技术领域
[0001] 本
发明涉及
传感器和
数据处理技术领域，具体是一种车辆驾驶行为检测方法。
背景技术
[0002] 随着人民群众生活
水平的稳步提高，越来越多的个人、家庭开始拥有属于自己的
汽车。与此同时，汽车租赁服务也在逐渐为大众所熟知。驾车出行，已经成为了现代交通方式中不可或缺和不可忽视的一部分。然而，交通事故对人身和个人财产损害的严重性不言而喻，每天都有生命在交通事故中逝去。如何能准确检测不良驾驶行为，帮助驾驶员培养良好的驾驶习惯，以期降低交通事故发生的概率和损失，一直以来都在持续研究之中。本发明通过使用
传感器数据，对用户驾驶行为进行及时、准确的判断，可有效识别危险驾驶行为，同时辅助驾驶人员养成安全的驾驶习惯。本发明可被应用于各种与驾驶行为相关的应用之中，如驾驶
风险预警、驾驶员总体风险评估等。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种车辆驾驶行为检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0005] 一种车辆驾驶行为检测方法，包括以下步骤：
[0006] 一、获取
加速度传感器和
磁传感器的数据并进行预处理；
[0007] 二、对预处理后的加速度传感器的数据进行处理，估计地球重
力在加速度传感器各个轴向上的分量，并得到加速度传感器
坐标系下的线性加速度值；
[0008] 三、结合预处理后的磁传感器的数据，估算设备的空间
姿态角；计算设备
偏航角与车辆偏航角的差值；
[0009] 四、通过空间旋转，将加速度传感器坐标系下的线性加速度值转化为车辆坐标系下的线性加速度值；在车辆坐标系下的线性加速度值发生突变时，判断驾驶行为。
[0010] 作为本发明进一步的方案：所述步骤一中，获取加速度传感器、磁传感器的数据并进行预处理的步骤包括：
[0011] 1)启动三轴加速度传感器和三轴磁传感器，获取大于等于10Hz的三轴加速度传感器的输出，包含X轴加速度、Y轴加速度、Z轴加速度；获取大于等于10Hz的三轴磁传感器的输出，包含X轴
磁场强度、Y轴磁场强度、Z轴磁场强度；
[0012] 2)对采集的加速度传感器、磁传感器的数据进行滤波，去除
明显错误的异常值，增加数据曲线的平滑度，使得数据更适用于后续处理。
[0013] 作为本发明进一步的方案：所述步骤二中，对加速度传感器的数据进行处理，估计地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量，并得到加速度传感器坐标系下的线性加速度值的步骤包括：
[0014] 对加速度传感器的数据进行低通滤波操作，估计在加速度传感器各个轴向上测量所得加速度值中的
直流分量，即为地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量的估计值；
[0015] 在加速度传感器各个轴向上，将加速度传感器的测量值减去地球重力分量的估计值，即可获得线性加速度值分量；加速度传感器各个轴向上线性加速度值分量的集合，即为加速度传感器坐标系下的线性加速度值。
[0016] 作为本发明进一步的方案：所述步骤三中，结合预处理后的磁传感器的数据，估算设备的空间姿态角，并计算设备偏航角与车辆偏航角的差值的步骤包括：
[0017] 1)利用地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量计算设备的
俯仰角和
滚转角；
[0018] 2)结合预处理后的磁传感器的数据，计算设备的偏航角；
[0019] 3)计算设备偏航角与车辆偏航角的差值。
[0020] 作为本发明进一步的方案：所述步骤四中，通过空间旋转，将加速度传感器坐标系下的线性加速度值转化为车辆坐标系下的线性加速度值的步骤包括：
[0021] 1)利用俯仰角、滚转角、设备偏航角与车辆偏航角的差值计算出从加速度传感器坐标系到车辆坐标系的旋转矩阵；
[0022] 2)利用从加速度传感器坐标系到车辆坐标系的旋转矩阵，将上述加速度传感器坐标系下的线性加速度值转化为车辆坐标系下的线性加速度值。
[0023] 作为本发明进一步的方案：所述步骤四中，在车辆坐标系下的线性加速度值发生突变时，判断驾驶行为的步骤包括：
[0024] 1)判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的检测
门限值；若否，则跳过后续步骤2)-7)，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0025] 2)判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为侧向，即车辆左右轴向；若否，则跳过步骤3)，直接执行步骤4)；
[0026] 3)判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急转弯门限值；若是，则判断车辆状态为急转弯；若否，则跳过后续步骤4)-7)，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0027] 4)判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为车辆前后轴向；若否，则跳过步骤5)-7)，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0028] 5)判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为前进方向；若否，则跳过步骤6)，直接执行步骤7)；
[0029] 6)判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急加速门限值；若是，则判断车辆状态为急加速；若否，则跳过后续步骤7)，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0030] 7)判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急减速门限值；若是，则判断车辆状态为急减速；若否，则重新获取加速度传感器和磁传感器的数据。
[0031] 与
现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0032] 本发明采集传感器数据并进行预处理，减小传感器数据中的噪音和错误值对驾驶行为检测产生的影响。进一步地，本发明为急加速、急减速、急转弯等危险驾驶行为设定不同的门限值，有利于进行更精准的行为检测。本发明通过使用传感器数据，对用户驾驶行为进行及时、准确的判断，可有效识别危险驾驶行为，同时辅助驾驶人员养成安全的驾驶习惯。
附图说明
[0033] 图1为本发明
实施例1使用传感器检测驾驶行为的方法的流程示意图；
[0034] 图2为本发明实施例1中在车辆坐标系下的线性加速度值发生突变时，判断驾驶行为的流程示意图。
具体实施方式
[0035] 下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
[0036] 实施例1
[0037] 请参阅图1-2，本发明实施例中，一种车辆驾驶行为检测方法，包括以下步骤：
[0038] 步骤s10，启动三轴加速度传感器和三轴磁传感器。
[0039] 三轴加速度传感器和三轴磁传感器可以位于以下多个
位置中的任意一个：车辆内部、车载智能设备(如智能
后视镜)、智能手机平板等。此处所述三轴加速度传感器和三轴磁传感器，可以是单芯片传感器，或者多芯片的传感器组合。在行程开始，系统自动或驾驶人员手动开始行为检测过程之后，启动三轴加速度传感器和三轴磁传感器。
[0040] 步骤S20，获取加速度传感器和磁传感器的数据。
[0041] 上述加速度传感器和磁传感器可通过
数据总线直接与计算终端，如车辆内部计算机、车载智能设备、智能手机等设备进行通信。也可以通过终端与终端之间的数据链接，将一个终端中传感器的数据传输至其他终端进行处理。在加速度传感器和磁传感器开启后，上述计算终端通过数据链接，接收传感器产生的卫星
定位数据并进行处理。值得一提的是，上述加传感器和计算终端可以位于不同的位置，例如智能手机可通过数据链接，接收位于车辆内部的加速度传感器和磁传感器产生的数据，并进行处理。
[0042] 步骤S30，对加速度传感器和磁传感器的数据进行预处理。
[0043] 对采集的加速度传感器和磁传感器的数据进行滤波，去除明显错误的异常值，增加数据曲线的平滑度，使得数据更适用于后续处理。所述对加速度传感器和磁传感器的数据进行预处理的方法包含如下步骤：
[0044] 记加速度传感器的数据为：
[0045]
[0046] 其中Ax，AY，Az分别为加速度传感器X、Y和Z轴的读数。
[0047] 则所述低通滤波操作如下表示：
[0048]
[0049] 其中，
[0050] NA为加速度传感器的可配置参数。
[0051] 记磁传感器的数据为：
[0052]
[0053] 其中MX，MY，Mz分别为磁传感器X、Y和Z轴的读数。
[0054] 则所述低通滤波操作如下表示：
[0055]
[0056] 其中，
[0057]
[0058] NM为磁传感器的可配置参数。
[0059] 步骤S40，对加速度传感器的数据进行处理，估计地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量，并得到加速度传感器坐标系下的线性加速度值。在本实施例中，所述方法包含如下步骤：
[0060] 假设重力估计向量由地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量的估计值构成，可以被记为：
[0061]
[0062] 优选地，估计方法如下：
[0063] 其中α为重力估计向量的可配置参数。
[0064] 在加速度传感器各个轴向上，将加速度传感器的测量值减去地球重力分量的估计值，即可获得线性加速度值分量。加速度传感器各个轴向上线性加速度值分量的集合，即为加速度传感器坐标系下的线性加速度值。具体定义的上述操作包括：
[0065] 记加速度传感器坐标系下的线性加速度值为：
[0066] 其中，LADX，LADY，LADz分别为在加速度传感器X、Y和Z轴向上的线性加速度分量。
[0067] 优选地，获取加速度传感器坐标系下线性加速度分量的方法如下：
[0068]
[0069] 步骤S50，结合预处理后的磁传感器的数据，估算设备的空间姿态角；计算设备偏航角与车辆偏航角的差值。
[0070] 在本实施例中，为了准确地将加速度传感器坐标系下的线性加速度值转化到车辆坐标系下，需要结合使用预处理后的磁传感器的数据估计出设备本身的三个空间姿态角。在本实施例中，所述方法包含如下步骤：
[0071] S5001：利用地球重力在加速度传感器各个轴向上的分量计算设备的俯仰角和滚转角；
[0072] 记设备的俯仰角和滚转角分别为θD和φD，则计算方法如下：
[0073] θD＝sin-1(GY)
[0074] φD＝arctan2(-GX，GZ)
[0075] S5002：结合预处理后的磁传感器数据，计算设备的偏航角；
[0076] 记设备的偏航角为ψD，则计算方法如下：
[0077]
[0078]
[0079] S5003：计算设备偏航角与车辆偏航角的差值。
[0080] ψD＝arctan 2(MC1，MC2)
[0081] 本实施例中，车辆偏航角可以通过利用卫星定位系统、道路等外部辅助信息获得。记车辆偏航角为ψC，则计算设备偏航角与车辆偏航角的差值如下：
[0082] Δψ＝ψD-ψC
[0083] 步骤S60，通过空间旋转，将加速度传感器坐标系下的线性加速度值转化为车辆坐标系下的线性加速度值。
[0084] 旋转矩阵定义了从一个坐标系向另外一个坐标系转化的方法。在本实施例中，通过计算旋转矩阵来将加速度传感器坐标系下的线性加速度转化到车辆坐标系下，所述方法包含如下步骤：
[0085] S6001，计算旋转矩阵；
[0086] 记旋转矩阵为R，优选地，计算方法如下：
[0087]
[0088]
[0089]
[0090] R＝R1×R2×R3
[0091] S6002，线性加速度转化。
[0092]
[0093] 记车辆坐标系下线性加速度为1aC，
[0094] 则计算方法如下：laC＝R×laD
[0095] 步骤S70，在车辆坐标系下的线性加速度值发生突变时，判断驾驶行为。
[0096] 所述突变，是指数据发生了较大幅度的变化。例如，在车辆前后轴向，即实际车辆行进或后退方向上的线性加速度大小，在正常直线驾驶过程中，应在3m/s2以下，如果超出该上限，则可认为是发生了突变。
[0097] S7001：判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的检测门限值。若否，则跳过后续步骤S7002-S7007，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0098] 车辆正常行驶过程中，会有很多相对平稳行驶的时间
片段，在这些时间片段中无需对驾驶行为进行判断。通过设置合理检测门限值，可以减少计算量，进而降低计算终端的2
耗电量，亦能辅助排除干扰，增强判断的准确率。优选地，此实施例中设定
阈值为3m/s。
[0099] S7002：判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为侧向，即车辆左右轴向。若否，则跳过后续步骤S7003-S7007，直接执行步骤S7004。
[0100] S7003：判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急转弯门限值。若是，则判断车辆状态为急转弯。若否，则跳过后续步骤S7004-S7007，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据。
[0101] 所述急转弯，是指短时间内车辆的行进方向发生较大变化，产生较大的横向加速度。根据判断侧向加速度的大小，即可判断车辆是否处于急转弯的状态中。
[0102] S7004：判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为车辆前后轴向。若否，则跳过步骤S7005-S7007，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0103] S7005：判断车辆坐标系下的线性加速度方向是否为前进方向。若否，则跳过步骤S7006，直接执行步骤S7007；
[0104] S7006：判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急加速门限值。若是，则判断车辆状态为急加速。若否，则跳过后续步骤S7007，重新获取加速度传感器和磁传感器的数据；
[0105] 所述急加速，是指由于驾驶员突然加大
油门或其他原因，车辆行驶速度陡然上升，车辆在前进方向上产生幅度较大的加速度。
[0106] S7007：判断车辆坐标系下的线性加速度大小是否大于设定的急减速门限值。若是，则判断车辆状态为急减速。若否，则重新获取加速度传感器和磁传感器的数据。
[0107] 所述急减速，即由于驾驶员猛然
制动或其他原因，车辆行驶速度以较大幅度下降，车辆在后退方向上产生幅度较大的加速度。
[0108] 步骤S80，输出判断结果。
[0109] 在本实施例中，驾驶行为的判断结果可以输出到计算终端本身，如车辆内部计算机、车载智能设备、智能手机等设备使用的显示器上。同时，在用户同意的前提下，驾驶行为的判断结果，连同加速度传感器和磁传感器的数据，可以通过这些计算终端的网络连接，被上传至特定的网络
服务器。
[0110] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附
权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
[0111] 此外，应当理解，虽然本
说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
