一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法。
【背景技术】
[0002] 对运行的车辆来说，加速度是一个重要的参数，因此很多车上的自动检测系统的 算法都把平均加速度作为算法的一个重要因子，来配合进行自动检测。因此如何获取平均 加速度以及获取的平均加速度的精度，决定了自动检测系统检测的可靠性和精度。
[0003] 一般计算平均加速度有三种方法："等效匀加速运动"、"以距离为权重"、"以时间 为权重"。如下式所定义：
[0007] 其中，式⑴是用"等效匀加速运动"来定义的平均加速度。式（2)是"以距 离为权重"的加权平均加速度。式（3)是"以时间为权重"的加权平均加速度。式（1)、 式⑵涉及到距离方面的计算，考虑到在车载终端测量距离需要进行二次运算，会带 来累积误差，而瞬时加速度可以通过高精度的加速度传感器获得，不需要进行二次运 算，本发明采用式（3) "以时间为权重"的加权平均加速度，对式（3)进一步细化为：
[0008] 定积分比较常见的三种近似计算算法：矩形法、梯形法和抛物线法。下面介绍下这 几种方法：
[0009] 矩形法：如图1所示，在几何意义上，这是用一系列小矩形面积近似小曲边梯形的 结果，所以把这个近似计算算法称为矩形法。不过，只有当积分区间被分割得很细时，矩形 法才有一定的精确度，近似计算公式：
[0010] 梯形法：如图2所示，曲边小梯形的面积可以由直边小梯形的面积来近似，近似计 算公式：
[0011] 抛物线法：2η等分区间[a, b]，在区间[X。，x2]上，用过以下三点PQ(x。，y。)，Pjxp ylPjx；；，y2)的抛物线来近似原函数f(x)，设过以上三点的抛物线方程为：y = ax2+bx+c = Pl(x)，则在区间[x0，x2]上，可得到近似计算式（7)，相加即得式（8)。
[0014] 这三种近似计算算法虽然理论上可行，而且比较常用，但是在实际车载终端应用 中为了更高的精度和系统可靠性，本发明使用牛顿-科特斯（Newton-Cotes)公式进行近似 分解：
[0016] 其中qB)是科特斯（Cotes)系数仅取决于η和i，可通过查图3的科特斯系数表得 到，与被积函数f(x)及积分区间[a，b]均无关。
[0017] 科特斯系数具有以下特点：
[0020] (3)当η多8时，出现负数，稳定性得不到保证，而且当η较大时，由于Runge现象， 收敛性也无法保证，故一般不采用高阶的牛顿-科特斯求积公式；
[0021] (3)当η彡7时，牛顿-科特斯公式是稳定的。
[0022] 对于矩形法、梯形法和抛物线法这三种常规方法，近似计算公式中的η取值越大， 结果越精确，但在实际的模拟测试中常规的三种方法只有η取很大时才可达到牛顿-科特 斯（Newton-Cotes)公式中的η取2时就可以达到的精度。
【发明内容】
[0023] 本发明提供一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法，处理方法简单、计 算过程快速，具有更高的测算精度和可靠性。
[0024] 本发明一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法，包括如下步骤：
[0025] 步骤1、根据实验获得车载终端在纵向（X轴）、横向（Υ轴）和垂直方向（Ζ轴）三 个方向上加速度的经验值区间表；
[0026] 步骤2、在计算平均加速度的时间区间[t，t+ δ ]内，其中，t为计算平均加速度的 时间起点，用定时器以S/5的采样间隔从车上的加速度传感器采集瞬时加速度a(t)，并根 据车载终端三个方向的加速度的经验值区间表对所采样的瞬时加速度a(t)进行有效性判 断，若数据非法，则重新采样，如果合法则保存到一个长度为5的环形缓存区里，即该环形 缓存区按采样时间顺序依次存储有a (t)、a、a (t2)、a (t3)、a (t+ δ )五组瞬时加速度值， 最新采样的瞬时加速度将覆盖掉最早保存的瞬时加速度；
[0027] 步骤3、计算平均加速度
[0028] 使用牛顿-科特斯公式对定积分进行近似分解：
[0030] 其中?(Η)是科特斯系数，仅取决于η和i，其中η表示切分的粒度大小，i表示范围 从0到n，科特斯系数?-可通过查科特斯系数表得到，取η = 4,范围0~4有5项，（b-a) =δ，得到平均加速度_>)的计算公式：
[0032] 结合公式（10)，把采样到的保存在环形缓存区里的瞬时加速度值从环形队列的头 开始和对应的科特斯系数进行相乘直到环形队列的队尾，再进行累加求和，最后除以90得 到了 [t，t+ δ ]之间的平均加速度可〇。
[0033] 本发明采用牛顿-科特斯（Newton-Cotes)公式对平均加速度公式中的定积分 进行近似分解计算，在实际模拟测试中误差〈〇. 1 %，而用矩形法近似计算时误差可高达 8. 1 %，因此本发明在保证精度的同时，也最小化了计算量。
【附图说明】
[0034] 图1为近似计算算法为矩形法的原理图；
[0035] 图2为近似计算算法为梯形法的原理图；
[0036] 图3为科特斯（Cotes)系数表；
[0037] 图4为车载终端三个方向加速度的经验值区间表；
[0038] 图5为本发明环形缓存区存储数据示意图；
[0039] 图6为本发明使用牛顿-科特斯公式进行近似分解求解的示意图。
[0040] 以下结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
[0041] 具体实施方法
[0042] 为了提高精度，本发明取η = 4时的牛顿-科特斯（Newton-Cotes)公式来作为求 解的方案。
[0043] 本发明一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法，包括如下步骤：
[0044] 步骤1、根据实验获得车载终端在纵向（X轴）、横向（Y轴）和垂直方向（Z轴）三 个方向上加速度的经验值区间表，如图4所示；
[0045] 步骤2、在计算平均加速度的时间区间[t，t+ δ ]内，其中，t为计算平均加速度的 时间起点，用定时器以S/5的采样间隔从车上的加速度传感器采集瞬时加速度a(t)，并根 据车载终端三个方向的加速度的经验值区间表对所采样的瞬时加速度a(t)进行有效性判 断，若数据非法，则重新采样，如果合法则保存到一个长度为5的环形缓存区里，即该环形 缓存区按采样时间顺序依次存储有a (t)、a、a (t2)、a (t3)、a (t+ δ )五组瞬时加速度值， 如图5所示，最新采样的瞬时加速度将覆盖掉最早保存的瞬时加速度；
[0046] 步骤3、计算平均加速度
[0047] 由于积分是连续的，对MCU来说需要数字的、离散的信号，本发明使用牛顿-科特 斯（Newton-Cotes)公式对定积分进行近似分解：
[0049] 其中Qn>是科特斯（Cotes)系数，仅取决于η和i，其中η表示切分的粒度大小，i 表示范围从0到n，科特斯系数可通过查图3的科特斯系数表得到，取η = 4,范围0~ 4有5项，（b-a) = δ，得到平均加速度计算公式：
[0051] 结合公式（10)，把采样到的保存在环形缓存区里的瞬时加速度值，从环形队列的 头开始和对应的科特斯系数进行相乘直到环形队列的队尾，再进行累加求和，如图6所示， 最后除以90得到了 [t，t+ δ ]之间的平均加速度邱）。
[0052] 以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故 凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属 于本发明技术方案的范围内。
【主权项】
1. 一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法，其特征在于包括如下步骤： 步骤1、根据实验获得车载终端在纵向（X轴）、横向（Y轴）和垂直方向（Z轴）三个方 向上加速度的经验值区间表； 步骤2、在计算平均加速度的时间区间[t，t+δ]内，其中，t为计算平均加速度的时间 起点，用定时器以S/5的采样间隔从车上的加速度传感器采集瞬时加速度a(t)，并根据车 载终端三个方向的加速度的经验值区间表对所采样的瞬时加速度a (t)进行有效性判断， 若数据非法，则重新采样，如果合法则保存到一个长度为5的环形缓存区里，即该环形缓存 区按采样时间顺序依次存储有a (t)、a U1)、a (t2)、a (t3)、a (t+ δ )五组瞬时加速度值，最新 采样的瞬时加速度将覆盖掉最早保存的瞬时加速度； 步骤3、计算平均加速度使用牛顿-科特斯公式对定积分进行近似分解：其中?("是科特斯系数，仅取决于η和i，其中η表示切分的粒度大小，i表示范围从O 到n，科特斯系数可通过查科特斯系数表得到，取η = 4,范围O~4有5项，（b-a)= S，得到平均加速度珂〇丨的计算公式：结合公式（10)，把采样到的保存在环形缓存区里的瞬时加速度值从环形队列的头开始 和对应的科特斯系数进行相乘直到环形队列的队尾，再进行累加求和，最后除以90得到了 [t，t+ δ ]之间的平均加速度。
【专利摘要】本发明一种用在车载终端计算非线性平均加速度的方法，使用牛顿-科特斯公式对平均加速度计算公式的定积分进行近似分解，把通过车载终端的加速度传感器采样到的保存在环形缓存区里的瞬时加速度值从环形队列的头开始和对应的科特斯系数进行相乘直到环形队列的尾，再进行累加求和，最后除以90得到了[t,t+δ]之间的平均加速度本发明处理方法简单、计算过程快速，具有更高的测算精度和可靠性。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105354424
【申请号】CN201510777205
【发明人】赵国开, 任赋, 陈从华, 陈华云, 郑福弟
【申请人】厦门雅迅网络股份有限公司
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年11月13日