专利名称：客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故分析的方法
技术领域：
本发明涉及一种客车行驶数据记录装置与应用该装置进行事故 分析的方法。其中该装置如图l所示，在客车或本装置上安装有方向
盘转角传感器l、緩速器档位开关2、远/近光灯开关3、刹车片磨损 传感器4、手刹开关5、左/右转向灯开关6、制动灯开关7、气压告 警传感器8、变速箱档位开关9、车速传感器IO、 XYZ三轴加速度传 感器16、发动机转速传感器17及前后车门开关18,上述传感器及开 关与ECU处理器及外围调理电路20相联，该ECU处理器及外围调 理电路20用于总体控制并完成信号的采集及处理，其还与实时时钟 19及Flash数据存储器15相连，实时时钟19用以记录事件发生的准 确时间，采集的各类数据用Flash数据存储器15保存，在ECU处理 器及外围调理电路20上设有CAN总线接口 11、 RS-232接口 12和 USB接口 13用以实现数据传输和通信，其上还设有iButton接口 14 与iButton芯片相连，用以识别驾驶员的身^f分。
应用上述客车行驶数据记录装置，可以采集到客车上各种传感器 或开关信号数据，再采用实时时钟19确定所采集数据的时间，并按 照时间顺序存储在Flash数据存储器15中，利用数据分析软件以图形 化的方式得到以时间作为横坐标轴的数据曲线，通过i殳定的判定规则 以及曲线相关性分析观察的方法可以准确对车辆的4亍驶状态进行判 断，实现人工或者自动事故分析。
本发明要求考虑下述问题
1、首先是采集的信号类型问题
为了能够完整记录驾驶员的驾驶动作以及操纵行为，对于客车而 言，需要下表中描述的信号。
序号信号源作用
1客车緩速器档位描述辅助制动的使用情况
82远/近光灯描述是否因为照明不足导致事故
3刹车片磨损描述是否因为制动效果不良导致事故
4手刹开关描述是否采取了有效的辅助制动
5左/右转向灯描述是否转向时有明确的指示
6制动灯描述是否采取了制动
7气压告警描述是否因为储气罐压力不足导致事故
8变速箱档位描述驾驶员的档位操纵情况
9前后车门开关信号描述是否非法开门行驶
10发动机转速描述车辆的发动机转速变化情况
11车速描述车辆的车速变化情况
12方向盘转角传感器描述车辆的转向情况
13XYZ三轴加速度传感器信号描述车辆碰撞/侧翻时的加速度值
以上的13种信号的状态能够完整描述发生事故时车辆的完整状 态，而这13种信号通过不同的传感器或开关提供，并由ECU处理器 及外围调理电路20负责采集及记录，而且根据不同信号的不同变化 率，采用不同的采样频率进行数据采集。而根据客车的实际应用场合， 对于车速和发动机转速信号的釆样间隔时间为0.1秒，即采样频率为
100Hz,方向盘转角传感器以及其他开关量信号采样频率为10Hz,加
速度传感器为lKHz。
通过在本装置上加装三轴加速度传感器16,可以实时检测客车
纵向、横向及轴向(垂直方向)的加速度值，能够灵敏地探测到各个
方向上车辆所承受的不同程度的撞击。当加速度阈值和持续时间达到
系统设定的阈值，便可自动判定为碰撞或者侧翻。 而三轴加速度传感器16的选用和电路设计如下 考虑到客车具体的应用实际，为了探测客车的纵向和横向碰撞以
及翻车状态，选用Freescale公司的MMA7261QT,该芯片为 一款XYZ 三轴加速度传感器为，量程为士2.5g/士3.3g/士6.7g/士10g,灵敏度为 480/360/180/120mV/g,完全能够满足客车应用的要求。具体电路见图 2所示，其中XYZ三轴的信号通过lK电阻和O.luF的电容完成无源
9低通滤波后送入单片机的模/数转换器件，将模拟量转换为数字量。
通过该芯片的1脚和2脚可以对MMA7261QT的量程进行选择。
2、 其次是驾驶员身份识别问题
在驾驶员身份的识别确认方面，目前主要应用的识别方式有直 接按键输入方式、接触式IC卡、非接触式IC卡、指紋识别、iButton 识别方式等不同的方案。iButton (information Button)是美国达4立斯 半导体公司开发的一系列半导体芯片，是一种封装在扁圆型不锈钢外
壳里的直径为16mm的微型智能化信息载体。它采用直径16mm、厚 3-6mm的钮扣状不锈钢外壳封装。内部通常由I/0处理器、存储器、 传感器和时钟等元器件组成。iButton以l-Wire^见范作为通信协议， 仅用l根数据线便能够完成与外界的信息交换，结构简单。考虑到成 本、驾驶员携带方便性、可靠性，选用iButton作为识别驾驶员身份 的方案。
3、 再者是数据的传输接口问题
作为一款车载设备，必然需要各种接口以连接相关的设备。釆用 CAN总线接口 11可以避免额外增加传感器，如车速、发动^L转速信 号只需要通过基于SAE J1939协议的CAN总线就能够获得。RS-232 接口 12用于利用计算机进行参数的配置。考虑到携带的方便性等因 素，USB接口 13用于将设备中存储的数据导出。而USB数据传输的 具体方案采用CYPRESS公司生产的USB-HOST接口芯片SL811作 为USB接口芯片。该芯片支持USBl.l协议，价格低，性能突出，可 靠性高，可以理想地用于多种外设。它内部有256字节的RAM数据 緩冲器，可以用来控制寄存器和数据緩存器。高速模式下支持 12Mbps,低速模式下支持1.5Mbps，完全能够满足系统的需要。
下面举例说明应用所述客车行驶数据记录装置进行数据处理和事故分析的具体方法
1) 判断发生碰撞的数据处理分析
考虑到实际碰撞的模型比较复杂，发生碰撞的部位可能分布在客 车的四周，分为正面碰撞、被追尾、侧面碰撞，又可能存在正面以及 侧面的混合碰撞等。同时与本车相碰撞的车辆的形态、部位会影响碰 撞时产生的加速度的变化。本发明主要根据XYZ三轴加速度传感器 16提供的加速度值进行判断分析。
假定Y轴为客车纵向行驶方向坐标轴，那么+Y值为客车正向行 驶加速度值，为正加速度；-Y值为客车倒车方向行驶加速度传感器 值，为减加速度；+乂轴为客车对于左舵车(中国驾马史规范)为驾驶 员侧所测量得到的加速度值；-X轴为客车对于左舵车为副驾驶员侧 所测量得到的加速度值，碰撞的判断方法为
If ((Y>Y—Amax) or (Y<Y—Amin)) and (T>Y—Continus—Time) then
〃判断为发生了正面碰撞，通过对Y值与中值进行比较就能够很 筒单地区分正面碰撞还是追尾。其中Y一Amax为正面碰撞阈值， Y—Amin为追尾碰撞阈值，Y—Continus_Time为加速度超过设定阈值 的持续时间。
If ((X〉X一Amax) or (X<X—Amin)) and (T> X—Continus—Time) then 〃判断为发生了侧面碰撞，通过对X值与中值进行比较就能够很 简单地区分左侧面碰撞还是右侧面碰撞。其中X一Amax为左侧面碰撞 阈值，X一Amin为右侧面碰撞阈值，X_Continus—Time为加速度超过 设定阈值的持续时间。
对于复合碰撞形式，通过三角函数计算公式a" +y2便可得到 碰撞的强度。
2) 判断发生侧翻的数据处理分析虽然通过对X轴或Y轴加速度值的判断也能够实现对是否发生 侧翻乃至翻车进行判断，但是对于X、 Y两个感应轴而言主要用于碰 撞的分析，需要的加速度测量范围较大，MMA7261QT最大量程10g 处，而Z轴只是用于^r测侧翻，侧翻后车辆处于静止状态，加速度值 最大也就是lg。通过判断Z轴的加速度是否超过设定的客车最大侧 倾角度所对应的Z轴输出，并且持续时间是否超过1-2分钟就能够判 断客车是否已经发生侧翻。
3) 交通事故分析实例l:停车与碰撞的自动判别 利用纵向加速度、车速和制动灯等信息，能够实现停车与纵向碰
撞的自动判别。在发生碰撞的时候，会产生与行驶方向相反的量值较 大的加速度。在速度曲线的变化上正常停车是逐渐减小，而碰撞则是 在速度的曲线图上有突变点。同时如果是停车，正常情况下驾驶员会 踩刹车，因此记录的凄t据中制动灯为有效状态。
4) 交通事故分析实例2:两车碰撞交通事故分析
图3中为典型的交通事故现场的示意图，案例情况A车驾驶员 认为B车行驶车速过高并且打了右转向灯，导致其直行进而与B车 发生碰撞。通过分析B车采集到的数据并在时间轴上展开，如图4 所示。B车驾驶员先是轻度踩刹车，当发现有可能发生碰撞，就紧急 制动，但是仍然与A车发生碰撞，纵向加速度传感器输出急剧变大。 从曲线上可以明显看到B车在发生^5並撞之前并未打右转向灯，左右转 向灯亮是在发生碰撞事故之后的警示，因此基本判断B车驾驶员反应 是完全正确的，再结合实际采集得到的车速或者交通路口的监控录像 可以准确判断交通事故责任的责任方。
权利要求
1、一种客车行驶数据记录装置，其特征在于它包括用以总体控制并进行采集安装在车上或本装置上的各种传感器及开关信号数据的ECU处理器及外围调理电路(20)，该ECU处理器及外围调理电路上还连接有可记录数据信号发生时间的实时时钟(19)、及用以保存采集数据的存储器，其上还设有实现数据传输或通信的接口；上述传感器及开关为方向盘转角传感器(1)、缓速器档位开关(2)、远/近光灯开关(3)、刹车片磨损传感器(4)、手刹开关(5)、左/右转向灯开关(6)、制动灯开关(7)、气压告警传感器(8)、变速箱档位开关(9)、车速传感器(10)、XYZ三轴加速度传感器(16)、发动机转速传感器(17)及前后车门开关(18)。
2、 根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于 所述ECU处理器及外围调理电路连接有驾驶员身份识别装置。
3、 根据权利要求2所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于 所述驾驶员身份识别装置为iButton芯片、直接输入按键、接触式IC 卡、非接触式IC卡或指紋识别装置。
4、 根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于 所述存储器为Flash数据存储器(15 )。
5、 根据权利要求1所述的客车行驶数据记录装置，其特征在于 所述数据传输或通信的接口为CAN总线接口 ( 11 )、 RS-232接口 ( 12 ) 或/和USB接口 (13)。
6、 一种应用权利要求1所述的客车行驶数据记录装置进行事故 分析的方法，其特征在于通过所述客车行驶数据记录装置可以采集 到客车上各种传感器或开关信号数据，再采用实时时钟确定所采集数 据的时间，并按照时间顺序存储在存储器中，利用数据分析软件以图形化的方式得到以时间作为横坐标轴的数据曲线，通过设定的判定规 则以及曲线相关性分析观察的方法可以准确对车辆的行驶状态进行 判断，实现人工或者自动事故分析。
7、 根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的 方法，其特征在于所述三轴加速度传感器用来测量客车三个坐标方 向的加速度，通过判断加速度值是否超过设定阈值，以及持续时间是 否超过设定阈值的持续时间，来实现客车正面碰撞、被追尾、侧面碰 撞以及正面以及侧面的混合碰撞的测量和判断，同时判断翻车状态。
8、 根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的 方法，其特征在于通过纵向加速度、车速和制动灯的数据判断是正 常停车或是碰撞。
9、 根据权利要求6所述客车行驶数据记录装置进行事故分析的 方法，其特征在于不同的信号釆用不同的采样频率，其中车速和发 动机转速信号的采样频率为100Hz,方向盘转角传感器以及其他开关 量信号采样频率为10Hz,加速度传感器为lKHz;并能够通过软件配 置的方式设定数据的采样频率。
全文摘要
本发明公开了一种客车行驶数据记录装置及应用该装置进行事故分析的方法，在客车上安装有方向盘转角传感器、缓速器档位开关、XYZ三轴加速度传感器等13种传感器及开关，利用实时时钟记录事件发生的准确时间，采集的各类数据用Flash存储器保存。同时本装置通过包括CAN总线在内的各种接口进行数据传输和通信，并利用iButton接口识别驾驶员身份，整个装置由ECU处理器及外围调理电路完成信号采集、处理和存储。配套的软件能够完整展现客车行驶过程中驾驶员的操作动作以及客车的工作状况，从而对发生事故的客车进行事故分析，还原事故发生过程的真实情况，对事故记录和甄别、事故疑点分析和肇事责任方认定提供了原始参考数据以作为有效的理赔辅助决策支持。
文档编号G07C5/00GK101488238SQ200810072350
公开日2009年7月22日 申请日期2008年12月9日 优先权日2008年12月9日
发明者周方明, 山 陆, 陈晓冰 申请人:厦门金龙联合汽车工业有限公司