CN113959741B - 一种车辆转弯半径测试方法、装置及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车辆转弯半径测试方法、装置及存储介质,在车辆任意位置固定与处理器连接的GNSS接收机及三轴角速度传感器,在车辆待测位置上安装与GNSS接收机通过同轴电缆连接的GNSS接收天线,同步采集GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号,将三轴角速度传感器信号进行均值滤波处理,再通过运动学方程计算得到车辆最终转弯半径,解决车辆转弯半径测量精度不高,且测量效率低的问题。

Description

一种车辆转弯半径测试方法、装置及存储介质
技术领域
本发明涉及一种车辆转弯半径测试方法、装置及存储介质,具体涉及一种轮式挖掘机转弯半径测试方法及装置,属于车辆驾驶技术领域。
背景技术
随着我国汽车持有量的持续增长、智能汽车概念的普及,辅助驾驶功能也逐渐成为一项标准配置,转弯半径是车辆操控性能一项重要性能指标,不同方向盘转角下车辆转弯半径是辅助驾驶功能开发中必不可少的判断参数。对于功能开发,道路曲率半径起着至关重要的作用,因此车辆转弯半径测量准确性尤为重要。
转弯半径测量的是对车辆在转弯行驶中车辆上任意点行驶过轨迹的半径,目前,现有技术中对于转弯半径的测试方法已经由手工测量法,比如滴水测量法,逐步向基于精密卫星定位导航系统的测试方法转变,测量的精度和效率显著提升。现有技术不管是滴水法还是基于高精度GNSS定位系统的轨迹测量法,均是以实现轨迹描述为目标,通过得到的圆形轨迹计算出转弯半径。需要建立测量基站及解决基站与移动站间的通讯问题,试验成本较高,效率较低;且定位模块的定位精度较差无法满足测量要求,在行驶一圈后起始点与终点不重合,无法通过多圈测试提升测量精度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足,提供一种车辆转弯半径测试方法、装置及存储介质,解决测量精度不高,且测量效率低的问题。
为达到上述目的,本发明所采用的技术方案是:
第一方面,本发明提供一种车辆转弯半径测试方法,包括如下步骤:
在车辆任意位置固定与处理器连接的GNSS接收机及三轴角速度传感器,在车辆待测位置上安装与GNSS接收机通过同轴电缆连接的GNSS接收天线;
同步采集GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号;
将三轴角速度传感器信号进行均值滤波处理,再通过运动学方程计算得到车辆最终转弯半径。
结合第一方面,进一步的,所述三轴角速度传感器信号进行均值滤波处理后的信号如下:
式中:
ωxi为X轴角速度信号,单位为rad/s,
ωyi为Y轴角速度信号,单位为rad/s,
ωzi为Z轴角速度信号,单位为rad/s,
n为均值滤波点数,n=t1/t2,其中,t1为瞬时速度信号的采样时间,单位为s,t2为三轴角速度传感器信号的采样时间,单位为s,
j=n*i,i=1,2,3,4…,j为滤波后新的数据序列,
为X轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Y轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Z轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s。
进一步的,所述t1小于0.05T,t2小于0.0025T,其中T为被测车辆回转一周的时间,单位为s。
进一步的,所述车辆最终转弯半径的计算公式如下:
式中:
为车辆的瞬时角速度信号,单位为rad/s,
rj——瞬时转弯半径序列,单位为m,
rn——最终的转弯半径,单位为m,
vj——待测点的瞬时速度,单位为m/s,
N——为速度采样点的个数。
第二方面,本发明提供一种车辆转弯半径测试方法的应用,用于评价车辆转弯的性能。
第三方面,本发明提供一种车辆转弯半径测试装置,通过任一项一种车辆转弯半径测试方法进行测试,该装置包括GNSS模块、三轴角速度传感器、数据采集模块及处理器,
所述GNSS模块包括与处理器连接的GNSS接收机,固定在车辆任意位置,在车辆待测位置上安装的GNSS接收天线,所述GNSS接收天线通过同轴电缆与GNSS接收机连接;所述三轴角速度传感器与处理器连接,固定在车辆任意位置;
所述数据采集模块用于同步采集GNSS模块中GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行任一项所述方法的步骤。
第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行,实现任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比,本发明所达到的有益效果:
本发明利用了GNSS模块结合三轴角速度传感器信号,间接得到了转弯半径,解决了定位模块位置精度差的问题,且可通过提高转弯行驶速度及角速度传感器精度,减少测量误差;
本申请通过提高角速度的信号采用频率及进行相关均值滤波算法,保证每次测量时任意时刻输出的转弯半径值相同,不仅有效降低外界因素对车辆测量结果的影响,且可以通过延长测量时间优化测量结果。
附图说明
图1是本发明实施例一种车辆转弯半径测试装置的数据传递流程图;
图2是本发明实施例一种车辆转弯半径测试的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
如图1所示,为本发明实施例一种车辆转弯半径测试装置的数据传递流程图,图2是本发明实施例一种车辆转弯半径测试的示意图。
本发明提供了一种车辆转弯半径测试方法,具体包括如下操作:
1.安装测试装置,在车辆任意位置固定与处理器连接的GNSS接收机及三轴角速度传感器,在车辆待测位置上安装与GNSS接收机通过同轴电缆连接的GNSS接收天线;具体操作包括:
①将GNSS接收机固定在驾驶室内,GNSS接收机通过同轴电缆与接收天线连接用于解析天线的经纬度、速度、时间等信号;
②将GNSS接收天线,固定在车辆上需要测量相应转弯半径的位置,即待测点;
③三轴角速度传感器,可以固定在车辆任意位置,本申请实施例固定在转台上,安装方向不影响测试结果;
④数据采集模块通过CAN总线与定位模块及角速度传感器进行数据传输,处理器通过USB总线与数据采集模块进行数据传输。
2.参数采集
①将方向盘转到规定位置,并开始同步采集GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号。
②将车辆以不低于10km/h的速度,转弯行驶一圈以上。
③停车,结束数据采集,输出行驶中的实时转弯半径。
3.数据计算
(1)数据采集
被测车辆回转一周的周期为T,则GNSS瞬时速度信号的输出周期应小于0.05T,三轴角速度信号的输出周期应小于0.0025T。
车辆在水平地面转弯行驶中,受地面不平、车辆振动等影响,车身会出现微小的摆动、抖动等,由于摆动、抖动均属于角速度的往复变化,采取的测量及数据处理方法如下:
①将三轴角速度信号的采集频率提升至200Hz,GNSS输出速度信号的频率为10Hz,速度信号的采样时间间隔为t=0.1s,车辆在转弯行驶时,得到三轴角速度传感器信号序列为ωxiyizi,天线的瞬时速度序列为vj,采样点数为N。
②为降低车身抖动、摆动等影响,将三轴角速度信号进行均值滤波,参见公式(2),滤波后的时间序列与GNSS输出的速度序列一致,然后再计算车辆转弯时的角速度,参见公式(3)。
③通过运动学方程计算车辆瞬心到GNSS接收天线的距离,参见公式(4),也就是车辆转弯时的转弯半径序列,最后,
④公式(4)输出的转弯半径理论上都是相同的,都等于转弯半径真实值,但GNSS输出的车速、行驶回转角速度的随机波动会对转弯半径造成误差,因此,再对转弯半径序列求平均,得到最终转弯半径,参见公式(5)。
(2)数据处理
对三轴角速度传感器信号序列进行均值滤波,均值滤波点数n由角速度采样率及GNSS速度输出速率共同决定:
计算均值滤波后的三轴角速度传感器信号序列:
计算车辆转弯瞬时角速度信号序列:
计算瞬时转弯半径序列:
公式(4)计算的瞬时转弯半径序列理论上都等于真实的转弯半径,因此再通过计算平均值降低测量误差,最终瞬时转弯半径rn为:
式中:
ωxi为X轴角速度信号,单位为rad/s,
ωyi为Y轴角速度信号,单位为rad/s,
ωzi为Z轴角速度信号,单位为rad/s,
n为均值滤波点数,n=t1/t2,其中,t1为瞬时速度信号的采样时间,单位为s,t2为三轴角速度传感器信号的采样时间,单位为s,
j=n*i,i=1,2,3,4…,j为滤波后新的数据序列,
为X轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Y轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Z轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s。
为车辆的瞬时角速度信号,单位为rad/s,
rj——瞬时转弯半径序列,单位为m,
rn——最终的转弯半径,单位为m,
vj——待测点的瞬时速度,单位为m/s,
N——为速度采样点的个数。
本发明提供的一种车辆转弯半径测试方法,测量方法简单、快捷,利用了GNSS模块结合三轴角速度传感器信号,间接得到了转弯半径,巧妙避开直接测量运动轨迹的困难,且可通过提高转弯行驶速度及角速度传感器精度,进一步减少测量误差。
本申请方法通过提高角速度的信号采用频率及进行相关均值滤波算法,保证每次测量时任意时刻输出的转弯半径值相同,不仅有效降低外界因素对车辆测量结果的影响,且可以通过延长测量时间优化测量结果。
本发明还设置了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。本发明提供的一种车辆转弯半径测试方法用于评价车辆转弯的性能。
此外,本发明还提供了一种车辆转弯半径测试装置,该装置包括GNSS模块、三轴角速度传感器、数据采集模块及处理器,
所述GNSS模块包括与处理器连接的GNSS接收机,固定在车辆任意位置,在车辆待测位置上安装的GNSS接收天线,所述GNSS接收天线通过同轴电缆与GNSS接收机连接;所述三轴角速度传感器与处理器连接,固定在车辆任意位置;
所述数据采集模块用于同步采集GNSS模块中GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号;
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行任一项所述方法的步骤。
本发明提供的一种车辆转弯半径测试装置,具有安装过程简单,对场地及设备的技术要求低,测量效率高的特点。
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,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种车辆转弯半径测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
在车辆任意位置固定与处理器连接的GNSS接收机及三轴角速度传感器,在车辆待测位置上安装与GNSS接收机通过同轴电缆连接的GNSS接收天线;
同步采集GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号;
将三轴角速度传感器信号进行均值滤波处理,再通过运动学方程计算得到车辆最终转弯半径;
所述三轴角速度传感器信号进行均值滤波处理后的信号如下:
式中:
ωxi为X轴角速度信号,单位为rad/s,
ωyi为Y轴角速度信号,单位为rad/s,
ωzi为Z轴角速度信号,单位为rad/s,
n为均值滤波点数,n=t1/t2,其中,t1为瞬时速度信号的采样时间,单位为s,t2为三轴角速度传感器信号的采样时间,单位为s,
j=n*i,i=1,2,3,4…,j为滤波后新的数据序列,
为X轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Y轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s,
为Z轴滤波后的角速度信号,单位为rad/s;
所述车辆最终转弯半径的计算公式如下:
式中:
为车辆的瞬时角速度信号,单位为rad/s,
rj——瞬时转弯半径序列,单位为m,
rn——最终的转弯半径,单位为m,
vj——待测点的瞬时速度,单位为m/s,
N——为速度采样点的个数。
2.根据权利要求1所述的一种车辆转弯半径测试方法,其特征在于,所述t1小于0.05T,t2小于0.0025T,其中T为被测车辆回转一周的时间,单位为s。
3.权利要求1-2任一项所述的一种车辆转弯半径测试方法的应用,其特征在于,用于评价车辆转弯的性能。
4.一种车辆转弯半径测试装置,其特征在于,通过权利要求1-2任一项所述的一种车辆转弯半径测试方法进行测试,该装置包括GNSS模块、三轴角速度传感器、数据采集模块及处理器,
所述GNSS模块包括与处理器连接的GNSS接收机,固定在车辆任意位置,在车辆待测位置上安装的GNSS接收天线,所述GNSS接收天线通过同轴电缆与GNSS接收机连接;所述三轴角速度传感器与处理器连接,固定在车辆任意位置;
所述数据采集模块用于同步采集GNSS模块中GNSS接收机的瞬时速度信号和三轴角速度传感器信号;
所述处理器用于执行根据权利要求1-2任一项所述方法的步骤。
5.计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1-2任一项所述方法的步骤。
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