CN101488238A - 客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故分析的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种客车行驶数据记录装置及应用该装置进行事故分析的方法，在客车上安装有方向盘转角传感器、缓速器档位开关、XYZ三轴加速度传感器等13种传感器及开关，利用实时时钟记录事件发生的准确时间，采集的各类数据用Flash存储器保存。同时本装置通过包括CAN总线在内的各种接口进行数据传输和通信，并利用iButton接口识别驾驶员身份，整个装置由ECU处理器及外围调理电路完成信号采集、处理和存储。配套的软件能够完整展现客车行驶过程中驾驶员的操作动作以及客车的工作状况，从而对发生事故的客车进行事故分析，还原事故发生过程的真实情况，对事故记录和甄别、事故疑点分析和肇事责任方认定提供了原始参考数据以作为有效的理赔辅助决策支持。

Description

客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故分析的方法

技术领域

本发明涉及一种客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故分析的方法，具体地说是通过记录客车行驶过程中的各种数据以实现事故分析功能，属于客车信息采集记录和分析的技术领域。

背景技术

随着目前中国城市化进程的不断推进，旅游市场持续升温以及高等级公路网的快速发展，道路交通运输日趋繁忙，道路交通事故呈不断上升的趋势，尤其是长途客运的重、特大道路交通事故频发，给国家和人民生命财产带来了巨大损失。为了更加有效地监督驾驶人员的驾驶行为，使交通安全管理制度能够真正得到贯彻落实，以达到降低交通事故率的目的，国家GBT/19056-2003《汽车行驶记录仪》标准公布并实施，汽车行驶记录仪是对车辆行驶速度、时间、里程以及有关车辆行驶的其他状态信息进行记录、存储并可通过接口实现数据输出的数字式电子记录装置。

汽车行驶记录仪采集的信息比较单一，只有车速、制动、点火、远光/近光、左/右转向灯信号等，导致实现的功能比较有限。对于在城市中普遍发生的碰撞、刮擦事故，当没有目击证人的时候，往往无法准确地再现事故发生瞬间双方驾驶员的驾驶动作。例如有些车辆突然右转时没有打方向灯，导致后方车辆追尾，而违规转向的车辆在事故发生之后再补打转向灯，类似的行为干扰了交警和保险人员进行准确的事故责任认定。同时对于碰撞、翻车的事故，由于无法完整地再现驾驶员刹车、闪转向指示灯等动作，从而无法还原事故发生完整过程的真实情况。

为了能够实现事故数据记录，同时为事故甄别、事故疑点分析和肇事责任方认定提供原始参考数据和有效的理赔辅助数据支撑，有必要扩展行驶记录仪采集的数据，并完善其数据处理和事故分析的功能。

目前在国内的客车领域尚没有既能够实现多种行驶数据记录又具有针对事故分析功能的设备，国外在这个方面也未见报道，或者是属于公司的技术机密，不对外公开。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种安装在客车上实现客车行驶数据记录的装置，以及应用该装置进行事故分析的方法，其能够采集到更完整的数据，以便能够完整展现客车行驶过程中驾驶员的操作动作以及客车的工作状况，从而有效对发生事故的客车进行事故分析。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种客车行驶数据记录装置，它包括用以总体控制并进行采集安装在车上或本装置上的各种传感器及开关信号数据的ECU处理器及外围调理电路，该ECU处理器及外围调理电路上还连接有可记录数据信号发生时间的实时时钟、及用以保存采集数据的存储器，其上还设有实现数据传输或通信的接口；上述传感器及开关为方向盘转角传感器、缓速器档位开关、远/近光灯开关、刹车片磨损传感器、手刹开关、左/右转向灯开关、制动灯开关、气压告警传感器、变速箱档位开关、车速传感器、XYZ三轴加速度传感器、发动机转速传感器及前后车门开关。

所述ECU处理器及外围调理电路连接有驾驶员身份识别装置。

所述驾驶员身份识别装置为iButton芯片、直接输入按键、接触式IC卡、非接触式IC卡或指纹识别装置。

所述存储器为Flash数据存储器。

所述数据传输或通信的接口为CAN总线接口、RS-232接口或/和USB接口。

一种应用上述的客车行驶数据记录装置进行事故分析的方法：通过所述客车行驶数据记录装置可以采集到客车上各种传感器或开关信号数据，再采用实时时钟确定所采集数据的时间，并按照时间顺序存储在存储器中，利用数据分析软件以图形化的方式得到以时间作为横坐标轴的数据曲线，通过设定的判定规则以及曲线相关性分析观察的方法可以准确对车辆的行驶状态进行判断，实现人工或者自动事故分析。

所述三轴加速度传感器用来测量客车三个坐标方向的加速度，通过判断加速度值是否超过设定阈值，以及持续时间是否超过设定阈值的持续时间，来实现客车正面碰撞、被追尾、侧面碰撞以及正面以及侧面的混合碰撞的测量和判断，同时判断翻车状态。

本发明通过纵向加速度、车速和制动灯的数据判断是正常停车或是碰撞。

本发明针对不同的信号特性采用不同的采样频率，其中车速和发动机转速信号的采样频率为100Hz，方向盘转角传感器以及其他开关量信号采样频率为10Hz，加速度传感器为1KHz；并能够通过软件参数配置的方式设定数据的采样频率。

采用上述方案后，本发明通过对车辆上安装的传感器及开关，提供的13种信号提供的数据进行采集，并配合实时时钟记录采集数据的时间，对于各类交通事故的分析是完备的，能够完整展现客车行驶过程中驾驶员操作动作以及客车的工作状况，因此本装置能够对发生事故的客车进行事故分析，还原事故发生完整过程的真实情况，从而为事故甄别、事故疑点分析和肇事责任方认定提供了原始参考数据和有效的理赔辅助决策支持。

更具体来说，本发明具有下述有益效果：

1.采集的数据完整，能够全面地真实反映客车的行驶状态和驾驶员的操作行为。

2.可以采用Flash存储行驶数据，断电之后数据不丢失，可靠性高，保证数据的安全。

3.三轴加速度传感器真实反映客车的行驶姿态，能够记录碰撞的发生部位和撞击强度。

4.基于iButton的驾驶员身份识别，成本低，可靠性高，驾驶员携带方便。

5.可通过CAN总线采集数据，降低了系统的成本和系统的安装复杂度。

6.USB数据传输，速度快，方便快捷。

7.基于时间基准的数据序列，图形化显示，便于事后驾驶行为判断和事故分析。

附图说明

图1是本发明所述装置硬件系统的示意框图；

图2是本发明三轴加速度传感器的电路图；

图3是本发明事故分析功能中典型的交通事故现场的示意图；

图4是图3所示现场中安装了本装置的B车所记录的行驶数据曲线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施实例对本发明作进一步详述。

本发明涉及一种客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故分析的方法。其中该装置如图1所示，在客车或本装置上安装有方向盘转角传感器1、缓速器档位开关2、远/近光灯开关3、刹车片磨损传感器4、手刹开关5、左/右转向灯开关6、制动灯开关7、气压告警传感器8、变速箱档位开关9、车速传感器10、XYZ三轴加速度传感器16、发动机转速传感器17及前后车门开关18，上述传感器及开关与ECU处理器及外围调理电路20相联，该ECU处理器及外围调理电路20用于总体控制并完成信号的采集及处理，其还与实时时钟19及Flash数据存储器15相连，实时时钟19用以记录事件发生的准确时间，采集的各类数据用Flash数据存储器15保存，在ECU处理器及外围调理电路20上设有CAN总线接口11、RS-232接口12和USB接口13用以实现数据传输和通信，其上还设有iButton接口14与iButton芯片相连，用以识别驾驶员的身份。

应用上述客车行驶数据记录装置，可以采集到客车上各种传感器或开关信号数据，再采用实时时钟19确定所采集数据的时间，并按照时间顺序存储在Flash数据存储器15中，利用数据分析软件以图形化的方式得到以时间作为横坐标轴的数据曲线，通过设定的判定规则以及曲线相关性分析观察的方法可以准确对车辆的行驶状态进行判断，实现人工或者自动事故分析。

本发明要求考虑下述问题：

1、首先是采集的信号类型问题

为了能够完整记录驾驶员的驾驶动作以及操纵行为，对于客车而言，需要下表中描述的信号。

 

序号	信号源	作用
			1	客车缓速器档位	描述辅助制动的使用情况

 

2	远/近光灯	描述是否因为照明不足导致事故
			3	刹车片磨损	描述是否因为制动效果不良导致事故
4	手刹开关	描述是否采取了有效的辅助制动
			5	左/右转向灯	描述是否转向时有明确的指示
6	制动灯	描述是否采取了制动
			7	气压告警	描述是否因为储气罐压力不足导致事故
8	变速箱档位	描述驾驶员的档位操纵情况
			9	前后车门开关信号	描述是否非法开门行驶
10	发动机转速	描述车辆的发动机转速变化情况
			11	车速	描述车辆的车速变化情况
12	方向盘转角传感器	描述车辆的转向情况
			13	XYZ三轴加速度传感器信号	描述车辆碰撞/侧翻时的加速度值

以上的13种信号的状态能够完整描述发生事故时车辆的完整状态，而这13种信号通过不同的传感器或开关提供，并由ECU处理器及外围调理电路20负责采集及记录，而且根据不同信号的不同变化率，采用不同的采样频率进行数据采集。而根据客车的实际应用场合，对于车速和发动机转速信号的采样间隔时间为0.1秒，即采样频率为100Hz，方向盘转角传感器以及其他开关量信号采样频率为10Hz，加速度传感器为1KHz。

通过在本装置上加装三轴加速度传感器16，可以实时检测客车纵向、横向及轴向(垂直方向)的加速度值，能够灵敏地探测到各个方向上车辆所承受的不同程度的撞击。当加速度阈值和持续时间达到系统设定的阈值，便可自动判定为碰撞或者侧翻。

而三轴加速度传感器16的选用和电路设计如下：

考虑到客车具体的应用实际，为了探测客车的纵向和横向碰撞以及翻车状态，选用Freescale公司的MMA7261QT，该芯片为一款XYZ三轴加速度传感器为，量程为±2.5g/±3.3g/±6.7g/±10g，灵敏度为480/360/180/120mV/g，完全能够满足客车应用的要求。具体电路见图2所示，其中XYZ三轴的信号通过1K电阻和0.1uF的电容完成无源低通滤波后送入单片机的模/数转换器件，将模拟量转换为数字量。通过该芯片的1脚和2脚可以对MMA7261QT的量程进行选择。

2、其次是驾驶员身份识别问题

在驾驶员身份的识别确认方面，目前主要应用的识别方式有：直接按键输入方式、接触式IC卡、非接触式IC卡、指纹识别、iButton识别方式等不同的方案。iButton(information Button)是美国达拉斯半导体公司开发的一系列半导体芯片，是一种封装在扁圆型不锈钢外壳里的直径为16mm的微型智能化信息载体。它采用直径16mm、厚3-6mm的钮扣状不锈钢外壳封装。内部通常由I/O处理器、存储器、传感器和时钟等元器件组成。iButton以1-Wire规范作为通信协议，仅用1根数据线便能够完成与外界的信息交换，结构简单。考虑到成本、驾驶员携带方便性、可靠性，选用iButton作为识别驾驶员身份的方案。

3、再者是数据的传输接口问题

作为一款车载设备，必然需要各种接口以连接相关的设备。采用CAN总线接口11可以避免额外增加传感器，如车速、发动机转速信号只需要通过基于SAE J1939协议的CAN总线就能够获得。RS-232接口12用于利用计算机进行参数的配置。考虑到携带的方便性等因素，USB接口13用于将设备中存储的数据导出。而USB数据传输的具体方案采用CYPRESS公司生产的USB-HOST接口芯片SL811作为USB接口芯片。该芯片支持USB1.1协议，价格低，性能突出，可靠性高，可以理想地用于多种外设。它内部有256字节的RAM数据缓冲器，可以用来控制寄存器和数据缓存器。高速模式下支持12Mbps，低速模式下支持1.5Mbps，完全能够满足系统的需要。

下面举例说明应用所述客车行驶数据记录装置进行数据处理和事故分析的具体方法：

1)判断发生碰撞的数据处理分析

考虑到实际碰撞的模型比较复杂，发生碰撞的部位可能分布在客车的四周，分为正面碰撞、被追尾、侧面碰撞，又可能存在正面以及侧面的混合碰撞等。同时与本车相碰撞的车辆的形态、部位会影响碰撞时产生的加速度的变化。本发明主要根据XYZ三轴加速度传感器16提供的加速度值进行判断分析。

假定Y轴为客车纵向行驶方向坐标轴，那么+Y值为客车正向行驶加速度值，为正加速度；-Y值为客车倒车方向行驶加速度传感器值，为减加速度；+X轴为客车对于左舵车(中国驾驶规范)为驾驶员侧所测量得到的加速度值；-X轴为客车对于左舵车为副驾驶员侧所测量得到的加速度值，碰撞的判断方法为：

If((Y>Y_Amax)or(Y<Y_Amin))and(T>Y_Continus_Time)then

//判断为发生了正面碰撞，通过对Y值与中值进行比较就能够很简单地区分正面碰撞还是追尾。其中Y_Amax为正面碰撞阈值，Y_Amin为追尾碰撞阈值，Y_Continus_Time为加速度超过设定阈值的持续时间。

If((X>X_Amax)or(X<X_Amin))and(T>X_Continus_Time)then

//判断为发生了侧面碰撞，通过对X值与中值进行比较就能够很简单地区分左侧面碰撞还是右侧面碰撞。其中X_Amax为左侧面碰撞阈值，X_Amin为右侧面碰撞阈值，X_Continus_Time为加速度超过设定阈值的持续时间。

对于复合碰撞形式，通过三角函数计算公式 $a=\sqrt{x^2+y^2}$ 便可得到碰撞的强度。

2)判断发生侧翻的数据处理分析

虽然通过对X轴或Y轴加速度值的判断也能够实现对是否发生侧翻乃至翻车进行判断，但是对于X、Y两个感应轴而言主要用于碰撞的分析，需要的加速度测量范围较大，MMA7261QT最大量程10g处，而Z轴只是用于检测侧翻，侧翻后车辆处于静止状态，加速度值最大也就是1g。通过判断Z轴的加速度是否超过设定的客车最大侧倾角度所对应的Z轴输出，并且持续时间是否超过1-2分钟就能够判断客车是否已经发生侧翻。

3)交通事故分析实例1：停车与碰撞的自动判别

利用纵向加速度、车速和制动灯等信息，能够实现停车与纵向碰撞的自动判别。在发生碰撞的时候，会产生与行驶方向相反的量值较大的加速度。在速度曲线的变化上正常停车是逐渐减小，而碰撞则是在速度的曲线图上有突变点。同时如果是停车，正常情况下驾驶员会踩刹车，因此记录的数据中制动灯为有效状态。

4)交通事故分析实例2：两车碰撞交通事故分析

图3中为典型的交通事故现场的示意图，案例情况：A车驾驶员认为B车行驶车速过高并且打了右转向灯，导致其直行进而与B车发生碰撞。通过分析B车采集到的数据并在时间轴上展开，如图4所示。B车驾驶员先是轻度踩刹车，当发现有可能发生碰撞，就紧急制动，但是仍然与A车发生碰撞，纵向加速度传感器输出急剧变大。从曲线上可以明显看到B车在发生碰撞之前并未打右转向灯，左右转向灯亮是在发生碰撞事故之后的警示，因此基本判断B车驾驶员反应是完全正确的，再结合实际采集得到的车速或者交通路口的监控录像可以准确判断交通事故责任的责任方。

Claims (9)

1、一种客车行驶数据记录装置，其特征在于：它包括用以总体控制并进行采集安装在车上或本装置上的各种传感器及开关信号数据的ECU处理器及外围调理电路(20)，该ECU处理器及外围调理电路上还连接有可记录数据信号发生时间的实时时钟(19)、及用以保存采集数据的存储器，其上还设有实现数据传输或通信的接口；上述传感器及开关为方向盘转角传感器(1)、缓速器档位开关(2)、远/近光灯开关(3)、刹车片磨损传感器(4)、手刹开关(5)、左/右转向灯开关(6)、制动灯开关(7)、气压告警传感器(8)、变速箱档位开关(9)、车速传感器(10)、XYZ三轴加速度传感器(16)、发动机转速传感器(17)及前后车门开关(18)。

2、根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于：所述ECU处理器及外围调理电路连接有驾驶员身份识别装置。

3、根据权利要求2所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于：所述驾驶员身份识别装置为iButton芯片、直接输入按键、接触式IC卡、非接触式IC卡或指纹识别装置。

4、根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于：所述存储器为Flash数据存储器(15)。

5、根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于：所述数据传输或通信的接口为CAN总线接口(11)、RS-232接口(12)或/和USB接口(13)。

6、一种应用权利要求1所述的客车行驶数据记录装置进行事故分析的方法，其特征在于：通过所述客车行驶数据记录装置可以采集到客车上各种传感器或开关信号数据，再采用实时时钟确定所采集数据的时间，并按照时间顺序存储在存储器中，利用数据分析软件以图形化的方式得到以时间作为横坐标轴的数据曲线，通过设定的判定规则以及曲线相关性分析观察的方法可以准确对车辆的行驶状态进行判断，实现人工或者自动事故分析。

7、根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的方法，其特征在于：所述三轴加速度传感器用来测量客车三个坐标方向的加速度，通过判断加速度值是否超过设定阈值，以及持续时间是否超过设定阈值的持续时间，来实现客车正面碰撞、被追尾、侧面碰撞以及正面以及侧面的混合碰撞的测量和判断，同时判断翻车状态。

8、根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的方法，其特征在于：通过纵向加速度、车速和制动灯的数据判断是正常停车或是碰撞。

9、根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的方法，其特征在于：不同的信号采用不同的采样频率，其中车速和发动机转速信号的采样频率为100Hz，方向盘转角传感器以及其他开关量信号采样频率为10Hz，加速度传感器为1KHz；并能够通过软件配置的方式设定数据的采样频率。

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