36; 步骤S36:滤波器截止频率衰减； W-定系数M乍为衰减系数，对滤波器截止频率时进行衰减并构造新的滤波器截止频率 f new进行滤波，返回执行步骤S34 ; 步骤S37 :判断道路坡度计算结果是否超过限值imax ; 当坡度结果满足滤波结束的判定条件后，再对坡度结果是否超过道路竖曲线设计规范 限值imax进行判定;如果超过限值，则执行步骤S38 ;否则执行步骤S39 ; 步骤S38 :处理超过限值的坡度数据； 对微行程内超过道路竖曲线设计规范限值imax的坡度值，采用等比例压缩的方式将该 微行程内的坡度值压缩到道路竖曲线设计规范W内；将起步加速段和减速停车段内超出± 5%的坡度值等比例压缩到±2% W内，并执行步骤S37; 步骤S39 :判断是否为最后一段微行程； 判断此段微行程是否为最后一段微行程，若是最后一段微行程则执行步骤S4i，否则执 行步骤S3i〇; 步骤S3ig :调取下一段微行程； 选取下一段微行程数据作为计算对象，并执行步骤S3i。6. 根据权利要求5所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 所述样条插值方法的范围是2-5次样条插值； 所述功率谱密度上限值95 % ^ A ^ 99.9 % ; 所述零相移己特沃斯滤波器阶数范围是2-6阶； 所述的衰减系数0.9 <入< 0.99。7. 根据权利要求1所述的一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法，其特征 在于： 步骤S4所述的转化坡度-时间i4-t4序列包括W下步骤： 步骤S4i:合并微行程计算结果； 对步骤S39计算得到的微行程内的坡度-里程i3-S3数据进行合并，得到整个行程的坡 度-里程i4-S4数据； 步骤S42 :坡度-时间i4-t4数据转换与输出； 根据坡度-里程i4-S4数据和里程-时间Sl-tl数据，依据行驶距离一致运一原则，结合线 性插值方法，转换得到道路坡度-时间i4-t4数据，作为最终计算结果输出。
【专利摘要】本发明涉及一种基于道路线形和频谱特征的道路坡度计算方法,解决现有的汽车运行工况设计中因道路坡度信息存在的对GPS信号依赖性强、误差大而无法应用于运行工况设计的问题，包括以下步骤：1、采集数据及建立原始数据库Database；2、处理数据：将原始数据库Database中的数据降频，设置怠速时刻的海拔值为统一值hidle，将行驶段划分为若干个微行程，并将微行程距离小于设定限值smin的微行程合并到相邻的微行程中；3、计算微行程内坡度-里程i3-s3；4、转化坡度-时间i4-t4序列：对步骤S3计算出的微行程内坡度-里程i3-s3数据进行合并，并将合并后整体的坡度-里程i4-s4数据按照车辆的里程-时间s1-t1数据转化为坡度-时间i4-t4数据输出。<!-- 2 -->
【IPC分类】G01C9/00
【公开号】CN105651254
【申请号】
【发明人】施树明, 马力, 岳柄剑, 张曼
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年2月23日