CN106370435A - 道路谱采集系统、车辆和道路谱采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种道路谱采集系统，该采集系统包括GPS接收装置、扫描装置和处理装置，其中，GPS接收装置设置于车辆上，GPS接收装置包括GPS接收器和DGPS接收器，GPS接收器用于接收车辆的定位数据，并根据修正值来对定位数据进行修正，DGPS接收器用于接收所述修正值；扫描装置设置在车辆上，用于采集测试路面信息；控制装置用于根据定位数据来监测车辆的运动轨迹，以及根据车辆的运行轨迹以及测试路面信息来形成道路谱。该道路谱采集系统，可以提高数据采集精度。本发明还公开了一种采用该道路谱采集系统的车辆和道路谱采集方法。

Description

道路谱采集系统、车辆和道路谱采集方法

技术领域

本发明涉及车辆领域，更具体地，涉及一种道路谱采集系统，以及一种采用该道路谱采集系统的车辆，和道路谱采集方法。

背景技术

在车辆开发阶段需要获得准确的整车载荷信息，用于车身和零部件疲劳分析。获得整车载荷信息的传统方法是：试验场路谱采集，并对采集数据进行载荷分解，但是，该方法受限于路谱采集试验和试验样车，不便于在试验早期获得载荷信息对设计方案进行评估，且样车状态变化造成的反复试验，造成资金消耗大，时间浪费多。

随着技术的发展，出现了虚拟试验场路谱采集的方式，虚拟试验场是利用光谱扫描仪对路面进行采集样点，利用数量巨大的节点排列组合形成和实际路面一样的虚拟路面，能够真实反映路面的实际情况。建立虚拟试验场能够有效降低对物理样车和试验场的依赖，快速对设计方案进行评估，缩短试验时间，降低试验开发费用。虚拟路面精度直接影响到载荷分解精度，影响到结构耐久有限元分析结果精度，建立虚拟路面和实际路面应该尽可能地接近，而现有的模拟路谱采集方法的精度仍需进一步提高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明需要提出一种道路谱采集系统，该道路谱采集系统对道路谱数据采集的精度更高。

本发明还提出一种采用该道路谱采集系统的车辆以及道路谱采集方法。

为了解决上述问题，本发明一方面实施例提出的道路谱采集系统，包括：GPS接收装置，所述GPS接收装置设置于车辆上，所述GPS接收装置包括GPS接收器和DGPS(Differential Global Positioning System，差分全球定位系统)接收器，所述GPS接收器用于接收所述车辆的定位数据，并根据修正值来对所述定位数据进行修正，所述DGPS接收器用于接收所述修正值；扫描装置，所述扫描装置设置在所述车辆上，用于采集测试路面信息；处理装置，用于根据所述定位数据来监测所述车辆的运动轨迹，并根据所述车辆的运行轨迹以及所述测试路面信息来形成道路谱。

本发明实施例的道路谱采集系统，通过DGPS接收器接收车辆的定位数据的修正值，对定位数据进行修正，可以提高采集数据精度，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供更加精确的道路数据。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集系统还包括：性测量装置，所述惯性测量装置设置在所述车辆上，用于检测所述车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度，所述处理装置根据所述振动加速度计算垂直偏差值，并根据所述垂直偏差值修正所述道路谱，从而可以校正车辆振动等外界干扰所引起的误差。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集系统还包括：摄像头装置，所述摄像头装置设置在所述车辆上，用于采集所述测试路面的周边场景信息，所述处理装置根据所述车辆的运行轨迹、所述测试路面信息以及周边场景信息来形成所述测试路面的虚拟路面，通过摄像头采集测试路面的周边场景信息，结合道路谱信息，可以使得虚拟路面更加逼真。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集系统还包括：基座，所述基座安装在所述车辆上，所述GPS接收器、所述DGPS接收器、所述扫描装置、所述惯性测量装置和所述摄像头装置分别安装在所述基座上，安装更加方便。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集系统，所述GPS接收装置还用于，接收时间同步信号以使所述扫描装置、所述惯性测量装置和所述摄像头装置的检测信号时间同步，进一步提高检测精度。

具体地，所述扫描装置包括激光扫描仪，所述激光扫描仪用于采集所述测试路面的水平数据和高度数据。

在本发明的一些实施例中，所述激光扫描仪包括两个。

具体地，所述激光扫描仪的扫描宽度为4-6米。

为了解决上述问题，本发明另一方面的车辆，包括上述的道路谱采集系统。

该车辆，通过采用上述的道路谱采集系统，获得的道路谱采集数据更加精准，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供数据基础。

为了解决上述问题，本发明再一方面提出的道路谱采集方法，包括以下步骤：接收车辆的定位数据和所述定位数据的修正值，并根据所述修正值来对所述定位数据进行修正；采集测试路面信息；根据所述定位数据来监测所述车辆的运动轨迹，并根据所述车辆的运行轨迹以及所述测试路面信息来形成道路谱。

本发明实施例的道路谱采集方法，通过接收车辆的定位数据的修正值，对定位数据进行修正，可以提高采集数据精度，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供更加精确的道路数据。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集方法还包括：检测所述车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度，所述处理装置根据所述振动加速度计算垂直偏差值，并根据所述垂直偏差值修正所述道路谱，从而可以校正车辆振动等外界干扰所引起的误差。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集方法还包括：采集所述测试路面的周边场景信息；以及根据所述车辆的运行轨迹、所述测试路面信息以及周边场景信息来形成所述测试路面的虚拟路面。通过采集测试路面的周边场景信息，结合道路谱信息，可以使得虚拟路面更加逼真。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集方法还包括：接收时间同步信号，并根据所述时间同步信号来同步道路谱采集信号的时间，进一步提高检测精度。

其中，所述采集测试路面信息，进一步包括：采用激光扫描仪采集所述测试路面的水平数据和高度数据。

在本发明的一些实施例中，所述激光扫描仪包括两个。

具体地，所述激光扫描仪的扫描宽度为4-6米。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明实施例的道路谱采集系统的框图；

图2是根据本发明一个实施例的道路谱采集系统的框图；

图3是根据本发明一个具体实施例的道路谱采集系统及其安装的示意图；

图4是本发明一个实施例的车辆的框图；以及

图5是本发明一个实施例的道路谱采集方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

车辆的许多构件上都产生动态应力，引起疲劳损伤，其最终破坏形式是疲劳断裂。

道路谱的采集，尤其是载荷谱的采集，其意义就是为随后的实验室台架试验或者多体动力学仿真分析提供可靠地数据支持，从而使工程师对车辆各构件的疲劳寿命能够做出准确的预测与判断，所以道路谱采集是非常有意义的。

下面结合附图来具体描述根据本发明实施例提出的道路谱采集系统，以及采用该道路谱采集系统的车辆和道路谱采集方法。

图1是根据本发明的一个实施例的道路谱采集系统的框图，如图1所示，该系统100包括GPS接收装置10、扫描装置20和处理装置30。

其中，GPS接收装置10设置于车辆上，GPS接收装置10包括GPS接收器11和DGPS接收器12，GPS接收器11用于接收车辆的定位数据，并根据修正值来对定位数据进行修正，DGPS接收器12用于计算该修正值。

从相关技术中可知，GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。所以，在本发明实施例中，通过GPS接收器11接收全球定位系统发送的车辆的定位数据，但是由于民用GPS信号误差较大，所以对比定位数据进行修改，即通过设置DGPS接收器12获得定位数据的修正值，以对接收到的车辆的定位数据进行修改，来提高车辆运行轨迹等定位数据的精度。

扫描装置20设置在车辆上，用于采集测试路面信息，例如，采集测试路面的水平或者高度信息，在本发明的一个实施例中，扫描装置20包括激光扫描仪，激光扫描仪可以采集测试路面的水平数据和高度数据。当然，根据需要测试路面其他信息时，也可以采用其他可实现的扫描装置。

处理装置30根据定位数据来监测车辆的运动轨迹，以及根据车辆的运行轨迹以及测试路面信息来形成道路谱，例如，获得车辆在当前的时间和位置行驶的路面情况，进而可以对采集的道路谱数据进行载荷分析，为对车身和零部件疲劳分析提供数据基础。

可以看出，本发明实施例的道路谱采集系统100，通过DGPS接收器12接收车辆的定位数据的修正值，对定位数据进行修正，可以提高采集数据精度，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供更加精确的道路数据。

为了保证测试车辆是一个水平稳定的测试平台，在本发明的一些实施例中，如图2所示，该道路谱采集系统100还包括惯性测量装置40，惯性测量装置40设置在车辆上，用于检测车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度，处理装置30根据振动加速度计算垂直偏差值，并根据垂直偏差值修正道路谱。对于惯性测量装置40，一般地，利用陀螺仪、加速度计等惯性敏感元件和电子计算机，实现实时测量运载体三维方向上的角度或加速度，可以确定坐标变化量。而在本发明的实施例中，通过惯性测量装置40测量相对于测试路面的垂直方向上的加速度，进而计算由于车辆的振动造成的偏差，根据该偏差修正道路谱，即对因为姿态不水平采集的数据的误差进行校正。

参照图2所示，该道路谱采集系统100还包括摄像头装置50，摄像头装置50设置在车辆上，用于采集测试路面的周边场景信息，例如，采集测试路面的周边的环境表面纹理、颜色等，处理装置30根据车辆的运行轨迹、测试路面信息以及周边场景信息来形成测试路面的虚拟路面，通过摄像头装置50采集周边场景信息，结合道路谱信息，来合成虚拟路面，可以提高虚拟路面的逼真程度。

进一步来说，在本发明实施例中，可以采用高精度的激光扫描仪通过反射光采集测试路面信息，例如采集测试路面的水平数据和高度数据。具体来说，可以设置两台激光扫描仪进行路面扫描，两台激光扫描仪在高速旋转的同时，按照每秒一百万次点进行数据采集，获取路面水平以及高度数据。并且，激光扫描仪的扫描宽度可以为4-6米，例如，两台激光扫描仪的扫描宽度分别选择5米。

另外，GPS接收装置10还用于，接收时间同步信号以使扫描装置20、惯性测量装置40和摄像头装置50的检测信号时间同步，即言，保证整车的所有检测信号时间同步，以保证测试数据的准确。

为了便于各个测试装置的安装，在本发明的实施例中，如图3所示，该道路谱采集系统100还包括基座60，基座60安装在车辆1000上，GPS接收器11、DGPS接收器12、扫描装置20、惯性测量装置40和摄像头装置50分别安装在基座60上。具体来说，如图3所示，GPS接收器11、DGPS接收器12、扫描装置20、惯性测量装置40和摄像头装置50分别包括连接端，并通过各自的连接端安装在基座60上，也就是说，通过基座60连接和固定检测装置，基座60安装在被测车辆1000的顶部，随着车辆1000的行进，从而实现道路谱采集。

概括来说，本发明实施例的道路谱采集系统100，通过设置DGPS接收器12、惯性测量装置40和摄像头装置50、以及采用高精度的激光扫描仪，操作简单、采集数据精度高，用于采集道路载荷谱，进行仿真实验，可以极大地提高工作效率。

基于上述方面实施例的道路谱采集系统，下面参照本发明另一方面实施例提出的车辆。

图4是根据本发明的一个实施例的车辆的框图，如图4所示，该车辆1000包括上述方面实施例的道路谱采集系统100，具体可以参照图3所示，各个测试装置设置在车辆1000的顶部，该车辆1000可以专门用于道路谱采集。其中，道路谱采集系统100构成及工作，如上述方面实施例所述，在此不再赘述。

该车辆1000，通过采用上述的道路谱采集系统100，获得的道路谱采集数据更加精准，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供数据基础。

下面参照附图描述根据本发明再一方面实施例提出的道路谱采集方法。

图5是根据本发明的一个实施例的道路谱采集方法的流程图，如图5所示，该采集方法包括以下步骤：

S51，接收车辆的定位数据和定位数据的修正值，并根据修正值来对定位数据进行修正。

例如，通过DGPS接收器接收定位数据的修正值，通过GPS接收器接收车辆的定位数据，继而GPS接收器根据修正值对定位数据进行修正，从而可以获得更加精确的数据。

S52，采集测试路面信息。

具体地，通过扫描装置采集测试路面的路面信息，在本发明的一个实施例中，采用激光扫描仪采集所述测试路面的水平数据和高度数据。具体来说，激光扫描仪可以包括两个，两台激光扫描仪在高速旋转的同时，按照每秒一百万次点进行数据采集，获取路面水平以及高度数据。并且，激光扫描仪的扫描宽度可以为4-6米，例如，两台激光扫描仪的扫描宽度分别选择5米。

S53，根据定位数据来监测车辆的运动轨迹和行驶速度，以及根据车辆的运行轨迹以及测试路面信息来形成道路谱，即言，获得车辆在对应时间和位置行驶的道路情况，进而可以对采集的道路谱数据进行载荷分析，为对车身和零部件疲劳分析提供数据基础。

本发明实施例的道路谱采集方法，通过接收车辆的定位数据的修正值，对定位数据进行修正，可以提高采集数据精度，为后续的车身或零部件的疲劳分析提供更加精确的道路数据。

为了保证测试车辆是一个水平稳定的测试平台，在本发明的一些实施例中，上述道路谱采集方法还包括：检测车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度；根据振动加速度计算垂直偏差值；并根据垂直偏差值修正道路谱，用来校正车辆振动等外界干扰所引起的误差。

在本发明的一些实施例中，该道路谱采集方法还包括：采集测试路面的周边场景信息，例如，采集测试路面的周边的环境表面纹理、颜色等；根据车辆的运行轨迹、测试路面信息以及周边场景信息来形成测试路面的虚拟路面。采集周边场景信息，例如通过摄像头装置来采集获得测试道路两边的场景信息，结合道路谱信息，可以提高虚拟路面的逼真程度。

另外，为了进一步提高数据采集精度，该道路谱采集方法还包括：接收时间同步信号，并根据时间同步信号来同步道路谱采集信号的时间，即言，保证整车的所有检测信号时间同步，例如，同步上面提到的采集测试路面信息的时间、接收定位数据和修正值的时间、检测车辆的位移和姿态的时间以及采集测试路面的周边场景信息的时间，以保证测试数据的准确。

总之，该道路谱采集方法，采集数据精度提高，用于采集道路载荷谱，进行仿真实验，可以极大地提高工作效率，易实现。

需要说明的是，在本说明书的描述中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种道路谱采集系统，其特征在于，包括：

GPS接收装置，所述GPS接收装置设置于车辆上，所述GPS接收装置包括GPS接收器和DGPS接收器，所述GPS接收器用于接收所述车辆的定位数据，并根据修正值来对所述定位数据进行修正，所述DGPS接收器用于接收所述修正值；

扫描装置，所述扫描装置设置在所述车辆上，用于采集测试路面信息；

处理装置，用于根据所述定位数据来监测所述车辆的运动轨迹，并根据所述车辆的运行轨迹以及所述测试路面信息来形成道路谱。

2.如权利要求1所述的道路谱采集系统，其特征在于，还包括：

惯性测量装置，所述惯性测量装置设置在所述车辆上，用于检测所述车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度，所述处理装置根据所述振动加速度计算垂直偏差值，并根据所述垂直偏差值修正所述道路谱。

3.如权利要求2所述的道路谱采集系统，其特征在于，还包括：

摄像头装置，所述摄像头装置设置在所述车辆上，用于采集所述测试路面的周边场景信息，所述处理装置根据所述车辆的运行轨迹、所述测试路面信息以及周边场景信息来形成所述测试路面的虚拟路面。

4.如权利要求3所述的道路谱采集系统，其特征在于，还包括：

基座，所述基座安装在所述车辆上，所述GPS接收器、所述DGPS接收器、所述扫描装置、所述惯性测量装置和所述摄像头装置分别安装在所述基座上。

5.如权利要求4所述的道路谱采集系统，其特征在于，所述GPS接收装置还用于，接收时间同步信号以使所述扫描装置、所述惯性测量装置和所述摄像头装置的检测信号时间同步。

6.如权利要求1所述的道路谱采集系统，其特征在于，所述扫描装置包括激光扫描仪，所述激光扫描仪用于采集所述测试路面的水平数据和高度数据。

7.如权利要求6所述的道路谱采集系统，其特征在于，所述激光扫描仪包括两个。

8.如权利要求6或7所述的道路谱采集系统，其特征在于，所述激光扫描仪的扫描宽度为4-6米。

9.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的道路谱采集系统。

10.一种道路谱采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收车辆的定位数据和所述定位数据的修正值，并根据所述修正值来对所述定位数据进行修正；

采集测试路面信息；

根据所述定位数据来监测所述车辆的运动轨迹，并根据所述车辆的运行轨迹以及所述测试路面信息来形成道路谱。

11.如权利要求10所述的道路谱采集方法，其特征在于，还包括：

检测所述车辆在测试路面垂直方向上的振动加速度；

根据所述振动加速度计算垂直偏差值；以及

并根据所述垂直偏差值修正所述道路谱。

12.如权利要求11所述的道路谱采集方法，其特征在于，还包括：

采集所述测试路面的周边场景信息；以及

根据所述车辆的运行轨迹、所述测试路面信息以及周边场景信息来形成所述测试路面的虚拟路面。

13.如权利要求12所述的道路谱采集方法，其特征在于，还包括：

接收时间同步信号，并根据所述时间同步信号来同步道路谱采集信号的时间。

14.如权利要求10所述的道路采集方法，其特征在于，所述采集测试路面信息，进一步包括：

采用激光扫描仪采集所述测试路面的水平数据和高度数据。

15.如权利要求14所述的道路谱采集方法，其特征在于，所述激光扫描仪包括两个。

16.如权利要求14或15所述的道路谱采集方法，其特征在于，所述激光扫描仪的扫描宽度为4-6米。