本发明涉及车辆数据采集
技术领域：
，尤其涉及一种加速度传感器校准方法及装置。
背景技术：
：目前，车辆的车载诊断系统(OnBoardDiagnostics，OBD)包含加速度传感器，车辆的加速度传感器是一款根据惯性压力模型设计的检测三维加速度芯片，一般使用加速度传感器都是确定加速度传感器的芯片的安装方向，即其芯片所在平面方向x-y。在车辆中一般是保证加速度传感器坐标系x-y-z与车辆坐标系x'-y'-z'重合，再对加速度传感器采集的数据进行校正。加速度传感器输出的数据坐标需要经过一系列的空间转换从而转换到车辆坐标系上，通常有以下方式：(1)采用直接坐标系空间转换法：把加速度传感器的数据向车辆坐标系转换，根据转换后向心加速度(也叫侧向加速度，即车辆前进方向的垂直方向)来检测急转弯，该方法中加速度传感器固有缺陷，即瞬时加速度值不准确造成计算出来的误差太大，使用来对加速度传感器进行标定的可靠性不高。(2)车辆在出厂时保持加速度传感器芯片与车辆坐标系重合；但是该方法仅适用于前装市场，由于后装市场OBD安装姿态不一样，加速度传感器自身坐标系方向是无法直接给出的，因此针对后装市场应用无法使用该方法，即该方法并不能针对任意姿态安装的加速度传感器进行校准。技术实现要素：本发明的主要目的在于提供一种加速度传感器校准方法及装置，旨在提高对加速度传感器校准的准确性及便捷性。为实现上述目的，本发明提供了一种加速度传感器校准方法，包括：接收终端发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳，并通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取所述车辆数据对应的第二时间戳；根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵；根据所述目标旋转矩阵对所述车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。优选地，所述根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵包括：根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵；从所述旋转矩阵中获取满足的每列列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，且与所述车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差最小的指定旋转矩阵，设定为目标旋转矩阵。优选地，所述通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据包括：获取标定矩阵，及通过所述车辆本地的加速度传感器获取原始数据；根据所述标定矩阵对加速度传感器的原始数据进行标定得到车辆数据。优选地，所述接收终端发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳之前包括：与终端建立连接关系，接收所述终端发送的加速度传感器采集数据的数据包及发送所述数据包的终端发送时间，记录车辆接收时间；将所述数据包、所述车辆接收时间及当前的车辆发送时间发送至终端，供终端记录终端接收时间，并根据所述终端发送时间、所述车辆接收时间、所述车辆发送时间及所述终端接收时间，对时间进行校准，与车辆时间进行同步。优选地，所述接收终端发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳之前包括：接收所述终端在所述车辆上的调整放置位置，以使终端坐标系与车辆坐标系重合。此外，为实现上述目的，本发明还提供了一种加速度传感器校准装置，包括：第一获取模块，用于接收坐标系与车辆坐标系重合的终端，发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳，并通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取所述车辆数据对应的第二时间戳；第二获取模块，用于根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵；校准模块，用于根据所述目标旋转矩阵对所述车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。优选地，所述第二获取模块还用于，根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵；从所述旋转矩阵中获取满足的每列列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，且与所述车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差最小的指定旋转矩阵，设定为目标旋转矩阵。优选地，所述第一获取模块还用于，获取标定矩阵，及通过所述车辆本地的加速度传感器获取原始数据；根据所述标定矩阵对加速度传感器的原始数据进行标定得到车辆数据。优选地，所述加速度传感器校准装置还包括：接收模块，用于与终端建立连接关系，接收所述终端发送的加速度传感器采集数据的数据包及发送所述数据包的终端发送时间，记录车辆接收时间；校准模块，用于将所述数据包、所述车辆接收时间及当前的车辆发送时间发送至终端，供终端记录终端接收时间，并根据所述终端发送时间、所述车辆接收时间、所述车辆发送时间及所述终端接收时间，所述时间及所述接收时间对时间进行校准，与所述车辆时间进行同步。优选地，所述加速度传感器校准装置还包括：处理模块，用于接收所述终端在所述车辆上的调整放置位置，以使终端坐标系与车辆坐标系重合。本发明实施例提供的加速度传感器校准方法及装置，通过终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取终端数据对应的第一时间戳，以及车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取车辆数据对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配来获取目标旋转矩阵，然后根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准，提高了对加速度传感器校准的准确性及便捷性。附图说明图1为本发明加速度传感器校准方法第一实施例的流程示意图；图2为本发明减速度传感器坐标系、OBD坐标系及车辆坐标系之间关系的示意图；图3为本发明两个空间直角坐标系进行原点平移及坐标轴旋转以重合的示意图；图4为本发明两个空间直角坐标系转换到平面二维直角坐标系的示意图；图5为本发明终端时刻鱼车辆时刻进行同步的示意图；图6为本发明加速度传感器校准装置第一实施例的功能模块示意图。本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，示出了本发明一种加速度传感器校准方法第一实施例。该实施例的加速度传感器校准方法包括：步骤S10、接收终端发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳，并通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取所述车辆数据对应的第二时间戳；本实施例中，加速度传感器校准方法应用于车辆对OBD包括的加速度传感器进行标定，该OBD包含蓝牙、wifi以及加速度传感器等。车辆的加速度传感器是一款根据惯性压力模型设计的检测三维加速度芯片，它具有这样的特点：1.瞬时误差大(噪声大)，积累误差较小，即从长时间来看加速度传感器的测量值比较稳定，这一点正好和陀螺仪相反。2.加速度传感器的三轴方向为，其芯片所在的平面为x-y平面，z轴平面垂直于x-y平面，即加速度传感器采集的数据是根据这样的坐标系计量的。使得加速度传感器采集的数据根据其芯片贴片方向的不同而不同，或者是根据其所在OBD中的摆放位置有很大关联。3.车辆在斜坡上时，加速度传感器输出的数据存在重力分量影响实际的加速度判断。如图2所示，加速度传感器坐标系为(x1-y1-z1)，加速度传感器安装坐标系(即OBD坐标系)为(x2-y2-z2)，车辆坐标系为(x3-y3-z3)，从图2中三者之间关系可知加速度传感器输出的数据坐标需要经过一系列的空间转换才能转换到车辆坐标系上。本实施例提出了利用终端的加速度传感器校准车辆的加速度传感器，以消除车辆的加速度传感器噪声，该终端包括手机、iPad等。由于后装市场OBD安装姿态不一样，加速度传感器自身坐标系方向是无法直接确定的，所以需要对任意姿态安装的加速度传感器进行坐标标定，以对加速度传感器采集的数据进行校准。进行坐标系标定，涉及到两个参考系：车辆坐标系和加速度传感器坐标系(OBD坐标系和加速度传感器坐标系之间关系是一个简单的矩阵关系)，因而需要从OBD坐标系到车辆坐标系的转换。本实施例中，可以设置加速度传感器每隔预设时间(例如，每隔10毫秒)进行数据采集得到x、y、z轴数据，而x、y、z数据的坐标系方向未知，此时可依靠第三方终端，按照车辆坐标系和加速度传感器坐标系的相对关系，求出车辆坐标系和加速度传感器坐标系的之间转换关系。具体地，用终端自带的加速度传感器和车辆的加速度传感器相关数据来计算车辆和终端的加速度传感器的之间旋转矩阵，该旋转矩阵为标定旋转矩阵。首先，在执行上述步骤S10之前，终端与车辆通过蓝牙或wifi建立连接关系，车辆接收所述终端在所述车辆上的调整放置位置，以使终端坐标系与车辆坐标系重合。具体地，终端水平放置在车辆上，且终端坐标系的x轴方向与车辆坐标系的x轴方向一致，使得终端坐标系与车辆坐标系重合。其次，终端将本地加速度传感器获取的终端数据，以及记录获取该终端数据对应的第一时间戳，发送至车辆。同时，车辆本地的加速度传感器获取车辆数据，以及记录获取该车辆数据对应的第二时间戳。终端的加速度传感器和车辆的加速度传感器在进行数据采集的过程中，终端的坐标系要保持和车辆坐标系大致重合并持续指定时间，该指定时间可设置为2～10秒，也可根据具体情况而灵活设置。为了提高数据的可靠性，优选地，车辆对终端数据及车辆数据进行三角滤波或者中值滤波，即对加速度传感器数据进行三轴平滑滤波(对三轴传感器数据分别进行滤波)将滤波后的数据进行存储。步骤S20、根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵；车辆对存储的终端数据及其对应的第一时间戳、车辆数据及其对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配。例如，将同一时刻采集到的终端数据及车辆数据进行匹配，或者是将车辆时刻与终端时刻之间满足预设时差的终端数据及车辆数据进行匹配。根据匹配后的数据计算矩阵方程，若此时得到的矩阵方程比较多，可以从这些矩阵方程中三三组合分别计算旋转矩阵。当得到多个旋转矩阵时，可以选取最优的旋转矩阵作为目标旋转矩阵，以下实施例将进行详细说明。以下将对利用最小二乘法计算旋转矩阵过程进行详细说明，在进行坐标变换前，加速度传感器可以是在出厂前就已经完成了原始数据的标定过程，可直接使用设备厂商标定好的参数，对原始数据进行标准化即可。或者是预先根据具体环境对加速度传感器采集的原始数据进行标定。在原始数据标定过程完成后，即不再考虑图2中坐标(x1y1z1)和坐标(x2y2z2)之间的区别，而是把加速度传感器芯片和OBD看做一个整体。此时加速度传感器采集得到的数据，作用于OBD的合成加速度在OBD各轴上的投影分量。坐标变换的目的就是将OBD坐标系下各轴的加速度值转化成为车辆坐标系下各轴的加速度值。这个过程涉及两个步骤：第一，求这两个坐标系各轴间的夹角；第二，加速度值之间的对应关系。如图3所示，OBD坐标系与车辆坐标系这两个空间直角坐标系分别为O1X1Y1Z1和O2X2Y2Z2，这两个坐标系的原点不重合，坐标轴也不重合。要想实现从坐标O1X1Y1Z1到坐标O2X2Y2Z2变换，可以分两步进行：首先，通过坐标原点平移，三个平移参数为ΔX、ΔY、ΔZ，使坐标原点O1与O2重合。其次，对于同原点的两个三维空间直角坐标系，通过绕各坐标轴进行旋转，三个旋转参数为θx、θy、θz，即可实现O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的变换。设同一定点A在两个坐标系下的坐标分别为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，坐标转换算法的目的是找出(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系。由前面的平移和旋转可知，OBD坐标系与车辆坐标系这两个坐标的关系可表示如下：x2y2z2=λRx1y1z1+ΔxΔyΔz]]>其中，λ为两个坐标系的比例尺因子，R为旋转矩阵，[Δx,Δy,Δz]T为平移矩阵。设坐标系O1X1Y1Z1绕Z轴旋转角度θz，则易知z2＝z1，对于Y轴和Z轴上的关系，可将它们转化到平面上计算，如图4所示。在原坐标系XOY中，绕原点沿逆时针方向旋转θ度，变成坐标系SOT。设有某点p，在原坐标系中的坐标为(x，y)，旋转后的新坐标为(s，t)，则：oa＝ysin(θ)as＝xcos(θ)由平面矢量关系可知：s＝os＝oa+as＝xcos(θ)+ysin(θ)t＝ot＝ay-yb＝ycos(θ)-xsin(θ)用行列式表达如下：st=cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)xy]]>因而，(1)坐标系O1X1Y1Z1绕Z轴旋转角度θz后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Rzx1y1z1=cos(θz)sin(θz)0-sin(θz)cos(θz)0001x1y1z1]]>同理可推算出，(2)坐标系O1X1Y1Z1绕轴旋转角度θy后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Ryx1y1z1=cos(θy)0-sin(θy)010sin(θy)0cos(θy)x1y1z1]]>(3)坐标系O1X1Y1Z1绕X轴旋转角度θx后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Rxx1y1z1=100cos(θx)sin(θx)0-sin(θx)cos(θx)x1y1z1]]>最终，两个坐标的变换的数学模型即为：x2y2z2=λRx1y1z1+ΔxΔyΔz=λRxRyRzx1y1z1+ΔxΔyΔz=λcos(θy)cos(θz)-sin(θy)sin(θx)sin(θz)-cos(θy)sin(θz)-sin(θy)sin(θx)cos(θz)-sin(θy)cos(θx)cos(θx)sin(θz)cos(θx)cos(θz)-sin(θx)sin(θy)cos(θz)+cos(θy)sin(θx)sin(θz)-sin(θy)sin(θz)+cos(θy)sin(θx)cos(θz)cos(θy)cos(θx)x1y1z1+ΔxΔyΔz]]>由此可知，只需确定三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ，三个旋转参数为θx、θy、θz以及比例尺因子λ，即可实现两个空间坐标之间的变换，上述计算过程可以通过最小二乘法原理得到。步骤S30、根据所述目标旋转矩阵对所述车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。在上述得到目标旋转矩阵后，可根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准，使得利用终端的加速度传感器去校准不同安装姿态的车辆的加速度传感器，通过把加速度传感器坐标系和车辆坐标系之间的旋转矩阵求出来，从而可以把OBD上的传感器数据经过旋转矩阵转换到车辆坐标系下的各轴数据。便于利用转化后的数据分析车辆前行、侧向和车辆行驶平面的垂直速度。解决了针对传统的后装市场，后装产品OBD在车辆上安装姿态各不一样，造成后装产品OBD的加速度传感器无法精确达到实时各轴数据；且在斜坡上情况下，由于重力影响无法精确的利用加速度实时三轴数据的问题。需要说明的是，也可以是车辆将本地的加速度传感器获取车辆数据，以及获取该车辆数据对应的第二时间戳发送至终端。终端根据本地加速度传感器获取的终端数据，以及获取终端数据对应的第一时间戳后，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵，并将目标旋转矩阵发送至车辆。车辆接收到目标旋转矩阵后，根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。本发明实施例通过终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取终端数据对应的第一时间戳，以及车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取车辆数据对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配来获取目标旋转矩阵，然后根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准，提高了对加速度传感器校准的准确性及便捷性。进一步地，基于上述加速度传感器校准方法第一实施例，提出了本发明加速度传感器校准方法第二实施例，该实施例中上述步骤S20包括：根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵；从所述旋转矩阵中获取满足的每列列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，且与所述车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差最小的指定旋转矩阵，设定为目标旋转矩阵。本实施例中，在车辆获取目标旋转矩阵的过程中，车辆对存储的终端数据及其对应的第一时间戳、车辆数据及其对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配。例如，将同一时刻采集到的终端数据及车辆数据进行匹配，或者是将车辆时刻与终端时刻之间满足预设时差的终端数据及车辆数据进行匹配。根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵，时间戳匹配是和合加速度匹配在一起使用，两组传感器数据对应的时间戳之间的差值满足波动范围在一定的指定范围内，而且满足两个对应合加速度数据的差满足一定的阈值，根据该条件筛选出备选矩阵方程，此时选出的矩阵方程比较多，可以从这些矩阵方程中三三组合分别计算旋转矩阵。当得到多个旋转矩阵时，可以选取最优的旋转矩阵作为目标旋转矩阵。具体地，选取旋转矩阵每一列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，可以是无限接近于1，以及实际输出误差最小，最终可以获取目标旋转矩阵。该实际输出误差为将且旋转矩阵与车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差，误差最小的旋转矩阵设定为目标旋转矩阵。需要说明的是，为了提高目标旋转矩阵的可靠性，还可以设置终端数据与车辆数据中每一个配对的误差满足一定阈值，且完成配对的数目达到总配对数的一半以上。在上述两个坐标的变换的数学模型中，可取λ＝1，偏移为0。本实施例根据匹配后的终端数据及所述车辆数据计算得到旋转矩阵后，根据指定的条件从旋转矩阵选取出最优的目标旋转矩阵，提高了对加速度传感器校准的可靠性。进一步地，基于上述加速度传感器校准方法第一实施例，提出了本发明加速度传感器校准方法第三实施例，该实施例中上述通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据的步骤包括：获取标定矩阵，及通过所述车辆本地的加速度传感器获取原始数据；根据所述标定矩阵对加速度传感器的原始数据进行标定得到车辆数据。本实施例中，在获取车辆数据时需要对车辆的加速度传感器的原始数据进行标定，从而可以把加速度传感器芯片和OBD看做一个整体。具体地，需要根据具体环境对加速度传感器的原始数据标定，以下对原始数据标定的原理进行详细说明。设定标准化加速度为(Ax2,Ay2,Az2)，车辆本地的加速度传感器采集的原始数据为(Ax1,Ay1,Az1)，标准化加速度和原始数据之间的关系可由下面方程1表示。方程1：Ax2Ay2Az2=[A_m]3×31/A_SCx0001/A_SCy0001/A_SCz·Ax1-A_OSxAy1-A_OSyAz1-A_OSz=ACC11ACC12ACC13ACC21ACC22ACC23ACC31ACC31ACC33·AxAyAz+ACC10ACC20ACC30]]>其中，[A_m]3×3表示加速度传感器坐标轴与OBD坐标轴间的误差矩阵；A_SCi(i＝1,2,3)表示加速度传感器各轴的灵敏度；A_OSi(i＝1,2,3)表示加速度传感器的零重力偏移(zero-gleveloffset)；对加速度传感器进行“标定”的目的是确定ACC10至ACC33这12个参数，如下表1所示：表1：固定位置下OBD各轴加速度准确值可以在表1的六个固定位置(Ax2,Ay2,Az2已知)以100Hz的输出数据率(OutputDataRate)采集5s到10s的加速度传感器各轴的加速度，使用如下最小二乘法对上述12个参数进行估算。上述方程1可以改写成方程2：Ax2Ay2Az2=Ax1Ay1Az11ACC11ACC21ACC31ACC12ACC22ACC32ACC13ACC23ACC33ACC10ACC20ACC30]]>或者简写成方程3：Y＝w·X其中，矩阵X表示标定过程需要估计的12个参数，即X表示标定矩阵；矩阵w表示在6个固定位置下采集的加速度传感器原始数据；矩阵Y表示在6个固定位置下已知的设备加速度标准值。例如，在向上的位置时，[Ax2,Ay2,Az2]＝[00-1]，假设在此位置采集了n1组加速度传感器的原始数据Ax1,Ay1,Az1，则得到方程4：Y1＝[00-1]n1×3w1＝[AxP1AyP1AzP11]n1×4其中，矩阵有n1行[00-1]，矩阵采集的n1组加速度传感器的原始数据。同理，在表1中其他5个位置分别采集n2、n3、n4、n5、n6组加速度传感器的原始数据，则得到方程5：Y2＝[00-1]n2×3w2＝[AxP2AyP2AzP21]n2×4方程6：Y3＝[00-1]n3×3w3＝[AxP3AyP3AzP31]n3×4方程7：Y4＝[00-1]n4×3w4＝[AxP4AyP4AzP41]n4×4方程8：Y5＝[00-1]n5×3w5＝[AxP5AyP5AzP51]n5×4方程9：Y6＝[00-1]n6×3w6＝[AxP6AyP6AzP61]n6×4组合方程4至方程9，并令n＝n1+n2+n3+n4+n5+n6，则上述方程3可改写成方程10：Yn×3＝wn×4·X4×3，其中，Y=Yn×3=Y1Y2Y3Y4Y5Y6n×3w=wn×4=w1w2w3w4w5w6n×4]]>由此标定过程中需要估计的12个参数即可由如下方程11得到，方程11：X＝[wT·w]-1wT·Y其中，wT表示矩阵的转置；[wT·w]-1表示矩阵的逆。上述过程是可以作为加速度传感器的原始数据标定，这里只是一个参考标定方法。当然，也可以使用加速度传感器厂商提供的传感器数据坐标系到芯片坐标系的转换矩阵。本实施例通过标定矩阵及加速度传感器采集的原始数据，进行标定得到车辆数据，提高了对加速度传感器校准的准确性。进一步地，基于上述加速度传感器校准方法任一实施例，提出了本发明加速度传感器校准方法第四实施例，该实施例中上述步骤S10之前包括：与终端建立连接关系，接收所述终端发送的加速度传感器采集数据的数据包及发送所述数据包的终端发送时间，记录车辆接收时间；将所述数据包、所述车辆接收时间及当前的车辆发送时间发送至终端，供终端记录终端接收时间，并根据所述终端发送时间、所述车辆接收时间、所述车辆发送时间及所述终端接收时间，对时间进行校准，与车辆时间进行同步。本实施例中，在终端与车辆通过加速度传感器采集数据之前，需要对终端与车辆的时间进行同步。终端和车辆通过蓝牙或wifi建立连接，一旦建立连接，首先确定终端和车辆之间的时间差，进行时间矫正，并获取时间差平均值，从而确定终端和车辆之间的时间差值。具体地，以下对矫正时间的原理进行详细说明，如图5所示，终端从T0时刻(终端发送时间)将数据包发送至车辆，该数据包是某一时刻加速度传感器采集数据的采集事件发生时间。假设当终端时间是T0时，车辆的时间是T0+offset，蓝牙或wifi发送到接收需要时间是Delay，为了方便计算，从终端发送到车辆接收的时间间隔和从车辆发送到终端接收的时间间隔都是Delay。因此车辆接收到数据包的时间是T0+offset+Delay，然后车辆再把接收到的数据包、车辆接收数时间T0+offset+Delay(车辆接收时间)和车辆发送数据包的时间T1-Delay+offset(车辆发送时间)打包再发回终端，同时记录终端的接收时间T1(终端接收时间)，从而有以下关系式成立：Phone_send_time＝T0；Phone_receive_time＝T1；Golo_send_time＝T1-Delay+offset；Golo_receive_time＝T0+offset+Delay；Offset＝(Golo_send_time+Golo_receive_time-Phone_send_time-Phone_receive_time)/2；Delay＝(Golo_receive_time-Golo_send_time+Phone_receive_time-Phone_send_time)/2；Offset表示终端与车辆之间的时间差；Delay表示蓝牙发送接收一个过程时间；Phone_send_time表示终端发送时间；Phone_receive_time表示终端接收时间；Golo_send_time表示车辆发送时间；Golo_receive_time表示车辆接收时间。优选地，可统计N次发送接收数据包的offset和delay，求取offset和delay的平均值，N越大offset和Delay越精确，并统计N次发送接收过程的offset的最大值最小值。已知offset的均值、最大值、最小值，则终端和车辆之间的时间关系就是：终端的时刻＝车辆的时刻-offset，这样终端和车辆之间的时间差可以精确到10ms下，基本满足同步需要。保持时间同步的原因在于，要采集同一时刻下终端的加速度传感器和车辆的加速度传感器的三轴数据进行计算转换矩阵和旋转矩阵，从终端的加速度传感器采集到的传感器数据和车辆的加速度传感器采集到的传感器数据的时间戳要进行匹配。本实施例可根据终端发送时间、车辆接收时间、车辆发送时间及终端接收时间对终端本地时间进行校准，与车辆时间进行同步，以便根据时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配来获取目标旋转矩阵，提高了对加速度传感器校准的准确性及便捷性。对应地，如图6所示，提出本发明一种加速度传感器校准装置第一实施例。该实施例的加速度传感器校准装置包括：第一获取模块100，用于接收坐标系与车辆坐标系重合的终端，发送的所述终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取所述终端数据对应的第一时间戳，并通过所述车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取所述车辆数据对应的第二时间戳；本实施例中，加速度传感器校准装置应用于车辆对OBD包括的加速度传感器进行标定，该OBD包含蓝牙、wifi以及加速度传感器等。如图2所示，加速度传感器坐标系为(x1-y1-z1)，加速度传感器安装坐标系(即OBD坐标系)为(x2-y2-z2)，车辆坐标系为(x3-y3-z3)，从图2中三者之间关系可知加速度传感器输出的数据坐标需要经过一系列的空间转换才能转换到车辆坐标系上。本实施例提出了利用终端的加速度传感器校准车辆的加速度传感器，以消除车辆的加速度传感器噪声，该终端包括手机、iPad等。由于后装市场OBD安装姿态不一样，加速度传感器自身坐标系方向是无法直接确定的，所以需要对任意姿态安装的加速度传感器进行坐标标定，以对加速度传感器采集的数据进行校准。进行坐标系标定，涉及到两个参考系：车辆坐标系和加速度传感器坐标系(OBD坐标系和加速度传感器坐标系之间关系是一个简单的矩阵关系)，因而需要从OBD坐标系到车辆坐标系的转换。本实施例中，可以设置加速度传感器每隔预设时间(例如，每隔10毫秒)进行数据采集得到x、y、z轴数据，而x、y、z数据的坐标系方向未知，此时可依靠第三方终端，按照车辆坐标系和加速度传感器坐标系的相对关系，求出车辆坐标系和加速度传感器坐标系的之间转换关系。具体地，用终端自带的加速度传感器和车辆的加速度传感器相关数据来计算车辆和终端的加速度传感器的之间旋转矩阵，该旋转矩阵为标定旋转矩阵。加速度传感器校准装置还包括：处理模块，用于接收所述终端在所述车辆上的调整放置位置，以使终端坐标系与车辆坐标系重合。首先，终端与车辆通过蓝牙或wifi建立连接关系，终端水平放置在车辆上，且终端坐标系的x轴方向与车辆坐标系的x轴方向一致，使得终端坐标系与车辆坐标系重合。其次，终端将本地加速度传感器获取的终端数据，以及记录获取该终端数据对应的第一时间戳，发送至车辆。第一获取模块100接收该终端数据及对应的第一时间戳，同时，通过车辆本地的加速度传感器获取车辆数据，以及记录获取该车辆数据对应的第二时间戳。终端的加速度传感器和车辆的加速度传感器在进行数据采集的过程中，终端的坐标系要保持和车辆坐标系大致重合并持续指定时间，该指定时间可设置为2～10秒，也可根据具体情况而灵活设置。为了提高数据的可靠性，优选地，车辆对终端数据及车辆数据进行三角滤波或者中值滤波，即对加速度传感器数据进行三轴平滑滤波(对三轴传感器数据分别进行滤波)将滤波后的数据进行存储。第二获取模块200，用于根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵；车辆对存储的终端数据及其对应的第一时间戳、车辆数据及其对应的第二时间戳，由第二获取模块200根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配。例如，将同一时刻采集到的终端数据及车辆数据进行匹配，或者是将车辆时刻与终端时刻之间满足预设时差的终端数据及车辆数据进行匹配。第二获取模块200根据匹配后的数据计算矩阵方程，若此时得到的矩阵方程比较多，可以从这些矩阵方程中三三组合分别计算旋转矩阵。当得到多个旋转矩阵时，可以选取最优的旋转矩阵作为目标旋转矩阵，以下实施例将进行详细说明。以下将对利用最小二乘法计算旋转矩阵过程进行详细说明，在进行坐标变换前，加速度传感器可以是在出厂前就已经完成了原始数据的标定过程，可直接使用设备厂商标定好的参数，对原始数据进行标准化即可。或者是预先根据具体环境对加速度传感器采集的原始数据进行标定。在原始数据标定过程完成后，即不再考虑图2中坐标(x1y1z1)和坐标(x2y2z2)之间的区别，而是把加速度传感器芯片和OBD看做一个整体。此时加速度传感器采集得到的数据，作用于OBD的合成加速度在OBD各轴上的投影分量。坐标变换的目的就是将OBD坐标系下各轴的加速度值转化成为车辆坐标系下各轴的加速度值。这个过程涉及两个步骤：第一，求这两个坐标系各轴间的夹角；第二，加速度值之间的对应关系。如图3所示，OBD坐标系与车辆坐标系这两个空间直角坐标系分别为O1X1Y1Z1和O2X2Y2Z2，这两个坐标系的原点不重合，坐标轴也不重合。要想实现从坐标O1X1Y1Z1到坐标O2X2Y2Z2变换，可以分两步进行：首先，通过坐标原点平移，三个平移参数为ΔX、ΔY、ΔZ，使坐标原点O1与O2重合。其次，对于同原点的两个三维空间直角坐标系，通过绕各坐标轴进行旋转，三个旋转参数为θx、θy、θz，即可实现O1X1Y1Z1到O2X2Y2Z2的变换。设同一定点A在两个坐标系下的坐标分别为(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，坐标转换算法的目的是找出(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系。由前面的平移和旋转可知，OBD坐标系与车辆坐标系这两个坐标的关系可表示如下：x2y2z2=λRx1y1z1+ΔxΔyΔz]]>其中，λ为两个坐标系的比例尺因子，R为旋转矩阵，[Δx,Δy,Δz]T为平移矩阵。设坐标系O1X1Y1Z1绕Z轴旋转角度θz，则易知z2＝z1，对于Y轴和Z轴上的关系，可将它们转化到平面上计算，如图4所示。在原坐标系XOY中，绕原点沿逆时针方向旋转θ度，变成坐标系SOT。设有某点p，在原坐标系中的坐标为(x，y)，旋转后的新坐标为(s，t)，则：oa＝ysin(θ)as＝xcos(θ)由平面矢量关系可知：s＝os＝oa+as＝xcos(θ)+ysin(θ)t＝ot＝ay-yb＝ycos(θ)-xsin(θ)用行列式表达如下：st=cos(θ)sin(θ)-sin(θ)cos(θ)xy]]>因而，(1)坐标系O1X1Y1Z1绕Z轴旋转角度θz后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Rzx1y1z1=cos(θz)sin(θz)0-sin(θz)cos(θz)0001x1y1z1]]>同理可推算出，(2)坐标系O1X1Y1Z1绕轴旋转角度θy后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Ryx1y1z1=cos(θy)0-sin(θy)010sin(θy)0cos(θy)x1y1z1]]>(3)坐标系O1X1Y1Z1绕X轴旋转角度θx后，(x2,y2,z2)与(x1,y1,z1)之间的关系为：x2y2z2=Rxx1y1z1=100cos(θx)sin(θx)0-sin(θx)cos(θx)x1y1z1]]>最终，两个坐标的变换的数学模型即为：x2y2z2=λRx1y1z1+ΔxΔyΔz=λRxRyRzx1y1z1+ΔxΔyΔz=λcos(θy)cos(θz)-sin(θy)sin(θx)sin(θz)-cos(θy)sin(θz)-sin(θy)sin(θx)cos(θz)-sin(θy)cos(θx)cos(θx)sin(θz)cos(θx)cos(θz)-sin(θx)sin(θy)cos(θz)+cos(θy)sin(θx)sin(θz)-sin(θy)sin(θz)+cos(θy)sin(θx)cos(θz)cos(θy)cos(θx)x1y1z1+ΔxΔyΔz]]>由此可知，只需确定三个平移参数ΔX、ΔY、ΔZ，三个旋转参数为θx、θy、θz以及比例尺因子λ，即可实现两个空间坐标之间的变换，上述计算过程可以通过最小二乘法原理得到。校准模块300，用于根据所述目标旋转矩阵对所述车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。在上述得到目标旋转矩阵后，校准模块300可根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准，使得利用终端的加速度传感器去校准不同安装姿态的车辆的加速度传感器，通过把加速度传感器坐标系和车辆坐标系之间的旋转矩阵求出来，从而可以把OBD上的传感器数据经过旋转矩阵转换到车辆坐标系下的各轴数据。便于利用转化后的数据分析车辆前行、侧向和车辆行驶平面的垂直速度。解决了针对传统的后装市场，后装产品OBD在车辆上安装姿态各不一样，造成后装产品OBD的加速度传感器无法精确达到实时各轴数据；且在斜坡上情况下，由于重力影响无法精确的利用加速度实时三轴数据的问题。需要说明的是，也可以是车辆将本地的加速度传感器获取车辆数据，以及获取该车辆数据对应的第二时间戳发送至终端。终端根据本地加速度传感器获取的终端数据，以及获取终端数据对应的第一时间戳后，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据获取目标旋转矩阵，并将目标旋转矩阵发送至车辆。车辆接收到目标旋转矩阵后，根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准。本发明实施例通过终端本地加速度传感器获取的终端数据及获取终端数据对应的第一时间戳，以及车辆本地的加速度传感器获取车辆数据及获取车辆数据对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配来获取目标旋转矩阵，然后根据目标旋转矩阵对车辆的加速度传感器采集到的数据进行校准，提高了对加速度传感器校准的准确性及便捷性。进一步地，基于上述加速度传感器校准装置第一实施例，提出了本发明加速度传感器校准装置第二实施例，该实施例中上述第二获取模块200还用于，根据所述第一时间戳及所述第二时间戳对所述终端数据及所述车辆数据进行匹配，根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵；从所述旋转矩阵中获取满足的每列列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，且与所述车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差最小的指定旋转矩阵，设定为目标旋转矩阵。本实施例中，在车辆获取目标旋转矩阵的过程中，第二获取模块200对存储的终端数据及其对应的第一时间戳、车辆数据及其对应的第二时间戳，根据第一时间戳及第二时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配。例如，将同一时刻采集到的终端数据及车辆数据进行匹配，或者是将车辆时刻与终端时刻之间满足预设时差的终端数据及车辆数据进行匹配。第二获取模块200根据匹配后的数据分别计算相应的旋转矩阵，时间戳匹配是和合加速度匹配在一起使用，两组传感器数据对应的时间戳之间的差值满足波动范围在一定的指定范围内，而且满足两个对应合加速度数据的差满足一定的阈值，根据该条件筛选出备选矩阵方程，此时选出的矩阵方程比较多，可以从这些矩阵方程中三三组合分别计算旋转矩阵。当得到多个旋转矩阵时，可以选取最优的旋转矩阵作为目标旋转矩阵。具体地，第二获取模块200选取旋转矩阵每一列向量的平方和与1之间相差在预设阈值内，可以是无限接近于1，以及实际输出误差最小，最终可以获取目标旋转矩阵。该实际输出误差为将且旋转矩阵与车辆数据相乘得到的数值与对应的终端数据之间误差，误差最小的旋转矩阵设定为目标旋转矩阵。需要说明的是，为了提高目标旋转矩阵的可靠性，还可以设置终端数据与车辆数据中每一个配对的误差满足一定阈值，且完成配对的数目达到总配对数的一半以上。在上述两个坐标的变换的数学模型中，可取λ＝1，偏移为0。本实施例根据匹配后的终端数据及所述车辆数据计算得到旋转矩阵后，根据指定的条件从旋转矩阵选取出最优的目标旋转矩阵，提高了对加速度传感器校准的可靠性。进一步地，基于上述加速度传感器校准装置第一实施例，提出了本发明加速度传感器校准装置第三实施例，该实施例中上第一获取模块100还用于，获取标定矩阵，及通过所述车辆本地的加速度传感器获取原始数据；根据所述标定矩阵对加速度传感器的原始数据进行标定得到车辆数据。本实施例中，在获取车辆数据时需要对车辆的加速度传感器的原始数据进行标定，从而可以把加速度传感器芯片和OBD看做一个整体。具体地，第一获取模块100需要根据具体环境对加速度传感器的原始数据标定，以下对原始数据标定的原理进行详细说明。设定标准化加速度为(Ax2,Ay2,Az2)，车辆本地的加速度传感器采集的原始数据为(Ax1,Ay1,Az1)，标准化加速度和原始数据之间的关系可由下面方程1表示。方程1：Ax2Ay2Az2=[A_m]3×31/A_SCx0001/A_SCy0001/A_SCz·Ax1-A_OSxAy1-A_OSyAz1-A_OSz=ACC11ACC12ACC13ACC21ACC22ACC23ACC31ACC31ACC33·AxAyAz+ACC10ACC20ACC30]]>其中，[A_m]3×3表示加速度传感器坐标轴与OBD坐标轴间的误差矩阵；A_SCi(i＝1,2,3)表示加速度传感器各轴的灵敏度；A_OSi(i＝1,2,3)表示加速度传感器的零重力偏移(zero-gleveloffset)；对加速度传感器进行“标定”的目的是确定ACC10至ACC33这12个参数，如上述表1所示，可以在表1的六个固定位置(Ax2,Ay2,Az2已知)以100Hz的输出数据率(OutputDataRate)采集5s到10s的加速度传感器各轴的加速度，使用如下最小二乘法对上述12个参数进行估算。上述方程1可以改写成方程2：Ax2Ay2Az2=Ax1Ay1Az11ACC11ACC21ACC31ACC12ACC22ACC32ACC13ACC23ACC33ACC10ACC20ACC30]]>或者简写成方程3：Y＝w·X其中，矩阵X表示标定过程需要估计的12个参数，即X表示标定矩阵；矩阵w表示在6个固定位置下采集的加速度传感器原始数据；矩阵Y表示在6个固定位置下已知的设备加速度标准值。例如，在向上的位置时，[Ax2,Ay2,Az2]＝[00-1]，假设在此位置采集了n1组加速度传感器的原始数据Ax1,Ay1,Az1，则得到方程4：Y1＝[00-1]n1×3w1＝[AxP1AyP1AzP11]n1×4其中，矩阵有n1行[00-1]，矩阵采集的n1组加速度传感器的原始数据。同理，在表1中其他5个位置分别采集n2、n3、n4、n5、n6组加速度传感器的原始数据，则得到方程5：Y2＝[00-1]n2×3w2＝[AxP2AyP2AzP21]n2×4方程6：Y3＝[00-1]n3×3w3＝[AxP3AyP3AzP31]n3×4方程7：Y4＝[00-1]n4×3w4＝[AxP4AyP4AzP41]n4×4方程8：Y5＝[00-1]n5×3w5＝[AxP5AyP5AzP51]n5×4方程9：Y6＝[00-1]n6×3w6＝[AxP6AyP6AzP61]n6×4组合方程4至方程9，并令n＝n1+n2+n3+n4+n5+n6，则上述方程3可改写成方程10：Yn×3＝wn×4·X4×3，其中，Y=Yn×3=Y1Y2Y3Y4Y5Y6n×3w=wn×4=w1w2w3w4w5w6n×4]]>由此标定过程中需要估计的12个参数即可由如下方程11得到，方程11：X＝[wT·w]-1wT·Y其中，wT表示矩阵的转置；[wT·w]-1表示矩阵的逆。上述过程是可以作为加速度传感器的原始数据标定，这里只是一个参考标定方法。当然，也可以使用加速度传感器厂商提供的传感器数据坐标系到芯片坐标系的转换矩阵。本实施例通过标定矩阵及加速度传感器采集的原始数据，进行标定得到车辆数据，提高了对加速度传感器校准的准确性。进一步地，基于上述加速度传感器校准装置任一实施例，提出了本发明加速度传感器校准装置第四实施例，该实施例中上述加速度传感器校准装置还包括：接收模块，用于与终端建立连接关系，接收所述终端发送的加速度传感器采集数据的数据包及发送所述数据包的终端发送时间，记录车辆接收时间；校准模块，用于将所述数据包、所述车辆接收时间及当前的车辆发送时间发送至终端，供终端记录终端接收时间，并根据所述终端发送时间、所述车辆接收时间、所述车辆发送时间及所述终端接收时间，所述时间及所述接收时间对时间进行校准，与所述车辆时间进行同步。本实施例中，在终端与车辆通过加速度传感器采集数据之前，需要对终端与车辆的时间进行同步。终端和车辆通过蓝牙或wifi建立连接，一旦建立连接，首先确定终端和车辆之间的时间差，进行时间矫正，并获取时间差平均值，从而确定终端和车辆之间的时间差值。具体地，以下对矫正时间的原理进行详细说明，如图5所示，终端从T0时刻(终端发送时间)将数据包发送至车辆，该数据包是某一时刻加速度传感器采集数据的采集事件发生时间，接收模块接收该数据包。假设当终端时间是T0时，车辆的时间是T0+offset，蓝牙或wifi发送到接收需要时间是Delay，为了方便计算，从终端发送到车辆接收的时间间隔和从车辆发送到终端接收的时间间隔都是Delay。因此车辆接收到数据包的时间是T0+offset+Delay，然后车辆再把接收到的数据包、车辆接收数时间T0+offset+Delay(车辆接收时间)和车辆发送数据包的时间T1-Delay+offset(车辆发送时间)打包再发回终端，同时记录终端的接收时间T1(终端接收时间)，从而有以下关系式成立：Phone_send_time＝T0；Phone_receive_time＝T1；Golo_send_time＝T1-Delay+offset；Golo_receive_time＝T0+offset+Delay；Offset＝(Golo_send_time+Golo_receive_time-Phone_send_time-Phone_receive_time)/2；Delay＝(Golo_receive_time-Golo_send_time+Phone_receive_time-Phone_send_time)/2；Offset表示终端与车辆之间的时间差；Delay表示蓝牙发送接收一个过程时间；Phone_send_time表示终端发送时间；Phone_receive_time表示终端接收时间；Golo_send_time表示车辆发送时间；Golo_receive_time表示车辆接收时间。优选地，可统计N次发送接收数据包的offset和delay，求取offset和delay的平均值，N越大offset和Delay越精确，并统计N次发送接收过程的offset的最大值最小值。已知offset的均值、最大值、最小值，则终端和车辆之间的时间关系就是：终端的时刻＝车辆的时刻-offset，校准模块根据该时间关系对终端的时间进行校准，这样终端和车辆之间的时间差可以精确到10ms下，基本满足同步需要。保持时间同步的原因在于，要采集同一时刻下终端的加速度传感器和车辆的加速度传感器的三轴数据进行计算转换矩阵和旋转矩阵，从终端的加速度传感器采集到的传感器数据和车辆的加速度传感器采集到的传感器数据的时间戳要进行匹配。本实施例可根据终端发送时间、车辆接收时间、车辆发送时间及终端接收时间对终端本地时间进行校准，与车辆时间进行同步，以便根据时间戳对终端数据及车辆数据进行匹配来获取目标旋转矩阵，提高了对加速度传感器校准的准确性及便捷性。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
技术领域：
，均同理包括在本发明的专利保护范围内。当前第1页1 2 3