CN105523084A - 一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆监控领域，特别涉及一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法。本发明公开了一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，首先，对三轴加速度传感器进行初始状态标定；接着，获取三轴加速度传感器的加速度矢量数据，算出在车辆行进方向上的加速度矢量分量和在垂直于车辆行进方向的侧向加速度矢量分量获取同时刻的车辆的行进速度矢量然后，根据加速度矢量分量侧向加速度矢量分量和行进速度矢量算出车辆在Δt时间内转弯的角度θ_i,进而计算整个转弯过程中总的转弯角度θ_total。本发明成本低，实现简便，准确度也能满足实际应用的要求。

Description

一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法

技术领域

本发明属于车辆监控领域，具体地涉及一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的提高，汽车的数量越来越多，而汽车数量的增多也导致交通事故增多，在交通事故处理过程中，发生事故时的行车状态则是一种非常重要的分析手段，可以用于分析驾驶行为是否违规，行车状态包括急加速、急减速、急转弯等。另一方面，随着车联网行业的发展，基于车辆OBD(车载诊断***)或CAN(控制器局域网络)接口接入车辆内部总线，并且带定位和无线通信的车载终端在车辆上的使用越来越广泛，其主要目的是用于车况数据采集、司机驾驶行为检测及行驶数据采集及汇报等。其中，驾驶行为包括急加速、急减速、急转弯、急刹车等；检测急转弯，通常需要附带检测车辆转弯的角度，目前现有的方案通常采用陀螺仪器件来实现转弯角度和角速度检测，如公开专利：CN102211612A，虽然实现起来较简单，但成本较高。

发明内容

本发明目的在于为解决上述问题而提供一种检测成本低，实现简便的基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法。

本发明公开了一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，包括如下步骤：

A10，对三轴加速度传感器进行初始状态标定。

A20，获取三轴加速度传感器的加速度矢量数据，算出在车辆行进方向上的加速度矢量分量和在垂直于车辆行进方向的侧向加速度矢量分量获取同时刻的车辆的行进速度矢量

A30，根据加速度矢量分量侧向加速度矢量分量和行进速度矢量算出车辆在Δt时间内转弯的角度θ_i，其计算公式为

${\mathrm{\θ}}_i=arcsin\left(\frac{\left|{\stackrel{\→}{A}}_w\right|\·\mathrm{\Δ}t}{\sqrt{{\left(\right|{\stackrel{\→}{A}}_w|\·\mathrm{\Δ}t)}^2+{\left(\right|\stackrel{\→}{V}+\stackrel{\→}{A_f}\·\mathrm{\Δ}t\left|\right)}^2}}\right)$

进一步的，还包括步骤A40，检测一次转弯过程总的转弯角度，具体方法为：

当侧向加速度矢量分量≥设定阈值M，开始进行角度检测，当侧向加速度矢量分量＜设定阈值M或侧向加速度矢量分量的方向发生突变时，结束角度检测，则一次转弯过程总的转弯角度为其中，θ_i为第i个Δt时间内的转弯角度，n＝t/Δt取整数，t为该次转弯过程持续时间。

更进一步的，所述侧向加速度矢量分量的方向发生突变的判断方法为：计算 $\mathrm{mod}1=|{{\stackrel{\→}{A}}_w}^{\′}-{\stackrel{\→}{A}}_w|.$ 和 $\mathrm{mod}2=|{{\stackrel{\→}{A}}_w}^{\′}+{\stackrel{\→}{A}}_w|,$ 若mod1>mod2，则与反向，即方向发生了突变，其中，与为相邻的两个侧向加速度矢量分量。

进一步的，所述步骤A10中，初始状态标定包括重力影响矢量标定和车辆行进方向矢量标定。

进一步的，所述步骤A20中，车辆的行进速度矢量的模由车辆OBD或CAN总线获取，方向由车辆行进方向矢量确定。

本发明的有益技术效果：

本发明采用三轴加速传感器即可判断急转弯，并计算出转弯角度，较之陀螺仪等，大大降低了成本低；且简便易于实现，计算精度能满足一般应用场景的要求。

附图说明

图1为本发明实施例的流程图；

图2为本发明实施例合加速度的三轴分解示意图；

图3为本发明实施例的转弯角度计算示意图；

图4为本发明实施例的相邻的两个侧向加速度矢量同向示意图；

图5为本发明实施例的相邻的两个侧向加速度矢量反向示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1至5所示，一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，包括如下步骤：

A10，对三轴加速度传感器进行初始状态标定。

本具体实施例中，三轴加速度传感器可以是压阻式三轴加速度传感器、压电式三轴加速度传感器或电容式三轴加速度传感器，对其进行初始状态定标，包括重力影响矢量标定和车辆行进方向矢量标定，具体方法为：

重力影响矢量标定：车辆停在水平路面上，多次读取水平静止状态下的加速度矢量数据，取算术平均并存储到非易失性存储器中。

车辆行进方向矢量标定：车辆开始向前加速行驶，当读取到第一个速度>5km/h(当然，在其它实施例中，不限于5km/h，可由技术人员根据实际情况进行设定)时的加速度矢量，标定为车辆行进方向矢量并存储到非易失性存储器中。

A20，获取三轴加速度传感器的加速度矢量数据，算出在车辆行进方向上的加速度矢量分量和在垂直于车辆行进方向的侧向加速度矢量分量获取同时刻的车辆的行进速度矢量

具体的，处理单元(本实施例中为单片机或MCU处理器)每隔Δt时间(Δt取值越小，则计算结果越准确，但考虑到实际情况和计算复杂程度，Δt不可能取得太小，本具体实施中，Δt取值为200ms)读取一次三轴加速度传感器的实时合加速度矢量算出在车辆行进水平面上的加速度矢量分量在车辆行进方向上的加速度矢量分量和在垂直于车辆行进方向的侧向加速度矢量分量计算过程如下：

${\stackrel{\→}{A}}_s=\stackrel{\→}{A}-\stackrel{\→}{G}$

${\stackrel{\→}{A}}_f=\left|{\stackrel{\→}{A}}_s\right|\·cos\mathrm{\α}\·\frac{{\stackrel{\→}{A}}_{f0}}{\left|{\stackrel{\→}{A}}_{f0}\right|}=\frac{{\stackrel{\→}{A}}_s\·{\stackrel{\→}{A}}_{f0}}{\left|{\stackrel{\→}{A}}_{f0}\right|}\·\frac{{\stackrel{\→}{A}}_{f0}}{\left|{\stackrel{\→}{A}}_{f0}\right|}$

${\stackrel{\→}{A}}_w={\stackrel{\→}{A}}_s-{\stackrel{\→}{A}}_f$

其中，α为加速度矢量分量和加速度矢量分量的夹角，如图2所示。

获取同时刻的车辆的行进速度矢量的具体方法为：处理单元通过车辆OBD或CAN总线(当然，在其它实施例中，也可以采用其它方式获取，如采用速度传感器进行获取)读取车辆的行进速度矢量的模，并赋予车辆行进方向为其矢量方向，即得到行进速度矢量

A30，根据加速度矢量分量侧向加速度矢量分量和行进速度矢量算出车辆在Δt时间内转弯的角度θ_i。本案发明人经过锐意研究后，计算出：

和的关系如图3所示，根据图3即可计算出在Δt时间内车辆转弯的角度θ_i：

${\mathrm{\θ}}_i=arcsin\left(\frac{\left|{\stackrel{\→}{A}}_w\right|\·\mathrm{\Δ}t}{\sqrt{{\left(\right|{\stackrel{\→}{A}}_w|\·\mathrm{\Δ}t)}^2+{\left(\right|\stackrel{\→}{V}+{\stackrel{\→}{A}}_f\·\mathrm{\Δ}t\left|\right)}^2}}\right)$

其中，为与间隔Δt时间的车辆的行进速度矢量，m为传感器的质量。

A40，检测一次转弯过程总的转弯角度θ_total，具体方法为：

当侧向加速度矢量分量≥设定阈值M(本实施例中，M为500mm/s²，当然，在其它实施例中，M的值可以由技术人员根据实际需要进行设定，设置M的目的在于避免一些无效计算，减轻处理单元的计算量)，开始进行角度检测，每隔Δt时间检测一次转弯角度，直到侧向加速度矢量分量＜设定阈值M或侧向加速度矢量分量的方向发生突变时，结束角度检测，则一次转弯过程总的转弯角度其中，θ_i为第i个Δt时间内的转弯角度，n＝t/Δt取整数，t为一次转弯过程的持续时间。

具体的，侧向加速度矢量分量的方向发生突变的判断方法为：计算 和若mod1<mod2，则与同向，如图4所示；若mod1>mod2，则与反向，如图5所示，即方向发生了突变，其中，与为相邻的两个侧向加速度矢量分量。

此外，通过将侧向加速度矢量分量与设定阈值进行比较，如果侧向加速度矢量分量大于设定阈值，则可判断为急转弯，可以非常简便地通过三轴加速度传感器来判断车辆是否进行急转弯。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

A10，对三轴加速度传感器进行初始状态标定；

A20，获取三轴加速度传感器的加速度矢量数据，算出在车辆行进方向上的加速度矢量分量和在垂直于车辆行进方向的侧向加速度矢量分量获取同时刻的车辆的行进速度矢量

A30，根据加速度矢量分量侧向加速度矢量分量和行进速度矢量算出车辆在Δt时间内转弯的角度θ_i，其计算公式为

。

2.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，其特征在于：还包括步骤A40，检测一次转弯过程总的转弯角度，具体方法为：

开始进行角度检测， 或侧向加速度矢量分量的方向发生突变时，结束角度检测，则一次转弯过程总的转弯角度为其中，θ_i为第i个Δt时间内的转弯角度，n＝t/Δt取整数，t为该次转弯过程持续时间。

3.根据权利要求2所述的基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，其特征在于：所述侧向加速度矢量分量的方向发生突变的判断方法为：计算和若mod1>mod2，则与反向，即方向发生了突变，其中，与为相邻的两个侧向加速度矢量分量。

4.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，其特征在于：所述步骤A10中，初始状态标定包括重力影响矢量标定和车辆行进方向矢量标定。

5.根据权利要求1所述的基于三轴加速度传感器检测车辆转弯角度的方法，其特征在于：所述步骤A20中，车辆的行进速度矢量的模由车辆OBD或CAN总线获取，方向由车辆行进方向矢量确定。