CN108646054A - 一种车载加速传感器三轴自校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车载加速传感器三轴自校准方法，所述方法包括：建立基于加速度传感器的三维坐标系O‑XYZ和建立基于汽车行驶方向的三维坐标系O‑XnewYnewZnew；获取Znew轴，在车辆点火瞬间，加速度传感器只受重力G作用，重力G的反方向即是O‑XnewYnewZnew中的Znew轴；获取Xnew轴，在车辆加速时，车载加速传感器受到合力朝向Xnew方向的作用，通过该合力计算Xnew轴；获取Ynew轴，通过右手螺旋法则计算Ynew轴。本技术方案可以对车载加速传感器的三轴方向进行校准，能够提供实时的三轴受力情况，可以更加准确的反应驾驶者的驾驶习惯，以及更准确的还原车辆碰撞的真实情况。
Description
技术领域
本发明涉及加速传感器校准领域，特别涉及一种车载加速传感器三轴自校准方法。
背景技术
车载电子产品需要准确提供车辆实时三轴方向受力情况，作为驾驶习惯培养、车辆碰撞还原的依据。目前市面上的加速度传感器只能提供传感器方向固定的三轴受力的大小，同时车载电子产品放置在车辆上的位置、水平角具有很多不确定因素，最终导致加速度传感器无法提供实时三轴(前进方向、侧方向、垂直方向)的受力变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中加速度传感器无法提供实时三轴的受力变化的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种车载加速传感器的三轴自校准方法，包括以下步骤：
建立基于加速度传感器的三维坐标系O-XYZ和建立基于汽车行驶方向的三维坐标系0-XnewYnewZnew，设三维坐标系0-XYZ与三维坐标系0-XnewYnewZnew的转换方程组为：
Xnew＝a1*X+b1*Y+c1*Z；
Ynew＝a2*X+b2*Y+c2*Z；
Znew＝a3*X+b3*Y+c3*Z；
获取Znew轴，在车辆点火瞬间，加速度传感器只受重力G作用，重力G的反方向即是0-XnewYnewZnew中的Znew轴；
获取Xnew轴，在车辆加速时，车载加速传感器受到合力朝向Xnew方向的作用，通过该合力计算Xnew轴；
获取Ynew轴，通过右手螺旋法则计算Ynew轴。
进一步，保存并统计车辆点火瞬间20组Znew，计算平均值作为新的Znew。
进一步，保存并统计车辆加速时的10组Xnew，计算平均值作为新的Xnew。
进一步，采用GPS采集车辆速度以判断车辆是否处于加速状态，车辆处于加速状态下时即可计算Xnew轴。
进一步，获取Znew轴的方法为：
设三维坐标系O-XYZ三轴受力分别为gx，gy，gz，重力为G；
计算出三轴XYZ和Znew轴的夹角，假设夹角分别是αznew，βznew，Yznew，则
a3＝cosαznew＝-gx/G；
b3＝cosβznew＝-gy/G；
c3＝cosγznew＝-gz/G。
进一步，获取Xnew轴的方法为：
设各轴上增加的加速度分量分别是Δx，Δy，Δz，则合加速度为
假设三轴XYZ和Xnew轴的夹角分别是αxnew，βxnew，γxnew，则
a1＝cosαxnew＝Δx/Δa；
b1＝cosβxnew＝Δy/Δa；
c1＝cosγxnew＝Δz/Δa。
与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：
本技术方案可以对车载加速传感器的三轴方向进行校准，能够提供实时的三轴受力情况，可以更加准确的反应驾驶者的驾驶习惯，以及更准确的还原车辆碰撞的真实情况。
而且，该技术方案采用在车辆加速时计算Xnew轴，这使得车载加速传感器首次安装后，汽车点火运动时，即可触发自校准检测，提高了自校准的检测频度，可以填补自校准的空白期。
可以在在车辆加速时即校准三轴方向，缩短了校准的时间，能够更加快速的获取三轴信息。
附图说明
图1为本发明第一实施例中车载加速传感器的三轴自校准方法的流程图；
图2为本发明第二实施例中车载加速传感器的三轴自校准系统的架构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
第一实施例
参考图1，本实施例提供一种车载加速传感器的三轴自校准方法，包括建立三维坐标系、获取Znew轴、获取Xnew轴和获取Ynew轴。
其中，建立三维坐标系包括：
建立基于加速度传感器的三维坐标系O-XYZ和建立基于汽车行驶方向的三维坐标系O-XnewYnewZnew，设三维坐标系O-XYZ与三维坐标系0-XnewYnewZnew的转换方程组为：
Xnew＝a1*X+b1*Y+c1*Z；
Ynew＝a2*X+b2*Y+c2*Z；
Znew＝a3*X+b3*Y+c3*Z。
其中，获取Znew轴包括：
在车辆点火瞬间，加速度传感器只受重力G作用，重力G的反方向即是O-XnewYnewZnew中的Znew轴。
设三维坐标系O-XYZ三轴受力分别为gx，gy，gz，重力为G；
计算出三轴XYZ和Znew轴的夹角，假设夹角分别是αznew，βznew，Yznew，则
a3＝cosαznew＝-gx/G；
b3＝cosβznew＝-gy/G；
c3＝cosγznew＝-gz/G。
在具体操作过程中，为了提高获取Znew轴的准确性，一般会保存并统计车辆点火瞬间的20组Znew，计算平均值作为新的Znew。
其中，获取Xnew轴包括：
在车辆加速时，车载加速传感器受到合力朝向Xnew方向的作用，通过该合力计算Xnew轴。
在本实施例中，采用GPS采集车辆速度以判断车辆是否处于加速状态，车辆处于加速状态下时即可计算Xnew轴。
设各轴上增加的加速度分量分别是Δx，Δy，Δz，则合加速度为
假设三轴XYZ和Xnew轴的夹角分别是αxnew，βxnew，Yxnew，则
a1＝cosαxnew＝Δx/Δa；
b1＝cosβxnew＝Δy/Δa；
c1＝cosγxnew＝Δz/Δa。
在具体操作过程中，为了提高获取Xnew轴的准确性，一般会保存并统计车辆点火瞬间的10组Xnew，计算平均值作为新的Xnew。
其中，获取Ynew轴的方法为：
在获取了Xnew和Znew轴之后，通过右手螺旋法则计算Ynew轴。
本实施例的技术方案可以对车载加速传感器的三轴方向进行校准，能够提供实时的三轴受力情况，可以更加准确的反应驾驶者的驾驶习惯，以及更准确的还原车辆碰撞的真实情况。
而且，该技术方案采用在车辆加速时计算Xnew轴，这使得车载加速传感器首次安装后，汽车点火运动时，即可触发自校准检测，提高了自校准的检测频度，可以填补自校准的空白期。
第二实施例
参考图2，本实施例提供一种车载加速传感器的三轴自校准系统，包括加速传感器、GPS和计算系统。
基于加速度传感器的三维坐标系为O-XYZ，基于汽车行驶方向的三维坐标系为O-XnewYnewZnew，设三维坐标系O-XYZ与三维坐标系O-XnewYnewZnew的转换方程组为：
Xnew＝a1*X+b1*Y+c1*Z；
Ynew＝a2*X+b2*Y+c2*Z；
Znew＝a3*X+b3*Y+c3*Z。
其中，GPS用于采集车辆速度以判断车辆是否处于加速状态。
GPS感知到在车辆加速时，触发计算系统计算Xnew轴：
车载加速传感器受到合力朝向Xnew方向的作用，设各轴上增加的加速度分量分别是Δx，Δy，Δz，则合加速度为
假设三轴XYZ和Xnew轴的夹角分别是αxnew，βxnew，Yxnew，则
a1＝cosαxnew＝Δx/Δa；
b1＝cosβxnew＝Δy/Δa；
c1＝cosγxnew＝Δz/Δa。
其中，加速传感器用于采集车辆在点火瞬间的受力和在加速行驶过程中的受力。
在车辆点火瞬间，加速度传感器采集到的受力为重力G作用，重力G的反方向即是O-XnewYnewZnew中的Znew轴，设三维坐标系O-XYZ三轴受力分别为gx，gy，gz；
通过计算系统计算出三轴XYZ和Znew轴的夹角，假设夹角分别是αznew，βznew，γznew，则
a3＝cosαznew＝-gx/G；
b3＝cosβznew＝-gy/G；
c3＝cosγznew＝-gz/G。
其中，计算系统用于计算三维坐标系O-XYZ与三维坐标系O-XnewYnewZnew的转换。
本实施例的技术方案可以对车载加速传感器的三轴方向进行校准，能够提供实时的三轴受力情况，可以更加准确的反应驾驶者的驾驶习惯，以及更准确的还原车辆碰撞的真实情况。
而且，该技术方案采用在车辆加速时计算Xnew轴，这使得车载加速传感器首次安装后，汽车点火运动时，即可触发自校准检测，提高了自校准的检测频度，可以填补自校准的空白期。
第三实施例
本发明还提供一种驾驶习惯监测方法，先采用第一实施例中所述的方法对车载加速传感器进行校准。
然后在预设时间区间Δt内，计算车辆在前进方向的受力变化量Δx，若Δx大于预设阈值，则记录为不良驾驶习惯；反之，则为正常驾驶习惯。
本技术方案可以对驾驶习惯进行精确采集。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (6)
1.一种车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立基于加速度传感器的三维坐标系O-XYZ和建立基于汽车行驶方向的三维坐标系0-XnewYnewZnew，设三维坐标系O-XYZ与三维坐标系O-XnewYnewZnew的转换方程组为：
Xnew＝a1*X+b1*Y+c1*Z；
Ynew＝a2*X+b2*Y+c2*Z；
Znew＝a3*X+b3*Y+c3*Z；
获取Znew轴，在车辆点火瞬间，加速度传感器只受重力G作用，重力G的反方向即是O-XnewYnewZnew中的Znew轴；
获取Xnew轴，在车辆加速时，车载加速传感器受到合力朝向Xnew方向的作用，通过该合力计算Xnew轴；
获取Ynew轴，通过右手螺旋法则计算Ynew轴。
2.根据权利要求1所述的车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，
保存并统计车辆点火瞬间20组Znew，计算平均值作为新的Znew。
3.根据权利要求1所述的车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，
保存并统计车辆加速时的10组Xnew，计算平均值作为新的Xnew。
4.根据权利要求1所述的车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，
采用GPS采集车辆速度以判断车辆是否处于加速状态，车辆处于加速状态下时即可计算Xnew轴。
5.根据权利要求1所述的车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，
获取Znew轴的方法为：
设三维坐标系O-XYZ三轴受力分别为gx，gy，gz，重力为G；
计算出三轴XYZ和Znew轴的夹角，假设夹角分别是αznew，βznew，γznew，则
a3＝cosαznew＝-gx/G；
b3＝cosβznew＝-gy/G；
c3＝cosγznew＝-gz/G。
6.根据权利要求1所述的车载加速传感器的三轴自校准方法，其特征在于，获取Xnew轴的方法为：
设各轴上增加的加速度分量分别是Δx，Δy，Δz，则合加速度为
假设三轴XYZ和Xnew轴的夹角分别是αxnew，βxnew，γxnew，则
a1＝cosαxnew＝Δx/Δa；
b1＝cosβxnew＝Δy/Δa；
c1＝cosγxnew＝Δz/Δa。
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