CN113960329A - 一种乘坐舒适度的指示装置及指示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种乘坐舒适度的指示装置及指示方法。该指示装置包括底座，用于放置在车辆水平面上；弹性支撑件，弹性支撑件的第一端固定在底座的顶面，弹性支撑件的第二端能够相对弹性支撑件的第一端弹性摆动；支撑部，支撑部安装在弹性支撑件的第二端；传感器测量模块，安装于支撑部上远离底座的一侧，用于计算并显示舒适度指数。本发明能够模拟出与乘客相同的前倾和后仰的趋势，从而可以有效的指示目前运行车辆的乘坐舒适度，进而促使驾驶员产生调整驾驶操作的意愿，以提高对车辆的操控性，从而使得车辆行驶更加平稳，形成乘坐舒适度的闭环反馈调节，一方面可以给驾驶员警示，另一方面可作为驾驶技术及安全服务意识的评估参考指标之一。

Description

一种乘坐舒适度的指示装置及指示方法

技术领域

本发明涉及一种乘坐舒适度的指示装置，同时涉及相应的乘坐舒适度的指示方法，属于车辆驾驶技术领域。

背景技术

在车辆行驶的过程中，因为驾驶员对车辆绝对的掌控，精神高度集中，而加速以及刹车的操作也是基于对前方周围环境情况的综合预判，所以驾驶员从身心上都提前做好准备，进而导致在加速和刹车时，驾驶员不会有明显的“猛推背”和“急前倾”的感觉。但是，对于乘坐车辆的乘客而言，特别是坐在后排的乘客，对于加速和刹车时的推背和前倾的感觉会很明显。特别是“猛推背”和“急前倾”的感觉会让乘客对车辆安全担忧，极大影响乘坐的舒适度。

对于乘坐车辆的婴儿及少数青少年而言，因神经***发育还不健全，前庭功能可能不完善。乘车时，由于行进中不断变换方向，宝宝的头部位置不断改变，并且加速、减速使身体作直线变速或旋转运动，就会使宝宝的前庭器官受到较强的刺激，如过刺激太强，超过前庭器官的耐受限度，造成姿势调节障碍和植物神经功能紊乱，就会出现眩晕、恶心、呕吐等反应。

因此，目前亟待一种能够指示运行的车辆的乘坐舒适度的装置，可以给驾驶员提醒目前乘客的感受，进而间接的影响驾驶员的驾驶操作，形成一个乘坐舒适度的闭环反馈调节。

发明内容

本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种乘坐舒适度的指示装置，以提高乘客的乘坐舒适度。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种乘坐舒适度的指示方法。

为实现上述技术目的，本发明采用以下的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种乘坐舒适度的指示装置，包括：

底座，用于放置在车辆水平面上；

弹性支撑件，所述弹性支撑件的第一端固定在所述底座的顶面，所述弹性支撑件的第二端能够相对所述弹性支撑件的第一端弹性摆动；

支撑部，所述支撑部安装在所述弹性支撑件的第二端；

传感器测量模块，安装于所述支撑部上远离所述底座的一侧，用于计算并显示舒适度指数。

其中较优地，所述传感器测量模块包括电源模块、三轴加速度模块、单片机以及指示执行模块，所述三轴加速度模块、单片机以及指示执行模块均与所述电源模块电连接；

所述三轴加速度模块与所述单片机电连接，以用于检测当前时刻下车辆的三个方向的瞬时加速度值并反馈给所述单片机；其中，车辆的行驶方向定义为Y轴方向、水平面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为X轴方向，竖直面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向；

所述指示执行模块与所述单片机电连接，以用于显示舒适度指数；

所述单片机用于完成三轴加速度的配置，数据的读取和分析，以及驱动所述指示执行模块显示所述舒适度指数。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种乘坐舒适度的指示方法，包括以下步骤：

初始化传感器测量模块，并进行数据配置；

判断某一时段的数据是否更新，若数据更新，则读取数据后解算Z轴倾角并存入缓存区；若数据未更新，则持续数据更新判断，直至所述数据更新；其中，车辆的行驶方向定义为Y轴方向、水平面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为X轴方向，竖直面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向；

判断累计采样点数是否达到设定数量N，若累计采样点数达到N个，则分析Z轴倾角分布，计算出舒适度指数；若累计采样点数未达到N个，则持续累计采样，直至累计采样点数达到N个；

通过传感器测量模块显示舒适度指数，并清空缓存；

返回数据更新判断步骤，判断下一时段的数据是否更新。

其中较优地，若数据更新，则读取数据后解算Z轴倾角并存入缓存区，具体包括如下子步骤：

通过传感器测量模块读取X、Y、Z三个方向更新后的瞬时加速度值，分别为A_x(n)、A_y(n)、A_z(n)；

按照公式解算出Z轴倾角γ(n)并存入缓存区；

其中较优地，若累计采样点数达到N个，则分析Z轴倾角分布，计算出舒适度指数，具体包括如下子步骤：

对Z轴倾角进行分布估计；

筛选出有效的数据集供后续模型参数训练；

通过模型参数训练给出最优的参数估计值；

根据所述参数估计值判决输出舒适度指数。

其中较优地，所述对Z轴倾角进行分布估计，具体包括如下子步骤：

令数据集的更新频率为f_u，则N＝1/(f_u*T_s)；

对Z轴倾角γ(n)，n＝0，...，N－1做M等级的直方图统计，得到分布序列D(i)，i＝0，...，M－1；其中，M为直方图统计的区间的个数，i为统计区间的索引。

其中较优地，所述筛选出有效的数据集供后续模型参数训练，具体包括如下子步骤：

令数据筛选后的有效数据集为S，所述有效数据集S中的元素由序列D(i)的非零元素组成，

其中较优地，所述通过模型参数训练给出最优的参数估计值，具体包括如下子步骤：

假设所述有效数据集S中总共有K个元素，定义其中元素为(k，s_k)，k＝0，...，K－1；

按照代价函数，训练得到参数估计值

c_o，

其中，

c为模型参数，

代表了分布曲线的凹凸性，c代表了倾角的稳态期望。

其中较优地，所述根据所述参数估计值判决输出舒适度指数，具体包括如下子步骤：

所述舒适度指数

按照如下公式计算：

其中，ε为***可调参数，ε的值越大，则舒适度指数计算对所述分布估计值越不敏感，反之，则对所述分布估计值越敏感。

其中较优地，所述初始化传感器测量模块，并进行数据配置具体包括如下子步骤：

初始化缓冲区数据，并复位传感器测量模块中的三轴加速度模块；

配置定时器、看门狗及定时中断响应程序；

其中，所述定时中断响应程序包括读取三轴加速度瞬时数据，并更新三轴加速度瞬时数据和标记。

本发明所提供的乘坐舒适度的指示装置，可安装在车辆上，当车辆加速或者急刹的时候，因为惯性的作用，传感器测量模块会模拟出与乘客相同的前倾和后仰的趋势，通过弹性支撑件的作用，会将这种前倾和后仰的趋势转化为传感器测量模块在预设方向上的倾角的变化，从而可以有效的指示目前运行车辆的乘坐舒适度。最后，通过传感器测量模块对舒适度指数进行显示。舒适度指数显示后，可以给驾驶员提醒目前乘客的感受，进而促使驾驶员产生调整驾驶操作的意愿，以提高对车辆的操控性，从而使得车辆行驶更加平稳，由此，形成一个乘坐舒适度的闭环反馈调节，一方面可以给驾驶员警示，另一方面也可以作为驾驶技术及安全服务意识的评估参考指标之一。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种乘坐舒适度的指示装置的结构示意图；

图2为本发明实施例，传感器测量模块的结构示意图；

图3为本发明实施例，三轴加速度模块的三轴加速方向的示意图；

图4为本发明实施例，乘坐舒适度的闭环反馈调节的原理图；

图5为本发明实施例，乘坐舒适度指示的方法的流程图；

图6为本发明实施例，定时中断响应程序的流程图；

图7为本发明实施例，三轴加速度模块位置变化后三轴加速方向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

图1所示为本发明实施例提供的一种乘坐舒适度的指示装置。该指示装置至少包括：底座1、弹性支撑件2、支撑部3和传感器测量模块4。

其中，底座1作为其他部件的安装基础，用于放置在车辆水平面上，例如：通过粘胶的方式将底座1固定在车辆的水平面内。本发明实施例中，底座1呈圆盘状，在其他实施例中也可以是其他形状，例如：三角形、矩形、多边形、椭圆形、菱形等，在此不做限定。同时，底座1的材料可根据需要进行适应性选择，优选为金属，当然也可以是塑料。

弹性支撑件2的第一端固定在底座1的顶面，弹性支撑件2的第二端能够相对弹性支撑件2的第一端弹性摆动。在本发明实施例中，弹性支撑件2优选为支撑弹簧，但不限定于该弹性支撑件2的具体类型，该支撑弹簧的第一端通过固定螺钉11固定在底座1的顶面(也可以通过焊接的方式将支撑弹簧的第一端固定在底座1的顶面)，该支撑弹簧的第二端为自由端，从而使得支撑弹簧的第二端能够相对支撑弹簧的第一端弹性摆动。

支撑部3安装在弹性支撑件2的第二端，以作为传感器测量模块4的安装基础。在本发明实施例中，支撑部3呈圆盘状，容易理解的是，在其他实施例中，支撑部3还可以是其他形状，例如：三角形、矩形、多边形、椭圆形、菱形等各种形状，在此不做限定。

传感器测量模块4安装于支撑部3上远离底座1的一侧，以用于计算并显示舒适度指数。具体的，参照图2所示，传感器测量模块4包括电源模块41、三轴加速度模块42、单片机43以及指示执行模块44；三轴加速度模块42、单片机43以及指示执行模块44均与电源模块41电连接，从而通过电源模块41为其他部件供电。

同时，三轴加速度模块42与单片机43电连接，以用于检测当前时刻下车辆的三个方向的瞬时加速度值并反馈给单片机43，本发明实施例中，三轴加速度模块42主要包含适配电路和三轴加速度计，其中，参照图3所示，车辆的行驶方向定义为Y轴方向、水平面内与Y轴方向垂直的方向定义为X轴方向，竖直面内与Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向。单片机43包含晶振以及常规适配接口电路，以用于完成三轴加速度的配置，数据的读取和分析，以及驱动指示执行模块44显示舒适度指数。指示执行模块44与单片机43电连接，该指示执行模块44包含声光报警装置以及显示模块，以用于通过警示声或指示画面的方式显示舒适度指数。

由此，通过在车辆上安装该指示装置，当车辆加速或者急刹的时候，因为惯性的作用，传感器测量模块4会模拟出与乘客相同的前倾和后仰的趋势，通过支撑弹簧的作用，会将这种前倾和后仰的趋势转化为传感器测量模块4在预设方向上的倾角的变化，从而可以有效的指示目前运行车辆的乘坐舒适度，通过传感器测量模块4中的指示执行模块44能够对舒适度指数进行显示。

参照图4所示，当舒适度指数显示后，可以给驾驶员提醒目前乘客的感受，进而促使驾驶员产生调整驾驶操作的意愿，以提高对车辆的操控性，从而使得车辆行驶更加平稳，由此，形成一个乘坐舒适度的闭环反馈调节，一方面可以给驾驶员警示，另一方面也可以作为驾驶技术及安全服务意识的评估参考指标之一。在上述乘坐舒适度的指示装置的基础上，本发明实施例进一步提供一种乘坐舒适度的指示方法。如图5所示，该指示方法至少包括以下步骤：

S1：初始化传感器测量模块，并进行数据配置。

具体的，包括步骤S11～S12：

S11：初始化缓冲区数据，并复位传感器测量模块中的三轴加速度模块42；

S12：配置定时器、看门狗及定时中断响应程序；

其中，参照图6所示，定时中断响应程序包括两步，第一步为读取三轴加速度瞬时数据，第二步为更新三轴加速度瞬时数据和标记。该中断响应程序为定时中断触发，其定时间隔为Ts，主要负责驱动特定总线接口去读取三轴加速度计当前三个方向的加速度值，存入缓冲区中，并更新数据更新的标志位，以帮助后续判断数据是否更新。

S2：判断某一时段的数据是否更新，若数据更新，则读取数据后解算Z轴倾角并存入缓存区；若数据未更新，则持续数据更新判断，直至数据更新。

具体的，当完成初始化、看门狗配置、定时器配置和定时中断配置后，需要判断中断响应程序是否将三轴加速度更新，如果数据更新，则可利用更新后的数据进行Z轴倾角的解算(具体解算过程在下文后详述)；如果数据没有更新，则持续对数据进行监控，直至数据更新。

在该步骤中，由于中断响应程序的定时间隔为Ts，则正常情况下，每隔Ts后即可进行一次Z轴倾角的解算，每解算一次Z轴倾角即为一次采样，当累计采样点数达到N后，可进行舒适度指数的计算，其中，数量N可根据实际需要而定，本发明实施例中，N优选为1000。

下面，详细说明Z轴倾角γ(n)的解算过程：

参照图7所示，设当前三轴加速度模块42的位置如图7中虚框立方体所示位置，则通过三轴加速度模块42中的三轴加速度计分别读取X、Y、Z三个方向更新后的瞬时加速度值，分别为Ax(n)、Ay(n)、Az(n)，此时，X、Y、Z三轴分别相对于参考位置(即图3所示的位置)产生了α(n)、β(n)以及γ(n)的夹角。

然后，按照公式解算出Z轴倾角γ(n)并存入缓存区即可，

S3：判断累计采样点数是否达到设定数量N，若累计采样点数达到N个，则分析Z轴倾角分布，计算出舒适度指数；若累计采样点数未达到N个，则持续累计采样，直至累计采样点数达到N个。

具体的，包括步骤S31～S34：

S31：对Z轴倾角进行分布估计。

具体包括步骤S311～S312：

S311：令数据集的更新频率为f_u，则N＝1/(f_u*T_s)。

在本发明的一个优选实施例中，f_u为0.2Hz，N＝1000，则Ts＝1/200。当然，在其它实施例中，f_u也可以为其他值，例如0.3Hz或者0.15Hz等，N也可以为其它值，例如800或1200等。

S312：对Z轴倾角γ(n)，n＝0，...，N－1做M等级的直方图统计，得到分布序列D(i)，i＝0，...，M－1；其中，M为直方图统计的区间的个数，i为统计区间的索引。

S32：筛选出有效的数据集供后续模型参数训练。

具体的，令数据筛选后的有效数据集为S，该有效数据集S中的元素由序列D(i)的非零元素组成，

S33：通过模型参数训练给出最优的参数估计值。

具体包括步骤S331～S332：

S331：假设所述有效数据集S中总共有K个元素，定义其中元素为(k，s_k)，k＝0，...，K－1；

S332：按照代价函数，训练得到参数估计值

c_o，

其中，

c为模型参数，

代表了分布曲线的凹凸性，c代表了倾角的稳态期望。

S34：根据参数估计值判决输出舒适度指数。

具体的，舒适度指数

按照如下公式计算：

其中，ε为***可调参数，ε的值越大，则舒适度指数计算对分布估计值越不敏感，反之，则对分布估计值越敏感。当倾角估计凹凸性不明显并且

很小的时候，主要考虑C的数值大小。

该舒适度指数

具有如下性质：

一、值域在[0，1]之间。

二、舒适度指数的值越小，行车越平稳；舒适度指数的值越大，行车越不平稳(即：推背感或者前倾明显)。

S4：通过传感器测量模块4显示舒适度指数，并清空缓存；

具体的，当舒适度指数

计算完毕后，通过单片机43控制指示执行模块44显示该舒适度指数

其中，指示执行模块44的显示可以包含灯光、声音在内的指示或者警示，在本发明实施例中，参照图5所示，指示执行模块44可以是不同的表情(例如：按照笑脸，无表情，担心，痛苦表示舒适度逐渐降低)，还可以是颜色的标识(例如：从绿色，黄色到红色表示舒适度逐渐降低)。容易理解的是，本发明实施例中通过表情和颜色进行舒适度指数的显示仅为较为简单的两种实现方式，在其他实施例中，可根据需要形成各种形式的显示。

S5：返回数据更新判断步骤，判断下一时段的数据是否更新。

具体的，当上一时段的舒适度指数显示完毕后，需要返回步骤S2，重复步骤S2～S5，以形成循环，从而在车辆行驶过程中，持续进行舒适度指数的显示，有利于提高用户乘车体验。

综上所述，本发明实施例提供的乘坐舒适度的指示装置及指示方法，通过在支撑弹簧上固定三轴加速度传感器，以此来模拟非驾驶员的惯性响应。通过对三轴加速度计的Z轴倾角的分布进行拟合，反映出曲线的凹凸性，并对其凹凸性进行归一化的量化，最后给出舒适度的指数，从而反映当前行车的平稳程度。基于本发明所提供的技术方案，可以有效的指示目前运行车辆的乘坐舒适度，一方面可以给驾驶员警示，形成闭环的控制，提高驾驶员的安全驾驶意识；另一方面也可以作为驾驶技术及安全服务意识的评估参考指标之一，用于驾驶技术考评和出险风险评估。

上面对本发明所提供的乘坐舒适度的指示装置及指示方法进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质内容的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (10)

1.一种乘坐舒适度的指示装置，其特征在于包括：

底座，用于放置在车辆水平面上；

弹性支撑件，所述弹性支撑件的第一端固定在所述底座的顶面，所述弹性支撑件的第二端能够相对所述弹性支撑件的第一端弹性摆动；

支撑部，所述支撑部安装在所述弹性支撑件的第二端；

传感器测量模块，安装于所述支撑部上远离所述底座的一侧，用于计算并显示舒适度指数。

2.如权利要求1所述的指示装置，其特征在于：

所述传感器测量模块包括电源模块、三轴加速度模块、单片机以及指示执行模块，所述三轴加速度模块、单片机以及指示执行模块均与所述电源模块电连接；

所述三轴加速度模块与所述单片机电连接，以用于检测当前时刻下车辆的三个方向的瞬时加速度值并反馈给所述单片机；

其中，车辆的行驶方向定义为Y轴方向、水平面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为X轴方向，竖直面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向；

所述指示执行模块与所述单片机电连接，以用于显示舒适度指数；

所述单片机用于完成三轴加速度的配置，数据的读取和分析，以及驱动所述指示执行模块显示所述舒适度指数。

3.一种乘坐舒适度的指示方法，其特征在于包括以下步骤：

初始化传感器测量模块，并进行数据配置；

判断某一时段的数据是否更新，若数据更新，则读取数据后解算Z轴倾角并存入缓存区；若数据未更新，则持续数据更新判断，直至所述数据更新；其中，车辆的行驶方向定义为Y轴方向、水平面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为X轴方向，竖直面内与所述Y轴方向垂直的方向定义为Z轴方向；

判断累计采样点数是否达到设定数量N，若累计采样点数达到N个，则分析Z轴倾角分布，计算出舒适度指数；若累计采样点数未达到N个，则持续累计采样，直至累计采样点数达到N个；

通过传感器测量模块显示舒适度指数，并清空缓存；

返回数据更新判断步骤，判断下一时段的数据是否更新。

4.如权利要求3所述的指示方法，其特征在于：若数据更新，则读取数据后解算Z轴倾角并存入缓存区，具体包括如下子步骤：

通过传感器测量模块读取X、Y、Z三个方向更新后的瞬时加速度值，分别为A_x(n)、A_y(n)、A_z(n)；

按照公式解算出Z轴倾角γ(n)并存入缓存区；

5.如权利要求3所述的指示方法，其特征在于：若累计采样点数达到N个，则分析Z轴倾角分布，计算出舒适度指数，具体包括如下子步骤：

对Z轴倾角进行分布估计；

筛选出有效的数据集供后续模型参数训练；

通过模型参数训练给出最优的参数估计值；

根据所述参数估计值判决输出舒适度指数。

6.如权利要求5所述的指示方法，其特征在于所述对Z轴倾角进行分布估计，具体包括如下子步骤：

令数据集的更新频率为f_u，则N＝1/(f_u*T_s)；

对Z轴倾角γ(n)，n＝0，...，N－1做M等级的直方图统计，得到分布序列D(i)，i＝0，...，M－1；其中，M为直方图统计的区间的个数，i为统计区间的索引。

7.如权利要求6所述的指示方法，其特征在于所述筛选出有效的数据集供后续模型参数训练，具体包括如下子步骤：

令数据筛选后的有效数据集为S，所述有效数据集S中的元素由序列D(i)的非零元素组成，其中

8.如权利要求7所述的指示方法，其特征在于所述通过模型参数训练给出最优的参数估计值，具体包括如下子步骤：

假设所述有效数据集S中总共有K个元素，定义其中元素为(k，s_k)，k＝0，...，K－1；

按照代价函数，训练得到参数估计值

c_o，

其中，

c为模型参数，

代表了分布曲线的凹凸性，c代表了倾角的稳态期望。

9.如权利要求8所述的指示方法，其特征在于所述根据所述参数估计值判决输出舒适度指数，具体包括如下子步骤：

所述舒适度指数

按照如下公式计算：

其中，ε为***可调参数，ε的值越大，则舒适度指数计算对所述分布估计值越不敏感，反之，则对所述分布估计值越敏感。

10.如权利要求3～9中任意一项所述的指示方法，其特征在于：所述初始化传感器测量模块，并进行数据配置，具体包括如下子步骤：

初始化缓冲区数据，并复位传感器测量模块中的三轴加速度模块；

配置定时器、看门狗及定时中断响应程序；

其中，所述定时中断响应程序包括读取三轴加速度瞬时数据，并更新三轴加速度瞬时数据和标记。

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