基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法及其装置

摘要

本发明涉及一种基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法和装置，属于汽车测试技术领域。首先被试验车辆通过全球定位系统得到行驶状态参数；接收全球定位系统对试验场地中某一设定点的定位位置信号；被试验车辆接收上述位置信号，并将其与通过全球定位系统得到的行驶状态参数进行比较，得到精确的车辆行驶状态参数。本发明的装置，包括用于通过全球定位系统得到行驶状态参数的信号接收电路和用于测量设定点全球定位系统误差的测量电路。本发明方法和装置，降低了车辆试验设备成本，减少了车辆试验的测量工作量和测量强度，还能用于替代其它设备完成复杂的测量试验。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法及其装置，属于汽车测试技术领域。

背景技术

汽车道路试验是测量汽车各方面性能的综合实验。它包括汽车转向回正性能试验、稳态回转试验、转向轻便性试验、转向瞬态响应试验(转向盘转角脉冲输入)、转向瞬态响应试验(转向盘转角阶跃输入)、蛇形试验、最高车速试验、最低稳定车速试验、汽车加速试验、汽车燃油消耗量试验(直接档全油门加速燃油消耗量试验，等速燃油消耗量试验，多工况燃油消耗量试验，限定条件下的平均使用燃油消耗量试验)、平顺性道路随机输入试验、停止距离测定试验、制动效率试验、制动性能衰退复原试验等多个方面。各个国家对上述衡量汽车性能的试验及其所需测量的性能参数均有详细的规定。我国对上述汽车道路实验做了相应的中华人民共和国国家标准，其中对汽车道路试验的测试设备的测量范围，测量精度也做了相应的规定。

目前用于汽车道路试验的测量设备，主要有五轮仪，比如各种轮胎五轮仪、激光五轮仪、毫米波雷达五轮仪等。已有的五轮仪只能记录路程，不能记录位移，而且还存在以下的缺点：

1、由于五轮仪与地面产生摩擦阻力，因此对汽车动力性、制定性的测量产生影响。而且受路面状况影响大，在下雨天或湿地上，凹凸不平的地方还会产生拖滑、跳动现象，造成测量误差。

2、目前轮胎五轮仪已逐步被光学五轮议所替代，但是光学五轮仪同样受地面条件限制，而且镜头在恶劣的使用环境下，如路面有灰土、积水时，容易被污染而影响测量精度。

3、目前无论是光学五轮议还是毫米波的五轮仪，设备价格都极为昂贵。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法及其装置，以降低测量设备的成本，同时精确测量车辆的运动状态参数。

本发明提出的基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法，包括以下步骤：

(1)被试验车辆通过全球定位系统得到行驶状态参数；

(2)接收全球定位系统对试验场地中某一设定点的定位位置信号；

(3)被试验车辆接收上述位置信号，并将其与通过全球定位系统得到的行驶状态参数进行比较，得到精确的车辆行驶状态参数。

上述方法中的车辆行驶参数为行驶轨迹、行驶距离和行驶速度。

上述方法中，将位置参数与行驶状态参数进行比较的方法，包括如下步骤：

(1)设设定点的真实地理坐标为(x_bo，y_bo，z_bo)，按经验设定一个设定点的估计地理坐标(x_b，y_b，z_b)，测量设定点的实时地理坐标(x_b，y_b，z_b)ⁱ；

(2)计算设定点地理坐标的计算实时测量误差(Δxⁱ，Δyⁱ，Δzⁱ)为：

(3)根据设定点真实地理坐标计算设定点的真实实时测量误差(Δx_oⁱ，Δy_oⁱ，Δz_oⁱ)为：

(4)设车辆的真实地理坐标为(x_voⁱ，y_voⁱ，z_voⁱ)，测量车辆的实时地理坐标(x_vⁱ，y_vⁱ，z_vⁱ)；

(5)用设定点的计算实时测量误差对车辆的实时测量地理坐标进行修正，得到测量的测定的车辆地理坐标(x_veⁱ，y_veⁱ，z_veⁱ)为：

本发明提出的基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量装置，包括：

(1)用于通过全球定位系统得到行驶状态参数的信号接收电路，包括：

用于接收全球定位系统发出的车辆位置信号的接收机B2；

用于对车辆位置信号中表征不同国际标准的电平进行转换的电平转换芯片U2；

用于接收设定点发送的定位信号的接收数传电台B4；

用于接收并暂存全球定位系统信号并接收数传电台转发的设定点位置信号的单片机U1；

用于使单片机U1与外部设备相连接的串口接口JP2；

用于为接收机B2、芯片U2、电台B4供电的接口JP3和JP4；

(2)用于测量设定点全球定位系统误差的测量电路，包括：

用于将蓄电池12伏电压变为5伏电压的稳压芯片U3；

用于接收全球定位系统发出的设定点位置信号的接收机B1；

用于对设定点位置信号中表征不同国际标准的电平进行转换的电平转与非门芯片U4；

用于发送设定点位置信号的发射数传电台B3。

本发明提出的基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法及其装置，其优点是：

1、本发明的测量方法大大降低了车辆试验设备成本。由于利用全球定位系统的低档产品，在实验性能满足车辆道路试验的要求下，使得利用该方法制作整套的测量设备成本大大降低，比一般的光学、雷达五轮仪减少成本几十倍。  

2、本发明的测量方法还大大减少了车辆试验的测量工作量和测量强度。因为该方法能同时记录速度、距离、位移以及车辆在地球坐标系中的地理位置坐标，因而能代替米尺、秒表、里程表，标杆等多个测量工具，减少了额外的测量工作。

3、由于测量工作量和测量强度小，利用本方法可以大大提高试验员车辆试验的测量效率和车辆的正确率。

4、本发明的方法和装置可以用于一些特殊的车辆试验场合。由于能记录车辆行驶的精确轨迹，该测试方法还能用于替代其它设备完成复杂的测量试验，比如蛇行试验，稳态转向试验等。

5、本测量方法和装置抗外界干扰能力较强，在恶劣的使用环境下，比如路面积水，灰土飞扬，阴雨等，仍能使用本方法进行测量。

附图说明

图1a和1b为本发明的车辆运动状态测量电路图。

图2为本发明方法中设定点用于接收和发送信号的电路图。

图3为利用本发明方法的一个实施例测得的车辆轨迹图。

具体实施方式

本发明提出的基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量方法，包括以下步骤：首先被试验车辆通过全球定位系统得到行驶状态参数；接收全球定位系统对试验场地中某一设定点的定位位置信号；被试验车辆接收上述位置信号，并将其与通过全球定位系统得到的行驶状态参数进行比较，得到精确的车辆行驶状态参数。

上述方法中，车辆行驶参数可以为行驶轨迹、行驶距离和行驶速度。

上述方法中，将位置参数与行驶状态参数进行比较的方法包括如下步骤：

(1)设设定点的真实地理坐标为(x_bo，y_bo，z_bo)，按经验设定一个设定点的估计地理坐标(x_b，y_b，z_b)，测量设定点的实时地理坐标(x_b，y_b，z_b)ⁱ；

(2)计算设定点地理坐标的计算实时测量误差(Δxⁱ，Δyⁱ，Δzⁱ)为：

(3)根据设定点真实地理坐标计算设定点的真实实时测量误差(Δx_oⁱ，Δy_oⁱ，Δz_oⁱ)为：

(4)设车辆的真实地理坐标为(x_voⁱ，y_voⁱ，z_voⁱ)，测量车辆的实时地理坐标(x_vⁱ，y_vⁱ，z_vⁱ)；

(5)用设定点的计算实时测量误差对车辆的实时测量地理坐标进行修正，得到测量的测定的车辆地理坐标(x_veⁱ，y_veⁱ，z_veⁱ)为：

上述修正所依据的原理是：

由于测量现场某一设定点的地理真实坐标(x_bo，y_bo，z_bo)往往未知，需要经过严格的勘探和测量才能得到。所以一般的差分定位技术无法使用。本发明的测量方法中，通过预先估计设定点坐标(x_b，y_b，z_b)，然后用设定点的实时计算测量误差对车辆的实时测量地理位置进行修正，以得到车辆的尽量精确的运动轨迹。

使用本发明方法测得的车辆轨迹中包含有一个系统的定常的偏差，这意味着测量得到的汽车运动轨迹相对于真实的车辆运动轨迹平移了一段距离。但是平移不会对车辆的轨迹形状发生改变，因此不会影响汽车运动过程的动态特性，所以该轨迹仍然是“精确的”。

上述系统的定常偏差ε通过以下公式计算：

其中(Δxⁱ，Δyⁱ，Δzⁱ)代表测量系统设定点的计算实时测量误差，(Δx_oⁱ，Δy_oⁱ，Δz_oⁱ)代表测量系统设定点的真实实时误差，(x_b，y_b，z_b)代表根据经验估计的设定点地理坐标，(x_bo，y_bo，z_bo)代表设定点真实地理坐标。由上述公式右端的一项可以看出，该偏差差值ε为常数，即与系统中的被测对象和测量时间无关，因此用设定点的计算实时误差(Δxⁱ，Δyⁱ，Δzⁱ)来修正车辆的实时测量地理坐标是合理的。

本发明提出的基于差分全球定位系统的车辆道路试验测量装置，包括：

用于通过全球定位系统得到行驶状态参数的信号接收电路，其电路图如图1a和图1b所示，包括用于接收全球定位系统发出的车辆位置信号的接收机B2，其型号为GARMIN GPS25-LVS；用于对车辆位置信号中表征不同国际标准的电平进行转换的电平转换芯片U2，其型号为MAX232；用于接收设定点发送的定位信号的接收数传电台B4，其型号为华荣汇RX100；用于接收并暂存全球定位系统信号并接收数传电台转发的设定点位置信号的单片机U1，其型号为AT-MEGA161；用于使单片机U1与外部设备相连接的串口接口JP2；用于为接收机B2、芯片U2、电台B4供电的接口JP3和JP4；

用于测量设定点全球定位系统误差的测量电路，其电路图如图2所示，包括：

用于将蓄电池12伏电压变为5伏电压的稳压芯片U3，其型号为LM7805；用于接收全球定位系统发出的设定点位置信号的接收机B1，其型号为GARMIN GPS25-LVS；用于对设定点位置信号中表征不同国际标准的电平进行转换的电平转非门芯片U4，其型号为74LS04；用于发送设定点位置信号的发射数传电台B3，其型号为华荣汇TX500。

图3所示是本发明方法的一个实施例得到的车辆行驶轨迹图。

试验内容：车辆操纵稳定性试验，记录车辆匀速圆周运动轨迹(该实验可研究方向盘阶跃输入车辆转向的稳态响应)蓝色线是汽车真实轨迹(车辆绕试车场地内白色标记线行驶，该标记线为半径10m的圆)，绿色”*”点是测量得到的轨迹。测量轨迹和真实轨迹非常符合。