本发明涉及这样一种技术，即通过事后分析那些表示车辆按时 间序列变化的行驶方位角和速度的历史数据，尤其是发生撞车或事 故等异常情况前后时间内的历史数据，对异常事件的发生原因作出 科学的解释。

近来，许多车辆上都安装了安全保险装置，这些安全保险装置 能自动工作，因而可以在行驶间出现异常情况时避免发生危险。然 而不受车辆安全装置的机械性能达到何等高度，司机对安全保险装 置的了解和信赖程度却是降低事故实际发生率的关键。譬如，司机 都是根据个人的感觉和判断来驾车的，但是个人的感觉和判断往往 随外界条件的变化而变化。众所周知，在高速公路和普通公路上以 相同的速度(如100公里/小时)行驶，司机的感觉是不同的。所 以，为了确保驾车的安全，司机必须认识到个人的感觉是不可靠的。

另一方面，车载安全保险装置的最新进展，使得仅仅根据事后 的调查研究越发难以全面掌握事故的实际情况，因而也导致越发难 以取得事故原因的客观判定和解释。如此势必有可能造成对事故的 受害者和肇事者作出不恰当和不合理的判决。再者，由于长期以来 一直没有一种科学的分析方法，因而也就无从提供一种高效的事故 防范措施。

因此，本发明的目是提供一种改进的技术，可以增强司机对安 全驾驶的信心，能够保存那些可用作客观判定和解释事故发生原因 基础的行驶数据，可以对车辆的这些数据进行分析。

根据本发明的一个方面，提供一种车辆行驶分析仪，包括：测量 数据获取装置，用来获取车辆在给定状态下先后依次测得的相对多维空 间轴线的角速度数据和加速度数据；测量数据修正装置，用来剔除包含 在所得角速度数据中的偏航分量；历史数据再生装置，用来根据剔除了 偏航分量的角速度数据推导出车辆的行驶方位角，再根据该行驶方位角 和所述所得的加速度数据推导出相对多维空间轴线的车辆行驶速度，从 而形成所述推导出的车辆行驶方位角和速度的历史数据；其中，所述测量 数据修正装置比较通过周期对所得角速度数据的积分而求出的角分量和 在停车状态下所得加速度数据而求出的角分量，从而求出了包含在角速 度数据中的偏航出现率，而且，所述测量数据修正装置根据所述偏航出 现率从所述角速度数据中剔除了所述偏航分量。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆行驶分析仪，包括：测量 数据获取装置，用来获取车辆在给定状态下先后依次测得的相对多维空 间轴线的角速度数据和加速度数据；测量数据修正装置，用来剔除包含 在所得角速度数据中的偏航分量；历史数据再生装置，用来根据剔除了 偏航分量的角速度数据推导出车辆的行驶方位角，再根据该行驶方位角 和所述所得的加速度数据推导出相对多维空间轴线的车辆行驶速度，从 而形成所述推导出的车辆行驶方位角和速度的历史数据；其中，所述测量 数据修正装置累积在停车状态下测得的所述角速度数据，以求出该角速 度数据包含的偏航出现概率，而且，所述测量数据修正装置根据该偏航 出现率将所述偏航分量从角速度数据中剔除。

根据本发明的另一方面，提供一种车辆驾驶记录仪，包括：传感 器部分，用来在车辆给定状态下按时间先后顺序测出相对多维空间轴线 的角速度数据和加速度数据；测量数据修正装置，用于比较通过周期对所 得角速度数据的积分而求出的角分量和在停车状态下所得加速度数据而 求出的角分量，从而求出了包含在角速度数据中的偏航出现率，并用于 根据所述偏航出现率从所述角速度数据中剔除了所述偏航分量；非易失存 储器；以及存储器控制装置，用来顺序将包括无偏航分量的角速度数据 和加速度数据的测量数据，存储到所述存储器中以更新所述存储器中存 储的测量数据，并且用于在检测到外接设备输入的指令时，将存储在所述 存储器中角速度数据和加速度数据读出，并将其传输至所述外接设备。

根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读取的存储介质，存有 功能性描述资料，所述功能性描述资料能使计算机执行以下步骤：获得 在车辆处于指定状态下按时间顺序测得的相对于多维空间轴线的角速度 数据和加速度数据；比较通过周期对所得角速度数据的积分而求出的角 分量和在停车状态下所得加速度数据而求出的角分量，从而求出了包含 在角速度数据中的偏航出现率；去除所得角速度数据中包含的偏航分量； 基于剔除了偏航分量的角速度求出车辆的行驶方位角，再根据该行驶方 位角和所测得的加速度数据，求出车辆相对多维空间轴线的速度，从而 形成所求出的行驶方位角和车速的历史数据。

附图的简要说明

参考本发明的附图阅读下述详尽说明，可以更全面地理解本发 明内容。

图1A是本发明最佳实施例所述的安装在车辆本体上的车辆驾 驶记录仪的示意图；

图1B是本发明最佳实施例所述的车辆驾驶记录仪和车辆行驶 分析仪的示意图，二者之间有通信装置相连，从而构成一个车辆驾 驶记录仪系统；

图2是车辆驾驶记录仪的功能方框图；

图3是车辆驾驶记录仪中存储器控制装置的控制程序流程图；

图4是车辆驾驶记录仪中存储器存储的数据的构成示意图；

图5是车辆行驶分析仪的功能方框图；

图6是车辆行驶分析仪的控制程序流程图；

图7A是第一种偏航修正法的流程图；

图7B是第二种偏航修正法的流程图；

图8A和图8B是第一种偏航修正法的原理说明示意图，其中， 图8A显示的是发生偏航的情况，虚线表示的是角速度计测得的方 位角，实线表示的是加速度计测得的方位角，图8B是在指定间隔 时间测得的偏航量；

图9是根据图6所示流程图实施推导而得出的沿x、y轴线的 运动加速度Gx和Gy曲线图；

图10是本发明最佳实施例所述图形处理结果的举例示意图。

最佳实施例说明

下面，将参照附图说明本发明最佳实施例所述车辆驾驶记录仪 系统。

车辆驾驶记录信系统包括一台车辆驾驶记录仪和一台车辆行 驶分析义。

如图1A所示，车辆驾驶记录仪(1)可随意装卸于车上任何 可以监测车体姿态和状态变化的位置，如车体中央的座位下。如图 1B所示，车辆行驶分析仪(2)在工作时通过通信装备(如RS- 232C型通信机)与车辆驾驶记录仪相连。

下面，首先详细介绍驾驶记录仪(1)。

如图2所示，驾驶记录仪(1)包括一个传感器部分，传感器 部分由三对角速度计(10x、10y、10z)、加速度计(11x、11y、 11z)组成，它们分别相对x、y、z轴线(即俯仰轴线、滚动轴 线和偏航轴线)成对排列。驾驶记录仪(1)又进一步包括一个存 储传感器所测数据的永久性存储器(13)，和一个可控制数据存 入存储器(13)或从存储器(13)读出的存储器控制装置(12)。 存储器(13)是一种备用存储器，即使将它从车上卸下或切断电 源，存储的数据可在存储器内保存大约3个月之久，而且总共可以 存储大约5分钟的角速度数据和加速度数据。

以小型陀螺仪作为角速度计(10x、10y、10z)时，可以分 别测出相对于x、y、z轴线的旋转角速度，所测得的数值可以是 印刷体的角速度数据(矢量)。另一方面，以重力传感器作为加速 度计(11x、11y、11z)时，它们中的每一个都可以根据相对轴 线的倾斜度测量出重力加速度及运动加速度之和，而且所测得的数 值可以是印刷体的加速度数据(矢量)。角速度计(10x、10y、 10z)用来测定车轴的转向角和行驶方位角，而加速度计(11x、 11y、11z)用来测定车辆的加/减速度和转向时引起的横向加速 度。角速度和加速度数据根据需要可经放大器(图中未显示)分别 放大，然后按时间顺序输出至存储器控制装置(12)。在使用陀 螺仪时，温度的变化有可能影响测得的数值，因此，在低温或高温 地区使用时，最好能配以修正装置，以便用温度系数修正测得的数 值。

存储器控制装置(12)以一个程序微机(中央处理装置)为 主体，从功能上说，至少包括一个测量数据存储处理装置(121)、 一个震动探测装置(122)、一个存储调节装置(123)、一个定 时器(124)和一个测量数据输出装置(125)。

存储处理装置(121)将传感器传来的角速度数据和加速度数 据先后依次存入存储器(13)，因而可依次更新存储器(13)存 储的数据。震动探测装置(122)可以测定是否发生震动。在本最 佳实施例中，当探测到出现的减速度大于至少一个加速度计 (11x、11y、11z)预先设定的阈值时，即可判定已发生了因撞 车或类似事故所导致的震动。还可以考虑用其他多种方法判定是否 发生了震动或撞车事故。

当震动探测装置(122)判定已发生震动时，存储调节装置 (123)便开始调节存储处理装置(121)实施的数据更新，即调 节数据更新的一个时间段，以便使某一指定时间段的测量数据越过 出现的震动时刻而保存在存储器(13)中，使用定时器(124) 就是为了调节和设定数据更新的时间段。测量数据输出装置 (125)读出存储器(13)中存储的测量数据，并在收到行驶分 析仪(2)发来的数据采集要求指令时，将这些数据传输至行驶分 析仪(2)。

图3是存储器控制装置的控制程序流程图。

在图3中，第一步骤(S101)是存储器控制装置(12)接收 传感器传来的角速度数据和加速度数据。第二步骤(S102)是为 已接收的角速度数据和加速度数据附以时间标记(即测定时间标 记)。第三步骤(S103)，将附有时间标记的数据按顺序存入存 储器(13)。如上所述，本最佳实施例中的存储器(13)总共可 以存入大约5分钟的车辆行驶数据。因此，当存入的数据量超过存 储能力时，最早存入的数据便被清除，存储器内存储的数据便得以 更新。图4是存储图(13)存储的数据的构成示意图，其中各单 元数据都包含有时间标记Tn(n＝1，2，3，…)，角速度数据(xjn、yjn、 zjn)和加速度数据(xkn、ykn、zkn)则按时间先后排列。在判定出现 震动而进入第四步骤(S104)之前，第一至第三步骤(S101至 S103)一直反复进行。

判定出现震动而进入第四步骤(S104)时，则进入第五步骤 (S105)，在定时器上设定好时间。第六至第八步骤(S106- S108)与第一至第三步骤(S101-S103)相同，且反复进行直 到设定的时间(第九步骤，即S109)结束为止。第五步骤(S105) 设定的时间范围大体是20秒至120秒，如果已到达设定的时间即 进入第九步骤(S109)。而第十步骤(S110)是停止向存储器 (13)存入数据，这时存储器(13)中的数据更新也便停止。通 过以上步骤，存储器(13)至少存储了判定发生震动之后设定时 间内和判定发生震动之前某一指定时间段的角速度数据和加速度 数据。在第十一步骤(S111)，测量数据输出装置监视是否接收 到来自行驶分析仪(2)的数据采集要求(指令)，当发现有这样 的指令时，则程序进入第十二步骤(S112)，存储在存储器(13) 里的数据被读出并送往行驶分析仪(2)。

下面，详细介绍行驶分析仪(2)。

如图5所示，行驶分析仪包括：一个用作测量数据获取装置的 灵活的通信控制装置(21)，一个用作测量数据修正装置的偏航 修正装置(22)，一个用作历史行驶数据生成装置的历史行驶数 据再生装置(23)，一个存储器控制装置(24)，一个永久性存 储器(25)，一个输出/输入控制装置(26)和一个图形处理装 置(27)。

上述装置21-24、25、26在计算机中央处理装置的控制 下，可按照存储在诸如只读存储器(ROM)等存储装置中的功能 描述资料(计算机程序和必要的数据)执行指定的工作。这些功能 描述资料不一定固定于计算机中，即它们可以脱离计算机。然而， 在后一种情况下，必须要核实存放入软盘或光盘只读存储器(CD -ROM)中的功能描述资料是否可以由计算机判读和执行。

以下详细介绍装置21-24、26和27。

通信控制装置(21)通过RS-232C型通信机等向与行驶驾 驶仪(2)连接的驾驶记录仪发出数据采集要求指令，然后将收到 的数据区分为角速度数据和加速度数据。偏航修正装置(22)接 收来自通信控制装置(21)的角速度数据并对这些数据进行偏航 修正。当用陀螺仪作为驾驶记录仪(1)的角速度计(10x、10y、 10z)时，这一功能十分重要。有关偏航修正的细节将在下文介绍。 历史行驶数据再生装置(23)接收来自通信控制装置(21)的加 速度数据和来自偏航修正装置(22)经过偏航修正的角速度数 据，并根据这些根据形成可输往存储器控制装置(24)的反映车 辆行驶方位角和速度的历史数据。

存储器控制装置(24)接收来自历史行驶数据再生装置 (23)的历史行驶数据和来自通信控制装置(21)的原始数据(角 速度数据和加速度数据)，并将这些数据存入存储器(25)。然 后，存储器控制装置(24)根据来自外部设备或图形处理装置 (27)的数据传输要求，通过输入/输出控制装置(26)读出并 传输存储在存储器(25)中的数据。图形处理装置(27)是一种 执行机构，它可以从存储器(25)依次读出上述历史行驶数据并 进行图形处理，从而形成以目视可见的图形表示的车辆行驶历史情 况。

除存储历史行驶数据外，还存储原始数据并根据数据传输要求 传输这些原始数据，是为了适应数据储备和便于用另一种程序执行 单独的行驶分析的需要。

还可以采用这样的结构，不使用存储器(25)、输入/输出控 制装置(26)和图形处理装置(27)、而使用一个外接的存储装 置(如软盘驱动装置或硬盘驱动装置)及其接口装置，以使存储器 控制装置(24)将数据再生装置(23)形成的历史行驶数据写入 外接的存储装置之中，或通过接口装置将这些历史行驶数据直接传 输至外接的存储装置。

下面，参照图6-9详细介绍行驶分析仪(2)的使用功能。

图6是行驶分析仪(2)的控制程序流程图。在以下介绍中， 是以如图1B所示的行驶分析仪(2)与驾驶记录仪相互连接为假 定条件的。

在图6中，在S201步骤首先输入了来自行驶分析仪(2)操 作手的判读指令，然后进入S202步骤，行驶分析仪(2)通过通 信控制装置(21)向驾驶记录仪(1)发出数据采集要求指令。 在S203步骤中，存储在存储器(13)中的角速度数据和加速度数 据均输入通信控制装置(21)。在S204步骤，偏航修正装置(22) 实施偏航修正，具体方法有两种。

第一种方法如图7A所示。在S301和S302步骤中，角速度数 据被定时积分以推导方位角。另一方面，在S301、S303和S304 步骤中，在车辆停止运动或静状态下根据加速度数据推导出方位 角，继而在S305步骤中，比较在S302和S304步骤推导出的方位 角，进而推导出包含在先后测得的角速度数据(运动中的角速度数 据)中的偏航分量的出现率，即单位时间内的偏航量然后，在S306 步骤中，根据推导出的偏航分量出现率，从震动发生前瞬间到发生 后停车期间测得的角速度数据中剔除偏航分量，使这些角速度得以 修正。

上述偏航修正的原理如图8A和图8B所示，其中，图8A显示 的是偏航出现的情况，虚线表示的是角速度计测得的方位角，实线 表示的是加速度计测得的方位角；图8B显示的是以指定时间间隔 (1分钟)测得的偏航量。由于重力传感器形式的加速度计不能累 积偏航量，所以用车辆静止状态下的加速度数据表示的方位角是精 确的。另一方面，角速度计，特别是使用陀螺仪形式的角速度计， 必然要受到偏航量累积的影响，所以陀螺仪测得的方位角包含有一 定的误差。正因如此，对从在相同瞬间分别测得的加速度数据和角 速度数据推导出的方位角进行比较，便可以使偏航误差得以量化， 并从角速度数据中予以剔除。如图8B所示，因偏航而导致产生 0.2°/分的误差，如果从角速度数据(即从角速度数据推导出的方 位角)中剔除这一误差，就可以得到高度可靠的运动中的方位角数 据。

第二种方法如图7B所示，其中的因偏航而导致的误差更容易 量化。在S401步骤中，车辆停车状态的角速度数据经累积而成， 在S402步骤中，根据累积的结果可以测出偏航分量出现的概率。 虽然不能询问是否在停车条件下以规定的时间间隔采集角速度数 据，但是必须了解间隔时间的大小，最理想的是在车辆停车状态下 多次测得的角速度数据相互一致，因此，如果由于S401步骤中数 据累积的原因而造成差异，就意味着出现了偏航。鉴于如此，在 S403步骤中，将根据S402步骤中推导出的偏航出现概率，从震动 发生前瞬间直至发生后车辆停止期间测得的角速度数据中剔除偏 航分量，即完成对这些角速度数据的修正。

在执行S204步骤(图6)时，震动发生瞬间的时间点(图7A 或图7B中未显示)的测定方法与驾驶记录仪(1)的震动探测装 置测定方法相同，而震动发生后停车瞬间的时间点则通过监视加速 度数据的的变化来测定。

如图6所示，S204步骤之后，数据再生装置(23)将生成历 史行驶数据，特别是在S205步骤，通过对S306或S403步骤修正 过的角速度数据的积分，可以推导出震动发生后停车瞬间时间点的 绝对方位角，并将此方位角作为初始值。然后，在S206步骤，利 用相应的经过修正的角速度数据和在S205步骤设定的初始值可以 求出停车前的行驶方位角，具体方法是从初始值中分别减去相应的 角度。为了高效且方便地进行角度的求取，最好将三维空间角速度 数据(矢量)转换成欧拉坐标数据，进而基于欧拉坐标系推导出行 驶方位角。

此后，在S207步骤，根据行驶方位角分别求出相对x、y、z 轴线的运动加速度。

应该指出，在车辆行驶期间测得的相对各轴线的加速度(g)， 是重力加速度(g1)和因车体倾斜而导致的运动加速度(g2)之 和。重力加速度(g1)可用公式g1＝G·sinθ求出，式中，G表 示重力，θ表示相对各轴线的行驶方位角。因此，从加速度(g) 中减去重力加速度(g1)便可求出运动加速度(g2)。再进一步， 将运动加速度(g2)代入欧拉坐标系，便可求出车辆的横向向心 加速度。以上计算都是以三维空间的形式进行的，即相对x、y、 z轴线分别计算的。然而，在实际计算中，相对x、y轴线(俯仰 角和滚动角)的运动加速度是有意义的，所以相对z轴线(偏航角) 的运度加速度并不要求进行计算。图9是在S207步骤中分别求出 的相对x、y轴线的运动加速度(Gx、Gy)曲线图。

在S207步骤之后的S208步骤中，通过对运动加速度的积分可 以求出前行和横向运动速度。前行运动速度主要是指车辆的行驶速 度，而行驶速度的变化则是加速度计和制动器作用的结果。另一方 面，横向运动速度则是指车辆行驶期间方向盘、道路条件和车轮转 动状态的共同作用结果。

在S209步骤中，数据再生装置(23)生成的数据，即S205 至S208步骤求取的数据，将被存入存储器(25)。

在所有角速度数据于S306或S403步骤得到修正并对相关的加 速度数据进行处理之前，一直反复执行S206至S209步骤。另一方 面，也可以在所有输入通信控制装置(21)的数据得到处理之前， 一直反复执行S206至S209步骤。在S306或S403步骤中使用的“在 震动发生瞬间之前直至震动发生后停车”说法，实际是表示了一个 时间段，这一时间段的数据要十分精确，和能藉以分析出事故的原 因，即发生震动的原因。这一时间段的长短还要考虑到行驶分析仪 (2)的计算机的吞吐量，因为偏航修正量的计算对计算机来说是 一项繁重的负担。

在S210和S211步骤，如果存储器控制装置(24)经输入/输 出控制装置(26)接收到来自图形处理装置(27)或外部设备的 数据传输要求时，便读出存储在存储器(25)中的数据并将这些 数据传输出去。

还应指出，在上述存储在存储器(25)中的历史行驶数据在 行驶分析器(2)中进行分析的时候，图形处理装置(27)便被 激活并向存储器控制装置(24)发出数据传输要求，以获得存储 器中存储的数据。然后，图形处理装置(27)根据获得的数据进 行图形处理，进而形成过去某一指定时间段或震动发生后车辆停止 运动瞬间之前的车辆行驶图形，也可以形成直到震动发生后车辆停 止运动时间点这一指定时间段的车辆行驶图形。另一方面，当使用 外部设备分析存储在存储器(25)中的数据时，要使用便携式存 储装置或某种通信手段将存储在存储器(25)中的数据传输至外 部设备，供外部设备根据这些数据实施图形处理。

图10显示的是根据本最佳实施例进行的图形处理结果的举例 示意图，图中显示的是震动发生后停车瞬间时间点前的行驶历史情 况。图中的行进速度用相邻两个车体符号之间的距离来表示，横向 运动速度则以车体围绕震动发生地点的转向状态来表示。看到所显 示的图形，即便不是车辆行驶分析专业的人员，也可以客观地判断 车辆的行驶状态和事故发生的原因。

如前所述，在以上最佳实施例中的驾驶记录仪系统里，角速度 数据和加速度数据是依次存入驾驶记录仪(1)的，而在分析存储 的数据时，行驶分析仪(2)与驾驶记录仪(1)相连接，进而再 生出车辆的行驶历史情况，从而易于在事故的调查过程中对事故的 原因作出客观的判断和解释。再则，由于可以量化车辆的行驶状 态，因而可以通知司机在一定行速时的转向角限界，即方向盘的安 全操纵范围，或者将可能发生的危险状态连同近来广为应用的车辆 导航系统的地图数据一起预先显示在显示屏上。因此，使用这套装 置易于取得经过科学验证的适当的事故预防措施。再则，由于司机 的驾车行动随时受到监视，司机的安全驾驶信心也得到增强。

在上述最佳实施例中，使用了三对角速度计(10x、10y、 10z)和加速度计(11x、11y、11z)，但是，它们的数量可视 需要而变化，只要能按时间先后再生出表示车辆在多维空间的方位 角和行驶速度的数据即可。虽然加速度计的数量最好与角速度计的 数量相等，但是，即使只有一个加速度计也同样可以测出重力加速 度和运动加速度。这就是说，在上述最佳实施例中，可以不使用三 个而只使用一个加速度计。

在上述最佳实例中，驾驶记录仪的结构只存储传感器测得的原 始数据，但是也可以采用这样的结构，即驾驶记录仪(1)配有偏 航修正装置(22)和数据再生装置(23)，从而可以在驾驶记录 仪(1)中形成历史行驶数据，并将这些数据存入存储器(13)。

从以上叙述可以看出，震动不仅仅源于撞车或事故，相对于任 何可能希望的震动，也可以同样方式形成上述历史行驶数据，而 且，如果存储历史行驶数据的目的只是为了再现行驶历史，那么系 统的结构中可以不设震动探测装置。

再则，驾驶记录仪(1)和行驶分析仪(2)并非一定要组对 安装，也可以作为单一装置分别安装。

虽然本发明以上述最佳实施例进行了介绍，但是本发明并不仅 仅局限于以上实施方法，还有一些符合于下述权利要求所限定的原 则的其他实施方法。