CN107139869A - 一种手动档汽车带档启动检测装置及方法 - Google Patents

一种手动档汽车带档启动检测装置及方法 Download PDF

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贾福禄
朱成元
李春宇
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Abstract

本发明提供一种手动档汽车带档启动检测装置及方法，所述装置包括加速度传感器、单片机控制电路和电源管理电路；加速度传感器为集成芯片型传感器，安装于电路板上，通过I2C总线方式与单片机控制电路相连接，单片机控制电路通过输出端子P1与汽车远程启动产品的车载控制器进行接线连接。当手动档汽车远程启动时，由所述的加速度传感器检测汽车的加速度变化，检测时，采用卡尔曼滤波算法滤除由于汽车启动时振动造成的加速度波形，如果手动档汽车启动时为在档状态，通过检测到的加速度变化判断手动档汽车为在档状态。单片机控制电路通过导线以电平信号方式把汽车带档启动信号发送给远程启动产品的车载控制器，使汽车停止启动。

Description

一种手动档汽车带档启动检测装置及方法
技术领域
本发明涉及汽车智能控制领域，特别涉及一种手动档汽车带档启动检测装置及方法。
背景技术
目前，汽车已经走进每个家庭，私家车数量也大大增加，汽车的远程控制领域发展迅速，出现了许多手机远程启动产品，手机远程启动产品就是通过手机APP来远程启动发动机。其原理为：车辆通过手机APP发来的讯号来启动发动机。整套过程省去了人为进入车内操作的不便，发动机在运转时中控锁还处于闭锁状态，有效提供了安全保障。通常来说远程启动发动机后车辆会连续工作一段时间，之后若无收到其他指示则会自动熄火。此种方式同样可以达到提升驾驶室温度的作用。
然而，上述的汽车远程启动产品都是针对于自动档汽车的，即使在手动档汽车中能够安装，也存在着安全隐患，由于手动档汽车停车时有可能是在档状态，所以如果在不知情的情况下进行了远程启动，会出现汽车在无人驾驶的情况下向前开出的危险状况。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明提供一种手动档汽车带档启动检测装置及方法，能够检测到手动档汽车启动时是否是在档状态，如果为在档状态则立即通知远程启动产品停止启动过程并进行报警。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种手动档汽车带档启动检测装置，包括加速度传感器、单片机控制电路和电源管理电路。
加速度传感器为集成芯片型传感器，安装于电路板上，通过I2C总线方式与单片机控制电路相连接，单片机控制电路通过OUT输出端连接输出端子P1，并通过输出端子P1与汽车远程启动产品的车载控制器进行接线连接。
当手动档汽车远程启动时，由所述的加速度传感器检测汽车的加速度变化，检测时，采用卡尔曼滤波算法滤除由于汽车启动时振动造成的加速度波形，如果手动档汽车启动时为在档状态，通过检测到的加速度变化判断手动档汽车为在档状态。单片机控制电路通过导线以电平信号方式把汽车带档启动信号发送给远程启动产品的车载控制器，使汽车停止启动。
所述的单片机控制电路中的单片机优选型号为：PIC16F1827，所述的加速度传感器优选型号为：ADXL345。
一种手动档汽车带档检测方法，包括以下步骤：
步骤一、由远程启动产品对汽车进行远程启动，同时加速度传感器检测汽车的加速度的变化波形；
步骤二、对检测到的加速度波形采用卡尔曼滤波算法进行滤波，去除由于汽车启动时振动造成的加速度波形变化；
步骤三、对滤波后的加速度波形与设定值进行比较，当加速度值范围超出设定值范围时，即认定为汽车是带档启动状态；
步骤四、如果判定汽车为带档启动状态则停止远程启动，将报警信息通过短信或通过APP推送方式发送至客户手机。
步骤二中所述的卡尔曼滤波算法具体实施过程为：
首先定义变量：x为加速度传感器读出的实时数据，x_mid为加速度数据计算中间变量，x_last为加速度数据上一周期循环结果，x_now为加速度数据当前滤波结果，p_mid为过程值中间变量，p_last为过程变量上一周期循环结果，p_now为过程变量当前计算值，Q为过程噪声值，R为测量噪声值，kg为噪声测量计算值。
计算步骤为：
1)x_mid＝x_last，本周期计算开始，将加速度数据上一周期循环结果赋值给中间变量x_mid，首个计算周期x_last初始值为0；
2)p_mid＝p_last+Q，将过程变量上一周期循环结果加上过程噪声值赋值给过程值中间变量p_mid；
3)kg＝p_mid/(p_mid+R)，利用过程值和测量噪声值计算出噪声测量计算值kg；
4)x_now＝x_mid+kg*(x-x_mid)，计算出加速度数据当前滤波结果；
5)p_now＝(1-kg)*p_mid；计算出过程变量当前计算值；
6)p_last＝p_now，将过程变量当前计算值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算；
7)x_last＝x_now，将加速度数据当前滤波结果值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算。
以上计算步骤为单个周期计算步骤，加速度波形计算时设置滤波采样周期，采样周期越短，效果越好。
其中，x_now为加速度波形最终滤波结果。
经过卡尔曼滤波算法得到的加速度波形，能够去掉汽车抖动带来的影响，可以准确判断汽车是否带档启动。
所述的过程噪声Q和测量噪声R为经验常数，Q增大，加速度波形滤波调整时动态响应变快，收敛稳定性变坏；R增大，加速度波形滤波调整时动态响应变慢，收敛稳定性变好。
所述的过程变量p_last初始值为经验常数。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种手动档汽车带档启动检测装置能够在远程启动时通过加速度传感器检测出汽车的运行状态，通过分析计算判断出汽车是否为带档启动，如果为带档启动则通过连接的车载控制器发送信号至服务器端进行报警。
2、本发明的一种手动档汽车带档启动检测方法采用卡尔曼滤波方法能够有效滤除掉汽车启动时的振动影响，有效检测出汽车的带档启动状态。
附图说明
图1是本发明的系统结构框图；
图2是本发明的单片机控制电路原理图；
图3是本发明的单片机控制电路原理图；
图4是本发明的电源管理电路原理图；
图5是本发明的程序下载口电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，一种手动档汽车带档启动检测装置，包括加速度传感器、单片机控制电路和电源管理电路。
如图2-4所示，加速度传感器为集成芯片型传感器，安装于电路板上，通过I2C总线方式与单片机控制电路相连接，单片机控制电路通过OUT输出端连接输出端子P1，并通过输出端子P1与汽车远程启动产品的车载控制器进行接线连接。
当手动档汽车远程启动时，由所述的加速度传感器检测汽车的加速度变化，检测时，采用卡尔曼滤波算法滤除由于汽车启动时振动造成的加速度波形，如果手动档汽车启动时为在档状态，通过检测到的加速度变化判断手动档汽车为在档状态。单片机控制电路通过导线以电平信号方式把汽车带档启动信号发送给远程启动产品的车载控制器，使汽车停止启动。
所述的单片机控制电路中的单片机优选型号为：PIC16F1827，所述的加速度传感器优选型号为：ADXL345。
如图2所示，单片机芯片的第7、8号引脚的SCL、SDA为I2C总线引脚，连接图3中加速度传感器芯片的第13、14引脚；单片机芯片的第20号引脚OUT连接图4中P1接口端子的第3脚，为单片机的输出引脚，单片机通过OUT引脚向外部的车载控制器输出汽车的带档启动信号，通知远程启动产品停止启动并发报警。
图4为电源管理芯片图，型号为：MAX1615，其输入端的1号IN引脚和5号SHDN引脚连接P1接口端子的1脚和2脚，通过其连接外部车载控制器的电源输出控制端，由车载控制器控制本手动档汽车带档检测装置的电路板是否供电工作。
如果电源管理芯片接到车载控制器的供电信号，则其3号引脚输出3.3V的直流电，为单片机芯片和加速度传感器芯片提供工作电源。
图5为单片机的程序下载端口，其MCLR、RB7、RB6引脚直接与单片机芯片引脚相连接，能够进行程序下载操作。
一种手动档汽车带档检测方法，包括以下步骤：
步骤一、由远程启动产品对汽车进行远程启动，同时加速度传感器检测汽车的加速度的变化波形；
步骤二、对检测到的加速度波形采用卡尔曼滤波算法进行滤波，去除由于汽车启动时振动造成的加速度波形变化；
步骤三、对滤波后的加速度波形与设定值进行比较，当加速度值范围超出设定值范围时，即认定为汽车是带档启动状态；
步骤四、如果判定汽车为带档启动状态则停止远程启动，将报警信息通过短信或通过APP推送方式发送至客户手机。
步骤二中所述的卡尔曼滤波算法具体实施过程为：
首先定义变量：x为加速度传感器读出的实时数据，x_mid为加速度数据计算中间变量，x_last为加速度数据上一周期循环结果，x_now为加速度数据当前滤波结果，p_mid为过程值中间变量，p_last为过程变量上一周期循环结果，p_now为过程变量当前计算值，Q为过程噪声值，R为测量噪声值，kg为噪声测量计算值。
计算步骤为：
1)x_mid＝x_last，本周期计算开始，将加速度数据上一周期循环结果赋值给中间变量x_mid，首个计算周期x_last初始值为0；
2)p_mid＝p_last+Q，将过程变量上一周期循环结果加上过程噪声值赋值给过程值中间变量p_mid；
3)kg＝p_mid/(p_mid+R)，利用过程值和测量噪声值计算出噪声测量计算值kg；
4)x_now＝x_mid+kg*(x-x_mid)，计算出加速度数据当前滤波结果；
5)p_now＝(1-kg)*p_mid；计算出过程变量当前计算值；
6)p_last＝p_now，将过程变量当前计算值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算；
7)x_last＝x_now，将加速度数据当前滤波结果值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算。
以上计算步骤为单个周期计算步骤，加速度波形计算时设置滤波采样周期，采样周期越短，效果越好。
其中，x_now为加速度波形最终滤波结果。
经过卡尔曼滤波算法得到的加速度波形，能够去掉汽车抖动带来的影响，可以准确判断汽车是否带档启动。
所述的过程噪声Q和测量噪声R为经验常数，Q增大，加速度波形滤波调整时动态响应变快，收敛稳定性变坏；R增大，加速度波形滤波调整时动态响应变慢，收敛稳定性变好。
所述的过程变量p_last初始值为经验常数。
具体实施例1：在实际应用中根据实际情况将Q值设为0.1，将R值设为10.1，将p_last初始值设置为990，即可将汽车抖动带来的影响去除，能够准确判断汽车是否为带档启动。
以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (7)

1.一种手动档汽车带档启动检测装置，其特征在于，包括加速度传感器、单片机控制电路和电源管理电路；
加速度传感器为集成芯片型传感器，安装于电路板上，通过I2C总线方式与单片机控制电路相连接，单片机控制电路通过OUT输出端连接输出端子P1，并通过输出端子P1与汽车远程启动产品的车载控制器进行接线连接；
当手动档汽车远程启动时，由所述的加速度传感器检测汽车的加速度变化，检测时，采用卡尔曼滤波算法滤除由于汽车启动时振动造成的加速度波形，如果手动档汽车启动时为在档状态，通过检测到的加速度变化判断手动档汽车为在档状态；单片机控制电路通过导线以电平信号方式把汽车带档启动信号发送给远程启动产品的车载控制器，使汽车停止启动。
2.根据权利要求1所述的一种手动档汽车带档启动检测装置，其特征在于，所述的单片机控制电路中的单片机优选型号为：PIC16F1827。
3.根据权利要求1所述的一种手动档汽车带档启动检测装置，其特征在于，所述的加速度传感器优选型号为：ADXL345。
4.一种手动档汽车带档启动检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、由远程启动产品对汽车进行远程启动，同时加速度传感器检测汽车的加速度的变化波形；
步骤二、对检测到的加速度波形采用卡尔曼滤波算法进行滤波，去除由于汽车启动时振动造成的加速度波形变化；
步骤三、对滤波后的加速度波形与设定值进行比较，当加速度值范围超出设定值范围时，即认定为汽车是带档启动状态；
步骤四、如果判定汽车为带档启动状态则停止远程启动，将报警信息通过短信或通过APP推送方式发送至客户手机。
5.根据权利要求4所述的一种手动档汽车带档启动检测方法，其特征在于，步骤二中所述的卡尔曼滤波算法具体实施过程为：
首先定义变量：x为加速度传感器读出的实时数据，x_mid为加速度数据计算中间变量，x_last为加速度数据上一周期循环结果，x_now为加速度数据当前滤波结果，p_mid为过程值中间变量，p_last为过程变量上一周期循环结果，p_now为过程变量当前计算值，Q为过程噪声值，R为测量噪声值，kg为噪声测量计算值；
计算步骤为：
1)x_mid＝x_last，本周期计算开始，将加速度数据上一周期循环结果赋值给中间变量x_mid，首个计算周期x_last初始值为0；
2)p_mid＝p_last+Q，将过程变量上一周期循环结果加上过程噪声值赋值给过程值中间变量p_mid；
3)kg＝p_mid/(p_mid+R)，利用过程值和测量噪声值计算出噪声测量计算值kg；
4)x_now＝x_mid+kg*(x-x_mid)，计算出加速度数据当前滤波结果；
5)p_now＝(1-kg)*p_mid；计算出过程变量当前计算值；
6)p_last＝p_now，将过程变量当前计算值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算；
7)x_last＝x_now，将加速度数据当前滤波结果值赋值给上一周期值，更新上一周期计算结果，准备进行下一周期计算；
以上计算步骤为单个周期计算步骤，加速度波形计算时设置滤波采样周期，采样周期越短，效果越好；
其中，x_now为加速度波形最终滤波结果；
经过卡尔曼滤波算法得到的加速度波形，能够去掉汽车抖动带来的影响，可以准确判断汽车是否带档启动。
6.根据权利要求5所述的一种手动档汽车带档启动检测方法，其特征在于，所述的过程噪声Q和测量噪声R为经验常数，Q增大，加速度波形滤波调整时动态响应变快，收敛稳定性变坏；R增大，加速度波形滤波调整时动态响应变慢，收敛稳定性变好。
7.根据权利要求5所述的一种手动档汽车带档启动检测方法，其特征在于，所述的过程变量p_last初始值为经验常数。
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