CN102365526B - 测量装置和测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种测量装置和一种测量系统，即便在车辆能驶入的狭窄道路和即便路面起伏不平的情况下，它们也能高精度地测量地点间距离等。测量机构(5)包括转动体(51)，转动体以转动中心相互对准的方式安置在用于支承轮胎(T)的车轮(W)和车轮轮毂(WH)之间，还包括固定到车身骨架(F)上的光学探测器(52)。转动体(51)由安装在车轮(W)和车轮轮毂(WH)的安装面之间的圆盘部(511)和从圆盘部(511)延伸至车身骨架(F)并包围车轮轮毂(WH)的外周面的圆筒部(512)构成。在圆筒部(511)的周面中，设有多个长孔(513)作为透过光线的透光部。光学探测器(52)包括作为发光部的发光元件(521)和作为受光部的受光元件(522)，它们通过安装架(523)被固定到车身骨架(F)上。

Description

测量装置和测量系统

技术领域

本发明涉及固定在车辆上以测量地点间距离和行驶速度的测量装置和测量系统。

背景技术

例如，为了形成电子地图、地图册等，被称为探测车且边拍摄地理和建筑边测量距离的测量车辆实际沿着道路行驶以采集数据。当测量车辆测量地点间距离时，安装在测量车辆的车轮外表面上的回转编码器被用作传统的测量装置。该回转编码器是在箱形壳体中装有具有沿周向以预定间隔开设的多个缝隙的圆盘和检测缝隙转动的光断续器的装置。这种传统的测量装置如此安装，即，用于使圆盘转动的转轴被固定到车轮的外中心部并且通过跨越开设在车身护板中的轮胎房的支架来保持壳体。

作为回转编码器，已知有专利文献1所述的回转编码器。专利文献1所述的回转装置被制成杯状，由电动机转轴枢转支承的转动件被设置成能覆盖电动机，与连接至转动件的转动测量机构的一部分对置地，转动测量机构的另一部分设置在容器的内壁上。在专利文献1所述的回转装置中描述了，转动检测机构的一部分以开缝板的形式设置，另一部分构成光断续器，其由发光元件和受光元件构成，或者转动检测机构的一部分以N极和S极交替布置的磁信号磁鼓的形式设置，另一部分以磁阻元件的形式设置，该磁阻元件由其阻抗根据磁通变化而变化的坡莫合金构成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审查实用新型申请公开号5-23775

发明内容

本发明要解决的问题

不过，在传统的测量装置中，该装置本身安装于车轮外侧，由此增大车辆宽度，这可能使车辆无法驶入车辆本身能驶入的狭窄道路。尤其在传统测量装置设置在两个车轮上以提高测量精度的情况下，车辆宽度进一步增大。

此外，因为被装入壳体中的回转编码器的转轴安装在车轮上，而壳体安装固定在车体上，所以在减震器相对于用于支承车轮轮毂的车身骨架倾斜安置的车辆中，车轮依据路面不平状况在倾斜状态中上下窜动，导致车轮做椭圆运动。因而在传统的测量装置中无法高精度测量地点间距离和行驶速度。

此外，在传统的测量装置中，因为是磁性检测方式，所以车辆的振动也可能被当作转动件的转动被检测，这又使得高精度地检测地点间距离和行驶速度变得困难。

因此，本发明的目的是提供一种测量装置和一种测量系统，即便在车辆能驶入的狭窄道路并且即便路面起伏不平，它们也能够高精度地测量地点间距离等。

解决问题的手段

根据本发明的测量装置包括：转动体，配设有光学被测部分并且设置在支承轮胎的车轮和以转动中心相互对准的方式将车轮安装在车辆的车身骨架上的车轮轮箍之间；光学探测器，它固定在车身骨架上并且探测该光学被测部分的伴随该转动体的转动的位置变化。

根据本发明的测量装置，因为转动体安置在用于支承轮胎的车轮和用于以转动中心相互对准的方式将车轮安装在车辆的车身骨架上的车轮轮毂之间，所以测量装置没有鼓突到车轮外。因而，本发明的测量装置固定在车辆上没有显著增大车辆宽度。此外，因为用于探测光学被测部分的随转动体转动的位置变化的光学探测器被固定在车身骨架上，所以即便转动体依据路面不平而摇晃，光学探测器也伴随转动体摇晃，因此，即便减震器相对于车身骨架倾斜设置，也可以不受影响地执行测量。

优选的是，转动体由安装在车轮和车轮轮毂的安装面之间的圆盘部和从圆盘部延伸向车身骨架且包围车轮轮毂的外周面的圆筒部组成，该光学被测部分沿着圆筒部的周面设置，该光学探测器通过安装架安装在车身骨架上。因为光学探测器适于检测沿从圆盘部延伸向车身骨架且包围车轮轮毂的外周面的圆筒部的周面布置的光学被测部分，所以光学探测器可以安设在离车身骨架近的位置上。因而，由于用于支承光学探测器的安装架不必是相当长的构件，所以可以防止因光学探测器振动摇晃而出现测量误差以及光学探测器碰撞转动体的情况。

优选的是，光学被测部分是可透过光线的透光部，并且光学探测器由向透光部发光的发光部和接受穿过该透光部的发射光的受光部构成，发光部和受光部相互对置并将透光部夹在其间。因为光学探测器所包含的发光部和受光部是对置的且作为光学被测部分的透光部夹在两者之间而构成了利用透光型光断续器的回转编码器，所以可以减少将车辆振动当作转动体转动来检测的情况，因此能实现更精确的测量。

优选的是，该光学被测部分是反射光的反光部，该光学探测器由向反光部发光的发光部和接受由反光部反射的光的受光部。

因为光学探测器所包含的发光部和受光部可以构成回转编码器，其利用了检测在作为光学被测部分的反光部处反射的光的反光型光断续器(光反射器)，可以减少将车辆振动当作转动体转动来检测的情况，因此能实现更精确的测量。

在根据本发明的测量系统中，本发明的测量装置安置在车辆的前车轮和后车轮中至少一方的各左车轮和右车轮中，该测量系统包括：用于根据由光学探测器输出的检测信号和轮胎周长数据来计算每个轮胎的行驶距离的行驶距离计算机构；用于根据右轮胎和左轮胎的行驶距离差和右轮胎和左轮胎之间距离估算车辆行驶方向上的角度变化量的角度变化量估算机构。

根据本发明的测量系统，因为本发明的测量装置设置在车辆的前车轮和后车轮中至少一方的各左车轮和右车轮中，并且本发明的测量装置没有鼓突到车轮外，车辆宽度没有显著增大。此外，因为行驶距离计算机构根据光学探测器所输出的检测信号和轮胎周长数据计算每个轮胎的行驶距离，并且角度变化量估算机构根据右轮胎和左轮胎之间的行驶距离差和右轮胎和左轮胎之间距离估算在车辆行驶方向上的角度变化量，因此可以获得此时的轮胎行驶距离和根据该距离的行驶方向变化相互匹配的数据。因而，本发明的测量系统能高精度地获得车辆行驶轨迹。

最好设有：角度检测机构，用于检测车辆行驶方向上的角度变化以便作为角度数据来输出；用于根据角度数据计算角度变化量的角度变化量计算机构；行驶状态确定机构，用于将由角度变化量计算机构计算的角度变化量与由角度变化量估算机构估算的角度变化量进行比较，以确定车辆行驶状态。行驶状态确定机构将由角度变化量计算机构计算的车辆角度变化量与由角度变化量估算机构估算的在车辆行驶方向上的角度变化量进行比较。当这些变化量彼此截然不同时，可以确定测量状态是异常的。因而，可以确定车辆行驶状态。

发明效果

根据本发明，因为测量装置可以不会鼓突到车轮外地被安装到车辆上，即便在减震器相对于车身骨架倾斜安装的情况下，也可以不受影响地执行测量。因此，即便在车辆能驶入的狭窄道路上和即便路面起伏不平，也可以高精度地测量地点间距离等。

附图简介

图1是表示根据本发明实施例的整个测量系统的构成的示意图。

图2是图1所示的测量系统所使用的测量装置的分解透视图。

图3是表示图1所示的测量系统所使用的测量装置的构成的框图。

图4是解释行驶状态确定方法的流程图。

图5是解释角度变化量的计算方法的视图。

图6是表示包括作为光学被测部分的反射部的转动体和光学探测器的视图。

附图标记列表

1.测量系统；2.定位机构；3.摄影机；4.角度传感器；5.测量机构；51.转动体；511.圆盘部；511a.通孔；512.圆筒部；513.长孔；514.反射部；52.光学探测器；521.发光元件；522.受光元件；6.数据采集处理装置；61.输入界面装置；62.存储器；63.数据处理器；631.行驶距离计算机构；632.数据存储器；633.角度变化量估算机构；634.角度变化量计算机构；635.行驶状态确定机构；64.通讯机构；W.车轮；WH.车轮轮毂；F.车身骨架。

发明实施方式

参见附图来描述根据本发明的一个实施例的测量装置和利用该测量装置的测量系统。

(测量系统的构成)

图1示出了测量系统1，它例如由探测车P运载，探测车沿道路行驶以拍摄地理和建筑并采集所获得的与摄影地点信息相关的图像。采集的数据被用来制作电子地图、地图册等。测量系统1包括定位机构2、摄影机3、角度传感器4、两个测量机构5和数据采集处理装置6。

对于定位机构2，可以采用全球定位系统(GPS)、卫星定位系统(伽利略)等，并且其向数据采集处理装置6输出作为指明探测车P位置的位置数据的经纬度数据。

摄影机3按照预定的时间间隔从车辆内部拍摄在行驶方向上的场景并输出摄影数据给数据采集处理装置6。角度传感器4是作为角度检测机构的回转式传感器，用于以开始测量时刻的方向为基准方向地测量在车辆当前行驶方向上的角度变化，并且作为角度数据输出角度变化。

多个测量机构5设置在两个后车轮上。以下将参见图2来具体说明测量机构5的构成。

(测量机构的构成)

每个测量机构5设置在支承轮胎T的车轮W和用于以转动中心相互对准的方式将该车轮安装在探测车P的车身骨架F上的车轮轮毂WH之间，并且测量机构包括转动体51，该转动体随着后车轮一起转动，还包括光学探测器52，它测量伴随转动体51的转动的变化。测量机构5向数据采集处理装置6输出表明转动体51的转动量的检测信号。

转动体51由安装在车轮轮毂WH的安装面和车轮之间的圆盘部511和从圆盘部511延伸至车身骨架F并包围车轮轮毂WH的外周面的圆筒部512构成。在从车轮轮毂WH伸出的4个轮毂螺栓HB穿过设置在圆盘部511内的通孔511a且车轮W夹设在其间的状况下，转动体51通过螺母N被固定。在圆筒部512中，设有多个光学被测部分以便用光学探测器52检测圆筒部512的转动。在本实施例中，作为光学被测部分，作为透过光线的透光部的多个长孔513按照预定的间距沿着圆筒部512的周面设置。在本实施例中，多个长孔513以圆筒部512的轴线为中心每隔15°来设置。

光学探测器52包括作为发光部的发光元件521和作为受光部的受光元件522。对于发光元件521，可以使用发光二极管。对于受光元件522，可以使用光敏晶体管。发光元件521和受光元件522对置地通过安装架523被安装在车身骨架F上，从而构成光断续器。安装架523由L形托架523a和安装板523b构成，发光元件521和受光元件522分别安置在托架的末端部分上，而安装板固定这些L形托架523a成对置状态以便固定到车身骨架F上。受光元件522依据来自发光元件521的经过长孔513的光向数据采集处理装置6输出检测信号。

数据采集处理装置6通过算数运算从驱动探测车P行驶时所获得的各种信息中计算出精确的行驶轨迹，并且连同摄影数据记录下该行驶轨迹。该数据采集处理装置6安装在探测车P的内部。以下，结合图3来具体描述数据采集处理装置6的构成。

(数据采集处理装置的构成)

数据采集处理装置6包括通过电缆分别与定位机构2、摄影机3、角度传感器4和测量机构5相连的输入界面装置61、其中记录有所输入的各种数据的存储器62、将所输入的各种数据记录在存储器62上并执行算数运算以便依据输入数据获得行驶轨迹的记录数据处理器63以及通讯机构64。

输入界面装置61输入来自定位机构2的位置数据、来自摄影机3的摄影数据、来自角度传感器4的角度数据和来自测量机构5的检测信号。

存储器62是记录下各种数据的大容量非易失性存储器，也能使用硬盘。

数据处理器63包括行驶距离计算机构631、数据存储器632、角度变化量估算机构633、角度变化量计算机构634和行驶状态确定机构635。

行驶距离计算机构631计数分别由两个测量机构5输出的检测信号的数量，并且作为计数数据输出表示转动体51的多个长孔513从开始测量到目前为止经过光学探测器52的次数的累计总数。此外，行驶距离计算机构631根据基准点到当前点的从计数数据和表示预先设定的轮胎周长的周长数据计算各个后车轮的行驶距离，作为距离数据。

数据存储器632在存储器62内作为行驶轨迹数据与摄影机3所拍摄的每帧摄影数据相关联地储存下由行驶距离计算机构631计算出的计数数据、来自定位机构2的位置数据和来自角度传感器4的角度数据。

角度变化量估算机构633根据在右轮胎和左轮胎之间的行驶距离差和表示右轮胎和左轮胎之间距离的预先设定的后车轮胎面宽度估算在探测车P行驶方向上的角度变化量。

角度变化量计算机构634根据来自角度传感器4的在基准点的角度数据和在当前点的角度数据之间的差计算出探测车P的角度变化量。

行驶状态确定机构635将由角度变化量计算机构634所计算出的角度变化量和由角度变化量估算机构633估算出的角度变化量进行比较，以确定探测车P的行驶状态。

通讯机构64通知测量人员角度传感器4或者测量机构5、5的异常，并且在驾驶员通过声音被告知时，这样的声音可以时嗡嗡声、钟鸣声等。此外，当通过显示器通知驾驶员时，通讯机构64可以是显示告知发生异常的讯息的显示屏。

(测量系统的操作和使用状态)

参见附图来说明根据按照上述构成的本发明实施例的测量系统1的工作及其使用状态。

如图1所示，探测车P被开动以将数据采集处理装置6置于可工作状态。摄影机3从开始摄影的时刻起输出作为摄影数据的透窗场景。由定位机构2输出位置数据，由角度传感器4输出对应于在车辆行驶方向上的角度变化的角度数据。

如图2所示，在探测车P行驶状态下，轮胎T转动，与此同时，转动体51转动。转动体51的转动造成沿着圆筒部512的周面开设的多个长孔513在光学探测器52的发光元件521和受光元件522之间经过。

当每个长孔513位于发光元件521和受光元件522之间时，发光元件521所发出的光照到受光元件522，而在长孔513之外的部分，光被遮断，于是，由测量机构5的光学探测器52输出的信号是当每个长孔513位于发光元件521和受光元件522之间时的状态变化的检测信号。检测信号被输出给数据采集处理装置6。

数据采集处理装置6接收来自定位机构2的位置数据、来自摄影机3的摄影数据、来自角度传感器4的角度数据和来自设置在左后车轮和右后车轮中的测量机构5的检测信号。

行驶距离计算机构631将来自测量机构5、5的检测信号计数，以便作为计数数据来输出。就是说，计数数据是表示转动体51的多个长孔513在测量启动之后已经经过光学探测器52多少次的累计值。

数据存储器632在存储器62内相互关联地储存下对应于摄影数据的每一帧的计数数据、位置数据和角度数据。

以下，参照图4和图5来描述由数据处理器63的行驶状态确定机构635确定行驶状态的方法。

行驶距离计算机构631根据计数数据计算从基准点到当前点的行驶距离(步骤S10)。该行驶距离可以通过以表示轮胎T周长的周长数据乘以通过从在当前点的计数数据中减去在基准点的计数数据所获得的值来算出。在本实施例中，因为多个长孔513按照15°间距设置在圆筒部512的周面中，所以等于15°的轮胎T周长(1/24长度)被用作周长数据。就是说，从基准点到当前点，行驶距离计算机构631通过等于长孔513开设间距的轮胎T周长数据乘以转动体51的长孔513经过光学探测器52的次数来计算行驶距离。紧接在测量开始后，因为基准点与行驶起点相同，所以在基准点的计数数据为“0”。因而，当基准点与行驶起点相同时，将当前点的计数数据乘以周长数据所获得的值就是行驶距离。关于设置在左后车轮和右后车轮中的各测量机构5，行驶距离计算机构631计算出行驶距离。

行驶距离计算机构631确定算出的行驶距离是否已经达到预先设定的距离(取样距离)(步骤S20)。如果判定结果表明尚未达到取样距离，则确定处理过程是否结束(步骤S30)。如果处理过程尚未结束，则重复行驶距离的计算。

如果确定已经达到取样距离，则角度变化量计算机构634找到在基准点的角度数据和在当前点的角度数据之间的差，由此计算出角度变化量R1(步骤S40)。此外，角度变化量估算机构633从左车轮和右车轮之间的距离数据差中估算出角度变化量(步骤S50)。如图5所示，当行驶距离变化微小时，在作为角度变化量的角度θ和左后车轮和右后车轮之间的距离数据差D＝(d1-d2)之间，成立以下关系，角度θ＝行驶距离差D/车辆胎面宽度L。角度变化量估算机构633根据以上公式计算角度θ，以估算角度变化量R2。

行驶状态确定机构635确定由角度变化量计算机构634所计算的角度变化量R1和由角度变化量估算机构633所估算的角度变化量R2之间的差的绝对值是否大于预先设定的故障阈值(步骤S60)。

如果角度变化量差的绝对值大于故障阈值，则确定在角度传感器4、测量机构5和将它们连接到数据采集处理装置6的电缆的任何一个中出现异常，并且测量人员通过通讯机构64被告知该异常(步骤S70)。

如果角度变化量差的绝对值不大于故障阈值，则以当前点作为基准点来继续测量。

利用如此计算出的行驶距离和角度变化量，根据基准点的位置信息计算出车辆正行驶经过的地点。该位置信息与由摄影机3所获得的摄影数据相关联。所采集的行驶轨迹数据被用来制作电子地图、地图册等。

如上所述，根据发明的这个实施例的测量机构5，因为转动体51安置在支承轮胎T的车轮和以转动中心相互对准的方式将该车轮安装在车辆的车身骨架F上的车轮轮毂WH之间，所以测量机构5没有鼓突到车轮外。因而将测量机构5固定至探测车P没有显著增大车辆宽度。此外，因为用于检测长孔513的伴随转动体51转动的位置变化的光学探测器52被固定在车身骨架F上，所以即便转动体51依据路面的起伏不平而摇晃，光学探测器52也伴随转动体51摇晃，因此，可以没有干扰地完成测量，即使减震器是相对于车身骨架F倾斜安置的。因此，也能在只要探测车P能驶入的狭窄道路上完成测量，并且即便路面起伏不平，也能完成高精度的测量。

此外，光学探测器52检测从安装在车轮轮毂WH安装面上的圆盘部511延伸向车身骨架F的并包围车轮轮毂WH的外周面的圆筒部512的多个长孔513，从而光学探测器52能安设在离车身骨架F近的位置上。例如如果转动体51只由大的圆盘部构成并且多个长孔513沿圆盘部的周向设置，则用于将光学探测器52安装到车身骨架F的安装架长度需要不小于车身骨架F至车轮轮毂WH的安装面的距离。这使得安装架因为振动而显著晃动，结果，引起了会出现测量误差或者车轮碰撞到安装架的可能性。

在根据本实施例的转动体51中，因为圆筒部512从圆盘部511延伸向车身骨架F并且包围车轮轮毂WH的外周面，所以光学探测器52能安设在离车身骨架F近的位置上。因而，因为用于支承光学探测器52的安装架523不必是相当长的构件，所以可以防止因光学探测器52振动摇晃而出现测量误差以及光学探测器52碰撞转动体51的情况。

此外，因为转动体51安装在车轮和车轮轮毂WH之间，所以它能容易地安装到探测车P。因而，与回转编码器等安装在用于使车轮轮毂WH转动的车轮轴上的情况相比，安装工作更加方便，这使得无需高度了解车辆也能完成安装。

此外，因为转动体51和发光元件521以及受光元件522组成利用光学检测转动的透光型光断续器的回转编码器，所以能减少将探测车P的振动当作转动体51的转动来检测的情况。因而，测量机构5可执行更精确的测量。

此外，根据本发明实施例的测量系统1，因为测量机构5可以不突出到探测车P外地布置在探测车P的各个左后车轮和右后车轮中，所以在两个车轮中设置测量机构5没有显著增大车辆宽度。此外，行驶距离计算机构631计数由光学探测器52输出的检测信号并且用等于一次的轮胎T周长数据乘以计数的次数来计算出行驶距离，并且角度变化量估算机构633根据右和左轮胎T之间的行驶距离差和右和左轮胎T之间距离估算出在探测车P的行驶方向上的角度变化量。因此可以获得此时的轮胎T行驶距离和根据距离的行驶方向变化相互匹配的数据。因而测量系统1可以精确获得探测车P的行驶轨迹。

另外，行驶状态确定机构635将由角度传感器4和角度变化量计算机构634计算出的角度变化量与由角度变化量估算机构633估算出的角度变化量进行比较。如果这些变化量截然不同，则可以发现检测状态出现异常。因而，可以确定探测车P的行驶状态。

尽管以上已经描述了本发明的实施例，但本发明并不局限于上述的实施例。例如在本实施例中，设有多个作为光学被测部分的长孔513，其还可以只设置一个长孔513。不过，因为长孔513的间隔相对短的时候可以保证高精度，所以期望以等间隔设置多个长孔513。

此外，代替作为透光部的长孔513，可以在圆筒部512内设置多个反射部514(参见图6)作为光学被测部分。在此情况下，受光元件522安置在这样一个位置上，在该位置上，受光元件能接受由反射部514反射的来自发光元件521的光。反射部514可以是镜子、均具有依靠金属光泽的反射面的金属板等。

另外，在本实施例中，虽然测量机构5被用于测量行驶距离，但测量机构5可以被用来通过计算由测量机构5在单位时间内输出的检测信号数量来测量行驶速度。

工业实用性

因为本发明的测量装置和使用该测量装置的测量系统能获得精确的行驶轨迹，所以它们对于制作电子地图、地图册等是最佳的。

Claims (5)

1.一种测量装置，其特征是，包括：

转动体，该转动体配设有光学被测部分并且设置在支承轮胎的车轮和以转动中心相互对准的方式将车轮安装在车辆的车身骨架上的车轮轮毂之间；

光学探测器，该光学探测器固定在该车身骨架上并且探测该光学被测部分的伴随该转动体转动的位置变化，

该转动体由安装在该车轮和该车轮轮毂的安装面之间的圆盘部和从该圆盘部延伸至该车身骨架并包围该车轮轮毂的外周面的圆筒部构成，

该光学被测部分沿该圆筒部的周面设置，

该光学探测器通过安装架安装在该车身骨架上。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是，该光学被测部分是可透过光线的透光部，该光学探测器由向透光部发射光线的发光部和接受穿过该透光部的发射光的受光部构成，该发光部和该受光部彼此相互对置，该透光部安置在该发光部和该受光部之间。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征是，该光学被测部分是反射光线的反光部，该光学探测器包括向该反光部发射光线的发光部和接受由该反光部反射过来的光线的受光部。

4.一种测量系统，其中根据权利要求1的测量装置布置在车辆的前车轮和后车轮中至少一方的各左车轮和右车轮中，其特征是，该测量系统包括：

用于根据由光学探测器输出的检测信号和轮胎周长数据来计算每个轮胎的行驶距离的行驶距离计算机构；

用于根据左轮胎和右轮胎的行驶距离差和右轮胎和左轮胎之间的距离估算在车辆行驶方向上的角度变化量的角度变化量估算机构。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征是，包括：

角度检测机构，用于检测在车辆行驶方向上的角度变化以便作为角度数据输出；

根据该角度数据计算角度变化量的角度变化量计算机构；

行驶状态确定机构，用于比较由角度变化量计算机构计算出的角度变化量和由角度变化量估算机构估算出的角度变化量，以确定车辆行驶状态。

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