專利名稱：基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法及其裝置，屬于汽車測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車道路試驗是測量汽車各方面性能的綜合實驗。它包括汽車轉(zhuǎn)向回正性能試驗、穩(wěn)態(tài)回轉(zhuǎn)試驗、轉(zhuǎn)向輕便性試驗、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角脈沖輸入)、轉(zhuǎn)向瞬態(tài)響應(yīng)試驗(轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角階躍輸入)、蛇形試驗、最高車速試驗、最低穩(wěn)定車速試驗、汽車加速試驗、汽車燃油消耗量試驗(直接檔全油門加速燃油消耗量試驗，等速燃油消耗量試驗，多工況燃油消耗量試驗，限定條件下的平均使用燃油消耗量試驗)、平順性道路隨機(jī)輸入試驗、停止距離測定試驗、制動效率試驗、制動性能衰退復(fù)原試驗等多個方面。各個國家對上述衡量汽車性能的試驗及其所需測量的性能參數(shù)均有詳細(xì)的規(guī)定。我國對上述汽車道路實驗做了相應(yīng)的中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，其中對汽車道路試驗的測試設(shè)備的測量范圍，測量精度也做了相應(yīng)的規(guī)定。
目前用于汽車道路試驗的測量設(shè)備，主要有五輪儀，比如各種輪胎五輪儀、激光五輪儀、毫米波雷達(dá)五輪儀等。已有的五輪儀只能記錄路程，不能記錄位移，而且還存在以下的缺點(diǎn)1、由于五輪儀與地面產(chǎn)生摩擦阻力，因此對汽車動力性、制定性的測量產(chǎn)生影響。而且受路面狀況影響大，在下雨天或濕地上，凹凸不平的地方還會產(chǎn)生拖滑、跳動現(xiàn)象，造成測量誤差。
2、目前輪胎五輪儀已逐步被光學(xué)五輪議所替代，但是光學(xué)五輪儀同樣受地面條件限制，而且鏡頭在惡劣的使用環(huán)境下，如路面有灰土、積水時，容易被污染而影響測量精度。
3、目前無論是光學(xué)五輪議還是毫米波的五輪儀，設(shè)備價格都極為昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法及其裝置，以降低測量設(shè)備的成本，同時精確測量車輛的運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)。
本發(fā)明提出的基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法，包括以下步驟(1)被試驗車輛通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)；(2)接收全球定位系統(tǒng)對試驗場地中某一設(shè)定點(diǎn)的定位位置信號；
(3)被試驗車輛接收上述位置信號，并將其與通過全球定位系統(tǒng)得到的行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較，得到精確的車輛行駛狀態(tài)參數(shù)。
上述方法中的車輛行駛參數(shù)為行駛軌跡、行駛距離和行駛速度。
上述方法中，將位置參數(shù)與行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較的方法，包括如下步驟(1)設(shè)設(shè)定點(diǎn)的真實地理坐標(biāo)為(xbo，ybo，zbo)，按經(jīng)驗設(shè)定一個設(shè)定點(diǎn)的估計地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)，測量設(shè)定點(diǎn)的實時地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)i；(2)計算設(shè)定點(diǎn)地理坐標(biāo)的計算實時測量誤差(Δxi，Δyi，Δzi)為 (3)根據(jù)設(shè)定點(diǎn)真實地理坐標(biāo)計算設(shè)定點(diǎn)的真實實時測量誤差(Δxoi，Δyoi，Δzoi)為 (4)設(shè)車輛的真實地理坐標(biāo)為(xvoi，yvoi，zvoi)，測量車輛的實時地理坐標(biāo)(xvi，yvi，zvi)；(5)用設(shè)定點(diǎn)的計算實時測量誤差對車輛的實時測量地理坐標(biāo)進(jìn)行修正，得到測量的測定的車輛地理坐標(biāo)(xvei，yvei，zvei)為 本發(fā)明提出的基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量裝置，包括(1)用于通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)的信號接收電路，包括用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的車輛位置信號的接收機(jī)B2；用于對車輛位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換芯片U2；用于接收設(shè)定點(diǎn)發(fā)送的定位信號的接收數(shù)傳電臺B4；用于接收并暫存全球定位系統(tǒng)信號并接收數(shù)傳電臺轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)定點(diǎn)位置信號的單片機(jī)U1；用于使單片機(jī)U1與外部設(shè)備相連接的串口接口JP2；用于為接收機(jī)B2、芯片U2、電臺B4供電的接口JP3和JP4；
(2)用于測量設(shè)定點(diǎn)全球定位系統(tǒng)誤差的測量電路，包括用于將蓄電池12伏電壓變?yōu)?伏電壓的穩(wěn)壓芯片U3；用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的設(shè)定點(diǎn)位置信號的接收機(jī)B1；用于對設(shè)定點(diǎn)位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)與非門芯片U4；用于發(fā)送設(shè)定點(diǎn)位置信號的發(fā)射數(shù)傳電臺B3。
本發(fā)明提出的基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法及其裝置，其優(yōu)點(diǎn)是1、本發(fā)明的測量方法大大降低了車輛試驗設(shè)備成本。由于利用全球定位系統(tǒng)的低檔產(chǎn)品，在實驗性能滿足車輛道路試驗的要求下，使得利用該方法制作整套的測量設(shè)備成本大大降低，比一般的光學(xué)、雷達(dá)五輪儀減少成本幾十倍。
2、本發(fā)明的測量方法還大大減少了車輛試驗的測量工作量和測量強(qiáng)度。因為該方法能同時記錄速度、距離、位移以及車輛在地球坐標(biāo)系中的地理位置坐標(biāo)，因而能代替米尺、秒表、里程表，標(biāo)桿等多個測量工具，減少了額外的測量工作。
3、由于測量工作量和測量強(qiáng)度小，利用本方法可以大大提高試驗員車輛試驗的測量效率和車輛的正確率。
4、本發(fā)明的方法和裝置可以用于一些特殊的車輛試驗場合。由于能記錄車輛行駛的精確軌跡，該測試方法還能用于替代其它設(shè)備完成復(fù)雜的測量試驗，比如蛇行試驗，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)向試驗等。
5、本測量方法和裝置抗外界干擾能力較強(qiáng)，在惡劣的使用環(huán)境下，比如路面積水，灰土飛揚(yáng)，陰雨等，仍能使用本方法進(jìn)行測量。


圖1a和1b為本發(fā)明的車輛運(yùn)動狀態(tài)測量電路圖。
圖2為本發(fā)明方法中設(shè)定點(diǎn)用于接收和發(fā)送信號的電路圖。
圖3為利用本發(fā)明方法的一個實施例測得的車輛軌跡圖。
具體實施例方式
本發(fā)明提出的基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法，包括以下步驟首先被試驗車輛通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)；接收全球定位系統(tǒng)對試驗場地中某一設(shè)定點(diǎn)的定位位置信號；被試驗車輛接收上述位置信號，并將其與通過全球定位系統(tǒng)得到的行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較，得到精確的車輛行駛狀態(tài)參數(shù)。
上述方法中，車輛行駛參數(shù)可以為行駛軌跡、行駛距離和行駛速度。
上述方法中，將位置參數(shù)與行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較的方法包括如下步驟(1)設(shè)設(shè)定點(diǎn)的真實地理坐標(biāo)為(xbo，ybo，zbo)，按經(jīng)驗設(shè)定一個設(shè)定點(diǎn)的估計地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)，測量設(shè)定點(diǎn)的實時地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)i；(2)計算設(shè)定點(diǎn)地理坐標(biāo)的計算實時測量誤差(Δxi，Δyi，Δzi)為 (3)根據(jù)設(shè)定點(diǎn)真實地理坐標(biāo)計算設(shè)定點(diǎn)的真實實時測量誤差(Δxoi，Δyoi，Δzoi)為 (4)設(shè)車輛的真實地理坐標(biāo)為(xvoi，yvoi，zvoi)，測量車輛的實時地理坐標(biāo)(xvi，yvi，zvi)；(5)用設(shè)定點(diǎn)的計算實時測量誤差對車輛的實時測量地理坐標(biāo)進(jìn)行修正，得到測量的測定的車輛地理坐標(biāo)(xvei，yvei，zvei)為 上述修正所依據(jù)的原理是由于測量現(xiàn)場某一設(shè)定點(diǎn)的地理真實坐標(biāo)(xbo，ybo，zbo)往往未知，需要經(jīng)過嚴(yán)格的勘探和測量才能得到。所以一般的差分定位技術(shù)無法使用。本發(fā)明的測量方法中，通過預(yù)先估計設(shè)定點(diǎn)坐標(biāo)(xb，yb，zb)，然后用設(shè)定點(diǎn)的實時計算測量誤差對車輛的實時測量地理位置進(jìn)行修正，以得到車輛的盡量精確的運(yùn)動軌跡。
使用本發(fā)明方法測得的車輛軌跡中包含有一個系統(tǒng)的定常的偏差，這意味著測量得到的汽車運(yùn)動軌跡相對于真實的車輛運(yùn)動軌跡平移了一段距離。但是平移不會對車輛的軌跡形狀發(fā)生改變，因此不會影響汽車運(yùn)動過程的動態(tài)特性，所以該軌跡仍然是“精確的”。
上述系統(tǒng)的定常偏差ε通過以下公式計算
其中(Δxi，Δyi，Δzi)代表測量系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)的計算實時測量誤差，(Δxoi，Δyoi，Δzoi)代表測量系統(tǒng)設(shè)定點(diǎn)的真實實時誤差，(xb，yb，zb)代表根據(jù)經(jīng)驗估計的設(shè)定點(diǎn)地理坐標(biāo)，(xbo，ybo，zbo)代表設(shè)定點(diǎn)真實地理坐標(biāo)。由上述公式右端的一項可以看出，該偏差差值ε為常數(shù)，即與系統(tǒng)中的被測對象和測量時間無關(guān)，因此用設(shè)定點(diǎn)的計算實時誤差(Δxi，Δyi，Δzi)來修正車輛的實時測量地理坐標(biāo)是合理的。
本發(fā)明提出的基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量裝置，包括用于通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)的信號接收電路，其電路圖如圖1a和圖1b所示，包括用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的車輛位置信號的接收機(jī)B2，其型號為GARMIN GPS25-LVS；用于對車輛位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換芯片U2，其型號為MAX232；用于接收設(shè)定點(diǎn)發(fā)送的定位信號的接收數(shù)傳電臺B4，其型號為華榮匯RX100；用于接收并暫存全球定位系統(tǒng)信號并接收數(shù)傳電臺轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)定點(diǎn)位置信號的單片機(jī)U1，其型號為AT-MEGA161；用于使單片機(jī)U1與外部設(shè)備相連接的串口接口JP2；用于為接收機(jī)B2、芯片U2、電臺B4供電的接口JP3和JP4；用于測量設(shè)定點(diǎn)全球定位系統(tǒng)誤差的測量電路，其電路圖如圖2所示，包括用于將蓄電池12伏電壓變?yōu)?伏電壓的穩(wěn)壓芯片U3，其型號為LM7805；用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的設(shè)定點(diǎn)位置信號的接收機(jī)B1，其型號為GARMIN GPS25-LVS；用于對設(shè)定點(diǎn)位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)非門芯片U4，其型號為74LS04；用于發(fā)送設(shè)定點(diǎn)位置信號的發(fā)射數(shù)傳電臺B3，其型號為華榮匯TX500。
圖3所示是本發(fā)明方法的一個實施例得到的車輛行駛軌跡圖。
試驗內(nèi)容車輛操縱穩(wěn)定性試驗，記錄車輛勻速圓周運(yùn)動軌跡(該實驗可研究方向盤階躍輸入車輛轉(zhuǎn)向的穩(wěn)態(tài)響應(yīng))藍(lán)色線是汽車真實軌跡(車輛繞試車場地內(nèi)白色標(biāo)記線行駛，該標(biāo)記線為半徑10m的圓)，綠色”*”點(diǎn)是測量得到的軌跡。測量軌跡和真實軌跡非常符合。
權(quán)利要求
1.一種基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)被試驗車輛通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)；(2)接收全球定位系統(tǒng)對試驗場地中某一設(shè)定點(diǎn)的定位位置信號；(3)被試驗車輛接收上述位置信號，并將其與通過全球定位系統(tǒng)得到的行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較，得到精確的車輛行駛狀態(tài)參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中的車輛行駛參數(shù)為行駛軌跡、行駛距離和行駛速度。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于其中的將位置參數(shù)與行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較的方法包括如下步驟(1)設(shè)設(shè)定點(diǎn)的真實地理坐標(biāo)為(xbo，ybo，zbo)，按經(jīng)驗設(shè)定一個設(shè)定點(diǎn)的估計地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)，測量設(shè)定點(diǎn)的實時地理坐標(biāo)(xb，yb，zb)i；(2)計算設(shè)定點(diǎn)地理坐標(biāo)的計算實時測量誤差(Δxi，Δyi，Δzi)為 (3)根據(jù)設(shè)定點(diǎn)真實地理坐標(biāo)計算設(shè)定點(diǎn)的真實實時測量誤差(Δxoi，Δyoi，Δzoi)為 (4)設(shè)車輛的真實地理坐標(biāo)為(xvoi，yvoi，zvoi)，測量車輛的實時地理坐標(biāo)(xvi，yvi，zvi)；(5)用設(shè)定點(diǎn)的計算實時測量誤差對車輛的實時測量地理坐標(biāo)進(jìn)行修正，得到測量的測定的車輛地理坐標(biāo)(xvei，yvei，zvei)為
4.一種基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量裝置，其特征在于該裝置包括(1)用于通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)的信號接收電路，包括用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的車輛位置信號的接收機(jī)B2；用于對車輛位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換芯片U2；用于接收設(shè)定點(diǎn)發(fā)送的定位信號的接收數(shù)傳電臺B4；用于接收并暫存全球定位系統(tǒng)信號并接收數(shù)傳電臺轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)定點(diǎn)位置信號的單片機(jī)U1；用于使單片機(jī)U1與外部設(shè)備相連接的串口接口JP2；用于為接收機(jī)B2、芯片U2、電臺B4供電的接口JP3和JP4；(2)用于測量設(shè)定點(diǎn)全球定位系統(tǒng)誤差的測量電路，包括用于將蓄電池12伏電壓變?yōu)?伏電壓的穩(wěn)壓芯片U3；用于接收全球定位系統(tǒng)發(fā)出的設(shè)定點(diǎn)位置信號的接收機(jī)B1；用于對設(shè)定點(diǎn)位置信號中表征不同國際標(biāo)準(zhǔn)的電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)與非門芯片U4；用于發(fā)送設(shè)定點(diǎn)位置信號的發(fā)射數(shù)傳電臺B3。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于差分全球定位系統(tǒng)的車輛道路試驗測量方法和裝置，屬于汽車測試技術(shù)領(lǐng)域。首先被試驗車輛通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)；接收全球定位系統(tǒng)對試驗場地中某一設(shè)定點(diǎn)的定位位置信號；被試驗車輛接收上述位置信號，并將其與通過全球定位系統(tǒng)得到的行駛狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行比較，得到精確的車輛行駛狀態(tài)參數(shù)。本發(fā)明的裝置，包括用于通過全球定位系統(tǒng)得到行駛狀態(tài)參數(shù)的信號接收電路和用于測量設(shè)定點(diǎn)全球定位系統(tǒng)誤差的測量電路。本發(fā)明方法和裝置，降低了車輛試驗設(shè)備成本，減少了車輛試驗的測量工作量和測量強(qiáng)度，還能用于替代其它設(shè)備完成復(fù)雜的測量試驗。
文檔編號G01M17/007GK1570588SQ20041003399
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月23日
發(fā)明者連小珉, 張新豐, 皮得意 申請人:清華大學(xué)