CN107036630A - 一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法 - Google Patents

一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法,该***包括:GPS模块,用于采集预警装置的经纬度、速度及方向夹角信息;GSensor模块,用于实时采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值;MCU,用于实时采集GPS模块和GSensor模块的数据,并发送给主控处理器;以及主控处理器,用于根据接收的数据计算出车辆前部正方向的xyz自然坐标系的轴夹角,从而实现自动识别与校准预警装置的安装角度。本发明对GPS模块和加速度传感器采集的方向数据及刹车数据进行分析,计算出预警装置安装的角度,及加速度传感器的xyz轴与车辆坐标系xyz轴的轴夹角,从而可以对预警装置的安装角度不做要求,可平放、倒放及侧放都可以,施工人员操作简单,方便快捷。

Description

一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法
技术领域
本发明涉及车载终端,尤其涉及一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法。
背景技术
随着中国经济的快速增长,汽车保有量在中国每年以数百万辆的速度增加。随着道路车辆增多,驾驶员因疲劳、疏忽等原因不能及时发现与前车追尾的危险,造成追尾事故的发生事件时有发生。
为了提升驾驶的安全性,往往通过设备端的MCU来采集车辆的开关量(刹车,转向灯等)、AD(油量)、GPS数据以及汽车CAN总线的数据,设备端通过智能算法来判断当前驾驶行为是否在合理范围之内,然后通过数据储存或者通过专门的交通部标808协议远程传输到后端,以方便调取数据资料来规范司机的驾驶行为。
但,现有的***、算法过于复杂,对设备端在车内的安装位置、安装方向有严格要求,同时安装完成后对参数的设置及其要求根据安装位置进行对应参数设置,这样安装施工人员将会无从下手,操作极其复杂,而且很容易因设置不当导致无法应用。
因此,现有技术存在缺陷,需要改进。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法。
本发明的技术方案如下:本发明提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***,包括:
GPS模块,用于采集预警装置的经纬度、速度及方向夹角信息,并负责采集首次矫正时辅助识别预警装置的安装方向;
GSensor模块,用于实时采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值;
MCU,用于实时采集GPS模块和GSensor模块的数据,并将采集到的数据发送给主控处理器;
以及主控处理器,用于分析GPS模块及GSensor模块发送过来的数据信息,计算出车辆前部正方向的xyz自然坐标系的轴夹角,从而实现自动识别与校准预警装置的安装角度。
所述GPS模块采用NEO-6M芯片制作而成,所述GSensor模块采用MMA8653FCR1芯片制作而成。
所述主控处理器采用Hi3520d芯片制作而成,所述MCU采用STM8S207R8芯片制作而成。
本发明还提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,包括以下步骤:
步骤1、将预警装置安装于车辆上;
步骤2、驾驶该车辆在平坦的路上直线行驶一定时间,之后进行急刹车,使得车辆完全停止运动,在该过程中利用GPS模块采集车辆位置信息,并在车辆刹车时,采用GSensor模块采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值XB、YB及ZB
步骤3、将GSensor模块采集到的数据和GPS模块采集到的车辆位置信息发送给主控处理器,主控处理器根据公式计算出车辆前部正方向的xyz坐标系的轴夹角,以实现自动识别与校准预警装置的安装角度,从而完成智能校正。
所述步骤3中,对车辆预警装置的校正包括静态校正以及动态校正,当GSensor模块检测到车辆处于静止状态时,自动进行静态校正,当GSensor模块检测到车辆处于运动状态,结合GPS模块采集到的位置信息,自动完成动态校正。
在所述步骤2中的一定时间为6秒以上,车辆的行驶速度达到20Km/H。
在所述步骤2中车辆在平坦的路上直线行驶,高度差小于0.5米。
所述GSensor模块包括一加速度传感器。
所述步骤2中是通过GPS模块来检测车辆是否直线运动、车辆是否颠簸以及车辆的刹车过程。
采用上述方案,本发明提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法,对GPS模块和加速度传感器采集的方向数据及刹车数据进行分析,计算出预警装置安装的角度,及加速度传感器的xyz轴与车辆坐标系xyz轴的轴夹角,从而可以对预警装置的安装角度不做要求,可平放、倒放及侧放都可以,施工人员操作简单,方便快捷;该预警装置安装完成后,会在汽车驾驶过程中自动识别安装方向角度完成首次参数识别矫正,完成后即可进行各类事件分析、预警,无需人员主动进行安装位置对于参数的调整。
附图说明
图1为本发明动识别***的功能框架示意图。
图2为本发明中MCU及GSensor模块的电路图。
图3为本发明中主控处理器的电路图。
图4为本发明中GPS模块的电路图。
图5为本发明中加速度传感器各个轴的加速度分量示意图。
图6为本发明中加速度传感器原始坐标系示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例,对本发明进行详细说明。
请参阅图1,本发明提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***,包括:GPS模块、GSensor模块、MCU以及主控处理器。所述GPS模块,用于采集预警装置的经纬度、速度及方向夹角信息,并负责采集首次矫正时辅助识别预警装置的安装方向。所述GSensor模块用于实时采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值。所述MCU分别与所述GPS模块及GSensor模块连接,用于实时采集GPS模块和GSensor模块的数据,并将采集到的数据发送给主控处理器。所述主控处理器与所述MCU连接,用于分析GPS模块及GSensor模块发送过来的数据信息,计算出车辆前部正方向的xyz自然坐标系的轴夹角,从而实现自动识别与校准预警装置的安装角度。
在本实施例中,所述GPS模块采用NEO-6M芯片制作而成,如图4所示,所述GSensor模块采用MMA8653FCR1芯片制作而成,如图2所示。所述主控处理器采用Hi3520d芯片制作而成,如图3所示,所述MCU采用STM8S207R8芯片制作而成,如图2所示。
上述车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***的自动识别方法,包括以下步骤:
步骤1、将预警装置安装于车辆上。
将该预警装置安装于车辆上时,可以随意安装,对安装位置和安装角度没有任何要求,安装方便快捷,而且不会发生因操作不当而导致无法使用的情况。
步骤2、驾驶该车辆在平坦的路上直线行驶一定时间,之后进行急刹车,使得车辆完全停止运动,在该过程中利用GPS模块采集车辆位置信息,并在车辆刹车时,采用GSensor模块采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值XB、YB及ZB
在该步骤中,所述一定时间为6秒以上,且车辆在平坦的路上直线行驶,行驶速度达到20Km/H,高度差小于0.5米,以保证所述GPS模块及GSensor模块能够保持持续的稳定数据。所述GPS模块与GSensor模块的电路图如图2与图4所示。
GPS模块输出的数据包括:经纬度、车辆速度、方向夹角,此三项目数据仅仅在预警装置首次自动校准完成前使用,目的是夹角辅助配合算法识别车辆的行驶方向、经纬度,该GPS模块用于防止校准参数过程中车辆颠簸,检测车辆速度以识别刹车过程。
步骤3、将GSensor模块采集到的数据和GPS模块采集到的车辆位置信息发送给主控处理器,主控处理器根据公式计算出车辆前部正方向的xyz坐标系的轴夹角,以实现自动识别与校准预警装置的安装角度,从而完成智能校正。
所述GSensor模块包括一加速度传感器,可以实时采集其内部地球静止加速度1g在各个轴上的加速度分量,如图5所示。
加速度传感器原始坐标系如图6所示,使用Z-Y-X欧拉角描述载体坐标系B相对于世界坐标系W的姿态,Z-Y-X欧拉角就是指:初始状态B系与W系重合,然后B系先绕ZB轴旋转一个角度a1,然后绕YB轴旋转一个角度a2,然后绕XB轴旋转一个角度a3,得到了B系(也就是飞行器或其他东西的最终姿态)。这种欧拉角顺序被称为“航空次序欧拉角(aerospacesequence Euler angles)”。
a1通常用Ψ表示,代表方向或偏航(heading or yaw);
a2通常用θ表示,代表升降或俯仰(elevation or pitch);
a3通常用φ表示,代表倾斜或横滚(bank or roll)。
计算欧拉角:
进行坐标转换,汽车坐标系下的一个已知矢量rV=(XV,YV,ZV)与其对应的终端坐标系下的矢量rB=(XB,YB,ZB)之间的关系可以表示为:
其中:(XV,YV,ZV)为已知三轴的加速度值,(XB,YB,ZB)为待求设备终端的加速度值。
在该步骤3中,对车辆预警装置的校正包括静态校正以及动态校正。当GSensor模块检测到车辆处于静止状态时,自动进行静态校正;当GSensor模块检测到车辆处于运动状态,结合GPS模块采集到的位置信息,当车辆直线行驶达到一定速度(优选大于20Km/H),然后进行刹车(不需要刻意刹车),自动完成动态校正。下面介绍校正的具体处理过程。
步骤一:静止校正
静止校正时机:上电后判断ACC线状态,如果ACC为off状态,并且加速度传感器判断为无运动,则认为车辆静止,则进行静态校正。
假设汽车参考坐标系下的加速度等于重力加速度,即:
把式(2)代入上面的式(1)可解得θ、φ,其中重力加速度g量化为常数1,结果如下:
(静态校正时,若发现加速度计上下反转即θ<0;则:θ+180°)
其中公式(4)中为防止Z轴为零加入校正因子μ,避免分母为零。
步骤二:动态校正
动态校正时机:1、处理多个GPS模块的定位数据,累积航向角变化小于3,累积高度变化小于2,每秒速度变化负最大值小于阈值(急刹车加速度阈值除以2得出),平均速度>20km/h,上述条件同时成立,则进行执行动态校正。
假设汽车坐标系为地球坐标系,判断GPS偏航角持续变化未超过一定值。在通过判断GPS速度变化来判断车辆刹车情况,从而进行动态校正计算出Ψ。
设加速度计的三个分量为:
将式(6)代入式(1):
其中n是匀速状态下刹车X轴的加速度;将g当作常量代入式(7),结合式(1)和式(7),约去n可解得Ψ:
(静态校正时,若θ>45°或φ>45°时,即X轴加速度|x|>0.5或Y轴加速度|y|>0.5时,三轴作重映射,将X轴映射为Z轴或将Y轴映射为Z轴)
以上通过步骤一计算出θ、φ,通过步骤二计算出Ψ。
步骤三:汽车加速度计算
利用公式(1)进行转置后变成公式(9),
将得到欧拉角θ、φ、Ψ带入公式(9)后,即可得到汽车各方向上的加速度值。
校准需要依赖急刹车阈值,对于不同应用场合需适配不同的值,如大货车和小矫车差别很大。所有阈值初始化为0,应用程序至少需对阈值进行一次有效的(非0且合理的)设置,才能进行校准和正常运行。
通过实车多次测试,根据经验阈值判断即可得出驾驶行为状态。默认轿车的经验加速度阈值如下:
(1)撞车参数,默认为1g;
(2)翻车参数,默认为30°(0.86g);
(3)运动变化量参数,默认为0.02g;
(4)变化量在阈值范围内持续时间认为静止,默认值为10S;
(5)急刹车参数,默认为0.30g;
(6)急加速参数,默认为0.30g;
(7)急左转弯参数,默认为0.30g;
(8)急右转弯参数,默认为0.30g。
撞车判断:非翻车状态下,加计车辆X,Y轴分量的平方和大于阈值;
翻车判断:z_real小于阈值,且持续5s;
急刹车判断:定位无效时,x_real<0,x_real绝对值大于阈值,定位有效时,需要加入条件——GSensor模块获取的减速速度最大变化量大于急刹阈值*0.6;
急加速判断:定位无效时,x_real>0,x_real绝对值大于阈值,定位有效时,需要加入条件——GSensor模块获取的速度最大变化量大于急加速阈值*0.6;
急转弯判断:定位无效时,y_real绝对值大于阈值,定位有效时,需要加入条件——GSensor模块获取的角度变化量大于40。
通过上述模型算法识别车辆行驶过程是否出现侧翻、翻车、急加速、急减速、急左转、急右转弯、前追尾、后追尾、左碰撞、右碰撞等事件,从而完成预警的目的。
综上所述,本发明提供一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***及方法,对GPS模块和加速度传感器采集的方向数据及刹车数据进行分析,计算出预警装置安装的角度,及加速度传感器的xyz轴与车辆坐标系xyz轴的轴夹角,从而可以对预警装置的安装角度不做要求,可平放、倒放及侧放都可以,施工人员操作简单,方便快捷;该预警装置安装完成后,会在汽车驾驶过程中自动识别安装方向角度完成首次参数识别矫正,完成后即可进行各类事件分析、预警,无需人员主动进行安装位置对于参数的调整。
以上仅为本发明的较佳实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***,其特征在于,包括:
GPS模块,用于采集预警装置的经纬度、速度及方向夹角信息,并负责采集首次矫正时辅助识别预警装置的安装方向;
GSensor模块,用于实时采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值;
MCU,用于实时采集GPS模块和GSensor模块的数据,并将采集到的数据发送给主控处理器;
以及主控处理器,用于分析GPS模块及GSensor模块发送过来的数据信息,计算出车辆前部正方向的xyz自然坐标系的轴夹角,从而实现自动识别与校准预警装置的安装角度。
2.根据权利要求1所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***,其特征在于,所述GPS模块采用NEO-6M芯片制作而成,所述GSensor模块采用MMA8653FCR1芯片制作而成。
3.根据权利要求1所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别***,其特征在于,所述主控处理器采用Hi3520d芯片制作而成,所述MCU采用STM8S207R8芯片制作而成。
4.一种车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将预警装置安装于车辆上;
步骤2、驾驶该车辆在平坦的路上直线行驶一定时间,之后进行急刹车,使得车辆完全停止运动,在该过程中利用GPS模块采集车辆位置信息,并在车辆刹车时,采用GSensor模块采集模块内部坐标系上三个方向的加速度值XB、YB及ZB
步骤3、将GSensor模块采集到的数据和GPS模块采集到的车辆位置信息发送给主控处理器,主控处理器根据公式计算出车辆前部正方向的xyz坐标系的轴夹角,以实现自动识别与校准预警装置的安装角度,从而完成智能校正。
5.根据权利要求4所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,所述步骤3中,对车辆预警装置的校正包括静态校正以及动态校正,当GSensor模块检测到车辆处于静止状态时,自动进行静态校正,当GSensor模块检测到车辆处于运动状态,结合GPS模块采集到的位置信息,自动完成动态校正。
6.根据权利要求4所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,在所述步骤2中的一定时间为6秒以上,车辆的行驶速度达到20Km/H。
7.根据权利要求4所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,在所述步骤2中车辆在平坦的路上直线行驶,高度差小于0.5米。
8.根据权利要求4所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,所述GSensor模块包括一加速度传感器。
9.根据权利要求4所述的车辆驾驶预警装置安装角度的自动识别方法,其特征在于,所述步骤2中是通过GPS模块来检测车辆是否直线运动、车辆是否颠簸以及车辆的刹车过程。
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