CN106600962A - 一种车辆检测装置及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆检测装置及检测方法，检测装置包括主处理器、卫星定位装置、警示装置；卫星定位装置包括固定于车体上的卫星定位天线以及与卫星定位天线相连的卫星信号接收器，且卫星信号接收器输出端与主处理器的信号输入端相连，主处理器与警示装置相连接，并通过警示装置告知车辆驾驶员车身是否出线、车轮是否压线或者车身是否碰撞物体。本发明具有结构简单、使用及维护方便、普适性好等特点，能够有效提高车辆检测精度，从而降低误判的可能。

Description

一种车辆检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及一种车辆检测装置及检测方法，属于交通检测领域。
背景技术
在交通检测领域中，传统的车辆检测一般通过在道路上安装固定设备实现，主要包括磁感应检测以及红外线检测。磁感应检测是通过磁钢加磁感应传感器来实现，具体实施方法是：在道路的边线位置埋设大量的单体磁钢，同时在车轮上安装磁感应传感器。当车辆通过单体磁钢所在位置时，磁感应传感器将感应到磁场信号，从而确认车轮已经压线。红外线检测是在道路两旁安装红外碰杆，当车辆碰线时，会自动截断红外发射仪和红外接收仪之间的连接，从而判断车辆车身已经出线或者车身碰杆。
传统的固定设备检测装置需要同时安装出线、压线检测装置，施工量大、成本高。并且上述两种检测装置安装复杂、数据重现性差，磁铁信号和红外信号还容易受外界条件干扰，容易产生误判。传统的固定设备检测存在评判准确度低以及建设维护成本高等问题，其使用环境也很局限，一般应用在固定的驾校考场和驾培道路上，不能广泛应用于正常的道路交通，缺乏普适性。
现代的网球比赛中，可以通过鹰眼技术采集网球的运动轨迹，计算得出网球落点的实际位置，从而准确判断出网球是否压线，实现零误判的标准。受此启发，本领域技术人员致力于开发一种安装在车辆上的车辆检测装置及检测方法，通过卫星定位系统采集车辆的实际运行轨迹，将车辆运行轨迹与电子地图中的道路线位置相比较，进而判断车辆是否出线、压线、碰杆以及车辆的行驶是否符合道路交通规则。这种卫星定位车辆检测技术避免了固定检测设备的使用，精确度高，误判率低，具有良好的实用性和普适性。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种车辆检测装置及检测方法，具有结构简单、使用及维护方便、普适性好等特点，能够有效提高车辆检测精度，从而降低误判的可能。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种车辆检测装置，包括主处理器、卫星定位装置及警示装置；
其中，所述卫星定位装置包括固定于车体上的卫星定位天线以及与卫星定位天线相连的卫星信号接收器，且卫星信号接收器的输出端与主处理器的信号输入端相连，主处理器通过警示装置告知车辆驾驶员车辆行驶状态及检测结果。
优选的，所述卫星定位系统包括全球定位系统(GPS)、格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、北斗卫星导航系统(BDS)之一或其组合，在有些卫星信号不稳定的地区可以采用双频双系统来提高卫星定位精度，例如同时使用GPS和BDS系统；所述卫星定位天线的数量为两个，且固定于车体不同位置，从而通过差分定位技术来提高定位精度。
优选的，所述车辆检测装置还包括无线通信装置，主处理器通过无线通信装置向远程管理端或监控端发送车辆行驶状态和检测结果，例如驾校管理网、交管网、车辆监管平台等，从而实现远程监控和管理。同时，当道路或者天气会有一些突发情况时，远程管理端或监控端需要及时告知驾驶员，并指导其安全驾驶，主处理器还可以通过无线装置接收远程管理或监控端发出的指导信息，并通过警示装置告知驾驶员。
卫星定位检测技术将车辆认定为一个传统的矩形实体，通过对比矩形实体和电子地图来判断车辆是否出线、压线。在实际应用中，这种检测方法还应当考虑到车辆在转向时车轮转动带来的误判情况：有时驾驶员在打方向盘时，虽然车身边缘没有出线，但车辆轮胎已经明显压线，检测装置却不能及时做出警报。
优选的，所述车辆检测装置还包括方向盘转角传感器，所述方向盘转角传感器会将方向盘的转角度数发送给主处理器，主处理器根据方向盘转角度数以及车体运行轨迹获得前后车轮相对于车辆主体的准确相对位置，进而与电子地图相比较，准确判断出车辆的车轮是否压线。
此外，随着赛车比赛的快速普及和推广，车辆出线、压线技术在赛车场地也有着广泛的应用，特别是对压线检测精度有着更高的要求。当赛车在快速弯角转弯时，较大向心力引起的轮胎偏移也会引起压线检测误差，为了提高检测精度，这样的误差也同样需要考虑。
虽然卫星定位技术能够提供车辆在行驶中的速度和航向角，但在快速弯角的情况下，所提供的速度和航向角与真实的数值还是有偏差的，为了减小偏差，优选的，所述车辆压线检测装置还包括速度传感器，且速度传感器的信号输出端与主处理器的信号输入端相连。进一步的，所述速度传感器包括正向速度传感器及侧向速度传感器，正向速度传感器和侧向速度传感器相互垂直且分别安装于车辆底盘的正向和侧向正中位置，从而保证测量精度。
一种车辆检测方法，包括以下步骤：
步骤一：数字建模
首先参考实际道路的参数值按设定比例建立电子地图，并储存于主处理器中；其次按照相同的比例参照实际车辆的外形尺寸建立车辆模型，并储存于主处理器中；
步骤二：卫星定位
卫星信号接收器通过卫星定位天线实时接收卫星定位数据并发送给主处理器，主处理器通过卫星定位技术得出实际车辆的实时位置、航向角和运行轨迹；
步骤三：做出判断
主处理器通过车辆模型及电子地图对实际车辆的实时位置、航向角、运行轨迹进行模拟，根据模拟结果判断车辆是否车身出线、车身碰撞物体或者车轮压线；当判断车辆车身出线或者车身碰撞物时，主处理器通过警示装置发出预警信号提醒车辆驾驶员车身已经出线；当判断车辆车轮压线时，主处理器通过警示装置发出报警信号告知车辆驾驶员车轮已经压线。
优选的，步骤一中，为了减小建模误差，通过在实际车辆周围选取30个及以上的参考点来建立车辆模型，使其与实际车辆的几何外形尺寸一致。
优选的，步骤一中，在建立车辆模型的基础上，通过测量实际车辆与道路地面的接触面积，得到车辆轮胎和道路地面的方形接触面数字模型，并储存于主处理器中。
优选的，步骤二中，为了提高定位精度，所述卫星定位技术采用差分定位技术(DGPS)，且差分定位技术选用位置差分、伪距差分及载波相位差分技术(RTK)。
优选的，步骤三中，当驾驶员打方向盘时，主处理器通过方向盘转角传感器实时检测方向盘的转角度数，并根据方向盘的转角度数、车体运行轨迹和道路摩擦系数计算出前车轮的转角度数，再根据前后车轮距离、道路摩擦系数及矫正参数计算出后车轮的转角度数，得出前后车轮的实时位置，进而通过车辆模型及电子地图进行模拟，判断出车辆车轮是否压线。
优选的，步骤三中，在根据方向盘的转角度数、车体运行轨迹和道路摩擦系数计算出前后车轮的转角度数的基础上，主处理器还通过速度传感器实时采集车辆的正向速度和侧向速度；根据车辆的行驶速度及道路的曲率半径计算出车辆的向心力，得出前后车轮上的受力，进而根据轮胎的弹性参数计算出轮胎相对于车轮主平面的偏移量，最后再结合车体运行轨迹及前后车轮的转角度数得出前后车轮的实时坐标位置，进而通过车辆模型及电子地图进行模拟，判断出车辆车轮是否压线。
优选的，步骤三中，为了实现远程监控和管理，主处理器还可以通过无线通信装置向远程管理端或监控端发出车身出线的预警信号、车轮压线的报警信号或者其他车辆行驶状态信息。
有益效果：本发明提供的一种车辆检测装置及检测方法，相对于现有技术，具有以下优点：1、结构简单，使用及维护方便，且具有良好的数据重现性和普适性，不仅可以应用在驾校的考场道路，也可以应用在正常的户外交通道路，即便是在赛车场地也能实现准确的判断；2、通过采集车体位置、车轮转向角度及轮胎偏移量大大提高了车辆出线、压线的检测精度，从而降低了误判的可能。
附图说明
图1为本发明实施例中车辆检测装置的结构框图；
图2为本发明实施例中车辆模型的结构示意图；
图3为本发明实施例中车轮转向偏角以及车轮与地面接触面的结构示意图；
图4为本发明实施例中车辆轮胎受力偏移的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种车辆检测装置，包括主处理器、卫星定位装置、方向盘转角传感器、速度传感器、无线通信装置及警示装置；
其中，所述卫星定位装置包括固定于车体顶部中心线上的两个卫星定位天线A、B以及与两个卫星定位天线A、B相连的卫星信号接收器，两个卫星定位天线A、B的定位精度为厘米级，其前后距离不少于1米，安装示意图如图2所示；
卫星信号接收器、方向盘转角传感器及速度传感器的信号输出端均与主处理器的信号输入端相连；主处理器通过警示装置告知车辆驾驶员行驶状态或者检测结果，还可以通过无线通信装置向远程管理端或监控端发送相关信息或者接受信息。
警示装置用于将相关信息告知车辆驾驶员，提醒驾驶员正确驾驶。警示装置可以多种多样，不局限于音频提醒、语音播报、指示灯、数码管、电子显示器等装置。
本实施例中，所述速度传感器包括正向速度传感器及侧向速度传感器，正向速度传感器和侧向速度传感器相互垂直且分别安装于车辆底盘的正向和侧向正中位置；所述卫星定位系统优选北斗卫星导航系统，北斗发送信号频率为10Hz以上：卫星定位技术优选载波相位差分技术(RTK)。
一种车辆检测方法，包括以下步骤：
步骤一：数字建模
首先参考实际道路的参数值按设定比例建立电子地图，并储存于主处理器中；其次按照相同的比例参照实际车辆的外形尺寸建立车辆模型，并储存于主处理器中；
步骤二：卫星定位
卫星信号接收器通过卫星定位天线实时接收卫星定位数据并发送给主处理器，主处理器通过卫星定位技术得出实际车辆的实时位置、航向角和运行轨迹；
步骤三：做出判断
主处理器通过车辆模型及电子地图对实际车辆的实时位置、航向角、运行轨迹进行模拟，根据模拟结果判断车辆是否车身出线、车身碰撞物体或者车轮压线；当判断车辆车身出线或者碰杆时，主处理器通过警示装置发出预警信号提醒车辆驾驶员车身已经出线或者碰杆；当判断车辆车轮压线时，主处理器通过警示装置发出报警信号告知车辆驾驶员车轮已经压线。
如图2所示，步骤一中，通过在实际车辆周围选取34个参考点来建立车辆模型，使其与实际车辆的几何外形尺寸一致，并测量实际车辆与道路地面的接触面积，得到车辆轮胎和道路地面的方形接触面数字模型(如图3所示)，并储存于主处理器中。
步骤二中，按照实际车辆车体顶部的两个卫星定位天线A、B在车辆模型中标识出该两个定位标记，记为两个模型基准点；通过北斗定位系统定位此两个模型基准点，获取两个模型基准点相对于实际道路的实时位置、航向角和运行轨迹，其中一个模型基准点负责坐标定位(偏移算法实现)，另一个基准点负责航向角(旋转算法实现)，通过这两个基准点精确定位车辆模型的实时位置、航向角和运行轨迹。
现有的差分定位技术包括位置差分、伪距差分及载波相位差分技术，本发明优选载波相位差分技术(RTK)。RTK技术建立在及时处理两个测站的载波相位基础上，能实时提供观测点的三维坐标，并达到厘米级或者毫米级的定位精度。
载波相位差分技术与伪距差分技术的原理相同：由基准站通过数据链及时将其载波观测值及基准站坐标信息一同传送给用户站；用户站接收卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，并组成相位差分观测值进行及时处理，能及时给出高精度的定位结果。
载波相位差分技术的实现方法有两种：修正法与差分法。前者和伪距差分相同，基准站把载波相位修正量发送给用户站，以改正其载波相位，之后求解坐标；后者把基准站采集的载波相位发送给用户进行求差解算坐标。本发明优选后者。
当驾驶员打方向盘时，方向盘转角传感器将方向盘的转角度数发送给主处理器，主处理器根据方向盘转角度数以及车体运行轨迹计算出前后车轮的具体转角度数θ(见图3)，得出前后车轮的准确坐标位置，进而通过车辆模型及电子地图进行模拟，判断出车辆车轮是否压线。在计算前后车轮的转角度数时，先根据方向盘转角度数、车体运行轨迹和道路摩擦系数计算出前轮转角度数，再根据前后轮距离、道路摩擦系数及矫正参数推算出后轮的转角度数。
一般车辆在正常的道理上行驶时，转弯速率不会太快，轮胎本身的偏移也不明显，轮胎偏移误差可以忽略不计。在赛车场地内，赛道有很多高速转向弯角，还得考虑轮胎受力偏移引起的偏差。步骤三中，在根据方向盘的转角度数、车体运行轨迹和道路摩擦系数计算出前后车轮的转角度数的基础上，主处理器还通过速度传感器实时采集车辆的正向速度和侧向速度；如图4所示，根据车辆的行驶速度及道路的曲率半径计算出车辆的向心力，得出前后车轮上的受力F，进而根据轮胎的弹性参数计算出轮胎相对于车轮主平面O面的偏移量，最后再结合车体运行轨迹及前后车轮的转角度数得出前后车轮的实时坐标位置，进而通过车辆模型及电子地图进行模拟，判断出车辆车轮是否压线。
当车辆后视镜碰撞物体时，本发明的车辆检测装置通过对比车辆数字模型与电子地图中固定物体的相对位置实现后视镜碰撞物体检测。本发明的检测对象并不局限于四轮车辆，两轮车辆也同样适用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种车辆检测装置，其特征在于，包括主处理器、卫星定位装置及警示装置；
其中，所述卫星定位装置包括固定于车体上的卫星定位天线以及与卫星定位天线相连的卫星信号接收器，且卫星信号接收器的输出端与主处理器的信号输入端相连；主处理器与警示装置相连接，并通过警示装置告知车辆驾驶员车身是否出线、车轮是否压线或者车身是否碰撞物体。
2.根据权利要求1所述的一种车辆检测装置，其特征在于，所述卫星定位装置包括全球定位系统、格洛纳斯卫星导航系统及北斗卫星导航系统之一或其组合，且所述卫星定位天线的数量为两个。
3.根据权利要求1所述的一种车辆检测装置，其特征在于，还包括无线通信装置，主处理器通过无线通信装置向远程管理端或监控端发送检测结果；或者主处理器通过无线通信装置接收远程管理端或监控端发出的指导信息，并通过警示装置告知驾驶员。
4.根据权利要求1所述的一种车辆检测装置，其特征在于，还包括方向盘转角传感器，所述方向盘传感器的信号输出端与主处理器的信号输入端相连接。
5.根据权利要求1所述的一种车辆检测装置，其特征在于，还包括速度传感器，所述速度传感器的信号输出端与主处理器的信号输入端相连接。
6.根据权利要求5所述的一种车辆检测装置，其特征在于，所述速度传感器包括正向速度传感器及侧向速度传感器，正向速度传感器和侧向速度传感器相互垂直且分别安装于车辆底盘的正向和侧向正中位置。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种车辆检测装置，其特征在于，所述主处理器采用位置差分、伪距差分或者载波相位差分定位技术来实现卫星定位。
8.一种车辆检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：数字建模
首先参考实际道路的参数值按设定比例建立电子地图，并储存于主处理器中；其次按照相同的比例参照实际车辆的外形尺寸建立车辆模型，并储存于主处理器中；
步骤二：卫星定位
卫星信号接收器通过卫星定位天线实时接收卫星定位数据并发送给主处理器，主处理器通过卫星定位技术得出实际车辆的实时位置、航向角和运行轨迹；
步骤三：做出判断
主处理器通过车辆模型及电子地图对实际车辆的实时位置、航向角、运行轨迹进行模拟，根据模拟结果判断车辆是否车身出线、车轮压线或者车身碰撞物体；当判断车辆车身出线或者车身碰撞物体时，主处理器通过警示装置发出预警信号提醒车辆驾驶员车身已经出线或者车身已经碰撞物体；当判断车辆车轮压线时，主处理器通过警示装置发出报警信号告知车辆驾驶员车轮已经压线。
9.根据权利要求8所述的一种车辆检测方法，其特征在于，在检测车辆上安装无线通信装置，主处理器通过无线通信装置向远程管理端或监控端发送检测结果；或者主处理器通过无线通信装置接收远程管理端或监控端发出的指导信息，并通过警示装置告知驾驶员。
10.根据权利要求8或9所述的一种车辆检测方法，其特征在于，在检测车辆上安装方向盘转角传感器和/或速度传感器，方向盘转角传感器、速度传感器的信号输出端分别与主处理器的信号输入端相连接。
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