一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法及系统

本发明涉及智能汽车，具体涉及一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法及系统。

背景技术：

1、随着汽车工业的高速发展，乘坐舒适性已经成为衡量车辆品质的重要指标。车辆在实际行驶中产生的振动不仅影响乘客的体验，还对乘客的身心健康产生影响。

2、目前，虽然对于车辆行驶对人体造成的不舒适感有较多研究，但当车辆振动信息在时空中具有特定的分布特点时，已有研究成果往往不能正确反映人的真实感受。这是因为现有的评价方法大多使用平均算符整合振动信息或者单纯的在整段路程时间上进行积分，这种方法过于简化，存在着许多问题。首先是使用震动信息积分得到的舒适性指标只反映了区间内的震动信息，并没有考虑到区间长度，往往随着时间增大而增大，无法表明在某一时刻乘客的舒适性。此外，现有的实时舒适性评价方法大多使用固定的时间窗口来处理数据，这种方法往往无法准确地反映在时域下连续震动所造成的持久影响。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本专利提出了一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法及系统。这种方法会按照当前冲击强度设置可变长度的时间窗口。接下来，对生成的感知窗口内的历史冲击信息进行处理，提取局部冲击之间的交互作用。通过局部震动信息的方式，得到与当前时刻震动强度相关舒适性指标。这种方法不仅可以实时、准确地评估乘客的舒适感受，而且可以考虑连续冲击对乘客舒适感的影响，从而实现更加准确和实用的舒适性评估。

2、本专利的方法可以避免现有舒适性评价方法缺乏实时性的考虑，使其可以实时的输出当前时刻的舒适度信息，并且考虑了近期时间内的连续冲击，提升了乘坐舒适性评价的准确性。这种方法可以作为一种新的车辆舒适性评价方法，可以对自动驾驶系统的舒适性进行评价并以此优化。

3、一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法，包括以下步骤：

4、步骤一：通过布置在车辆上的传感器采集车辆在行驶过程中受到的震动数据；

5、步骤二：对接收到的震动数据进行预处理；

6、步骤三：将预处理后的震动数据添加到存储的历史震动信息中，形成一个连续的车辆震动数据流；

7、步骤四：建立震动强度与局部震动信息提取窗口之间的映射关系，根据当前时刻的震动信息强度，确定窗口的长度；

8、步骤五：根据可变时间窗口对历史震动进行信息提取得到局部震动信息，使用特定的时间衰减函数在时域上对舒适性进行分析计算，以考虑振动的瞬时变化和持续影响；

9、步骤六：整合当前时刻的震动数据与提取到的历史震动数据，从而得到最终的实时舒适性评价指标。

10、进一步地，步骤一中所述的传感器采集车辆在行驶过程中收到的震动数据，具体内容如下：

11、通过传感器以频率fsenso收集自车的急动度jerk的信息jerkraw＝{jerkx_raw，jerky_raw，jerkz_raw}。

12、下标x，y，z代表自车坐标系下的方向，定义急动度jerk为加速度的导数jerkx_raw，jerky_raw，jerkz_raw分别为自车在x方向下的急动度、y方向下的急动度和z方向下的急动度。

13、进一步地，步骤二中所述的对接收到的震动数据进行预处理，具体内容如下：

14、首先，使用六阶巴特沃斯滤波器对收集到的震动数据进行滤波处理，设定滤波器的截止频率ffilter；

15、确定所使用的六阶滤波器的传递函数为：

16、

17、jerkraw经过六阶巴特沃斯滤波器滤波之后得到的急动度为

18、jerkfilter＝{jerkx_filter，jerky_filter，jerkz_filter}。

19、然后，根据is02631-1标准对滤波后的震动数据进行频率加权；is02631-1标准提供了一种评估人体对振动的感知和反应的方法。在这个标准中，x，y，z轴的权重分别设定为wx，wy，wz，这些权重与频率有关。具体的加权函数表示为：

20、jerkwx＝wx·jerkx_filter，jerkwy＝wy·jerky_filter，jerkwz＝wz·jerkz_filter；其中jerkwx，jerkwy，jerkwz分别为x，y，z轴上加权后的急动度；jerkwx，jerkwy，jerkwz分别经过频率加权之后得到的就是预处理之后的震动数据。

21、jerkfilter表示一组向量，包括了x，y，z方向滤波处理之后的jerk值。

22、进一步地，步骤三中将预处理后的震动数据添加到存储的历史震动信息中，形成一个连续的车辆震动数据流；具体包括以下内容：

23、将步骤二中处理之后的急动度添加到固定时长t的历史序列中；

24、在步骤一中的车辆传感器是以频率fsensor进行采样的，在这历史序列中，共有n＝fsensor×t个数据点；将这个历史序列表示为一个向量

25、其中hi是第i个震动数据的值，包含了预处理之后三个轴向的急动度数据：hi＝{jerkwx，jerkwy，jerkwz}。

26、当新的数据点hn+1预处理完毕需要添加时，需要更新历史序列，即将hn+1添加到序列的末尾，同时移除序列开始处的数据点h1；这个过程表示为公式：

27、其中为更新后的历史序列，最后更新完数据流后重新设定数据下标，得到维持一个连续的车辆震动数据流这个数据流包含了最近时长为t的范围内的震动数据，这个数据流用于后续的舒适性评价。

28、进一步地，步骤四中建立震动强度与局部震动信息提取窗口之间的映射关系，根据当前时刻的震动信息强度，确定窗口的长度；这个过程的主要目标是确保在计算实时舒适性评价指标时，能够充分考虑到震动的瞬时变化和持续影响两个方面的因素。具体来说，如果当前的震动强度较大，对应的时间窗口也会增大，以便于捕捉到震动的持续影响；反之，如果当前震动强度较小，则选择较短的可变时间窗口。具体包括内容为：

29、在车辆坐标系下的x，y，z每个轴向的急动度数据中提取最近1s内的采样点；

30、分别在x，y，z方向上的采样点中，计算每个方向上采样点最大值以及一秒内采样点的平均值；

31、最大值和平均值乘以对应的权重，得到的结果小于设定的阈值t时，时间窗口就设定为一秒，当大于设定的阈值t时，按对应的指数函数设计动态时间窗口的长度。

32、进一步地，最大值和平均值乘以对应的权重，得到的结果小于设定的阈值t时，时间窗口就设定为一秒，当大于设定的阈值t时，按对应的指数函数设计动态时间窗口的长度，这个过程分为以下几个步骤：

33、定义每个轴向急动度的震动强度ix，iy，iz为：

34、

35、

36、

37、其中，ω1，ω2是最大值和平均值的权重，fsensor是传感器的采样频率；jx(t)，jy(t)，jz(t)表示在t时刻x，y，z方向上采样点的数值；tx_max，ty_max，tz_max分别为在一秒内x，y，z方向采样点最大值所对应的时间；

38、确定动态时间窗口的长度的过程根据震动强度与阈值的大小关系分为两种情况，定义相关的阈值t；为这两种情况分别定义函数，如下：

39、第一种情况：如果某一方向上的强度均小于阈值，则将可变时间窗口的时长设定为1秒；定义函数fsmall为：fsmall(i)＝1，表明此时活动窗口时间固定为1秒；

40、第二种情况：如果某一方向上的震动强度大于对应的阈值，定义函数flarge为：

41、flarge＝a·ib，其中a，b是参数，通过试验确定；此时可变时间窗口长度根据震动强度确定；

42、而后，得到确定时间窗口长度的函数f()，其包含了以上两种情况：

43、

44、i表示轴向急动度的震动强度，ix，iy，iz分别代表x，y，z方向的急动度强度。

45、最后，得到每个轴向急动度对应的可变时间窗口长度：

46、lx＝f(ix)，ly＝f(iy)，lz＝f(iz)。

47、进一步地，步骤五中的根据可变时间窗口对历史震动进行信息提取得到局部震动信息，具体内容如下：

48、首先，分别对近1s内的急动度按时间进行积分；假设在每个轴向方向上的j急动度分别为jx(t)，jy(t)，jz(t)，那么指标1分别通过以下公式进行计算：

49、

50、

51、

52、接着，在历史序列中取出上一步中确定的时间窗口长度l中的数据hl，遍历取出的历史数据，定义其中的最大值为jerkpeak，定义在取出的历史数据hl中大于d·jerkpeak且时间最靠近当前时间的数据点，d为设置的阈值因子(0＜d＜1)；

53、然后，在数据点jerkpeak的位置作为正态分布中心进行加权，μ和σ为高斯分布的均值与标准差，e为自然常数，τ为时间偏移量，lx，ly，lz表示上文所计算到的对应方向计算得到的时间窗口长度，将加权之后的急动值按照时间进行积分就得到了指标2，具体按照以下公式计算：

54、

55、

56、

57、α和β为指标1和指标2在最终实时舒适性指标中所占的权重；

58、最后，得到x，y，z轴向的实时舒适性评价指标cx，cy，cz：

59、cx＝α·jαx+β·jβx

60、cy＝α·jαy+β·jβy

61、cz＝α·jαz+β·jβz

62、ω1，ω2，ω3为x，y，z轴的震动在最终实时舒适性指标中所造成的影响，定义基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价指标ccomfort：

63、ccomfort＝ω1·cx+ω2·cy+ω3·cz。

64、一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价系统，包括：

65、数据采集模块，用于传感器采集车辆在行驶过程中受到的震动数据；

66、数据处理模块，用于对接收到的震动数据进行预处理；

67、数据流形成模块，用于将预处理后的震动数据添加到存储的历史震动信息中，形成一个连续的车辆震动数据流；

68、确定窗口长度模块，用于建立震动强度与局部震动信息提取窗口之间的映射关系，根据当前时刻的震动信息强度，确定窗口的长度；

69、分析计算模块，用于根据可变时间窗口对历史震动进行信息提取得到局部震动信息，使用特定的时间衰减函数在时域上对舒适性进行分析计算，以考虑振动的瞬时变化和持续影响；

70、评价模块，用于整合当前时刻的震动数据与提取到的历史震动数据，从而得到最终的实时舒适性评价指标。

71、一种装置，包括一个或多个处理器；

72、存储器，用于存储一个或多个程序；

73、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法。

74、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法。

75、与现有技术相比本发明的有益效果：

76、本发明提出了一种基于局部震动信息的车辆舒适性实时评价方法，将车辆的动态振动状态纳入到舒适性评价体系中。通过综合分析车辆的瞬时急动度和历史振动数据，从一个新的维度对车辆的舒适性进行实时评估。这种方法可以针对不同路面和具体时刻的车辆运动状态，提供实时的舒适性反馈，以便进行必要的调整，从而提高乘客的舒适体验。

77、本发明引入了时间衰减函数，将历史振动数据的重要性分布纳入到舒适性评价中。这种方法考虑了一段时间内，不同震动之间的互相影响，以及历史数据的重要性分布，从而更符合人体对于震动的感受。这种方法可以更准确地评估车辆的舒适性，提供更贴近实际的舒适性反馈。

78、本发明基于局部震动信息的舒适性评价方法，使得车辆能够获取并处理一段时间内的振动数据，克服了传统舒适性评价针对整条路径评估所存在的局限性。这种方法可以更全面地考虑振动的瞬时变化和持续影响，提高舒适性评价的准确性和实时性，为提升乘客的舒适体验提供数据支撑。