用于定位车载设备以用于获取以及远程传输与机动车辆和摩托车的运动和驾驶参数有关的数据的校准方法与流程

本发明涉及用于检测与交通车辆的运动和驾驶参数有关的数据的车载设备的技术领域。特别地，本发明涉及根据权利要求1的前序部分的用于定位车载设备的校准方法。

背景技术：

已知校准方法，其中在用于获取和远程传输与车辆的运动和驾驶参数有关的数据的车载设备的初始安装步骤期间，被包括在车载设备中或连接到车载设备的加速度度量传感器必须根据一个或多个预定义的定位（方向和定向）或取决于满足某些条件的定位而被装配。

加速度度量传感器能够测量沿着多个轴、通过是三个轴的加速度，并且可以在车载设备的内部或借助于接线或短程无线连接而被连接到它。

为了表示车辆的加速度变化事件，有必要将通过加速度度量传感器所读取的数据从集成到传感器本身的笛卡尔参考系转换成联系到车辆的预定义参考系，以便正确地解释所检测的事件的方向和定位。

常规地考虑与车辆集成的左手、三轴参考系，并且使用惯性视点，即，在车辆上的人的视点。

加速度度量传感器还具有三个检测轴（x',y',z'），并且通常具有右手配置。以非预定义的方式但是以最有效的方式被安装以稳固地固定到车辆的底盘的加速度度量传感器的轴x'、y'、z'因此必须被逐一地重校准，以便与车辆的左手参考系（x,y,z）一致地定向。

所选的车辆参考系包括如下布置的三个轴：

-纵向于车辆地布置的x轴，其具有出现在车辆的前方部分的方向中的正方向；

-横截于车辆地布置的y轴，其具有出现自车辆的左侧（根据意大利车辆的驾驶员侧）的正方向；

-垂直地布置的z轴，其具有出现自车辆的下侧、向下的正方向。

为了防止安装者将加速度度量传感器定位在不正确的定位中，已知布置一种控制系统，所述控制系统在如果沿着应当与车辆的x和y轴平行的加速度度量传感器轴静息的加速度值不足够低以致不能将加速度度量传感器视为确切水平地定位的情况下防止设备的激活。

上述已知方法可理解地确保z轴的正确定向，但是不确保其方向确定的正确性，并且尤其不确保x和y轴的正确定向。

该限制因此不允许确定无疑地确定沿着x轴或y轴所测量的事件实际上是对应于突然刹车、对应于突然加速度还是急弯曲线，并且它不允许恰当地重构其中已涉及车辆的事故的动力学。

另外，安装的正确性仅仅被交托给安装者所指定的方向方面，因此安装不是非常可靠，并且需要安装者的长工作时间。

另外，这样的解决方案需要加速度度量传感器在车载设备的外部，其将难以在该约束的情况下以其全部来安装。在车载设备和加速度度量传感器之间因此需要强制存在接线，因为存在待固定的两个硬件组件（车载设备和加速计），其增大装置的安装成本。

最后，耦合到车载设备的加速度度量传感器必须总是根据相同的定向被安装在任何车辆上，但是这不总是可能。

技术实现要素：

本发明因此目的在于提供对上述问题的令人满意的解决方案，而同时避免现有技术的缺陷。

根据本发明，这样的目的通过具有在权利要求1中所记载的特征的、用于定位车载设备以用于检测与车辆的运动和驾驶参数有关的数据的校准方法来被实现。

特定的实施例是从属权利要求的主题，所述从属权利要求的内容将被理解为本描述的不可分割的部分。

本发明的另外的目标是如所要求保护的车载设备和计算机程序。

总而言之，本发明涉及用于定位车载设备以用于获取并且远程传输与车辆的运动和驾驶参数有关的数据的校准方法的两个实施例变体，所述车辆包括至少一个加速度度量传感器，所述加速度度量传感器被布置以便提供与车辆的位移动力学相关的准确指示。

所述方法的两个变体基于相同的初始数学考虑，并且特定用于机动车辆和摩托车。

所述方法的变体可以在车载设备中所嵌入的精细（elaboration）模块处或在远程精细中心处被实施。此外，安装的变体还有可能用于在车载设备板本身之上或在外部、但是经由任何性质的短程通信信道而连接到其的加速度度量传感器。

本发明基于如下原理：校准车载设备的定位，所述车载设备包括或相关联于根据随机定向而被安装在车辆上的加速度度量传感器，所述校准借助于确定变换矩阵（r），所述变换矩阵（r）被适配成使沿着加速度度量传感器的坐标系的三个轴x',y',z'所测量的加速度与沿着车辆坐标系的三个轴x,y,z的对应加速度有关。

附图说明

本发明的另外的特征和优点从其实施例的以下详细描述中将更清楚地显现，所述实施例作为非限制性示例、参考附图被给出，在所述附图中：

图1示出了车辆和车载设备和相应检测轴的示例性布置；

图2示出了用于校准方法的数学讨论目的的左手参考系；

图3示出了用于描述在从第一参考系到第二参考系的转换中关于轴的平面旋转的数学记号；

图4示出了在其中车辆是摩托车的特定情况中的xy平面中的重力向量；以及

图5示出了在其中车辆是摩托车的特定情况中的yz平面中的重力向量。

具体实施方式

在详细解释本发明的多个实施例之前，应当注意到，本发明在其应用中不限于构造细节并且不限于在以下描述中所呈现的或在附图中所示的组件的配置。本发明可以采取其它实施例并且以不同的方式被实现或实际地实施。还应当理解到，用词和术语用于描述性目的并且不被解释为进行限制。“包括”和“包含”及其变型的使用意图为包括在此后所引用的元素及其等同物，以及附加的元素及其等同物。

用于定位车载设备以用于获取和远程传输与车辆的运动和驾驶参数有关的数据的校准方法，其中所述设备具有车辆的参考坐标系的第一多个轴x,y,z，并且包括至少一个加速度度量传感器s，所述加速度度量传感器s被适配成检测车辆沿着加速度度量传感器的参考坐标系的第二多个轴x',y',z'所经受的加速度，所述第二多个轴x',y',z'相应地以多个旋转角αx,αy,αz而相对于车辆的参考坐标系的第一多个轴x,y,z成角度地布置，包括以下步骤：

在本文中所述的实施例中，车辆的参考坐标系的每多个轴x,y,z与加速度度量传感器的参考坐标系的所述多个轴x',y',z'相应地由三个轴组成。所述校准方法，尽管基于相同的基本数学考虑，但是在机动车辆和摩托车上的定位校准的两个情况中不同。

机动车辆上的定位校准

第一步骤在于当车辆停在大体上水平的定位中的时候，借助于加速度度量传感器s来获取通过沿着加速度度量传感器的参考坐标系的轴而作用于车辆上的重力g所生成的加速度值。

第二步骤在于借助于所述加速度度量传感器s来获取通过车辆沿着加速度度量传感器的参考坐标系的轴x',y',z'所遭受的多个事件所生成的加速度值，其值超过预定的加速度阈值。该获取步骤发生在车辆的初始运动阶段中，并且所述多个事件包括具有足够高的强度以被视为显著事件的一系列车辆突然加速度和刹车。

另外的步骤在于基于在其中已经获取了通过车辆沿着加速度度量传感器的参考坐标系的轴x',y',z'所遭受的所述多个事件所生成的加速度的占主导地位的方向而确定车辆的行进方向。所述多个事件包括突然加速度、突然刹车、突然转向以及车辆所遭受的垂直应力。

所述方法结束于确定变换矩阵r，所述变换矩阵r使沿着加速度度量传感器的坐标系的轴x',y',z'所测量的加速度与沿着车辆坐标系中的轴x,y,z的对应加速度有关。所述矩阵包括旋转角αx,αy,αz,的值，其中当车辆停在大体上水平的定位中的时候，基于沿着加速度度量传感器的参考坐标系的轴x',y',z'所检测的重力加速度值而得到第一旋转角αx和第二旋转角αy，并且基于在上述步骤中的所确定的车辆行进方向而得到第三旋转角αz。

αx指示关于x轴的旋转角；αy指示关于y轴的旋转角；αz指示关于z轴的旋转角。

以下是本发明的优选实施例的详细描述。

为了检测撞击或事故事件，或车辆的加速度变化事件，有必要通过使用车辆视点（惯性）而考虑左手类型的、与车辆集成的参考系。

在图2中图示与车辆集成的左手系。

三轴加速度度量传感器被包括或至少被连接到车载设备。所述加速度度量传感器具有三个轴，通常是右手型的，其必须被逐一地反转以移动到如在与车辆集成的参考系中的惯性视点。

与车辆集成的参考系设想三个轴的以下布置：

-纵向于车辆地布置的x轴，其具有出现在车辆的前方部分的方向中的正方向；

-横截于车辆地布置的y轴，其具有出现自车辆的左侧（根据意大利车辆的驾驶员侧）的正方向；

-垂直地布置的z轴，其具有出现自车辆的下侧、向下的正方向。

一系列等式必须被说明以实现空间中参考系的改变。

考虑图2中的左手三维坐标空间，关于z轴、按正角度的旋转（逆时针方向的旋转）等同于xy平面按角度α的旋转。在新的参考系中的点p(px,py)具有坐标(px',py')。

在图3中示出所述旋转。

以极坐标形式来表述笛卡尔坐标：

新的坐标(px',py')通过如下而被给出：

以矩阵形式，这些关系变成：

通过扩展在三维空间中所找到的矩阵：

同样地，用于其它基本旋转的变换矩阵被确定：关于y轴的旋转和关于x轴的旋转。

没有任何平移或变形分量的三维笛卡尔参考系的任何变换可以被追溯回到关于轴的三个旋转的组合，其以顺序方式组成。用于每个旋转的旋转矩阵是：

1.关于x轴、按角度αx的逆时针方向旋转：

2.关于y轴、按角度αy的逆时针方向旋转：

3.关于z轴、按角度αz的逆时针方向旋转：

在下文中说明通过使用相当大的角度来验证所标识的矩阵的正确性的方法。

考虑空旋转，关于x轴的旋转矩阵必须是单位矩阵并且这实际被实现：

如果旋转代替地按，则必须获得单位向量的简单变换：

(1,0,0)^t变成(1,0,0)^t，即，单位向量x0保持不改变，(0,1,0)^t变成(0,0,1)^t，即单位向量y0在新参考系中变成z0，(0,0,1)^t变成(0,-1,0)^t，即单位向量z0变成-y0；这些变换对应于所预期的内容，矩阵因此是正确的。

考虑空旋转，关于y轴的旋转矩阵必须是单位矩阵，并且这实际被实现：

如果旋转代替地按，则必须获得单位向量的简单变换：

(1,0,0)^t变成(0,0,-1)^t，即单位向量x0变成-z0，(0,1,0)^t变成(0,1,0)^t，即y0保持不改变，(0,0,1)^t变成(1,0,0)^t，即单位向量z0变成x0；这些变换对应于所预期的内容，矩阵因此是正确的。

考虑空旋转，关于z轴的旋转矩阵必须是单位矩阵并且这实际被实现：

如果旋转代替地按，则必须获得单位向量的简单变换：

(1,0,0)^t变成(0,1,0)^t，即单位向量x0变成y0，(0,1,0)^t变成(-1,0,0)^t，即y0变成-x0，(0,0,1)^t变成(0,0,1)^t，即单位向量z0保持不改变。

如以上所提及的，诸如用于在3个笛卡尔参考系之间构成通道的空间中的一般旋转可以作为简单旋转的复合而被获得。

继续进行到rx和ry的复合，我们得到：

代替地，表示xyz空间中任何旋转的三个单个旋转的复合通过以下的旋转矩阵而被给出

将r计算为rxryrz意味着以一序列来应用：

-关于z轴、按角度αz的旋转

-关于y轴、按角度αy的旋转

-关于x轴、按角度αx的旋转。

单个旋转的复合不是可交换的操作，并且为了从与车辆集成的理想参考系xyz切换到与加速度度量传感器集成的真实参考系z^'y^'z^'，以下关系适用：

应当注意到，两个三元组都是左手型的。

另外，为了执行相反的操作，也就是说，为了转换在与车辆集成的值中的测量值，必须计算逆。空间中的旋转是等距的（即，它保存角度和模），因此r是正交的，并且然后逆与转置重合。

开始于传感器的静息定位，有可能确定它在其中移动的平面，即得到三个旋转角中的两个。

在静息时，我们有：(x^'0,y^'0,z^'0)^t=r(0,0,1)^t，由此：

以下简单的反转公式找到在+/-90°范围中的解：

代替地，以下公式没有该限制：通过同时使用逐个成员相除的等式（11,12），我们获得

由此：

通过使用等式（11）和（12），我们计算：

根据前一等式并且根据（10），结果就是：

并且因此：

在本文中所述的优选实施例中，详细陈述与车辆集成的xy平面的搜索步骤以及行进方向的搜索步骤。

当车辆的仪表板被关断的时候，发生与车辆集成的xy平面的搜索步骤，并且其进而包括如下步骤：

1a）标识静息条件：每15s地分析加速度度量数据的最后4个平均三元组（平均是在20s的记录上）；如果在某个时刻，这些平均三元组在每个轴上不同小于100mg，那么认为车辆处于静息条件中，并且最后的平均三元组是潜在的新静息向量。

2a）计算静息定位（即静息时的重力向量）：如果没有已经被登记在与车载设备相关联的非易失性存储器中的静息重力向量，则前一步骤的最后的平均三元组被选为静息重力向量；否则，仅仅在新的候选静息定位显著不同于当前静息定位的情况下，用新的候选静息定位来取代当前静息定位，因为所假定的是发生不同定位中的加速度度量传感器的（以及随后如果传感器被集成在其中的话则车载设备的）拆解和后续重组装。

3a）通过使用等式（15,16）来计算αx和αy。新的静息定位因而被计算，连同αx和αy的值被保存在非易失性存储器中。

行进方向的搜索步骤包括如下步骤：

1b）考虑扣除了在上述步骤中所计算的静息向量的加速度度量数据(x,y,z)；

2b）在30个样本上应用移动平均；

3b）搜索模r的峰值，其应当对应于突然刹车和加速度，并且因而具有纵向于车辆运动的主导性分量的事件，如下：具有关于r的阈值：在输入中峰值处的120mg以及输出中的180mg（因而具有在150mg周围的30mg的迟滞现象）以及关于持续时间的最小和最大阈值（分别是1.5和8秒）；在峰值的标识步骤中，还计算在峰值期间的所有加速度向量的和φ（极坐标）；

4b）在加速度峰值事件的结束时，认为它有效，并且然后仅仅在如下情况去往下一步骤：

a）在峰值时段期间的加速度向量步进是几乎恒定的，也就是说，如果和ϕ的变化二者都在0.8弧度内，等于45°；

b）在配备有gnss接收器的设备的情况中，存在3d导航条件，并且满足以下条件：

其中35=9.8m/s²*3.6，并且用秒来表述持续时间；

c）在xy平面中的峰值期间投影max(x,y,z)，即通过应用具有已经计算的角度αx和αy的旋转，分量z小于60mg。

5b）收集多个显著峰值（在具有gnss的设备的情况中20个，否则为30个），并且从这些峰值（突然加速度和刹车）开始，如下确定xy平面上的占主导地位的方向：

a）基于相对于xy平面的x轴的角度，以两个不同的方式来对事件进行分组，二者都基于15°的24个圆形扇区；a组：一个开始于0°，并且以15°的步进而前进；b组：一个开始于7.5°，并且以15°的步进而前进；

b）对每个子组中的事件进行计数并且按结果得到的模的总和来对子组进行排序；

c）如果列表的第一子组的模的总和是第二子组的模的总和的至少1.1的缩放因子，则它意味着存在占主导的子组；

i.如果在其组中任一个上都不存在占主导的子组，则角度z的计算被认为是“未被解决”的，并且再次收集新的峰值；

ii.如果仅仅一个组已经确定了占主导的子组，则角度z的计算被认为是“已解决”的，并且仅仅所确定的占主导的子组被选择用于最后步骤；

iii.如果两个组都已经确定了占主导的子组，则仅仅在2个中的一个按1.1的因子而相对于另一个占主导的情况下，计算可以被认为“已解决”，并且在此后考虑这样的占主导的子组，否则情况i）适用；

d）通过落入所确定的占主导的范围中的向量的加权平均来给出αz，其中模xy被认为是权重。

摩托车上的定位的校准

在其中车辆是摩托车的特定情况中，所有前述考虑都适用，直到公式（16），但是然后一个以不同的方式继续进行以计算z,，如在下文中所描述的那样。

通过测量重力向量，其中摩托车按角度γ:(x,y,z)^t=(0,j,k)^t而横向倾斜。

考虑在两个参考系中倾斜等腰之前和之后通过重力向量所形成的三角形，可以得到j和k。

图4示出了xy平面中的重力向量。

特别地，考虑通过加速度度量传感器的测量系x’,y’,z’，三角形的底边测量为：

另一方面，已知：

因此，j是sinγ，并且k等于-cosγ。

图5示出了yz平面中的重力向量。

根据关系：

结果就是，从其中我们得到。

总而言之：

-在静息定位()中的测量，从其中我们得到：

-其中摩托车按角度γ()横向倾斜的测量，从其中我们得到：

然后：

-计算全矩阵r，以转换所测量数据中与摩托车集成的数据。

应当注意到在前述讨论中针对本发明所提出的实施例具有本发明的纯说明性并且非限制性的性质。本领域技术人员可以容易地在不同的实施例中实现本发明，然而所述实施例不偏离本文中所概述的原理并且因此被包括在本专利中。

最后，本发明还涉及一种计算机程序，特别是在信息介质或存储器上或其中的计算机程序，其被适配成实现本发明的方法。该程序可以使用任何编程语言，并且可以是以源代码、目标代码、或在源代码和目标代码之间的中间代码的形式，例如以部分编译的形式，或以任何其它期望的形式以便实现根据本发明的方法。

信息介质可以是能够存储程序的任何实体或设备。例如，所述介质可以包括存储介质，诸如rom、例如cdrom或微电子电路rom，或磁性记录介质，诸如软盘或硬盘。

另一方面，信息介质可以是能够被传输的介质，诸如电或光学信号，其可以通过电或光学线缆而被路由，这通过无线电信号或通过其它手段。根据本发明的程序可以特别地通过因特网类型的网络被下载。

当然，理解本发明的原理，制造细节和实施例与仅仅作为非限制性示例而描述和图示的内容相比可以宽泛地变化，而不偏离如在所附权利要求中所限定的本发明的范围。