專利名稱：車輛位置檢測(cè)裝置及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定移動(dòng)中車輛位置的檢測(cè)裝置和獲取車輛定位信息的方法。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用于航空、航天、航海及地面運(yùn)載工具的導(dǎo)航和定位的全球定位系統(tǒng)(GPS)可為全球范圍提供全天候、連續(xù)三維的定位和導(dǎo)航能力。但是，當(dāng)車輛進(jìn)入隧道、高架道路下方或者高樓林立的城市中心道路的時(shí)候，GPS接收機(jī)天線受到遮擋或信號(hào)受到干擾，GPS就不能正常工作。為了解決這一問(wèn)題，中國(guó)發(fā)明專利ZL97110539.1提出了利用方位傳感器和速度傳感器計(jì)算當(dāng)前位置，補(bǔ)充GPS信號(hào)缺失的方法。目前導(dǎo)航系統(tǒng)使用最多的方位傳感器是陀螺儀之類的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)，通過(guò)對(duì)慣性測(cè)量器件(IMU)測(cè)得的載體角速度、加速度進(jìn)行運(yùn)算和變換獲得導(dǎo)航信息。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的核心部件是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺，不僅抗振性能差，而且制造成本較高。因此，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)目前主要用于運(yùn)載火箭、飛機(jī)、船舶等大型運(yùn)載工具和一些高檔車輛的導(dǎo)航系統(tǒng)，很難在普通民用車輛中推廣。
根據(jù)物理學(xué)的原理，在地面運(yùn)行的車輛可以看作是一個(gè)做平面運(yùn)動(dòng)的剛體。參見(jiàn)圖1，以車輛兩側(cè)車輪軸心點(diǎn)L和R為參考點(diǎn)，在任一瞬間，車輛的運(yùn)動(dòng)可以分解為車體沿參考點(diǎn)R平移與繞參考點(diǎn)R轉(zhuǎn)動(dòng)的合成運(yùn)動(dòng)。車體上參考點(diǎn)L相對(duì)于參考點(diǎn)R轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度約等于車體兩側(cè)的速度差Δυ＝υL-υR，參考點(diǎn)L繞參考點(diǎn)R轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω≈Δυ/l，式中l(wèi)是點(diǎn)L與點(diǎn)R之間的距離，也就是車輛左右車輪的間距。因此，只要知道車輛在前一瞬間的位置和方向，測(cè)得車體上L和R兩點(diǎn)的移動(dòng)速度υL和υR，就可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律推算出車輛的運(yùn)行軌跡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種以較低的成本獲取車輛定位信息的車輛位置檢測(cè)裝置和一種在GPS信號(hào)受到干擾或缺失時(shí)能夠確定移動(dòng)中車輛當(dāng)前位置的方法。
本發(fā)明提供的車輛位置檢測(cè)裝置包括一個(gè)接收和處理GPS衛(wèi)星信號(hào)的GPS模塊，用于接收衛(wèi)星定位信息；兩組速度傳感元件，用于檢測(cè)車輛左右兩側(cè)的車輪或其它行走機(jī)構(gòu)的行進(jìn)速度；一個(gè)計(jì)算單元，用于計(jì)算車輛的行進(jìn)速度、方向和位置坐標(biāo)，比較GPS定位信息與計(jì)算的結(jié)果，排除無(wú)效數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確有效的車輛定位信息。
一個(gè)通訊接口，用于把經(jīng)過(guò)計(jì)算單元處理的車輛定位信息傳送給位置信息顯示設(shè)備或車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的確定移動(dòng)中車輛當(dāng)前位置的方法是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的1.利用車輛左右兩側(cè)安裝的速度傳感元件，分別檢測(cè)車輛兩側(cè)的車輪或其它行走機(jī)構(gòu)的行進(jìn)速度，根據(jù)速度傳感器所測(cè)速度計(jì)算車輛的行進(jìn)速度和行進(jìn)方向方位角的變化；2.以車輛在前一瞬間的位置坐標(biāo)和方位作為參考定位信息，結(jié)合步驟1的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算車輛當(dāng)前的位置坐標(biāo)和方位；3.接收GPS定位信息，比較GPS測(cè)量得到的定位數(shù)據(jù)和步驟2的計(jì)算結(jié)果，消除GPS信號(hào)阻斷或受干擾造成的無(wú)效數(shù)據(jù)，消除步驟2計(jì)算結(jié)果的累積誤差，從而獲得準(zhǔn)確有效的車輛定位信息。


圖1是本發(fā)明工作原理的示意圖。
圖2是本發(fā)明車輛位置檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例電路框圖。
圖3是本發(fā)明車輛位置檢測(cè)裝置中的傳感器設(shè)置示意圖。
圖4是本發(fā)明獲得車輛定位信息方法的處理流程圖。
圖5是車輛運(yùn)行軌跡示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述。
本發(fā)明提供的車輛位置檢測(cè)裝置的一個(gè)實(shí)施例包括以下幾個(gè)部分，見(jiàn)圖2
接收和處理GPS衛(wèi)星信號(hào)的GPS模塊1，用于接收和提供衛(wèi)星定位信息。該GPS模塊1可以是通用的GPS定位模塊，例如，GARMIN公司的GPS15或GPS25系列。
左側(cè)速度傳感元件2和右側(cè)速度傳感元件3，分別安裝在車輛的左右兩側(cè)，用于檢測(cè)車輛左右兩側(cè)的車輪或其它行走機(jī)構(gòu)的行進(jìn)速度。速度傳感元件2和3可以是各類通用的速度檢測(cè)傳感元件，例如，電磁感應(yīng)線圈，光電傳感器或某種磁性傳感元件。最簡(jiǎn)單的傳感元件可以采用舌簧管，更加可靠的傳感元件可以采用霍爾元件或者磁敏電阻之類的無(wú)觸點(diǎn)傳感元件。
計(jì)算單元4，用于計(jì)算車輛的行進(jìn)速度、方向和位置坐標(biāo)，比較GPS定位信息與計(jì)算的結(jié)果，排除無(wú)效數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確有效的車輛定位信息。計(jì)算單元4可以采用普通的單片微處理器，例如，MCS-51系列的89C51或89C52芯片。GPS模塊1連接到計(jì)算單元4的串行通訊接口的數(shù)據(jù)接收輸入端RXD。速度傳感元件2和3連接到計(jì)算單元4的輸入端口，例如，MCS-51系列的P3口或P1口中的某幾個(gè)輸入端。
通訊接口5，用于把經(jīng)過(guò)計(jì)算單元處理的車輛定位信息傳送給位置信息顯示設(shè)備或車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。通訊接口5可以使用計(jì)算單元4的串行通訊接口的數(shù)據(jù)發(fā)送輸出端TXD。為了方便與車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的電腦連接，串行通訊端口可以使用RS232標(biāo)準(zhǔn)，采用通用的MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明車輛位置檢測(cè)裝置中的所采用的速度傳感元件2或3，每一組至少包括1個(gè)固定在車體上的敏感元件和1個(gè)固定在車輪上的感應(yīng)點(diǎn)元件。圖3是本發(fā)明中的速度傳感元件的一種具體設(shè)置方案。本設(shè)置方案中的感應(yīng)點(diǎn)元件7是固定在車輪內(nèi)側(cè)與敏感元件相對(duì)的永久磁鐵，沿著左右車輪6的內(nèi)側(cè)、磁性敏感元件2或3對(duì)應(yīng)位置的圓周均勻分布，各安置8個(gè)感應(yīng)點(diǎn)元件。采用本設(shè)置方案，車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周，每個(gè)速度傳感元件可以得到8個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，可以在幾乎不增加成本的條件下提高測(cè)量精度。
在本設(shè)置方案中，傳感元件2和3各包含兩個(gè)敏感元件，分別固定在車體兩側(cè)靠近左右車輪6、與感應(yīng)點(diǎn)元件7相對(duì)的位置。通過(guò)檢測(cè)同一組兩個(gè)傳感元件產(chǎn)生的計(jì)數(shù)脈沖之間的相位差，可以判斷車輪旋轉(zhuǎn)的方向。由于車輛兩側(cè)的車輪通常都是燕祥同方向旋轉(zhuǎn)，一種更簡(jiǎn)單的方案是僅在一側(cè)的傳感元件2或3中配置兩個(gè)敏感元件。
本發(fā)明提供的車輛位置檢測(cè)裝置的計(jì)算單元4還可以合并到GPS模塊1的內(nèi)部，與GPS衛(wèi)星信號(hào)處理共用同一個(gè)計(jì)算單元，構(gòu)成一種模塊化的車輛位置檢測(cè)裝置。
本發(fā)明提供的確定移動(dòng)中車輛當(dāng)前位置的方法包括圖4所示的具體步驟，以下結(jié)合圖1、圖4和圖5詳細(xì)描述本發(fā)明提供的車輛定位方法1.利用車輛左右兩側(cè)安裝的速度傳感元件2和3，分別檢測(cè)車輛兩側(cè)車輪的行進(jìn)速度υL和υR，計(jì)算車輛t時(shí)刻的平均速度υt＝(υL+υR)/2，計(jì)算行進(jìn)方向方位角的變化角速度ω；2.以車輛在t0所處位置P0的地理坐標(biāo)和方位角θ0作為參考定位信息，利用平均速度υ和角速度ω對(duì)時(shí)間的積分，計(jì)算車輛t時(shí)刻的地理位置坐標(biāo)P，方位角變化量Δθ＝∫ωdt，計(jì)算車輛到達(dá)位置P時(shí)的行進(jìn)方向的方位角θ＝θA+Δθ；3.利用GPS模塊1接收導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，如果GPS衛(wèi)星信號(hào)有效，利用GPS定位數(shù)據(jù)，獲得t時(shí)刻車輛所處位置PG點(diǎn)的地理坐標(biāo)、行進(jìn)方向的方位角θG和車輛行進(jìn)速度υG；4.比較GPS模塊獲得的車輛行進(jìn)速度υG和按步驟1實(shí)際測(cè)量得到的平均速度υt，如果誤差不超過(guò)允許的范圍，就使用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)PG、θG和實(shí)測(cè)平均速度υt作為車輛在t時(shí)刻的基本定位信息，消除步驟2計(jì)算結(jié)果的累積誤差；5.如果υG和υt比較誤差超過(guò)允許的范圍，就可以判定GPS受到干擾，接收到的數(shù)據(jù)為無(wú)效數(shù)據(jù)，或者，如果GPS模塊1無(wú)法接收到有效的衛(wèi)星信號(hào)，就使用步驟2計(jì)算得到的數(shù)據(jù)P、θ和實(shí)測(cè)平均速度υt作為車輛在t時(shí)刻的基本定位信息，消除GPS信號(hào)阻斷或受干擾造成的無(wú)效數(shù)據(jù)；6.經(jīng)過(guò)步驟4或步驟5獲得的基本定位信息，通過(guò)通訊接口傳送給位置信息顯示設(shè)備或車輛導(dǎo)航系統(tǒng)，同時(shí)保存作為新的參考定位信息；7.重復(fù)步驟1至步驟6的過(guò)程，就可以消除GPS信號(hào)阻斷或受干擾造成的無(wú)效數(shù)據(jù)，消除按照速度和方向推算定位時(shí)計(jì)算結(jié)果的累積誤差，連續(xù)獲得可靠的有效車輛定位信息。
由以上的說(shuō)明可以看出，本發(fā)明提供的車輛位置檢測(cè)裝置和方法，采用成本低廉可靠性高的速度傳感元件取代復(fù)雜昂貴的慣性測(cè)量器件，能夠以極低的成本彌補(bǔ)單純GPS車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的GPS信號(hào)易受干擾的缺陷，能夠在GPS信號(hào)受到干擾或缺失時(shí)準(zhǔn)確地測(cè)定移動(dòng)中車輛的位置。在目前新型車輛的制動(dòng)系統(tǒng)普遍采用的根據(jù)車輪轉(zhuǎn)速控制制動(dòng)過(guò)程的ABS技術(shù)中，每個(gè)車輪都需配備速度傳感元件測(cè)量車輪的轉(zhuǎn)速，因此，如果本發(fā)明提供的車輛位置檢測(cè)裝置和ABS制動(dòng)系統(tǒng)共用同一套速度傳感元件，就可以幾乎不增加成本而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)，從而更加明顯地突出本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種車輛位置測(cè)量裝置，包括一個(gè)接收和處理GPS衛(wèi)星信號(hào)的GPS模塊，用于接收衛(wèi)星定位信息；兩組速度傳感元件，用于檢測(cè)車輛左右兩側(cè)的車輪或其它行走機(jī)構(gòu)的行進(jìn)速度；一個(gè)計(jì)算單元，用于計(jì)算車輛的行進(jìn)速度、方向和車輛位置坐標(biāo)，比較GPS定位信息與計(jì)算的結(jié)果，排除無(wú)效數(shù)據(jù)，提供準(zhǔn)確有效的車輛定位信息；一個(gè)通訊接口，用于把經(jīng)過(guò)計(jì)算單元處理的車輛定位信息傳送給位置信息顯示設(shè)備或車輛導(dǎo)航系統(tǒng)。
2.權(quán)利要求1所述的車輛位置測(cè)量裝置，其特征在于所述的速度傳感元件每組包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的感應(yīng)點(diǎn)元件，用于提高測(cè)量精度。
3.權(quán)利要求1所述的車輛位置測(cè)量裝置，其特征在于所述的兩組速度傳感元件中至少有一組包含兩個(gè)敏感元件，用于判斷車輪旋轉(zhuǎn)方向。
4.權(quán)利要求2所述的車輛位置測(cè)量裝置，其特征在于所述的速度傳感元件中至少有一組包含兩個(gè)敏感元件，用于判斷車輪旋轉(zhuǎn)方向。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的車輛位置測(cè)量裝置，其特征在于所述的的計(jì)算單元合并到GPS模塊內(nèi)部，構(gòu)成一種模塊化的車輛位置檢測(cè)裝置。
6.一種確定移動(dòng)中車輛當(dāng)前位置的方法，該方法包括以下步驟檢測(cè)車輛兩側(cè)的速度；計(jì)算車輛的行進(jìn)速度和行進(jìn)方向方位角的變化；計(jì)算車輛當(dāng)前的位置坐標(biāo)和方位；把計(jì)算結(jié)果與GPS測(cè)量得到的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，消除GPS信號(hào)阻斷或受干擾造成的無(wú)效數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的累積誤差，獲得準(zhǔn)確有效的車輛定位信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以較低的成本獲取車輛定位信息的車輛定位裝置和確定移動(dòng)中車輛當(dāng)前位置的方法。本發(fā)明的車輛定位裝置利用置于車輛兩側(cè)的速度傳感元件檢測(cè)測(cè)量?jī)蓚?cè)車輪的速度，通過(guò)計(jì)算得到車輛行進(jìn)方向的變化，不需要慣性導(dǎo)航元件，就可以解決當(dāng)車輛進(jìn)入隧道、高架道路下方或者高樓林立的城市中心道路的時(shí)候GPS不能正常工作的問(wèn)題。采用本發(fā)明的方法可以消除GPS信號(hào)阻斷或受干擾造成的無(wú)效數(shù)據(jù)，消除按照速度和方向推算定位時(shí)計(jì)算結(jié)果的累積誤差，連續(xù)獲得準(zhǔn)確有效的車輛定位信息。
文檔編號(hào)G01S5/14GK1405530SQ02137319
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月8日
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