一种车辆侧翻和碰撞的检测方法、装置及其应用

摘要

一种车辆侧翻和碰撞的检测方法、装置及其应用，具体检测步骤如下：1)采集X轴、Y轴、Z轴的加速度值，先将其中两轴的加速度值进行矢量合成，而后分别转入步骤2)进行碰撞判断，转入步骤3)进行侧翻判断；2)判断合成后的加速度值是否大于碰撞加速度阈值，若是，则发生碰撞，若否，则未发生碰撞，回到步骤1)；3)利用合成后的加速度值、重力加速度值和另外一轴的加速度值进行三角函数计算得到至少三个倾斜角，并取平均倾斜角，判断是否发生侧翻。本发明通过矢量合成法计算车辆碰撞强度，通过矢量分解法计算车辆侧翻角度，实现全方位精确地检测车辆碰撞和侧翻事件发生，精度高，无盲点，避免误报和漏报现象发生。

说明书

技术领域

本发明涉及车辆检测领域，特别是一种车辆侧翻和碰撞的检测方法、装置及其应用。

背景技术

近年来，随着我国经济社会持续快速发展，汽车极大地方便了人们的日常出行生活和生产经营活动，群众购车刚性需求旺盛，汽车保有量继续呈快速增长趋势，机动车和驾驶人员数量迅猛增长。汽车给人们生产生活带来便捷的同时，也带来不容忽视的安全隐患，频发的交通事故严重威胁着人们的生命财产安全。因此，及时地发现和处理行车事故，是保护人民生命财产安全的重要保障。

以往的传统设计方案具有如下缺陷：一是如国外众多汽车厂商近年来投入大量人力物力来研发应用于车辆事故的自动呼救系统，但一般都基于安全气囊自动触发；二是通过人工按钮来实现触发；三是采用机械式加速度传感器单元或者机械传动机构实现碰撞和侧翻检测；四是采用加速度传感器检测方式，如专利申请号200610069493.X“一种用于车辆碰撞/侧翻检测、报警的方法及装置”，碰撞侧翻计算方法较为粗糙，精确度不够。

传统碰撞和侧翻检测方法比较机械，安装复杂，人工参与度过高，精确度较低，误报或者漏报概率较高，在实际应用中的效果差强人意，存在很多缺点：一是安全气囊来触发呼救信号则会受制于国外的汽车厂商无法安装在不同的车型上，并且在一些特殊角度的碰撞以及翻滚的情况下安全气囊失效；二是人工按钮来触发报警或自救，显然不够及时和智能，在严重事故时车主无法触发操 作；三是机械式加速度传感器或者机械传动机构，功能单一独立，需要多个传感器单元才能实现各方向信号检测，实现和安装复杂，造价高；四是采用加速度传感器各方向加速度分量简单计算方法，误差过大，精确度较低，容易造成误报和漏报。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种精确度高、无盲点的车辆侧翻和碰撞的检测方法、装置及其应用。

本发明采用如下技术方案：

一种车辆侧翻和碰撞的检测方法，基于安装于车辆上的三轴加速度传感器实现，并预先设置碰撞加速度阈值、侧翻角度阈值和时限值，具体检测步骤如下：

1)采集X轴、Y轴、Z轴的加速度值，先将其中两轴的加速度值进行矢量合成，而后分别转入步骤2)进行碰撞判断，转入步骤3)进行侧翻判断；

2)判断合成后的加速度值是否大于碰撞加速度阈值，若是，则发生碰撞，若否，则未发生碰撞，回到步骤1)；

3)利用合成后的加速度值、重力加速度值和另外一轴的加速度值进行三角函数计算得到至少三个倾斜角，并取平均倾斜角，判断该平均倾斜角是否大于侧翻角度阈值，若是，则累计持续时间，进入步骤4)，若否，则清零持续时间，回到步骤1)；

4)判断持续时间是否大于时限值，若是，则发生侧翻；若否，则回到步骤1)。

优选的，在步骤1)中，将其中X轴和Y轴的加速度值进行矢量合成。

优选的，在步骤3)中，利用反正弦函数、反余弦函数和反正切函数计算得到三个倾斜角。

优选的，在步骤3)中，利用合成后的加速度值、重力加速度值和Z轴的加速度值进行三角函数计算得到至少三个倾斜角。

优选的，在步骤3)中，采用计数器累计持续时间。

一种车辆侧翻和碰撞的检测装置，其特征在于，包括如下功能模块：

采集模块，用于周期性地采集三轴加速度值；

矢量合成模块，用于矢量合成其中两轴的加速度值；

碰撞判断模块，用于将合成后的加速度值与碰撞加速度阈值进行对比以判断是否发生碰撞；

倾斜角计算模块，用于对合成后的加速度值、重力加速度值和另外一轴的加速度值进行三角函数计算得到至少三个倾斜角，并取平均倾斜角；

侧翻判断模块，用于将平均倾斜角与侧翻角度阈值进行对比，并结合计时装置判断是否发生侧翻；

计时模块，用于累计平均倾斜角大于侧翻角度阈值的持续的时间。

一种车辆远程监控的方法，基于GPS中心服务系统、GPS汽车行驶记录仪及车辆传感器系统实现，该GPS汽车行驶记录仪包括三轴加速度传感器，其特征在于：其中的GPS汽车行驶记录仪采用上述的任一车辆侧翻和碰撞的检测方法检测车辆是否发生侧翻和/或碰撞，若发生侧翻和/碰撞，则上传报警信息至GPS中心服务系统。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明采用三轴加速度传感器采集X、Y、Z三个方向加速度值，通过矢量合成法计算车辆碰撞强度，通过矢量分解法计算车辆侧翻角度，实现全方位精确 地检测车辆碰撞和侧翻事件发生，精度高，无盲点，避免误报和漏报现象发生。

本发明的检测方法和远程监控方法的具体优点如下：一是智能自动化检测，通过GPS汽车行驶记录仪的MCU实时采集三轴加速度传感器加速度值，自动计算得出结果；二是碰撞检测精度高，通过矢量合成法，能够将X轴、Y轴的加速度值进行合成，避免碰撞能量损失导致漏报，同时能够进行360度全方位碰撞检测，无盲点；三是侧翻检测精确度高，通过矢量分解法，将重力加速度值分解成X、Y、Z三个方向分量，根据分量值求解出倾斜角度，能够检测各种倾斜方向的角度，无盲点，避免误报和漏报；四是实现简单，成本低，只需MCU微处理器芯片和三轴加速度传感器就可以实现精确检测功能，稳定可靠，实用性强；五是安装方便，只需平行安装单个传感器单元。

附图说明

图1为本发明碰撞部分的流程图；

图2为本发明侧翻部分的流程图；

图3为三轴加速度传感器的三轴坐标示意图；

图4为本发明一种车辆远程监控系统结构。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

参照图1至图3，一种车辆侧翻和碰撞的检测方法，通过安装于车辆上的三轴加速度传感器周期性地采集各个方向的加速度值进行计算判断(周期为T，默认可定义为1毫秒)，并预先设置碰撞加速度阈值P_th(默认定义为2.5g，g为重力加速度，取值可为g＝9.8m/s²)、侧翻角度阈值B(默认定义为45度)和时限 值T_j(默认定义为10秒)，具体检测步骤如下：

1)采集X轴、Y轴、Z轴的加速度，分别为A_x、A_y、A_z、将X轴、Y轴的加速度值进行矢量合成，合成后的加速度值为A_xy，合成公式为：|A_xy|＝(|A_x|²+|A_y|²)^1/2，而后分别转入步骤2)进行碰撞判断，转入步骤3)进行侧翻判断；

2)判断合成后的加速度值A_xy是否大于碰撞加速度阈值P_th，若是，则发生碰撞，若否，则未发生碰撞，回到步骤1)；

3)利用合成后的加速度值A_xy、重力加速度值G和Z轴的加速度值A_z进行三角函数计算得到至少三个倾斜角，并取平均倾斜角β，判断该平均倾斜角β是否大于侧翻角度阈值B，若是，则采用时间计数器C_t累计持续时间，进入步骤4)，若否，则清零时间计数器C_t，回到步骤1)；实际应用中，可利用反正弦函数、反余弦函数和反正切函数计算得到三个倾斜角，公式如下：

反正弦计算角度公式为：β1＝asin(|A_xy|/G)；

反余弦计算角度公式为：β2＝acos(|A_z|/G)；

反正切计算角度公式为：β2＝atan(|A_xy|/|A_z|)；

最终计算得出平均倾斜角公式为：β＝((β1+β2+β3)*360)/(3*2π)。该步骤中的重力加速度值G与g相同，取值可为g＝9.8m/s²。

4)判断时间计数器C_t累计的持续时间是否大于时限值T_j，若是，则发生侧翻；若否，则回到步骤1)。

本发明还提出一种车辆侧翻和碰撞的检测装置，包括如下功能模块：

采集模块，用于周期性地采集三轴加速度值；

矢量合成模块，用于矢量合成其中两轴的加速度值；

碰撞判断模块，用于将合成后的加速度值与碰撞加速度阈值进行对比以判断是否发生碰撞；

倾斜角计算模块，用于对合成后的加速度值、重力加速度值和另外一轴的加速度值进行三角函数计算得到至少三个倾斜角，并取平均倾斜角；

侧翻判断模块，用于将平均倾斜角与侧翻角度阈值进行对比，并结合计时装置判断是否发生侧翻；

计时模块，用于累计平均倾斜角大于侧翻角度阈值的持续的时间。

本发明还提出上述方法的应用举例，一种车辆远程监控的方法，参照图4，基于GPS中心服务系统、GPS汽车行驶记录仪及车辆传感器系统实现。该GPS汽车行驶记录仪包括微处理器MCU、存储器RAM、Flash、三轴加速度传感器、车辆信号采集、移动通信模块和卫星定位模块等，主要起到移动网络无线数据通信、GPS卫星定位功能和车辆信号采集等功能。MCU微处理器芯片采用ST公司STM32F105芯片，三轴加速度传感器芯片采用Freescale公司MMA8452Q芯片，IIC总线接口。

GPS中心服务系统是一个基于服务器的应用软件，用于接收、解析、处理GPS汽车行驶记录仪上传的数据，分析数据，生成报表，同时可以远程监控、遥控、配置GPS汽车行驶记录仪。

车辆传感器系统是安装在车辆各种传感器系统，对外提供了脉冲采集传感器，车辆信号传感器等接口，其他电控设备可通过传感器线与车辆传感器系统对接，实现车辆信号数据采集。

本发明中车辆远程监控方法，采用GPS汽车行驶记录仪集移动通信、北斗/GPS双模卫星定位、车辆工况数据采集为一体，通过数字移动通信网络和全球卫星定位技术来实现对车辆的远程监控管理、位置应用管理以及报警求助相关功能。其安装在车辆中控台位置，车辆运行过程中，MCU微处理芯片通过总线周期性获取位置信息数据，采集三轴加速度传感器状态，利用上述车辆侧翻和碰 撞的检测方法实时监测车辆是否发生碰撞或者侧翻并报警，当发生报警时及时通过GPRS通信网络上传报警信息到GPS中心服务系统，以达到车辆远程监控报警目的，从而体现出精确判断车辆碰撞或侧翻报警状态的重要性。采用本发明的方法，能够自动计算并精确判断车辆碰撞和侧翻状态，为GPS汽车行驶记录仪的远程报警求助功能提供基础保障。

上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。