CN113804464A - 一种车辆转向半径测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种车辆转向半径测量系统及方法，该方法包括：将待测车辆的方向盘转至极限位置，驾驶员驾驶待测车辆行驶匀速多圈；移动站实时测量待测试车辆的位置、速度和姿态以得到待测车辆转向过程中的方位角数据和位置数据；上位机根据方位角数据和位置数据确定待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；将转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个区间中选取多个位置点集合；利用转向半径拟合算法根据多个位置点集合计算得到多个拟合圆；根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个拟合圆中确定待测车辆的最小转向圆和最小转向半径。本发明的车辆转向半径测量系统及方法能够精确测量水上特种车辆的最小转向半径，提高了特种车辆机动性能评价的效率。

Description

一种车辆转向半径测量系统及方法

技术领域

本发明涉及车辆性能测试技术领域，特别涉及一种车辆转向半径测量系统及方法。

背景技术

车辆最小转向半径定义为：当转向盘转到极限位置，车辆以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支撑平面上滚过的轨迹圆半径。车辆最小转弯半径在很大程度上表征了车辆能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力。车辆最小转弯半径越小，车辆的机动性能越好。

因此，测量车辆最小转弯半径就显得尤为重要，目前常用的最小转向半径的方法和设备存在使用非常不便及测量结果不精确的问题。对于履带车辆而言，其转向时是一正一反，另外在水上行驶时其后面为螺旋桨，其转向时也是一正一反，转向受水流，风力的影响是不规则的圆形，因而现有的转向半径测量方法和设备并不适用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆转向半径测量系统及方法，能够实现水上特种车辆转向半径的精确测量，提高了特种车辆机动性能评价的效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种车辆转向半径测量系统，包括：

差分基准站，架设于测试场地的空旷点上，所述差分基准站用于实时采集一组卫星的发射信号以获取基准站载波相位观测信息，并将所述基准站载波相位观测信息通过无线方式发送到移动站；

移动站，安装于待测车辆上，所述移动站包括差分移动端模块和惯性测量模块，所述差分移动端模块用于实时采集同一组卫星的发射信号以获取移动站载波相位观测信息，并与所述基准站载波相位观测信息进行差分处理以得到所述待测车辆的差分位置信息和差分速度信息，所述差分移动端模块通过串口将所述差分位置信息和所述差分速度信息发送到所述惯性测量模块，所述惯性测量模块用于获取所述待测车辆的方位角、横滚角以及俯仰角，并结合所述差分位置信息和所述差分速度信息计算得到所述待测车辆的位置、速度和姿态；

上位机，用于根据所述待测车辆的位置、速度和姿态分析得到所述待测车辆的转向半径测试结果，所述上位机通过无线方式与所述移动站进行通信；

其中，所述上位机包括：

轨迹确定模块，用于根据所述待测试车辆的位置、速度和姿态确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

位置点选取模块，用于将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成；

拟合圆计算模块，用于利用转向半径拟合算法根据多个所述位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个所述拟合圆的圆心坐标和半径；

结果计算模块，用于根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果。

优选的，所述差分基准站包括差分基站主机、第一接收天线以及三脚架，所述差分基站主机挂装在所述三脚架的支腿上，所述差分基站主机包括壳体和设置于所述壳体内的核心板卡、第一无线传输模块以及第一供电模块，第一接收天线包括GNSS接收天线和数传天线，所述GNSS接收天线安装于所述三脚架的顶部，所述数传天线安装于所述差分基站主机上。

优选的，所述惯性测量模块为光纤惯导模块、激光惯导模块或者微机械惯导模块。

优选的，所述移动站包括封闭外壳和设置于所述封闭外壳内的台体，所述惯性测量模块设置于所述台体的下层，所述差分移动端模块设置于所述台体的上层，所述移动站还包括设置于所述台体上层的第二无线通信模块和第二供电模块。

优选的，所述移动站通过所述待测车辆的减震器底部接口安装于所述待测车辆上，所述差分移动端模块包括第二接收天线，设置于所述待测车辆的车顶上。

优选的，所述上位机为手持平板设备或者计算机。

另一方面，本发明还提供了一种车辆转向半径测量方法，包括：

将待测车辆的方向盘转至极限位置，驾驶员驾驶所述待测车辆匀速行驶多圈；

移动站实时测量所述待测试车辆的位置、速度和姿态以得到所述待测车辆转向过程中的方位角数据和位置数据；

上位机根据所述方位角数据和所述位置数据确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成；

利用转向半径拟合算法根据多个所述位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个所述拟合圆的圆心坐标和半径；

根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果。

优选的，所述上位机根据所述方位角数据和所述位置数据确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线的步骤包括：

选取测试起点；

从所述方位角数据中搜索与所述测试起点的方位值邻近的数据点作为测试终点；

根据位于所述测试起点和所述测试终点之间的方位角数据和位置数据确定转向圆弧轨迹曲线。

优选的，所述将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成的步骤包括：

将所述测试起点和所述测试终点之间的位置数据等分为8个区间；

从每个所述区间的中点附近选取一个数据点以得到8个数据点；

采用间隔选取法从所述8个数据点中选出8个位置点集合。

优选的，所述根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果的步骤还包括：根据移动站安装位置与车辆外转向轮之间的位置关系获取所述待测车辆的外侧前轮中心位置的最小转向半径。

本发明具有如下优点：本发明的车辆转向半径测量系统包括差分基准站、移动站以及上位机，其结构简单，安装方便，通过差分移动端模块获取移动站载波相位观测信息，并与基准站载波相位观测信息进行差分处理以得到待测车辆的差分位置信息和差分速度信息，惯性测量模块获取待测车辆的方位角、横滚角以及俯仰角，并结合差分位置信息和差分速度信息计算得到待测车辆的位置、速度和姿态，上位机根据待测车辆的位置、速度和姿态分析得到所述待测车辆的转向半径测试结果。本发明的车辆转向半径测量系统能够实现精确测量水上特种车辆的最小转向半径，从而提高对特种车辆机动性能评价的准确性，同时，在很大程度上提高了特种车辆机动性能评价的效率。

本发明的车辆转向半径测量方法先获取将测试车辆转向行驶时的方位角数据和位置数据，之后根据方位角数据和位置数据确定测试车辆行驶的转向圆弧轨迹曲线，再从转向圆弧曲线中选择多个位置点集合，利用转向半径拟合算法拟合得到多个拟合圆，最后根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个拟合圆中确定测试车辆最小转向圆以及最小转向半径，本发明的车辆转向半径测量方法能够精确测量水上特殊车辆的最小转向半径，提高了特殊车辆机动性能评价的效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的车辆转向半径测量系统的结构示意图；

图2是根据另一示例性实施例示出的车辆转向半径测量系统的结构示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的差分基准站的结构示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的移动站的结构示意图；

图5是根据另一示例性实施例示出的移动站的结构示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的车辆转向半径测量方法的流程示意图；

图7是根据一示例性实施例示出的车辆转向半径测量方法中测试车辆位置示意图；

图8是根据一示例性实施例示出的车辆转向半径测量方法中三点拟合圆的示意图。

附图标记说明：

1-车辆制动偏驶量测量系统；

10-差分基准站；

11-差分基站主机；

12-第一接收天线；121-GNSS接收天线；122-数传天线；

13-三脚架；

20-移动站；

21-差分移动端模块；211-第二接收天线；

22-惯性测量模块；221-纤陀螺仪；222-石英挠性加速度计；

223-系统解算板；224-加速度计回路控制板；

23-台体；

24-第二无线通信模块；

25-第二供电模块；

30-上位机；

40-便携式监控终端；

2-卫星；

3-待测车辆；31-减震器底部接口。

具体实施方式

下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，但是本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用来限制本发明的保护范围。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换，所有这些修改和替换都落入了本发明权利要求书请求保护的范围内。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：

参见图1和图2所示，本发明实施例提供了一种车辆转向半径测量系统1，包括：差分基准站10，架设于测试场地的空旷点上，差分基准站1用于实时采集一组卫星2的发射信号以获取基准站载波相位观测信息，并将基准站载波相位观测信息通过无线方式发送到移动站20；

移动站20，安装于待测车辆3上，移动站20包括差分移动端模块21和惯性测量模块22，差分移动端模块21用于实时采集同一组卫星2的发射信号以获取移动站载波相位观测信息，并与基准站载波相位观测信息进行差分处理以得到待测车辆3的差分位置信息和差分速度信息，差分移动端模块21通过串口将差分位置信息和差分速度信息发送到惯性测量模块22，惯性测量模块22用于获取待测车辆3的方位角、横滚角以及俯仰角，并结合差分位置信息和差分速度信息计算得到待测车辆3的位置、速度和姿态；

上位机30，用于根据待测车辆3的位置、速度和姿态分析得到待测车辆3的转向半径测试结果，上位机30通过无线方式与移动站20进行通信；

其中，上位机30包括：

轨迹确定模块，用于根据待测试车辆的位置、速度和姿态确定待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

位置点选取模块，用于将转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个区间中选取多个位置点集合，每个位置点集合由3个位置点构成；

拟合圆计算模块，用于利用转向半径拟合算法根据多个位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个拟合圆的圆心坐标和半径；

结果计算模块，用于根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个拟合圆中确定待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为待测车辆的转向半径测试结果。

需要说明的是，本实施例中移动站还与待测车辆总线接口连接，读取待测车辆的档位和发动机转速信息。

需要说明的是，本实施例中安装在移动站内部的差分移动端模块接收差分基准站发送的载波差分数据，经过差分计算后，将车辆位置、速度信息发送给惯性测量模块，结合惯性测量模块测量的方位角与俯仰角，解算待测车辆的位置、速度补偿量，并将补偿后的车辆运动参数与通过车辆CAN总线提取的发动机信息传递至上位机。

需要说明的是，在转向半径测试过程，上位机从移动站实时获取位置坐标、姿态信息、速度等信息。根据待测车辆上任意一点均处于围绕同一圆心做往复运动的原理，利用中轴线的任意一点转向半径既可以求出外侧前轮中心位置的转向直径。

本发明实施例的车辆转向半径测量系统包括差分基准站、移动站以及上位机，其结构简单，安装方便，通过差分移动端模块获取移动站载波相位观测信息，并与基准站载波相位观测信息进行差分处理以得到待测车辆的差分位置信息和差分速度信息，惯性测量模块获取待测车辆的方位角、横滚角以及俯仰角，并结合差分位置信息和差分速度信息计算得到待测车辆的位置、速度和姿态，上位机根据待测车辆的位置、速度和姿态分析得到所述待测车辆的转向半径测试结果。本发明实施例的车辆转向半径测量系统能够实现精确测量水上特种车辆的最小转向半径，从而提高对特种车辆机动性能评价的准确性，同时，在很大程度上提高了特种车辆机动性能评价的效率。

根据上述方案，进一步，参见图3所示，本发明实施例的差分基准站10包括差分基站主机11、第一接收天线12以及三脚架13，差分基站主机11挂装在三脚架13的支腿上，差分基站主机11包括壳体和设置于壳体内的核心板卡、第一无线传输模块以及第一供电模块，第一接收天线12包括GNSS接收天线121和数传天线122，GNSS接收天线121安装于三脚架13的顶部，数传天线122安装于差分基站主机11上。

需要说明的是，本实施例中差分基站主机是实时动态载波相位差分系统(简称RTK系统)内的固定站，用于接收、观测卫星导航信号并进行差分处理，生成差分数据，差分基站主机通过第一无线传输模块向移动站传输差分数据。

另外，本实施例中差分基准站10采用母板搭载核心板卡的方式，核心板卡完成卫星导航信号的处理与解算，母板完成供电、接口与控制线路，其中差分基站主机整体可采用铝合金加固结构的全密封式壳体，以实现防水、防腐蚀。

需要说明的是，本实施例中GNSS接收天线121用于接收卫星定位信号，数传天线122用于提供无线数据传输。优选的，本实施例中GNSS接收天线121采用高精度三频七馈点天线，与差分基站主机11通过线缆连接。优选的，本实施例中数传天线122采用鞭状天线，安装在差分基站主机11上。

需要说明的是，本实施例中三脚架13可采用铝制三脚架，该三脚架具有调平、升降功能。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的惯性测量模块22为光纤惯导模块、激光惯导模块或者微机械惯导模块。需要说明的是，本实施例中惯性测量模块22依靠惯性技术实现定位和测姿，其在使用前需要接收接收到差分移动端模块的位置精度后，对惯性测量模块先进行几分钟的初始准备，即初始对准过程，经过初始对准后，可实时输出姿态信息。

可选的，本发明实施例的惯性测量模块22为光纤惯导模块。优选的，本发明实施例的惯性测量模块22为75型小型光纤惯导模块。本实施例中光纤惯导模块由光纤陀螺仪、石英挠性加速度计、系统采集板、系统解算板、加速度计回路控制板、矩形电连接器和相关支撑结构组成。

需要说明的是，本实施例中光纤陀螺仪可采用FOG-2D光纤陀螺仪，其以光导纤维线圈为基础的敏感元件，由激光二极管发射出的光线朝两个方向沿光导纤维传播，该型号光纤陀螺仪具有质量轻、体积小、精度高等优点。本实施例中石英挠性加速度计可采用QA-1B石英挠性加速度计，是一种非液浮的所谓干式加速度计，其由轭铁、磁钢、线圈、挠性环、导磁帽这些材料组成，石英挠性加速度计通过检测质量来检测外界的加速度信号，再经伺服电路解调、放大，最后输出电流信号正比于加速度信号。本实施例中光纤惯导模块的控制部分包括系统采集板和加速度计回路控制板，系统采集板用于实现陀螺信号采集、温度采集及串口通信等功能，加速度计回路控制板用于实现加速度计信号采集、温度采集等功能。

根据上述方案，进一步，参见图4和图5所示，本发明实施例的移动站20包括封闭外壳和设置于封闭外壳内的台体23，惯性测量模块22设置于台体23的下层，差分移动端模块21设置于台体23的上层，移动站20还包括设置于台体23上层的第二无线通信模块24和第二供电模块25。

根据上述方案，进一步，参见图4和图5所示，本发明实施例的移动站20通过待测车辆3的减震器底部接口31安装于待测车辆3上，差分移动端模块21包括第二接收天线211，设置于待测车辆3的车顶上。

本实施例中移动站采用铝合金全密封式的便携一体化结构设计，由台体和外壳组成，台体采用分层结构，下层为惯性测量模块22，包括光纤陀螺仪221、石英挠性加速度计222、系统解算板223、加速度计回路控制板224、矩形电连接器和相关支撑结构等，上层安装差分移动端模块21、第二供电模块25和第二无线传输模块24等。外壳主要对台体起到密封保护作用，与台体盲插安装，可满足环境适应性及电磁兼容性要求。

外壳上还设置了对外电源和通讯接口，例如：预留电源(充电)接口、调试用通信接口、卫导天线接口、通讯天线接口、制动触发器接口、上位机接口、便携式监控终端接口等。

本发明实施例中移动站是车辆转向半径测试的关键设备，其主要由高性能差分移动端模块和惯性测量模块组成。惯性测量模块和卫星导航系统在使用时各有优缺点，前者自主性强、短时精度高、输出连续，但误差随时间积累；后者定位和测速精度高、误差不积累，但输出信息不连续且易受干扰；本发明实施例中将二者组合起来实现优势互补，显著提高车辆性能测试的精度。本实施例的移动站中差分移动端模块和惯性测量模块通过RS422串口进行数据交互，差分移动端模块解算的位置、速度数据发送至惯性测量模块的系统解算板进行组合运算，以SINS和GNSS的误差方程作为系统的状态方程，以SINS和GNSS各自输出的信息差作为观测量，采用最优滤波器实现高精度组合。移动站以导航误差作为估计对象，并将该状态估计值直接校正SINS的输出。本实施例中移动站配备的第二无线通讯模块与第二供电模块。组合导航系统输出的数据通过第二无线传输模块打包发送至上位机，并且通过连接线缆发送至便携式监控终端40。

本实施例中便携式监控终端40安装在待测车辆上并位于驾驶员的前方。

本实施例中测试人员通过上位机向移动站发送测试指令，移动站将测试指令发送到便携式监控终端40上，驾驶员根据便携式监控终端的上显示的测试指令开始转向半径测试。

可选的，本发明实施例的第一供电模块和第二供电模块均为电池组。优选的，所述电池组包括6-8块锂电池。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的上位机30为手持平板设备或者计算机。本实施例中上位机用于测试人员控制测试进程、观察测试数据和管理测试数据，其主要功能为测试数据的采集、解算、分析、处理以及实时显示测试结果。

另一方面，参见图6所示，本发明实施例还提供了一种车辆转向半径测量方法，包括：

步骤100：将待测车辆的方向盘转至极限位置，驾驶员驾驶待测车辆匀速行驶多圈；

步骤200：移动站实时测量待测试车辆的位置、速度和姿态以得到待测车辆转向过程中的方位角数据和位置数据；

步骤300：上位机根据方位角数据和位置数据确定待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

步骤400：将转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个区间中选取多个位置点集合，每个位置点集合由3个位置点构成；

步骤500：利用转向半径拟合算法根据多个位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个拟合圆的圆心坐标和半径；

步骤600：根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个拟合圆中确定待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为待测车辆的转向半径测试结果。

本发明实施例的车辆转向半径测量方法先获取将测试车辆转向行驶时的方位角数据和位置数据，之后根据方位角数据和位置数据确定测试车辆行驶的转向圆弧轨迹曲线，再从转向圆弧曲线中选择多个位置点集合，利用转向半径拟合算法拟合得到多个拟合圆，最后根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个拟合圆中确定测试车辆最小转向圆以及最小转向半径，本发明实施例的车辆转向半径测量方法能够精确测量水上特种车辆的最小转向半径，提高了特种车辆机动性能评价的效率。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的步骤300包括：

步骤301：选取测试起点；

步骤302：从方位角数据中搜索与测试起点的方位值邻近的数据点作为测试终点；

步骤303：根据位于测试起点和测试终点之间的方位角数据和位置数据确定转向圆弧轨迹曲线。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的步骤400包括：

步骤401：将测试起点和测试终点之间的位置数据等分为8个区间；

步骤402：从每个区间的中点附近选取一个数据点以得到8个数据点；

步骤403：采用间隔选取法从8个数据点中选出8个位置点集合。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的步骤600包括：根据移动站安装位置与车辆外转向轮之间的位置关系获取待测车辆的外侧前轮中心位置的最小转向半径。

本发明实施例中车辆转向半径测试具体测量过程包括系统安装、测试和数据处理：

1：设备安装

1-1：将移动站固定安装至待测车辆任意位置，惯性测量模块的艏向应与待测车辆艏向一致(当然并非严格一致，允许存在一定夹角)。

1-2：固定完毕后，利用测量手段，确定安装位置和待测车辆外转向轮之间的位置关系。

2：测试

2-1：待测车辆在测试场地准备完毕后，启动移动站，惯性测量模块初始化对准完毕、差分移动端模块数据正常后，即可开始试验；注意：为了避免参照物对驾驶员的影响，不建议在地面做任何标记。

2-2：驾驶员驾驶待测车辆，将方向盘向一个方向转向极限后，在测试场地以“最小转向半径”匀速行驶，连续行驶不小于3圈后，第一次采集数据完毕，可停车处理数据或准备第二次数据采集；

2-3：重复进行第二步、第三步工作，多次采集数据；

2-4：利用上位机进行数据处理。

3：数据处理

3-1：数据预处理，可以采用常用的数据预处理方法进行处理，例如去噪。

3-2：选择测试起点，和驾驶员交流后确定测试开始后驾驶正常的时间起点，然后在该起点稍后的数据中选择一点作为本次测试的测试起点H0；

3-3：选取“闭合圆”数据，以测试起点方位值为判断要素，搜索与测试起点的方位值最邻近的数据点，并标记为H1；可认为H0和H1两个时刻之间的数据为待测车辆以最小转向半径行驶的第一个闭合圆(不处理H0和H1的位置关系)的所有数据；

3-4：将闭合圆数据非严格等分为8个区间，并在每个区间中点附近取一个数据点；包含H0点的区间标记为L00，选取的数据点标记为P00(X00,Y00)，后续7个数据点依次标记为P01(X01,Y01)、P02(X02,Y02)、P03(X03,Y03)、P04(X04,Y04)、P05(X05,Y05)、P06(X06,Y06)和P07(X07,Y07)，最后一个数据区间包含终点H1，标记为L07。

3-5：以P00数据点为解算起点，间隔一个区间选择下一个点，共选取3个点，用于拟合一个标准圆。第1轮选取的点为P00、P02和P04，以上述3点拟合一个标准圆，参照图8计算其圆心坐标(O0(X0，Y0))和半径(R0)，计算公式如下：

(X00-X0)²+(Y00-Y0)²＝R0²

(X02-X0)²+(Y02-Y0)²＝R0²

(X04-X0)²+(Y04-Y0)²＝R0²

3-6：重复步骤3-5，以P01数据点为解算起点，选取P03和P05，以上述3点拟合一个标准圆，并计算其圆心坐标(O1(X1，Y1))和半径(R1)；依次计算出圆心坐标O2、O3、O4、O5、O6和O7，半径R2、R3、R4、R5、R6和R7；

3-7：根据拟合圆的饱和度和拟合程度从3-6中的多个拟合圆中确定待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为待测车辆的转向半径测试结果。

根据待测车辆上任意一点均处于围绕同一圆心做往复运动的原理，利用中轴线的任意一点转向半径既可以求出外侧前轮中心位置的转向直径，如图7所示。

具体的：测试设备安装完毕后，测量移动站安装位置与车辆中心线的相对位置。将移动站安装在车辆之后，测量安装位置与车头、车尾、车体两侧的距离，输入软件中，计算出移动站距离车体中心线中心点的相对位置。

在转向半径测试过程，数据处理分系统从移动站实时获取位置坐标、姿态信息、速度等信息。根据车辆上任意一点均处于围绕同一圆心做往复运动的原理，利用中轴线的任意一点转向半径既可以求出外侧前轮中心位置的转向直径。根据平面几何原理，存在：

其中，R为车辆最小转向半径，r为移动站转向半径，L为轴距，A为移动站距离前轴距离，B为前轮轮距，c为移动站架设点。

根据上述方案，进一步，本发明实施例的步骤300还包括：利用最小二乘法拟合算法对构成转向圆弧轨迹曲线的轨迹点进行修正拟合。

由于车辆在行驶过程中会进行侧向漂移，同时考虑到车辆的振动以及水上漂移转向半径中的浪涌颠簸情况，因此加入最小二乘法拟合算法对转向圆弧轨迹曲线的轨迹点进行修正。

本发明实施例中转向半径拟合算法具体为：根据任意3点的圆弧拟合闭合圆环的方式，计算最小转向半径，见图8所示，其中，X₁,X₂,X₃表示行进中的连续三点，X₁X₃表示圆弧1，圆弧1的半径可以通过直角三角形原理推出，

在测试转向半径时，由于最小转向半径是一个偏移的圆弧状，需要标记处每次圆弧的轨迹曲线。同时，考虑到轨迹点可能发生的离散情况，使用最小二乘法拟合的算法对构成圆的轨迹点进行修正拟合。拟合圆曲线的公式推导如下。

最小二乘法拟合圆曲线表示为：

R²＝(x-A)²+(y-B)²

R²＝x²-2Ax+A²+y²-2By+B²

令

a＝-2A，b＝-2B，c＝A²+B²-R²

可以得到圆曲线方程的另一个形式：

x²+y²+ax+by+c＝0

求出参数a,b,c即可求得圆心半径的参数.

通过预设样本集(X_i，Y_i)i∈(1，2，3...N)，中点到圆心的距离为d_i，存在d_i ²＝(X_i-A)²+(Y_i-B)²

点(X_i,Y_i)到圆边缘的距离的平方和与半径平方的差表示为：

δ_i＝d_i ²-R²＝(X_i-A)²+(Y_i-B)²-R²＝X_i ²+Y_i ²+aX_i+bY_i+c

令Q(a,b,c)为δ_i的平方和：

Q(a，b，c)＝∑δ_i ²＝∑[(X_i ²+Y_i ²+aX_i+bY_i+c)]²

求参数a,b,c使得Q(a,b,c)的值为最小值。

可以解得：

通过三点拟合圆的算法，可以有效解得圆心半径。

Claims (10)

1.一种车辆转向半径测量系统，其特征在于，包括：

差分基准站，架设于测试场地的空旷点上，所述差分基准站用于实时采集一组卫星的发射信号以获取基准站载波相位观测信息，并将所述基准站载波相位观测信息通过无线方式发送到移动站；

移动站，安装于待测车辆上，所述移动站包括差分移动端模块和惯性测量模块，所述差分移动端模块用于实时采集同一组卫星的发射信号以获取移动站载波相位观测信息，并与所述基准站载波相位观测信息进行差分处理以得到所述待测车辆的差分位置信息和差分速度信息，所述差分移动端模块通过串口将所述差分位置信息和所述差分速度信息发送到所述惯性测量模块，所述惯性测量模块用于获取所述待测车辆的方位角、横滚角以及俯仰角，并结合所述差分位置信息和所述差分速度信息计算得到所述待测车辆的位置、速度和姿态；

上位机，用于根据所述待测车辆的位置、速度和姿态分析得到所述待测车辆的转向半径测试结果，所述上位机通过无线方式与所述移动站进行通信；其中，所述上位机包括：轨迹确定模块，用于根据所述待测试车辆的位置、速度和姿态确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

位置点选取模块，用于将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成；

拟合圆计算模块，用于利用转向半径拟合算法根据多个所述位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个所述拟合圆的圆心坐标和半径；

以及，结果计算模块，用于根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果。

2.根据权利要求1所述的车辆转向半径测量系统，其特征在于，所述差分基准站包括差分基站主机、第一接收天线以及三脚架，所述差分基站主机挂装在所述三脚架的支腿上，所述差分基站主机包括壳体和设置于所述壳体内的核心板卡、第一无线传输模块以及第一供电模块，所述第一接收天线包括GNSS接收天线和数传天线，所述GNSS接收天线安装于所述三脚架的顶部，所述数传天线安装于所述差分基站主机上。

3.根据权利要求1所述的车辆转向半径测量系统，其特征在于，所述惯性测量模块为光纤惯导模块、激光惯导模块或者微机械惯导模块。

4.根据权利要求1所述的车辆转向半径测量系统，其特征在于，所述移动站包括封闭外壳和设置于所述封闭外壳内的台体，所述惯性测量模块设置于所述台体的下层，所述差分移动端模块设置于所述台体的上层，所述移动站还包括设置于所述台体上层的第二无线通信模块和第二供电模块。

5.根据权利要求4所述的车辆转向半径测量系统，其特征在于，所述移动站通过所述待测车辆的减震器底部接口安装于所述待测车辆上，所述差分移动端模块包括第二接收天线，设置于所述待测车辆的车顶上。

6.根据权利要求1所述的车辆转向半径测量系统，其特征在于，所述上位机为手持平板设备或者计算机。

7.一种车辆转向半径测量方法，其特征在于，包括：

将待测车辆的方向盘转至极限位置，驾驶员驾驶所述待测车辆匀速行驶多圈；

移动站实时测量所述待测试车辆的位置、速度和姿态以得到所述待测车辆转向过程中的方位角数据和位置数据；

上位机根据所述方位角数据和所述位置数据确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线；

将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成；

利用转向半径拟合算法根据多个所述位置点集合计算得到多个拟合圆，并得到多个所述拟合圆的圆心坐标和半径；

根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果。

8.根据权利要求7所述的车辆转向半径测量方法，其特征在于，所述上位机根据所述方位角数据和所述位置数据确定所述待测车辆的转向圆弧轨迹曲线的步骤包括：选取测试起点；

从所述方位角数据中搜索与所述测试起点的方位值邻近的数据点作为测试终点；

根据位于所述测试起点和所述测试终点之间的方位角数据和位置数据确定转向圆弧轨迹曲线。

9.根据权利要求8所述的车辆转向半径测量方法，其特征在于，所述将所述转向圆弧轨迹曲线分成多个区间，从多个所述区间中选取多个位置点集合，每个所述位置点集合由3个位置点构成的步骤包括：

将所述测试起点和所述测试终点之间的位置数据等分为8个区间；

从每个所述区间的中点附近选取一个数据点以得到8个数据点；

采用间隔选取法从所述8个数据点中选出8个位置点集合。

10.根据权利要求7所述的车辆转向半径测量方法，其特征在于，所述根据拟合圆的饱和度和拟合程度从多个所述拟合圆中确定所述待测车辆的最小转向圆和最小转向半径以作为所述待测车辆的转向半径测试结果的步骤还包括：根据移动站安装位置与车辆外转向轮之间的位置关系获取所述待测车辆的外侧前轮中心位置的最小转向半径。

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