CN104729454B - 基于遗传算法的自动识别obd设备在车辆中安装方向的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,利用陀螺仪的输出判断车辆转弯,转弯角速度达到峰值时的加速度计的输出作为遗传算法的适应度值,将适应度值代入遗传算法从而确定车载OBD设备在车辆中的安装方向;本发明实现了OBD设备自动识别在车辆中的安装方向,解决了因为不同车辆所产生的OBD设备安装方向不一样的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过遗传算法实现OBD设备建立坐标系的方法,利用陀螺仪的输出判断车辆转弯,转弯角速度达到峰值时的加速度计的输出作为遗传算法的适应度值,将适应度值代入遗传算法从而确定车载OBD设备在车辆中的安装方向。
背景技术
OBD设备内置的MEMS加速度计、陀螺仪统称为OBD设备内置的惯性组件。将MEMS加速度计、陀螺仪与车载OBD设备集成,可实现对车辆运动状态的全程监测,测量数据辅助评价驾驶者的驾驶行为以及甄别车辆碰撞情况,极大的扩展了OBD产品功能,提升了驾驶者的驾控体验。
为了实现对车辆运动的监控,就需要将OBD设备内置的加速度计与陀螺仪的坐标系与车辆建立关联,但是不同型号的车辆,OBD接口的位置不同,导致OBD设备在插入车辆时,其真实坐标系方向可能指向车辆的各个方向。如果根据不同的车型设置不同的OBD设备代码,该项工作就变得比较繁琐。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,解决了因不同型号的车辆所产生的OBD设备安装方向不一样的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,包括如下步骤:
A、开始时OBD设备的坐标系是一个非水平的坐标系,利用加速度计输出的ax、ay和az,计算OBD设备的不水平度θ和γ;
其中,ax、ay和az分别表示加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,θ表示俯仰角,γ表示横滚角;
B、根据非水平的坐标系下加速度计输出的ax、ay和az与陀螺仪输出的gx、gy和gz,计算水平坐标系下的加速度计输出的Ax、Ay和Az与陀螺仪三轴输出的Gx、Gy和Gz;
B1、计算加速度计水平坐标系下的输出:
Ax=ax*cosθ+ay*sinθ*sinγ+az*sinθ*cosγ
Ay=ay*cosγ-az*sinγ
Az=-ax*sinθ+ay*cosθ*sinγ+az*cosθ*cosγ
B2、计算陀螺仪水平坐标系下的输出:
Gx=gx*cosθ+gy*sinθ*sinγ+gz*sinθ*cosγ
Gy=gy*cosγ-gz*sinγ
Gz=-gx*sinθ+gy*cosθ*sinγ+gz*cosθ*cosγ
其中,Ax、Ay和Az分别表示在水平坐标系下加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,Gx、Gy和Gz分别表示在水平坐标系下陀螺仪x轴、y轴和z轴输出的角速度;
C、如果陀螺仪的输出积分,大于10°则认定为发生了转弯:
Sum=∑Gz
其中,Sum表示为陀螺仪的输出积分;
D、在转弯过程中,陀螺仪输出的Gz达到峰值时加速度计的输出Ax,Ay作为转弯过程中OBD设备的离心力,即为遗传算法中各个染色体的适应度;
E、将染色体适应度Ax、Ay带入遗传算法中进行计算,经过4-5代的遗传,4个个体Rx、Ry、Lx和Ly中加权值最大的,是OBD设备在车辆中的真实安装方向,其中Rx表示x轴指向右侧、Ry表示y轴指向右侧、Lx表示x轴指向左侧、Ly表示y轴指向左侧;
作为步骤D的进一步补充,加速度计与陀螺仪的初始坐标系是一个右手坐标系,其相对车辆存在4种变化,即存在4个个体Rx、Ry、Lx和Ly组成的种群:
D1:当发生左转弯时:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Lx的适应度Flx,此时个体Rx完全不适应,所以将0作为此次Rx的适应度Frx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ly的适应度Fly,此时个体Ry完全不适应,所以将0作为此次Ry的适应度Fry;
D2:当发生右转弯时:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Rx的适应度Frx,此时个体Lx完全不适应,所以将0作为此次Lx的适应度Flx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ry的适应度Fry,此时个体Ly完全不适应,所以将0作为此次Ly的适应度Fly;
作为步骤E的进一步补充:使用轮盘赌选择法选择个体,首先计算各个个体的选择概率:
个体Rx的选择概率Prx:
个体Lx的选择概率Plx:
个体Ry的选择概率Pry:
个体Ly的选择概率Ply:
每一轮轮盘赌产生一个[0,1]的均匀随机数,将该随机数作为选择指针来确定被选择个体,Rx的区间为0:Prx,Lx的区间为Prx:(Plx+Prx),Ry的区间为(Plx+Prx):(Plx+Prx+Pry),Ly的区间为(Plx+Prx+Pry):1,根据每次产生的随机数在哪个区间,则该个体在该轮轮盘赌被选中一次;进行多轮轮盘赌后,将被选中的各个个体次数做加权:
其中,ni为被选择中个体的次数,Ti为该个体的加权值;当某个个体的加权值多次相加的和超过设定的阈值时,则认为此个体为最优个体,即此个体所代表的相应坐标系即为车载OBD设备的安装方向。
本发明的有益效果为:本发明实现了OBD设备自动识别在车辆中的安装方向,解决了因为不同车辆所产生的OBD设备安装方向不一样的问题。不需要再根据不同车辆设置不同的软件代码,从而解放了人力资源,降低了软件维护的成本,提高了设备的竞争力。
附图说明
图1为OBD设备x轴指向右侧在车辆中安装方向示意图;
图2为OBD设备x轴指向左侧在车辆中安装方向示意图;
图3为OBD设备y轴指向右侧在车辆中安装方向示意图;
图4为OBD设备y轴指向左侧在车辆中安装方向示意图。
具体实施方式
下面为实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述,以下实施例用于解释说明本发明,但不用来限制本发明的保护范围。
基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,包括如下步骤:
A、将OBD设备安装在车辆上,因为各种因素的影响,此时OBD设备的坐标系是一个非水平的坐标系,利用加速度计输出的ax、ay和az,计算OBD设备的不水平度θ和γ;
其中,ax、ay和az分别表示加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,θ表示俯仰角,γ表示横滚角;
B、根据非水平的坐标系下加速度计输出的ax、ay和az与陀螺仪输出的gx、gy和gz,计算水平坐标系下的加速度计输出的Ax、Ay和Az与陀螺仪三轴输出的Gx、Gy和Gz;
B1、计算加速度计水平坐标系下的输出:
Ax=ax*cosθ+ay*sinθ*sinγ+az*sinθ*cosγ
Ay=ay*cosγ-az*sinγ
Az=-ax*sinθ+ay*cosθ*sinγ+az*cosθ*cosγ
B2、计算陀螺仪水平坐标系下的输出:
Gx=gx*cosθ+gy*sinθ*sinγ+gz*sinθ*cosγ
Gy=gy*cosγ-gz*sinγ
Gz=-gx*sinθ+gy*cosθ*sinγ+gz*cosθ*cosγ
其中,Ax、Ay和Az分别表示在水平坐标系下加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,Gx、Gy和Gz分别表示在水平坐标系下陀螺仪x轴、y轴和z轴输出的角速度;
C、如果陀螺仪的输出积分,大于10°则认定为发生了转弯:
Sum=∑Gz
其中,Sum表示为陀螺仪的输出积分;
D、在转弯过程中,陀螺仪输出的Gz达到峰值时加速度计的输出Ax,Ay作为转弯过程中OBD设备的离心力,即为遗传算法中各个染色体的适应度;
E、将染色体适应度Ax、Ay带入遗传算法中进行计算,经过4-5代的遗传,4个个体Rx、Ry、Lx和Ly中加权值最大的,是OBD设备在车辆中的真实安装方向,其中Rx表示x轴指向右侧、Ry表示y轴指向右侧、Lx表示x轴指向左侧、Ly表示y轴指向左侧;
作为步骤D的进一步补充,加速度计与陀螺仪的初始坐标系是一个右手坐标系,其相对车辆存在4种变化,即存在4个个体Rx、Ry、Lx和Ly组成的种群:
D1:当发生左转弯时:水平坐标系下的陀螺仪输出的Gz大于0,此时离心力的方向相对于车辆是向左的,分析此时的加速度计输出:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Lx的适应度Flx,此时个体Rx完全不适应,所以将0作为此次Rx的适应度Frx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ly的适应度Fly,此时个体Ry完全不适应,所以将0作为此次Ry的适应度Fry;
D2:当发生右转弯时:水平坐标系下的陀螺仪输出的Gz小于0,此时离心力的方向相对于车辆是向右的,分析此时的加速度计输出:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Rx的适应度Frx,此时个体Lx完全不适应,所以将0作为此次Lx的适应度Flx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ry的适应度Fry,此时个体Ly完全不适应,所以将0作为此次Ly的适应度Fly;
作为步骤E的进一步补充:使用轮盘赌选择法选择个体,首先计算各个个体的选择概率:
个体Rx的选择概率Prx:
个体Lx的选择概率Plx:
个体Ry的选择概率Pry:
个体Ly的选择概率Ply:
每一轮轮盘赌产生一个[0,1]的均匀随机数,将该随机数作为选择指针来确定被选择个体,Rx的区间为0:Prx,Lx的区间为Prx:(Plx+Prx),Ry的区间为(Plx+Prx):(Plx+Prx+Pry),Ly的区间为(Plx+Prx+Pry):1,根据每次产生的随机数在哪个区间,则该个体在该轮轮盘赌被选中一次;进行多轮轮盘赌后,将被选中的各个个体次数做加权:
其中,ni为被选择中个体的次数,Ti为该个体的加权值;当某个个体的加权值多次相加的和超过设定的阈值时,则认为此个体为最优个体,即此个体所代表的相应坐标系即为车载OBD设备的安装方向。
根据求得的坐标系,将此坐标系转换为右前天坐标系,即Y轴指向车头方向,X轴指向车辆右侧,Z轴指向天向;本发明实现了OBD设备自动识别在车辆中的安装方向,解决了因为不同车辆所产生的OBD设备安装方向不一样的问题。
Claims (3)
1.基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,其特征在于,包括如下步骤:
A、开始时OBD设备的坐标系是一个非水平的坐标系,利用加速度计输出的ax、ay和az,计算OBD设备的不水平度θ和γ;
其中,ax、ay和az分别表示加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,θ表示俯仰角,γ表示横滚角;
B、根据非水平的坐标系下加速度计输出的ax、ay和az与陀螺仪输出的gx、gy和gz,计算水平坐标系下的加速度计输出的Ax、Ay和Az与陀螺仪三轴输出的Gx、Gy和Gz;
B1、计算加速度计水平坐标系下的输出:
Ax=ax*cosθ+ay*sinθ*sinγ+az*sinθ*cosγ
Ay=ay*cosγ-az*sinγ
Az=-ax*sinθ+ay*cosθ*sinγ+az*cosθ*cosγ
B2、计算陀螺仪水平坐标系下的输出:
Gx=gx*cosθ+gy*sinθ*sinγ+gz*sinθ*cosγ
Gy=gy*cosγ-gz*sinγ
Gz=-gx*sinθ+gy*cosθ*sinγ+gz*cosθ*cosγ
其中,Ax、Ay和Az分别表示在水平坐标系下加速度计x轴、y轴和z轴输出的加速度,Gx、Gy和Gz分别表示在水平坐标系下陀螺仪x轴、y轴和z轴输出的角速度;
C、如果陀螺仪的输出积分,大于10°则认定为发生了转弯:
Sum=∑Gz
其中,Sum表示为陀螺仪的输出积分;
D、在转弯过程中,陀螺仪输出的Gz达到峰值时加速度计的输出Ax,Ay作为转弯过程中OBD设备的离心力,即为遗传算法中各个染色体的适应度;
E、将染色体适应度Ax、Ay带入遗传算法中进行计算,经过4-5代的遗传,4个个体Rx、Ry、Lx和Ly中加权值最大的,是OBD设备在车辆中的真实安装方向,其中Rx表示x轴指向右侧、Ry表示y轴指向右侧、Lx表示x轴指向左侧、Ly表示y轴指向左侧。
2.根据权利要求1所述的基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,其特征在于,在所述的步骤D中,加速度计与陀螺仪的初始坐标系是一个右手坐标系,其相对车辆存在4种变化,即存在4个个体Rx、Ry、Lx和Ly组成的种群:
D1:当发生左转弯时:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Lx的适应度Flx,此时个体Rx完全不适应,所以将0作为此次Rx的适应度Frx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ly的适应度Fly,此时个体Ry完全不适应,所以将0作为此次Ry的适应度Fry;
D2:当发生右转弯时:
X轴指向右侧,则加速度计输出的Ax为一个大于0的数值;X轴指向左侧时,则加速度计输出的Ax为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ax作为个体Rx的适应度Frx,此时个体Lx完全不适应,所以将0作为此次Lx的适应度Flx;
Y轴指向右侧,则加速度计输出的Ay为一个大于0的数值;Y轴指向左侧时,则加速度计输出的Ay为一个小于0的数值;根据此时加速度计输出的数值与0比较,大于0,则将Ay作为个体Ry的适应度Fry,此时个体Ly完全不适应,所以将0作为此次Ly的适应度Fly。
3.根据权利要求2所述的基于遗传算法的自动识别OBD设备在车辆中安装方向的方法,其特征在于,在步骤E中使用轮盘赌选择法选择个体,首先计算各个个体的选择概率:
个体Rx的选择概率Prx:
个体Lx的选择概率Plx:
个体Ry的选择概率Pry:
个体Ly的选择概率Ply:
每一轮轮盘赌产生一个[0,1]的均匀随机数,将该随机数作为选择指针来确定被选择个体,Rx的区间为0:Prx,Lx的区间为Prx:(Plx+Prx),Ry的区间为(Plx+Prx):(Plx+Prx+Pry),Ly的区间为(Plx+Prx+Pry):1,根据每次产生的随机数在哪个区间,则该个体在该轮轮盘赌被选中一次;进行多轮轮盘赌后,将被选中的各个个体次数做加权:
其中,ni为被选择中个体的次数,Ti为该个体的加权值;当某个个体的加权值多次相加的和超过设定的阈值时,则认为此个体为最优个体,即此个体所代表的相应坐标系即为车载OBD设备的安装方向。
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