CN102759394B - 检测车体震动的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测车体震动的装置与方法，用以解决现有技术提供的震动检测方案准确性较低的问题。方法包括：采样获得安装在车体上的加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的加速度信号序列；根据预设的震动频率范围，对加速度信号序列执行带通滤波，并被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为变换域信号；确定变换域信号包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并增强频谱分量的谱峰；确定谱峰增强后的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；判断谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；判断为是时，确定车体发生震动，否则，确定车体未发生震动。

Description

检测车体震动的装置与方法

技术领域

本发明涉及传感器领域，尤其涉及一种检测车体震动的装置与方法。

背景技术

现有车辆防盗器中通常都是采用震动传感器来检测车体的异常震动。震动传感器可以是三轴或两轴的加速度传感器，也可以是基于弹簧片的机械式传感器。图1给出了安装了带有加速度传感器的车辆防盗器的图例。车辆防盗器可以安装于车内的任何部位。当震动传感器检测到车体的异常震动后，车辆防盗器将会触发产生报警行为，例如触发警笛产生鸣响、全球定位系统（GPS，GlobalPosition System）定位上报、锁死发动机等。

现有的车辆防盗器往往都是通过对震动传感器的输出进行检测来判断车体是否发生异常震动。即设定一个震动门限，如果震动传感器的输出超过该震动门限（比如加速度传感器输出的加速度值大于预定的加速度门限值时），则判定车体发生异常震动，从而立即发出中断信号以唤醒处理器，并由处理器调用GSM无线通信模块、GPS模块或蜂鸣器模块进行报警。图2给出了现有的车辆防盗器通过检测震动传感器的输出而进行报警的流程示意图。

由于上述根据震动门限判断车体是否发生异常震动的技术只能对震动进行粗略检测，无法得到一个精确的检测结果，因此，其在实际应用中被证明存在如下一些缺陷：

检测准确性低，造成较高的误判和虚警，从而导致对震动传感器能量不必要的消耗，这个缺陷在能量受限的车辆防盗应用中更加突出。

发明内容

本发明实施例提供一种检测车体震动的装置与方法，用以解决现有技术提供的震动检测方案准确性较低的问题。

本发明实施例采用以下技术方案：

一种检测车体震动的装置，包括：获得单元，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；序列矩阵确定单元，用于根据获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；特征值分解单元，用于确定序列矩阵确定单元确定的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；选取单元，用于从特征值分解单元得到的特征值序列中选取最大的特征值；主成份分量确定单元，用于根据选取单元选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定主成份分量的最大值；判断单元，用于判断主成份分量确定单元确定的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值；震动判定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

一种检测车体震动的装置，包括：

获得单元，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；变换单元，用于根据预设的震动频率范围，对获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；谱峰增强单元，用于确定变换单元得到的变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；谱峰矢量和确定单元，用于确定谱峰增强单元得到的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；判断单元，用于判断谱峰矢量和确定单元确定的谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；震动判定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，确定所述加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定所述加速度传感器未检测到车体发生震动。

一种检测车体震动的方法，包括：

通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；根据对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；确定所述加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；从特征值序列中选取最大的特征值，并根据选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定主成份分量的最大值；判断确定的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值；在判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

一种检测车体震动的方法，包括：通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；根据预设的震动频率范围，对采样得到的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；确定所述变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；以及确定执行谱峰增强后的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；判断所述谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；并在判断结果为是时，确定所述加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定所述加速度传感器未检测到车体发生震动。

本发明实施例的有益效果如下：

本发明实施例提供的上述方案对安装在车体上的加速度传感器输出的时域内的加速度信号序列进行采样，并将采样得到的加速度信号序列执行带通滤波后变换到相应的变换域进行处理，从而通过比较增强后的频谱分量的谱峰矢量和与预设的幅度门限阈值的大小判断是否检测到车体发生震动。与现有技术提供的只能对车体震动进行粗略检测的方案相比，本发明实施例提供的上述方案实现了对车体震动的精确检测，提高了检测的准确性。

附图说明

图1为安装了带有加速度传感器的车辆防盗器的示意图；

图2为现有的车辆防盗器通过检测震动传感器的输出而进行报警的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种检测车体震动的方法的具体流程示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种检测车体震动的方法的具体流程示意图；

图5a为包含独立于处理器外的震动判定与识别单元的汽车报警装置结构的示意图；

图5b为包含以软件形式存在于处理器中的震动判定与识别单元的汽车报警装置结构的示意图；

图5c为本发明实施例提供的检测车体震动的方法在实际场景中的简单应用流程的示意图；

图6为实施例1的具体实现流程图；

图7为本发明实施例中按照三轴合成方法确定震动方向的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种检测车体震动的装置的具体结构示意图；

图9为本发明实施例提供的另一种检测车体震动的装置的具体结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术提供的震动检测方案准确性较低的问题，本发明实施例提出了一种检测车体震动的方案，通过对震动传感器（比如三轴加速度传感器或两轴加速度传感器）的输出信号进行相应处理，从而实现准确判定车体震动情况。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的检测车体震动的方案。

本发明实施例首先提供一种检测车体震动的方法，该方法包括如图3所示的下述步骤：

步骤31，通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，加速度传感器是安装在车体上的；

这里的加速度传感器可以是三轴加速度传感器，也可以是两轴加速度传感器，其中，三轴加速度传感器可以是产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器，类似地，两轴加速度传感器可以是产生的时域内的加速度信号分别对应两个个坐标轴的两轴加速度传感器。

此外，步骤31可以是在确定出加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值后再执行的。按照现有技术提供的方案，在确定出加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值后，就会触发产生告警信息，但是，本发明实施例提供的方案当前不会触发产生告警信息，而是会进行步骤31这样的采样操作。

步骤32，根据预设的震动频率范围，对采样得到的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；

在本发明实施例中，预设的震动频率范围可以但不限于是根据经验值预设的。较佳地，还可以是先对采样得到的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行中值滤波处理，得到中值滤波处理后的加速度信号序列；然后再根据预设的震动频率范围，对中值滤波处理后的加速度信号序列执行带通滤波。对加速度信号序列执行中值滤波处理的好处在于，可以去除孤立的椒盐噪声点，从而避免噪声点对于检测结果准确度的影响。

在本步骤32中，可以但不限于采用离散傅立叶变换、离散余弦变换、离散小波变换等实现将加速度信号序列变换为相应的变换域信号。

步骤33，确定变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；

增强频谱分量的谱峰的实现方式详见后文的具体实施例，在此不再赘述。

步骤34，确定执行谱峰增强后的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；

步骤35，判断步骤34中确定的谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值，在判断结果为是时，执行步骤36，否则，执行步骤37；

步骤36，确定加速度传感器检测到车体发生震动；

步骤37，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

本发明实施例提供的上述方案对安装在车体上的加速度传感器输出的时域内的加速度信号序列进行采样，并将采样得到的加速度信号序列执行带通滤波后变换到相应的变换域进行处理，从而通过比较增强后的频谱分量的谱峰矢量和与预设的幅度门限阈值的大小判断是否检测到车体发生震动。与现有技术提供的只能对车体震动进行粗略检测的方案相比，本发明实施例提供的上述方案实现了对车体震动的精确检测，提高了检测的准确性。

此外，本发明实施例提供的该方案还可以与现有技术提供的方案相结合，实现当加速度传感器输出的加速度值大于预定加速度门限值时，不会立即判定此时检测到车体发生震动，而是会对加速度传感器输出的时域加速度信号进行，并将加速度信号序列变化到相应的变换域进行处理，并利用预设的幅度门限阈值来判断是否检测到震动，从而达到根据双重门限来判断是否检测到震动，提高了检测的准确性。

此外，当上述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器时，本发明实施例提供的上述方法还可以进一步包括下述步骤，以实现对震动方向的确定：

首先，在判断出上述谱峰矢量和大于预设的幅度门限阈值时，根据采样得到的加速度信号序列，分别确定对应于不同坐标轴的预定维数的加速度信号序列矩阵；

分别确定对应于不同坐标轴的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到对应于不同坐标轴的特征值序列；

分别从对应于不同坐标轴的特征值序列中选取最大的特征值，并根据选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；

根据确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。由于三轴合成法为本领域比较成熟的常用技术，因此在此不再赘述。

进一步地，为了确定车体发生震动的具体部位，上述方法还可以进一步包括：根据三轴加速度传感器在车体的安放位置、三轴加速度传感器相应的三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。确定车体发生震动的具体部位的详细实现流程将在后文做介绍，在此也不再赘述。

此外，本发明实施例还提供另一种检测车体震动的方法，该方法的具体流程示意图如图4所示，包括下述步骤：

步骤41，通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，加速度传感器安装在车体上；

步骤42，根据获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；

步骤43，确定加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；

步骤44，从特征值序列中选取最大的特征值，并根据选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定主成份分量的最大值；

步骤45，判断确定的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值，在判断结果为是时，执行步骤46，否则，执行步骤47；

步骤46，确定加速度传感器检测到车体发生震动；

步骤47，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

较佳地，当加速度传感器为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器时，如图4所示的该方法还可以包括：

在判断确定的主成份分量的最大值大于预设的主成份分量阈值时，根据对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。

进一步地，上述方法还可以进一步包括：根据三轴加速度传感器在车体的安放位置、三轴加速度传感器相应的三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

以下具体介绍本发明实施例提供的上述方案在实际的汽车报警装置中的应用过程。一般地，该汽车报警装置包括震动传感器、门限检测单元、震动判定与识别单元、处理器和告警信息发送单元（如GPS模块、GSM模块和蜂鸣器等）。

在实际应用中，震动判定与识别单元可以是一个独立于处理器外的硬件设备，也可以是由处理器内部运行的能够实现相应功能的虚拟软件单元。

包含独立于处理器外的震动判定与识别单元的汽车报警装置结构示意图如图5a所示，其中，这里的震动判定识别单元可以为FPGA、CPLD或其他专用芯片。

包含以软件形式存在于处理器中的震动判定与识别单元的汽车报警装置结构示意图如图5b所示。

本发明实施例提供的上述检测车体震动的方案既可以应用于如图5a所示的场景中，也可以应用于如图5b所示的场景中。具体来说，该方案在上述场景中的简单应用流程的示意图如图5c所示，包括下述步骤：

步骤51，高速采样；

即在接收到来自震动传感器（比如为三轴加速度传感器）的中断请求（该中断请求可以是采用现有技术提供的方案，在门限检测单元判断出震动传感器瞬时输出的加速度值超出预定加速度门限值后发出的）后，处理器不会立即触发告警信息发送单元发出告警信息，而是由震动判定与识别单元进一步对三轴加速度传感器的输出信号进行高速采样。比如，可以在1秒的时长内，以500Hz的采样频率对加速度传感器的输出信号进行采样，即在1秒钟内获取500组三轴加速度传感器的输出信号。这里的输出信号可以为数字化的加速度信号，且1组输出信号中包含对应于三个坐标轴的3个不同方向上的加速度信号。

步骤52，震动的精确判定，在判定出发生震动时，执行步骤53，否则，流程结束；

具体地，可以提取采集到的三轴加速度传感器的输出信号的谱峰，并根据谱峰与预定谱峰阈值的大小关系实现震动的精确判断，具体实现过程将在下文具体描述，在此不再赘述。

步骤53，确定发生震动的方向。

对采集到的三轴加速度传感器的输出信号进一步进行特征分析与挖掘，从而判定发生震动的具体方向，具体实现过程也将在下文具体描述，在此不再赘述。

基于如图5c所示的流程图，本发明实施例分别通过实施例1、2对图5c的各步骤进行细节说明。

实施例1

实施例1中，可以假设采样得到的500组三轴加速度传感器的输出信号序列如下式[1]所示：

其中，a_x(n),a_y(n),a_z(n)是三轴加速度传感器所输出的分别对应于x轴、y轴、z轴方向的第n个加速度信号，a(N)表示第N组输出信号序列，a(N)包含三个方向的加速度信号，分别为a_x(N),a_y(N),a_z(N)。

基于式[1]，实施例1中实现精确检测震动的流程示意图如图6所示，包括下述步骤：

步骤61，对采样得到的500组输出信号执行中值滤波的操作；

其中，中值滤波是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理技术，其基本原理是把数字图像或数字序列（在本发明实施例中，是针对数字序列）中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。因此，对500组输出信号执行中值滤波操作的目的在于，从这500组输出信号中去除掉孤立的噪声点，以避免这些噪声点对检测结果准确度造成影响。具体地，可以采用奇数长度的滑动窗分别沿着三个方向的加速度信号序列滑动，并对位于该滑动窗内的加速度信号进行排序，取其中的加速度信号中值作为对该滑动窗内所有加速度信号的值进行输出。为了便于描述，可以将对500组输出信号执行中值滤波后得到的信号称为第一输出信号。

步骤62，对执行步骤61后得到的第一输出信号执行震动频带滤波的操作；

本发明实施例1中，可以预先设置一个震动发生频率范围。设置该震动发生频率范围的目的在于，针对落入该震动发生频率范围的第一输出信号进行进一步的判断，而针对没有落入该范围内的第一输出信号，可以认为导致产生该第一输出信号的震动并不是需要关注的震动，从而不对没有落入该范围内的第一输出信号进行进行处理，这样可以节约一部分处理资源。

在本发明实施例1中，可以设定该震动发生频率范围为[30Hz，100Hz]。从而根据该震动发生频率范围对执行步骤61后得到的第一输出信号执行带通滤波处理。比如，可以采用无线冲激响应（IIR，Infinite Impulse Response）型或有限冲激响应（FIR，Finite Impulse Response）型的数字滤波器对第一输出信号执行带通滤波处理。由于采用IIR型和FIR型的数字滤波器进行带通滤波是比较成熟的技术，因此在此不再赘述。

为了便于描述，下文将被执行带通滤波处理后的第一输出信号称为第二输出信号。

步骤63，对第二输出信号执行将其变换到指定变换域的处理，为了便于描述，下文将变换到指定变换域的第二输出信号称为变换域信号；

分别对第二输出信号所包含的对应于3个坐标轴的加速度信号做变换处理，将其从时域信号转为变换域信号。其中，变换的方法可以但不限于是离散傅立叶变换、离散余弦变换、离散小波变换等。

需要说明的是，为了提高处理效率，该步骤63可以是对各个第二输出信号并行执行的。

步骤64，对变换域信号执行谱峰增强的操作；

本发明实施例1中，可以采用一个三点增强函数分别对变换后得到的变换域信号在三个坐标轴方向的频谱分量做如下式[2]所示的卷积计算，达到谱峰增强的目的。

$S^e\left(l\right)=\underset{m=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}S\left(m\right)H(l-m)l=1,...,L---\left[2\right]$

其中，S^e(l)是变换域信号的第l个进行谱峰增强后的频谱分量，S(l)是变换域信号的第l个频谱分量，L是变换域信号所包含的频谱分量的维度。频谱分量的维度即频谱分量的个数，比如对128个离散的加速度信号进行快速傅里叶变换（FFT，Fast Fourier Transforming），就会有64个频率分量，那么L是64；如果是对256个离散的信号进行FFT，则L是128）。H(m)为一个三点的窗函数，其表达式可以如下式[3]：

$H\left(m\right)=\left\{\begin{array}{cc}-0.7& m=-1\\ 1.0& m=0\\ -0.3& m=1\\ 0.0& \mathrm{else}\end{array}\right.---\left[3\right]$

通过公式[2]、[3]实现变换域信号的谱峰增强处理后，变换域信号的谱峰分量的幅度得到了增强，而谱谷分量则被抑制，甚至可能出现负分量。对变换域信号进行谱峰增强操作的目的在于，增加频谱的对比度，使谱峰分量更为明显。

需要说明的是，为了提高处理效率，该步骤64可以是对各个变换域信号并行执行的。

步骤65，针对任一变换域信号，对其包含的增强后的对应于三个坐标轴方向的频谱分量进行整合，从而确定各个频谱分量的幅度；

具体地，可以采用如下式[4]所示的方式对对应于三个坐标轴方向的频谱分量进行整合：

S(v)＝S_x ^e(v)+S_y ^e(v)+S_z ^e(v)      [4]

其中，S(v)为第v个整合后的频谱分量，S_x ^e(v)是变换域信号的第v个进行谱峰增强后的对应于x轴的频谱分量，S_y ^e(v)是变换域信号的第v个进行谱峰增强后的对应于y轴的频谱分量，S_z ^e(v)是变换域信号的第v个进行谱峰增强后的对应于z轴的频谱分量。

步骤66，从变换域信号中，确定幅度最大的变换域信号；

具体地，可以采用如下式[5]所示的公式来确定幅度最大的变换域信号：

Sc＝max(S(v))      [5]

步骤67，判断幅度最大的变换域信号的幅度是否超过预设的门限T1，若判断结果为否，则执行步骤68，否则，执行步骤69；

步骤68，判断车体未发生震动，流程结束；

步骤69，判断车体发生震动，触发发送告警信息，并沿上述三个坐标轴的方向分别构造由单个方向的加速度信号构成的预定维数的加速度信号序列矩阵；

比如，可以预设一个长度为K的主成份滤波器，分别沿着如式[1]所示的输出信号序列进行滤波。随着该主成份滤波器的逐点滑动，可以得到一组K维的矢量集合。比如，得到的x轴方向的K维矢量集合D如下[6]所示，该K维A矢量集合D即为所需构造的预定维数的加速度信号序列矩阵。y轴方向的K维矢量集合和z轴方向的K维矢量集合与该式[6]类似。

$D={\left|\begin{array}{c}d\left(1\right)\\ d\left(2\right)\\ \·\\ \·\\ \·\\ d\left(n\right)\\ \·\\ \·\\ \·\end{array}\right|}^T={\left|\begin{array}{cccc}{a}_x\left(1\right)& a_x\left(2\right)& \·\·\·& a_x\left(K\right)\\ a_x\left(2\right)& a_x\left(3\right)& \·\·\·& a_x(K+1)\\ \·& \·& & \\ \·& \·& & \\ \·& \·& & \\ a_x\left(n\right)& a_x(n+1)& \·\·& a_x(n+K-1)\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\\ \·& \·& \·& \·\end{array}\right|}^T---\left[6\right]$

步骤610，主成份滤波系数提取；

即求取如式[6]所示的x轴方向的K维矢量集合D的总体协方差矩阵，比如，可以按照如下式[7]所示的方式求取该总体协方差矩阵：

Cov_d＝E{(d(n)-μ_d)(d(n)-μ_d)^T}    [7]

其中，μ_d是d(1)、d(2)、…、d(n)、…的均值。

进一步地，对总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列。本发明实施例1中，可以选取最大特征值对应的归一化的特征矢量作为主成份滤波系数。比如，可以假设对应于x轴方向的主成份滤波系数为A。

类似地，针对y轴和z轴方向的K维矢量集合，也可采用上述同样的方法提取出相应的主成份滤波系数。比如，可以假设分别对应于y、z轴方向的主成份滤波系数为B、C。

步骤611，根据确定的主成份滤波系数A、B、C，执行主成份分量提取；

即针对x、y、z轴这三个方向，对各个方向的加速度信号执行主成份滤波操作，实现将加速度传感器输出的信号的映射到主成份分量最大的方向上。

步骤612，震动方向合成；

分别提取x、y、z轴三个方向的主成份分量的最大值，假设分别是a*_x,a*_y,a*_z，并根据a*_x,a*_y,a*_z，按照三轴合成方法确定出震动方向。具体地，按照三轴合成方法确定震动方向的示意图如图7所示。

步骤613，震动部位确定，流程结束。

在本步骤中，若假设三轴加速度传感器安放在车体空间结构的中心位置，并假设三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系为：x轴指向车头方向，y轴指向车门方向，z轴指向车顶方向，则根据三轴加速度传感器的安放位置、上述对应关系和车体的空间结构尺寸，可以确定出三个坐标轴的原点距离车头为1.8m、距离车门为0.6m、距离车顶为0.8m。进一步地，根据对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，可以确定出如步骤612所述的用于表征震动方向的矢量（图7中较粗的实线）的大小与方向，从而再结合坐标轴的原点分别距离车头、车门、车顶的长度，就能够确定与该矢量对应的车体发生震动的部位。

实施例2

实施例2与实施例1之间的最大差别体现在震动判定与识别单元的功能上。由上文可知，实施例1中，震动判定与识别单元所采用的震动判断准则是通过判断幅度最大的变化域信号是否超过预设的门限T1来判断车体是否发生震动。而在实施例2中，震动判定与识别单元则无需执行对变换域信号的谱峰增强操作，而是可以直接构造上述时间序列矩阵，并对时间序列矩阵执行主成份滤波系数提取以及执行主成份提取的操作，从而根据提取到的x、y、z轴三个方向的主成份分量的最大值，判断该最大值是否超过预设的门限T2。若判断结果为是，则判断车体发生异常震动，否则，判断车体未发生异常震动。

本发明实施例提供的上述方案通过对加速度信号的处理，实现了对针对的精确判断。与现有技术采用单一门限值判定车体震动的方案相比，本发明实施例能够显著降低虚警率，因此，针对由电池对图5a中的处理器等单元供电的场景，采用本发明实施例提供的方案能够实现节约能源，避免由频繁产生的虚警导致需频繁更换电池的问题。

此外，本发明实施例提供的上述检测震动方向的技术还可以与现有技术的震动检测方案结合在一起应用，具体请见下述实施例3。

实施例3

与现有技术相似，在三轴加速度传感器发出中断请求后，不管当前是判断车体发生了震动，还是进一步采用本发明实施例提供的方式进行震动的精确判定，此时都可以对三轴加速度传感器的输出信号进行高速采样，得到对应于三个坐标轴的加速度信号序列。基于采样得到的对应于三个坐标轴的加速度信号序列，可以通过下述方式实现对震动方向和震动部位的判定：

首先，与上述步骤69类似地，可以沿着三个坐标轴的方向分别构造由单个方向的加速度信号构成的预定维数的加速度信号序列矩阵。类似地，可以预设一个长度为K的主成份滤波器，分别沿着如式[1]所示的输出信号序列进行滤波。随着该主成份滤波器的逐点滑动，可以得到一组K维的矢量集合。

然后，与步骤610、611类似地，提取加速度信号序列矩阵的主成份滤波系数，并根据确定的主成份滤波系数，执行主成份分量提取；

最后，与步骤612类似地，分别提取三个坐标轴方向的主成份分量的最大值，并按照三轴合成方法确定出震动方向。

若还需要对车体发生震动的部分进行判定，则可以根据三轴加速度传感器在车体的安放位置、三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

相应地，本发明实施例还提供一种检测车体震动的装置，该装置的具体结构示意图如图8所示，包括以下功能单元：

获得单元81，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，加速度传感器安装在车体上；

变换单元82，用于将根据预设的震动频率范围，对获得单元81获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；

谱峰增强单元83，用于确定变换单元82得到的变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；

谱峰矢量和确定单元84，用于确定谱峰增强单元83得到的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；

判断单元85，用于判断谱峰矢量和确定单元84确定的谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；

震动判定单元86，用于在判断单元85得到的判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

较佳地，为了确定具体的震动方向，上述加速度传感器可以为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器，从而本发明实施例提供的上述装置还可以进一步包括：

序列矩阵确定单元，用于在判断单元85得到的判断结果为是时，根据获得单元81获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，分别确定对应于不同坐标轴的预定维数的加速度信号序列矩阵；特征值分解单元，用于分别确定序列矩阵确定单元确定的对应于不同坐标轴的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到对应于不同坐标轴的特征值序列；选取单元，分别从特征值分解单元得到的对应于不同坐标轴的特征值序列中选取最大的特征值；主成份分量确定单元，用于根据选取单元选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；震动方向确定单元，用于根据主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。

较佳地，为了确定具体的震动部位，本发明实施例提供的该装置还可以进一步包括：震动部位确定单元，用于根据所述三轴加速度传感器在所述车体的安放位置、所述三个坐标轴构成的空间与所述车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

在一个较佳的实施例中，上述变换单元82具体可以划分为以下功能模块，包括：

中值滤波模块，用于对获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行中值滤波处理，得到中值滤波处理后的加速度信号序列；带通滤波模块，用于根据震动频率范围，对中值滤波模块得到的中值滤波处理后的加速度信号序列执行带通滤波；变换模块，用于将被带通滤波模块执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号。

在一个较佳的实施例中，本发明实施例提供的上述装置还可以进一步包括：加速度信号值确定单元，其用于在获得单元81获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，确定出加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

此外，本发明实施例还提供另一种检测车体震动的装置，该装置的具体结构示意图如图9所示，包括以下功能单元：

获得单元91，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，加速度传感器安装在车体上；

序列矩阵确定单元92，用于根据获得单元91获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；

特征值分解单元93，用于确定序列矩阵确定单元92确定的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；

选取单元94，用于从特征值分解单元93得到的特征值序列中选取最大的特征值；

主成份分量确定单元95，用于根据选取单元94选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定主成份分量的最大值；

判断单元96，用于判断主成份分量确定单元95确定的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值；

震动判定单元97，用于在判断单元96得到的判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

在一个较佳的实施例中，当上述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器时，本发明实施例提供的如图9所示的装置还可以进一步包括：

震动方向确定单元，用于在判断单元96得到的判断结果为是时，根据主成份分量确定单元95确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。

在一个较佳的实施例中，如图9所示的该装置还可以进一步包括：震动部位确定单元，用于根据三轴加速度传感器在车体的安放位置、三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

在一个较佳的实施例中，如图9所示的该装置还可以进一步包括：加速度信号值确定单元，用于在获得单元91获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，确定出加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种检测车体震动的装置，其特征在于，包括：

获得单元，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；

序列矩阵确定单元，用于根据获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；

特征值分解单元，用于确定序列矩阵确定单元确定的预定维数的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；

选取单元，用于从特征值分解单元得到的特征值序列中选取最大的特征值；

主成份分量确定单元，用于根据选取单元选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行对应于不同坐标轴的加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；

判断单元，用于判断主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值；

震动判定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号序列分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器；以及所述装置还包括：

震动方向确定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，根据主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

震动部位确定单元，用于根据所述三轴加速度传感器在所述车体的安放位置、所述三个坐标轴构成的空间与所述车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

4.如权利要求1～3任一所述的装置，其特征在于，还包括：

加速度信号值确定单元，用于在获得单元获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，确定出所述加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

5.一种检测车体震动的装置，其特征在于，包括：

获得单元，用于通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；

变换单元，用于根据预设的震动频率范围，对获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；

谱峰增强单元，用于确定变换单元得到的变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；

谱峰矢量和确定单元，用于确定谱峰增强单元得到的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；

判断单元，用于判断谱峰矢量和确定单元确定的谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；

震动判定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，确定所述加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定所述加速度传感器未检测到车体发生震动；

其中，所述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器；以及所述装置还包括：

序列矩阵确定单元，用于在判断单元得到的判断结果为是时，根据获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列，分别确定对应于不同坐标轴的预定维数的加速度信号序列矩阵；

特征值分解单元，用于分别确定序列矩阵确定单元确定的对应于不同坐标轴的所述预定维数的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到对应于不同坐标轴的特征值序列；

选取单元，分别从特征值分解单元得到的对应于不同坐标轴的特征值序列中选取最大的特征值；

主成份分量确定单元，用于根据选取单元选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；

震动方向确定单元，用于根据主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定震动方向。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

震动部位确定单元，用于根据所述三轴加速度传感器在所述车体的安放位置、所述三个坐标轴构成的空间与所述车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、主成份分量确定单元确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述变换单元具体包括：

中值滤波模块，用于对获得单元获得的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行中值滤波处理，得到中值滤波处理后的加速度信号序列；

带通滤波模块，用于根据所述震动频率范围，对中值滤波模块得到的中值滤波处理后的加速度信号序列执行带通滤波；

变换模块，用于将被带通滤波模块执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号。

8.如权利要求5～7任一所述的装置，其特征在于，还包括：

加速度信号值确定单元，用于在获得单元获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，确定出所述加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

9.一种检测车体震动的方法，其特征在于，包括：

通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；

根据对应于不同坐标轴的加速度信号序列，确定预定维数的加速度信号序列矩阵；

确定所述预定维数的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到特征值序列；

从特征值序列中选取最大的特征值，并根据选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行对应于不同坐标轴的加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；

判断确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值是否大于预设的主成份分量阈值；

在判断结果为是时，确定加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定加速度传感器未检测到车体发生震动。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号序列分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器；以及所述方法还包括：

在判断结果为是时，根据对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定车体的震动方向。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

根据所述三轴加速度传感器在车体的安放位置、所述三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

12.如权利要求9～11任一所述的方法，其特征在于，通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号序列分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，还包括：

确定出所述加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

13.一种检测车体震动的方法，其特征在于，包括：

通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列，其中，所述加速度传感器安装在车体上；

根据预设的震动频率范围，对采样得到的对应于不同坐标轴的加速度信号序列分别执行带通滤波，并将被执行带通滤波后的加速度信号序列变换为相应的对应于不同坐标轴的变换域信号；

确定所述变换域信号所包含的对应于不同坐标轴的频谱分量，并执行分别增强对应于不同坐标轴的频谱分量的谱峰的操作；以及

确定执行谱峰增强后的对应于不同坐标轴的频谱分量在同一频点的谱峰矢量和；

判断所述谱峰矢量和是否大于预设的幅度门限阈值；

并在判断结果为是时，确定所述加速度传感器检测到车体发生震动，否则，确定所述加速度传感器未检测到车体发生震动；

其中，所述加速度传感器为产生的时域内的加速度信号分别对应三个坐标轴的三轴加速度传感器；以及所述方法还包括：

在判断结果为是时，根据采样得到的所述加速度信号序列，分别确定对应于不同坐标轴的预定维数的加速度信号序列矩阵；

分别确定对应于不同坐标轴的所述预定维数的加速度信号序列矩阵的总体协方差矩阵，并分别对各总体协方差矩阵进行特征值分解，得到对应于不同坐标轴的特征值序列；

分别从对应于不同坐标轴的特征值序列中选取最大的特征值，并根据选取的最大特征值对应的特征矢量，通过执行加速度信号序列的主成份滤波操作，确定对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值；

根据确定的对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，按照三轴合成法，确定车体的震动方向。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述三轴加速度传感器在车体的安放位置、所述三个坐标轴构成的空间与车体空间结构的对应关系、车体空间结构的尺寸、对应于不同坐标轴的主成份分量的最大值，确定车体发生震动的部位。

15.如权利要求13所述的方法，其特征在于，根据预设的震动频率范围，对所述加速度信号序列执行带通滤波，具体包括：

对所述加速度信号序列执行中值滤波处理，得到中值滤波处理后的加速度信号序列；以及

根据预设的震动频率范围，对中值滤波处理后的加速度信号序列执行带通滤波。

16.如权利要求13～15任一所述的方法，其特征在于，通过对加速度传感器产生的对应于不同坐标轴的时域内的加速度信号分别进行采样，获得对应于不同坐标轴的加速度信号序列之前，还包括：

确定出所述加速度传感器产生的加速度信号的值大于预定加速度信号值。

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