CN109263540A - 一种车辆行驶状态量化指示装置及指示方法 - Google Patents

一种车辆行驶状态量化指示装置及指示方法 Download PDF

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Abstract

一种车辆行驶状态量化指示装置，该装置包括加速度传感器，安装在车辆上，用于获取车辆的加速度值；灯带，安装在车辆的尾部，用于量化显示车辆的加速度；控制芯片，实现接收加速度传感器测量得车辆的加速度数据，并根据加速度数据来控制灯带进行显示；加速度传感器与控制芯片的输入端连接，灯带与控制芯片的输出端连接。该装置设计合理、安装方便，配合该装置的指示方法，不仅能够显示出车辆的加速与制动状态，更能显示出车辆的加速与制动的程度，大大提高了后车的跟车安全。

Description

一种车辆行驶状态量化指示装置及指示方法
技术领域
本发明涉及车辆安全技术领域，特别是一种车辆行驶状态量化指示装置，还涉及上述车辆行驶状态量化指示装置的指示方法。
背景技术
根据近年来交通事故起因统计，追尾事故约占交通事故总量的70%，由于传统的刹车灯是一种简单的开关指示，只能表明驾驶人是否采取制动措施，而不能直接反映出制动程度的大小，后车驾驶人视前车刹车灯亮做出反应之后，仍需根据两车相对距离减小的速度而判断前车制动程度，大大加长了采取正确且适量的刹车制动行为的响应时间；而前车运行在加速状态时更是没有任何的指示灯。
但是，目前市场在售的车型中，没有带行驶状态量化指示的车辆；改装配件中也只有有一般的流水转向灯、刹车闪烁灯等，与以往车辆所带有的指示灯功能无差，没有更多的提高安全驾驶的指标。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种能够量化显示汽车行驶状态、提高驾驶的安全性的车辆行驶状态量化指示装置。
本发明所要解决的另一个技术问题是提供了上述车辆行驶状态量化指示装置的指示方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种车辆行驶状态量化指示装置，该装置包括加速度传感器，安装在车辆上，用于获取车辆的加速度值；灯带，安装在车辆的尾部，用于量化显示车辆的加速度；控制芯片，实现接收加速度传感器测量得车辆的加速度数据，并根据加速度数据来控制灯带进行显示；加速度传感器与控制芯片的输入端连接，灯带与控制芯片的输出端连接。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的车辆行驶状态量化指示装置，该装置还包括便于控制芯片和加速度传感器安装的控制盒，控制盒上还安装有便于保证水平安装的水平仪。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的车辆行驶状态量化指示装置，所述控制芯片为单片机，加速度传感器为三轴加速度传感器，水平仪为万向水平泡水平仪。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，，一种车辆行驶状态量化指示方法，：该方法使用以上所述的车辆行驶状态量化指示装置，其步骤如下：
（1）校准
设置标记变量FR，首次运行时，检测FR并改变状态，以后运行不再进行校准，将加速度传感器测量到的加速度值的水平偏移量赋值于加速度传感器内部偏移校准寄存器，作为偏移校准量；
（2）设置检测阈值
①设置相对静止检测阀值：若检测到的一组加速度值的平均值小于该阈值，则表示车辆为停车或匀速行驶状态；
②设置震动检测阀值：若检测到的一组加速度值的方差值大于该阀值，则车辆为非驾驶因素的震动、颠簸状态；
（3）驾驶习惯训练
取历史加速记录数组hrr，初始化时提取hrr最大值和最小值，将当前加速临时值crat，纳入比较，当hrr最小值等于0，则用crat替换最小值所在记录；当crat大于hrr最大值时，则用crat替换最小值所在记录；当crat小于hrr最小值，则用crat替换最大值所在记录；之后crat清零，将hrr数组取平均值赋值于当前驾驶最大加速值crma，驾驶习惯训练结束；
（4）数据采集与计算
设置加速记录数组ar，在一定周期内加速度传感器测量的加速临时值crat记录到ar中，然后计算加速记录数组ar内加速度平均值cra与方差值；
接着，先判断cra的有效性，如果方差值低于震动检测阈值，则为有效数据；否则车辆为非驾驶因素的震动、颠簸状态，清空ar，重新记录测量数据；
若加速记录数组ar内的数据为有效数据，则继续判断行驶状态是否为停车或匀速行驶，若平均值cra小于静止检测阈值，则车辆为停车或匀速行驶状态，显示清零，清空ar，重新记录数据；否则控制芯片按照cra/crma*LED总数计算，控制相应数量的LED等进行显示输出；
同时，判断cra，若cra值大于当前crat，则将cra赋值于crat，最终结果将纳入下次程序运行的训练过程；若cra值大于crma，则将cra赋值于crma，用来临时扩大本次运行的比例保证显示完整性。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的车辆行驶状态量化指示方法，设置两组加速记录数组hr，分别用于记录车辆向前的加速度值和车辆向后的加速度值，控制芯片控制灯带以不同颜色显示车辆向前的加速度值和车辆向后的加速度值。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现，对于以上所述的车辆行驶状态量化指示方法，所述加速度传感器以400Hz的速率采集加速度数据，每组加速记录数组hr记录的数据数量为25个-32个。
与现有技术相比，本发明通过将加速度传感器水平安装在车辆上，然后将灯带固定在车辆尾部醒目的位置，利用控制芯片根据加速度传感器测量的车辆的加速度值进行控制灯带量化显示，加速度值越大，灯带点亮的长度越大；同时，利用控制芯片记录每次驾驶过程中驾驶人员的最大加速度值，并根据算法得出驾驶人驾驶车辆的特性和驾驶习惯，从而使得灯带能够更好的显示出驾驶人加速与制动产生的加速度值，便于后车了解前车的行驶状态，保证行车安全。该装置设计合理、安装方便，配合该装置的指示方法，不仅能够显示出车辆的加速与制动状态，更能显示出车辆的加速与制动的程度，大大提高了后车的跟车安全。
附图说明
图1为本发明的一种结构框图；
图2为本发明的一种工作流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-2，一种车辆行驶状态量化指示装置，该装置包括加速度传感器，安装在车辆上，用于获取车辆的加速度值；灯带，安装在车辆的尾部，用于量化显示车辆的加速度；控制芯片，实现接收加速度传感器测量得车辆的加速度数据，并根据加速度数据来控制灯带进行显示；加速度传感器与控制芯片的输入端连接，灯带与控制芯片的输出端连接。
该装置还包括便于控制芯片和加速度传感器安装的控制盒，控制盒上还安装有便于保证水平安装的水平仪。
所述控制芯片为单片机，加速度传感器为三轴加速度传感器，水平仪为万向水平泡水平仪，灯带为像素灯带。
独立加速度传感行驶状态量化指示灯的控制模块电路安装在长方体控制盒内部，与控制盒底面平行，控制盒上盖外部粘贴圆形万向水平泡水平仪，控制盒四角带有螺丝孔，控制盒标明安装方向；将车辆停在水平地面上，在车辆上选取相对抖动较小的位置安装好固定螺丝，将控制盒按照正确朝向安装在固定螺丝上，通过调节螺母高度来使万向水平泡水平仪达到水平状态，连接汽车12V电源、灯带连接线，将灯带固定在车辆后方醒目位置，首次通电模块会进行水平偏移量校准，最初数次驾驶的行驶状态将作为后续显示的初始训练数据，并在以后的驾驶过程中不断校准。
控制芯片记录每次驾驶过程中驾驶人的最大加速度，并根据训练算法得出驾驶人的车辆特性及驾驶习惯，使得量化显示标准因驾驶的车辆特性、驾驶习惯而有所区别，训练的精确度由历史加速度记录数组的规模决定。独立加速度传感行驶状态量化显示指示灯可显示加速与制动产生的加速度的大小，红色为制动、绿色为加速，为后车了解前车行驶状态做出指示以采取适当的驾驶操作行为。
具体算法思路
以控制芯片为C8051F320，加速度传感器为ADXL345为例，
（1）校准
设置标记变量（FR，单片机FLASH存储器值），判断是否首次运行程序，如果是首次运行程序，则检测当前水平偏移量，并存入ADXL345自带的偏移校准寄存器，这样以后输出的结果都是经过偏移校准的。
加速度传感器是用于车辆前进方向或后退方向上的水平加速度值，我们尽量在水平条件下安装，但是路面不是绝对水平、安装或有倾斜，这时就会存在系统误差，校准是为了矫正这部分误差的。
（2）检测阈值
①相对静止检测：设定平均值阈值，若测量的加速度平均值小于平均值阈值，则表示车辆为停车或匀速行驶；
②震动检测：方差阈值，若测量的加速度的方差值大于方差阈值，则标识车辆为非驾驶因素的震动、颠簸。
以上检测值需要进行试验测试记录，作为运行采样时每次取样数据组平均值与方差的筛选阈值。
（3）驾驶习惯训练
设定历史加速记录数组（hrr，单片机FLASH存储器值），初始化时提取hrr最大值和最小值，将当前加速临时值（crat，单片机FLASH存储器值）（这里实际上是上次结束运行时的值）纳入比较，当最小值等于0，crat替换最小值所在记录；当crat大于最大值时替换最小值所在记录；当crat小于最小值，替换最大值所在记录。之后crat清零，将hrr数组取平均值赋值于当前驾驶最大加速值（crma，寄存器值），初始化训练结束。
驾驶习惯训练是为了找出驾驶人的驾驶习惯，找出驾驶人加速或减速时最常用的最大加速度值，以了解驾驶人的踩油门或踩刹车的常用最大力度；后面，如果检测到的实时加速值大于crma，则表示驾驶人在本次驾驶中比平时更大程度的踩油门或刹车。
（4）数据采集与计算
①ADXL345内部FIFO工作于流模式时，以400Hz的速率采集加速度数据，单片机主程序从ADXL345内部FIFO寄存器读取采集不超过32个X轴加速度值，计算加速度平均值（cra，寄存器值）与方差；如果当前加速度数据方差低于震动检测阈值，则为有效数据；如果判断行驶状态为相对静止（停车或匀速行驶），则显示清零。
②如果cra不为静止，则进行下一步，如果该cra值大于crat则赋值于crat，同时如果该cra值大于crma则赋值于crma，之后，以该cra则除以crma后按照相应等级，控制n=cra/crma*LED总数个数量的LED灯进行显示输出。
采集到的加速度平均值cra，表示当前车辆的加速度值，与训练得出的crma比较，可以看出驾驶人当前踩油门或刹车的力度，驾驶人当前踩油门或刹车的力度越大，灯带上LED灯点亮的数量就越多；并且，crat用于记录本次开车驾驶人最大的加速度值，便于根据驾驶人的驾驶习惯在下一次运行的训练中加入数据；crma可以更新最大值以使本次驾驶的显示动态在范围之内，以上可保证灯带显示幅度随着驾驶人的习惯和车辆特性改变而更新。
（5）关于加速与制动的区分
首先分别设置两组历史加速记录数组，分别进行训练，所有状态变量均设置加减速两组变量；接下来，设置标记变量flag，判断当前加速度芯片返回值的平均值正负状态，加速为正，减速为负，使用各自数据组进行计算储存，区分加减速显示颜色进行输出，一般采用红色表示制动，绿色表示加速。

Claims (6)

1.一种车辆行驶状态量化指示装置，其特征在于：该装置包括加速度传感器，安装在车辆上，用于获取车辆的加速度值；
灯带，安装在车辆的尾部，用于量化显示车辆的加速度；
控制芯片，实现接收加速度传感器测量得车辆的加速度数据，并根据加速度数据来控制灯带进行显示；
加速度传感器与控制芯片的输入端连接，灯带与控制芯片的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的车辆行驶状态量化指示装置，其特征在于：该装置还包括便于控制芯片和加速度传感器安装的控制盒，控制盒上还安装有便于保证水平安装的水平仪。
3.根据权利要求2所述的车辆行驶状态量化指示装置，其特征在于：所述控制芯片为单片机，加速度传感器为三轴加速度传感器，水平仪为万向水平泡水平仪。
4.一种车辆行驶状态量化指示方法，其特征在于：该方法使用权利要求1-3任意一项所述的车辆行驶状态量化指示装置，其步骤如下：
（1）校准
设置标记变量FR，首次运行时，检测FR并改变状态，以后运行不再进行校准，将加速度传感器测量到的加速度值的水平偏移量赋值于加速度传感器内部偏移校准寄存器，作为偏移校准量；
（2）设置检测阈值
①设置相对静止检测阀值：若检测到的一组加速度值的平均值小于该阈值，则表示车辆为停车或匀速行驶状态；
②设置震动检测阀值：若检测到的一组加速度值的方差值大于该阀值，则车辆为非驾驶因素的震动、颠簸状态；
（3）驾驶习惯训练
取历史加速记录数组hrr，初始化时提取hrr最大值和最小值，将上次运行保存的加速临时值crat，纳入比较，当hrr最小值等于0，则用crat替换最小值所在记录；当crat大于hrr最大值时，则用crat替换最小值所在记录；当crat小于hrr最小值，则用crat替换最大值所在记录；之后crat清零，将hrr数组取平均值赋值于当前驾驶最大加速值crma，驾驶习惯训练结束；
（4）数据采集与计算
设置加速记录数组ar，在一定周期内加速度传感器测量的加速临时值crat记录到ar中，然后计算加速记录数组ar内加速度平均值cra与方差值；
接着，先判断cra的有效性，如果方差值低于震动检测阈值，则为有效数据；否则车辆为非驾驶因素的震动、颠簸状态，清空ar，重新记录测量数据；
若加速记录数组ar内的数据为有效数据，则继续判断行驶状态是否为停车或匀速行驶，若平均值cra小于静止检测阈值，则车辆为停车或匀速行驶状态，显示清零，清空ar，重新记录数据；否则控制芯片按照cra/crma*LED总数计算，控制相应数量的LED等进行显示输出；
同时，判断cra，若cra值大于当前crat，则将cra赋值于crat，最终结果将纳入下次程序运行的训练过程；若cra值大于crma，则将cra赋值于crma，用来临时扩大本次运行的比例保证显示完整性。
5.根据权利要求4所述的车辆行驶状态量化指示方法，其特征在于：设置两组加速记录数组ar，分别用于记录车辆向前的加速度值和车辆向后的加速度值，控制芯片控制灯带以不同颜色显示车辆向前的加速度值和车辆向后的加速度值。
6.根据权利要求4所述的车辆行驶状态量化指示方法，其特征在于：所述加速度传感器以400Hz的速率采集加速度数据，每组加速记录数组ar记录的数据数量为25个-32个。
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