CN105387841A - 高度检测装置、负荷驱动装置和高度检测方法 - Google Patents

高度检测装置、负荷驱动装置和高度检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供高度检测装置、负荷驱动装置和高度检测方法，在发挥卫星定位系统和气压传感器两者的长处的同时，能够尽可能降低将两者组合时可能产生的高度的测量误差，以使通过卫星定位系统检测出高精度的高度的多个有效高度测量地点上的高度与基于气压的高度一致的方式设定从气压换算高度的换算式。

Description

高度检测装置、负荷驱动装置和高度检测方法
技术领域
本发明涉及检测车辆行驶的道路的高度的高度检测装置、以及根据从所述高度检测装置检测的高度计算的坡度来计算应给予车辆或其一部分的负荷或驱动力的底盘测功机等的负荷驱动装置。
背景技术
使车辆进行实际道路行驶、并用底盘测功机等测试台模拟其行驶状况，由此分析车辆的动作，用于进行开发和故障原因的确定等。
因此，在按照规定的测试行驶路线进行道路行驶的过程中，不仅要测量车辆的各种状态，例如发动机转数、节气门开度、车速、刹车踩下程度、排放物等车辆自身的状态，优选还测量外部气温、高度、坡度等周围状况，所以车辆上装载有用于测量排放物等的排气分析装置和高度检测装置等。
可是，所述周围状况中，特别是坡度会对作用于车辆上的负荷(或驱动力)产生很大的影响，在进行道路行驶时预先高精度地测量坡度，就可以在测试台的测试时对车辆施加与其同等的负荷(或驱动力)，由此能够使测试台上的模拟测试成为更接近道路行驶的具备实效性的测试。
如专利文献1所示，以往作为所述高度检测装置，公知有根据气压传感器所示的气压计算所述车辆进行道路行驶时的高度和基于该高度的坡度。
采用所述气压传感器的高度坡度计算方式，尽管有能够不间断地连续取得数据的优点，但是由于气压随天气变化，所以缺点是根据所述气压得到的高度和坡度的值缺乏可靠性。
另一方面，近来GPS等卫星定位系统得到开发，如果将接收器(以下称GPS接收器)装载在车辆上，就能够以相当高的精度测量位置和高度。
可是，当车辆在被建筑物遮挡或在隧道中等不能从足够数量(例如四个以上)的卫星接收电波的场所行驶时，存在如下缺点，GPS接收器的测量数据的值丧失可靠性。
因此，对GPS接收器的测量数据不可靠的区间即不能靠GPS测量的区间，单纯地用从气压传感器得到的高度数据进行修正时，在通过GPS得到的高度数据与通过气压传感器得到的高度数据切换时，测量高度会产生阶梯状的差，因此用所述测量高度的距离微分计算出的坡度的值，会显示为背离所述切换时原本的值的极高(或低)的值。
由于所述坡度是在测试台上再现道路行驶的最重要的参数之一，因此这种坡度的值出现巨大误差是十分不利的。
专利文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2001-108580号
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供高度检测装置、负荷驱动装置和高度检测方法，在发挥卫星定位系统和气压传感器两者的长处的同时，能够尽可能降低将两者组合时可能产生的坡度的测量误差。
本发明提供一种高度检测装置，检测车辆行驶的测试行驶路线的高度，所述高度检测装置的特征在于，包括：接收电路，从在测试行驶路线上行驶中的车辆上装载的卫星定位系统的接收器接收用于表示所述车辆的高度的高度数据，并且从所述车辆上装载的气压传感器接收用于表示车辆周围的气压的气压数据；换算式生成电路，生成用于将所述气压数据表示的气压换算为高度的换算式；以及高度计算电路，通过根据所述换算式将所述气压数据表示的气压换算为气压换算高度，计算所述测试行驶路线的一部分或全部的高度，作为使用所述换算式从气压换算的高度的气压换算高度，在从所述测试行驶路线上的所述接收器输出有效的高度数据的各规定的多个有效高度测量地点上，与所述高度数据表示的高度大体一致。
本发明还提供一种负荷驱动装置，用于测试车辆或车辆的一部分，所述负荷驱动装置的特征在于，根据权利要求3所述的高度检测装置检测的测试行驶路线的坡度，计算在所述测试行驶中对所述车辆或车辆的一部分施加的负荷或驱动力，并在所述测试中将所述计算出的负荷或驱动力施加在所述车辆或其一部分上。
本发明还提供一种高度检测方法，检测车辆行驶的测试行驶路线的高度，所述高度检测方法的特征在于，从在测试行驶路线上行驶中的车辆上装载的卫星定位系统的接收器接收用于表示所述车辆的高度的高度数据的同时从所述车辆上装载的气压传感器接收用于表示车辆周围的气压的气压数据，生成换算式，所述换算式用于将所述气压数据表示的气压换算为高度，作为使用所述换算式从气压换算的高度的气压换算高度，在从所述测试行驶路线上的所述接收器输出有效的高度数据的各规定的多个有效高度测量地点上，与所述高度数据表示的高度大体一致，通过根据所述换算式将所述气压数据表示的气压换算为所述气压换算高度，计算所述测试行驶路线的一部分或全部的高度。
通过仅在例如车辆在建筑物之间行驶等卫星定位高度的可靠性不稳定时采用气压换算高度、而除此之外利用卫星定位高度，为减小气压数据对高度误差的影响，优选所述换算式生成电路将紧靠作为从所述接收器未输出有效的高度数据的区间的卫星定位无效区间的前一个地点和后一个地点分别视为所述有效高度测量地点，生成与所述卫星定位无效区间对应的换算式，所述高度计算电路通过在所述卫星定位无效区间中、采用将此其间的气压数据表示的气压根据所述换算式换算的气压换算高度，并且在作为从所述接收器输出有效的高度数据的区间的卫星定位有效区间中、采用接收器的高度数据表示的高度，确定横跨所述测试行驶路线整体的高度。
因为确定测试台上的负荷等时需要坡度，所以进一步优选所述高度计算电路具有采用所述气压换算高度计算所述测试行驶路线的一部分或全部的坡度的功能。
另一方面，如果根据这种高度检测装置检测的坡度，设定用于测试车辆或车辆的一部分的负荷驱动装置中的负荷或驱动力，就可以使测试台上的测试成为更接近实际道路行驶的高精度测试。
按照如上所述的本发明，在测试行驶路线上，在由高精度的卫星定位高度得到的各多个有效高度测量地点上，以卫星定位高度与气压换算高度一致的方式确定换算式，所以能够使从气压换算的高度不受天气等的影响、从而减小误差。
而且，由于卫星定位高度和气压换算高度在所述有效高度测量地点连续，所以例如在两个有效高度测量地点之间，即使取代卫星定位高度、采用气压高度等，以气压高度对卫星定位高度进行补充，横跨测试行驶路线整体也不会存在高度急剧变化的实际上不可能有的且不连续的地点。因此，可以将所述高度进行微分计算出的坡度数据的误差控制在最小限度。
附图说明
图1是表示将本发明的一个实施方式的高度检测系统装载在车辆上的状态的示意图。
图2是同实施方式的高度检测系统的功能框图。
图3是示意性表示在同实施方式中组合GPS高度和气压高度得到的计算高度的图表。
图4是表示从气压得到的高度因天气等的变化而变化的高度关系图表。
图5是示意性表示同实施方式中的换算式的生成步骤的示意图。
图6是示意性表示在本发明的第二实施方式中组合GPS高度和气压高度得到的计算高度的图表。
图7是示意性表示在本发明的第三实施方式中组合GPS高度和气压高度得到的计算高度的图表。
具体实施方式
以下参照附图说明本发明的实施方式。
<第一实施方式>
图1表示本实施方式的高度检测系统100。所述高度检测系统100用于检测车辆行驶的测试行驶路线的高度和坡度，具备装载在所述车辆上的气压传感器1、GPS接收器2和高度检测装置3。而且，由所述高度检测系统100检测的高度和坡度，在具有底盘测功机等负荷驱动装置(未图示)的室内测试台上的模拟行驶中使用。
另外，所述实施方式的车辆上除了所述高度检测系统以外还装载有排气分析装置6。所述排气分析装置6经由探针部分安装在车辆排气管5的排气尾管上的取样管7对排气的一部分取样，用以测量所述排气中包含的各种规定成分的浓度，所述排气分析装置6由CO2浓度计、NOX浓度计、THC计等多个成分浓度计组成。
接着，说明所述高度检测系统100的各部分。
所述气压传感器1此处是采用例如半导体元件的静电容量式传感器。另外，作为气压传感器，也可以采用振动式等其他测量方式的传感器。
所述GPS接收器2(以下也称接收器2)是所谓卫星定位系统的构成要素，至少接收自来四个卫星的电波，输出卫星定位数据，所述卫星定位数据由表示自身位置的位置数据、表示高度的高度数据、及表示测量时刻的时刻数据等组成。
另外，所述GPS接收器2作为卫星定位数据还能输出有效判断数据，所述有效判断数据用于判断输出的位置数据和高度数据的有效性和可靠性。有效判断数据表示例如接收到电波的卫星的数量，这个数量如果在两个以下，则位置数据和高度数据都不具备可靠性，如果是三个，则高度数据不具备可靠性，而如果达到四个以上，则数量越多、位置数据和高度数据双方的可靠性就越高。
高度检测装置3物理上是具备CPU、存储器、A/D转换器、通信口等的专用或通用计算机，功能上如图2所示，通过使CPU及其周边设备按照所述存储器中存储的规定的程序协作，而发挥接收电路31、换算式生成电路32、高度计算电路33等的功能。
以下，在说明所述高度检测装置3的各部分的同时，说明所述高度检测系统100的动作。
道路上的测试行驶开始后，所述接收电路31从车辆上装载的卫星定位系统的接收器2，依次接收由表示在测试行驶路线上行驶中的车辆位置的位置数据、表示高度的高度数据、及有效判断数据组成的卫星定位数据，并存储到存储器的规定区域上设定的卫星定位数据存储部(未图示)。所述接收电路31此外还从车辆上装载的气压传感器1接收表示车辆周围的气压的气压数据，并存储到存储器的规定区域中设定的气压数据存储部(未图示)。
接着，测试行驶结束时，换算式生成电路32参照所述卫星定位数据存储部，对在所述测试行驶中得到的全部有效判断数据的内容进行检查，划分出测试行驶路线上的位置数据和高度数据的缺乏可靠性的区间(以下也称卫星定位无效区间)和具有可靠性的区间(以下也称卫星定位有效区间Q)。这里，例如将有效判断数据表示的卫星数为四个以上的区间设为卫星定位有效区间Q，将其他区间设为卫星定位无效区间P(P1、P2)。另外，为了提高卫星定位有效区间Q上的测量精度的可靠性，也可以将用于抽出卫星定位有效区间Q的条件设定为从五个以上的卫星接收等。
而后其结果如图3所示，识别出两个卫星定位无效区间P1、P2。
在上述卫星定位无效区间P1、P2中，由于从接收器2得到的高度不具有可靠性，因此换算式生成电路32生成单独的气压－高度换算式(以下也简称换算式)，用于分别从所述气压数据表示的气压换算所述各卫星定位无效区间P1、P2中的高度。
首先，说明第一卫星定位无效区间P1。
所述换算式生成电路32将紧靠所述第一卫星定位无效区间P1的前一个地点S1和后一个地点E1分别识别为从所述接收器2输出有效的高度数据的有效高度测量地点。
而且，换算式生成电路32生成气压－高度换算式，在所述各地点S1、E1中，使接收器2表示的高度与从气压换算的高度分别一致。
以下，说明所述换算式的具体的生成步骤。
从气压换算高度的公式，通常可以表示为以下的线性公式(1)。
y＝A·x+B···(1)
这里，y是高度(m)，x是气压(Pa)，A和B是系数。
天气因低气压和高气压的接近等变化时，表示高度的变化量与气压的变化量的关系的A不变，但是偏置值B如图4所示变化为B’等。
在此，换算式生成电路32首先计算偏置值BS1，使所述前一个地点S1上的由接收器2表示的GPS高度YS1和由气压传感器1得到的高度一致。所述BS1可以从以下公式求出。
BS1＝YS1－A·XS1···(2)
这里XS1是前一个地点S1上的由气压传感器1表示的气压。
同样所述换算式生成电路32从以下公式求出所述后一个地点E1上的偏置值BE1。
BE1＝YE1－A·XE1···(3)
这里XE1是后一个地点E1上的由气压传感器1表示的气压。
接下来，所述换算式生成电路32根据所述公式(2)和公式(3)，求出从前一个地点S1至后一个地点E1之间的各地点即第一卫星定位无效区间P1的各地点上的换算式。
如果具体说明，则第一卫星定位无效区间P1的各地点上的换算式的偏置值设定为，随着从所述前一个地点S1向所述后一个地点E1、单调增加(BS1<BE1时)或单调减小(BS1>BE1时)。
这里如图5所示，例如第一卫星定位无效区间P1中的各地点的偏置值根据与前一个地点S1的距离d线性变化。这样生成的换算式如下。
y＝A·x+{(D1－d)/D1}·BS1+(d/D1)·BE1···(4)
这里，D1是第一卫星定位无效区间P1的距离(m)。
这样，所述换算式生成电路32生成换算式并将其存储到存储器的规定区域中设定的换算式存储部(未图示)，所述换算式使得在从所述接收器2输出有效的高度数据的两个地点即紧靠第一卫星定位无效区间P1的前一个和后一个两个地点S1、E1上，接收器2表示的高度和从气压换算的高度分别一致，且在第一卫星定位无效区间P1中，所述换算式的偏置值平滑变化(这里如前所述线性变化)。
同样，所述换算式生成电路32针对第二卫星定位无效区间P2生成换算式。该公式如下所述。
y＝A·x+{(D2－d)/D2}·BS2+(d/D2)·BE2···(5)
这里，D2是第二卫星定位无效区间P2的距离(m)。此外，BS2＝YS2－A·XS2，BE2＝YE2－A·XE2，YS2是紧靠第二卫星定位无效区间P2的前一个地点S2上的由接收器2表示的高度，XS2是所述前一个地点S2上的由气压传感器1表示的气压，YE2是紧靠第二卫星定位无效区间P2的后一个地点E2上的由接收器2表示的高度，XE2是后一个地点E2上的由气压传感器1表示的气压。
接着高度计算电路33通过在所述各卫星定位无效区间P1、P2中采用将该区间的气压数据表示的气压根据所述各换算式分别换算的气压换算高度、在所述卫星定位有效区间Q中采用接收器2的高度数据表示的卫星定位高度，确定横跨所述测试行驶路线整体的高度。而且，通过计算所述高度的每单位距离的变化，即通过将高度用距离进行微分，计算所述测试行驶路线的全部的坡度。
表示所述坡度的坡度数据，与测试行驶路线的位置数据和高度数据相关联地存储在存储器的规定区域设定的行驶路线数据存储部(未图示)中，如上所述，用于设定为了模拟所述测试行驶的对底盘测功机等的负荷和驱动力。
另外，卫星定位无效区间不论是一个或三个以上，只要对各卫星定位无效区间分别生成换算式即可。
按照以上所述的本实施方式的结构，在所述卫星定位无效区间P1、P2中采用气压换算高度进行补充，由此可以消除在卫星定位无效区间P1、P2中不能进行测量的卫星定位系统的缺点。
另外，由于采用卫星定位高度的卫星定位有效区间Q、以及采用气压换算高度的卫星定位无效区间P1、P2的边界上的各高度的值一致，所以在最终确定的横跨测试行驶路线整体的测量高度中，不存在实际上不可能有的阶梯状急剧变化的部分。因此，可以将对所述高度进行微分后计算出的坡度数据的误差控制在最小限度。
此外，对各卫星定位无效区间P1、P2分别使用单独的换算式计算气压换算高度，并且各换算式参照可靠性高的卫星定位有效区间Q的始点E1、E2和终点S1、S2，所以能够使卫星定位无效区间P1、P2中的气压换算高度不受天气等的影响、从而能够减小误差。
另外，在上述实施方式中，构筑了将排气分析装置6装载在车辆上并与高度检测系统100结合的行驶分析系统，因此可以把握测试行驶的各时刻的排气各成分的浓度和规定区间中的各成分的排出量与高度或坡度的关系，所以能够探讨排气中的各成分的浓度和排出量根据高度或坡度如何变化等，从而支持车辆的开发和故障原因的确定等。
<第二实施方式>
以下，参照图6说明本发明的第二实施方式。
本实施方式在测试行驶结束时，换算式生成电路32参照所述卫星定位数据存储部34，检查所述测试行驶中得到的有效判断数据的内容，并从测试行驶路线中抽出具有可靠性的位置数据和高度数据，例如相距最远的两个地点(以下也称卫星定位有效地点)。
将所述两个地点设为例如测试行驶路线的始点和终点。
接着，换算式生成电路32生成气压－高度换算式，在所述始点和终点使接收器2表示的高度与从气压换算的高度分别一致。关于所述换算式的生成步骤，由于只需要将所述第一实施方式的前一个地点和后一个地点置换为本实施方式的始点和终点，所以省略具体的说明。
接着，高度计算电路33横跨测试行驶路线整体，将气压数据表示的气压根据所述换算式换算为高度。而后，通过计算所述高度的每单位距离的变化即通过对高度用距离进行微分来计算所述测试行驶路线的整体的坡度。
表示所述坡度的坡度数据和第一实施方式同样，与测试行驶路线的位置数据和高度数据相关联地存储在所述行驶路线数据存储部中。
按照上述本实施方式的结构，由于换算式使气压换算高度与在可靠性高的两个卫星定位有效地点上得到的各卫星定位高度一致，所以能使所述气压换算高度不受天气等的影响、从而能够减小误差。
此外，由于横跨测试行驶路线整体、使用气压换算高度，不存在高度以阶梯状急剧变化的实际上不可能有的部分，所以可以将对所述高度进行微分后计算出的坡度数据的误差控制在最小限度。
另外，两个卫星定位有效地点不限于始点、终点，也可以适当选择两个中间地点。
<第三实施方式>
以下，参照图7说明本发明的第三实施方式。
本实施方式在测试行驶结束时，换算式生成电路32抽出三个以上(这里例如为三个)卫星定位有效地点。所述三个地点依次为第一地点、第二地点、第三地点。
接着，换算式生成电路32分别生成气压－高度换算式，使相邻的各两个地点的接收器2表示的高度与从气压换算的高度分别一致。
如果更具体说明，则分别生成使第一地点和第二地点中的接收器2表示的高度与从气压换算的高度分别一致的第一换算式、以及使第二地点和第三地点中的接收器2表示的高度与从气压换算的高度分别一致的第二换算式。
接着，高度计算电路33从测试行驶路线的始点至第二地点为止、将气压数据表示的气压根据所述第一换算式换算为高度，从第二地点至测试行驶路线的终点为止、将气压数据表示的气压根据所述第二换算式换算为高度。
而后，所述高度计算电路和所述第二实施方式同样，对以上述方式得到的测试行驶路线整体的高度用距离进行微分并计算测试行驶路线整体的坡度。随后由于和第一实施方式及第二实施方式相同，故省略说明。
按照上述本实施方式的结构，由于使用多个换算式使气压换算高度与在可靠性高的三个以上的卫星定位有效地点上得到的各卫星定位高度一致，所以可以比第二实施方式进一步提高气压换算高度的精度。
此外，尽管采用多个换算式，但所述边界上的气压换算高度保持连续性，因此横跨测试行驶路线整体、不存在高度以阶梯状急剧变化的实际上不可能有的部分，所以可以将对所述高度进行微分后计算出的坡度数据的误差控制在最小限度。
<其他的实施方式>
另外，本发明不限于上述实施方式。
例如，各实施方式中求出两个地点间的换算式时，换算式的偏置值根据距离线性变化，但是偏置值也可以根据行驶时间线性变化。此外，偏置值在两个地点间不一定线性变化，也可以非线性地变化。特别优选使偏置值平滑变化，这样不会计算出非连续性的坡度。
高度检测装置3不一定要装载在车辆上，也可以设置在车辆外的例如测试台上。此时，车辆上可以仅设置存储气压数据和GPS数据等各数据的数据记录器，通过在测量中依次用无线、或测量结束后用有线或无线等、或者倒换存储介质，将所述数据记录器的存储介质中存储的各数据输入高度检测装置3。
高度计算电路至少具备计算气压换算高度的功能即可，坡度计算功能例如可以由所述负荷驱动装置具有的信息处理装置承担。此外，例如接收器只要是作为卫星定位数据输出表示坡度的坡度数据，就可以在卫星定位有效区间中，使用接收器计算的坡度数据。
另外可以不是在测试行驶后生成换算式，而是在测试行驶中实时生成换算式并计算高度。
高度检测装置可以把在上述实施方式中得到的GPS高度和气压高度显示在显示器等显示部上，例如在行驶时实时显示。此时，高度检测装置可以在显示部上显示图3所示的图表，也可以将GPS高度或气压高度中的某一个在显示部上以例如图表等形式显示。
此时，高度检测装置可以和表示车辆(GPS接收器2)的位置(经度和纬度)的位置信息一起，显示所述GPS高度和气压高度。此外，高度检测装置还可以和从所述GPS接收器2的位置数据计算的车速和加速度等的计算值一起，显示所述GPS高度和气压高度。司机等操作者通过对比上述显示，可以判断是否产生了GPS接收器2的故障等，或者处于因例如建筑物等遮蔽物导致不能接收电波或电波接收不良的状态。
所述高度检测装置在道路上的测试行驶前，采用所述GPS接收器2的高度数据计算所述换算式的初始偏置值，在测试行驶中对采用所述初始偏置值偏置的、由换算式得到的另一个气压高度和所述GPS高度进行比较，当两者偏离规定值以上时，可以判断为GPS接收器2产生了故障等不良。另外，计算所述初始偏置值时，在所述GPS接收器2的高度数据以外，可以使用其他的高度计和高度信息。
此外，本发明在适当组合上述各实施方式的一部分等，不脱离本发明思想的范围内可以进行变形。

Claims (5)

1.一种高度检测装置，检测车辆行驶的测试行驶路线的高度，所述高度检测装置的特征在于，
包括：
接收电路，从在测试行驶路线上行驶中的车辆上装载的卫星定位系统的接收器接收用于表示所述车辆的高度的高度数据，并且从所述车辆上装载的气压传感器接收用于表示车辆周围的气压的气压数据；
换算式生成电路，生成用于将所述气压数据表示的气压换算为高度的换算式；以及
高度计算电路，通过根据所述换算式将所述气压数据表示的气压换算为气压换算高度，计算所述测试行驶路线的一部分或全部的高度，
作为使用所述换算式从气压换算的高度的气压换算高度，在从所述测试行驶路线上的所述接收器输出有效的高度数据的各规定的多个有效高度测量地点上，与所述高度数据表示的高度大体一致。
2.根据权利要求1所述的高度检测装置，其特征在于，
所述换算式生成电路将紧靠卫星定位无效区间的前一个地点和后一个地点两个地点视为所述有效高度测量地点，生成与所述卫星定位无效区间对应的换算式，所述卫星定位无效区间是从所述接收器未输出有效的高度数据的区间，
所述高度计算电路通过在所述卫星定位无效区间中、采用将此其间的气压数据表示的气压根据所述换算式换算的气压换算高度，并且在卫星定位有效区间中、采用接收器的高度数据表示的高度，确定横跨所述测试行驶路线整体的高度，所述卫星定位有效区间是从所述接收器输出有效的高度数据的区间。
3.根据权利要求1所述的高度检测装置，其特征在于，所述高度计算电路采用所述气压换算高度计算所述测试行驶路线的一部分或全部的坡度。
4.一种负荷驱动装置，用于测试车辆或车辆的一部分，所述负荷驱动装置的特征在于，根据权利要求3所述的高度检测装置检测的测试行驶路线的坡度，计算在所述测试行驶中对所述车辆或车辆的一部分施加的负荷或驱动力，并在所述测试中将所述计算出的负荷或驱动力施加在所述车辆或其一部分上。
5.一种高度检测方法，检测车辆行驶的测试行驶路线的高度，所述高度检测方法的特征在于，
从在测试行驶路线上行驶中的车辆上装载的卫星定位系统的接收器接收用于表示所述车辆的高度的高度数据的同时从所述车辆上装载的气压传感器接收用于表示车辆周围的气压的气压数据，
生成换算式，所述换算式用于将所述气压数据表示的气压换算为高度，作为使用所述换算式从气压换算的高度的气压换算高度，在从所述测试行驶路线上的所述接收器输出有效的高度数据的各规定的多个有效高度测量地点上，与所述高度数据表示的高度大体一致，
通过根据所述换算式将所述气压数据表示的气压换算为所述气压换算高度，计算所述测试行驶路线的一部分或全部的高度。
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