一種車輛行駛監控儀的製作方法
2024-03-24 12:00:05
本實用新型涉及導航定位技術領域，尤其涉及一種車輛行駛監控儀。
背景技術：
在機動車駕駛證科目三考試中，一項為直線行駛專項評判項目，內容為評判「方向控制不穩，不能保持車輛直線運行」(代碼40301)，需要考生保持直線行駛。另外，科目三考試中還有一項通用評判項目是「連續變更兩條或兩條以上車道」(代碼30121)，需要在變更兩條車道之間保持一定時間的直線行駛。
目前，為了便於電子監控車輛的直線行駛，一般會在考試車輛上設置GNSS(Global Navigation Satellite System，全球衛星導航系統)雙天線組對考試車輛的行駛情況進行監控，如圖1所示，兩個GNSS天線，一前一後安裝在考試車輛上。將考試車輛作為一個剛體，安裝在車輛上的兩個GNSS天線順著車輛的縱軸方向，利用GNSS RTK(Real-time kinematic，載波相位差分技術)載波相位差分技術可以得到兩個GNSS的精確定位坐標，根據這兩個定位坐標，可以確定該車輛的基線向量，從而利用基線向量反映出被測車輛的航向角。
上述方案中GNSS需要具備雙天線和OEM(Original Equipment Manufacturer，原始設備製造商)板卡，這種裝置的造價較貴，對考試車輛直線行駛的監控成本較高。
技術實現要素：
本實用新型實施例提供一種車輛行駛監控儀，用以降低現有技術中雙天線GNSS的功耗和價格。
本實用新型實施例提供的一種車輛行駛監控儀，包括：慣性導航儀、GNSS 導航儀、第一信號合成器和報警器；
所述慣性導航儀，用於確定車輛行駛的第一航向角偏移量；
所述GNSS導航儀，用於確定所述車輛行駛的第二航向角偏移量；
所述第一信號合成器的輸入端分別與所述慣性導航儀的輸出端以及所述GNSS導航儀的輸出端相連，所述第一信號合成器用於根據所述第一航向角偏移量和所述第二航向角偏移量以確定誤差估值，所述誤差估值用於校正所述車輛行駛的航向角偏移量；
所述報警器，用於接收校正後的所述車輛行駛的航向角偏移量，並判斷所述校正後的所述車輛行駛的航向角偏移量是否大於閾值，若是，則確定所述車輛行駛不合規。
可選的，所述慣性導航儀，用於獲得所述車輛在第一時刻的第一航向角與所述車輛在第二時刻的第二航向角，從而得到所述第一航向角偏移量；
所述GNSS導航儀，用於獲得所述車輛在所述第一時刻的第三航向角及所述車輛在所述第二時刻的第四航向角，從而得到所述第二航向角偏移量。
可選的，所述GNSS導航儀包括GNSS接收機和GNSS處理器；
所述GNSS接收機，用於接收衛星信號並發送給所述GNSS處理器；
所述GNSS處理器，用於根據所述衛星信號確定所述車輛行駛的第二航向角偏移量。
可選的，所述慣性導航儀包括慣性測量單元和慣導計算單元，
所述慣性測量單元，用於測量所述車輛的加速度和角加速度；
所述慣導計算單元，用於根據所述車輛的加速度和角加速度，確定所述車輛的所述第一航向角偏移量。
可選的，所述第一信號合成器的輸出端分別與所述慣性導航儀的輸入端以及所述GNSS導航儀的輸入端相連，所述誤差估值用於校正所述慣性導航儀的測量數據以及所述GNSS導航儀的測量數據。
可選的，所述第一信號合成器的輸出端通過第一卡爾曼濾波器，分別與所述慣性導航儀的輸入端以及所述GNSS導航儀的輸入端相連，所述第一卡爾曼濾波器用於對所述誤差估值去噪。
可選的，還包括第二信號合成器，所述第二信號合成器的輸入端分別連接所述慣性導航儀的輸出端以及所述第一信號合成器的輸出端，所述第二信號合成器的輸出端連接所述報警器的輸入端，所述誤差估值用於校正所述慣性導航儀的輸出結果。
可選的，所述第一信號合成器的輸出端通過第一卡爾曼濾波器與所述第二信號合成器的輸入端相連，所述第一卡爾曼濾波器用於對所述誤差估值去噪。
可選的，所述第一信號合成器的輸入端通過第二卡爾曼濾波器與所述GNSS導航儀的輸出端相連，所述第二卡爾曼濾波器用於對所述GNSS導航儀的輸出結果去噪。
本實用新型實施例中的車輛行駛監控儀，包括慣性導航儀、GNSS導航儀、第一信號合成器和報警器。將該監控儀安裝在駕照考試車輛上，在車輛行駛的過程中，慣性導航儀確定考試車輛的航向角偏移量。慣性導航儀在短時間內的測量精度較高，由於航向角偏移量為一段時間內的測量累計值，相應的定位誤差也將隨時間而累積，因此，只依靠慣性導航儀確定的航向角偏移量，誤差較大。本實用新型實施例中，還利用GNSS導航儀來校正慣性導航儀的測量誤差。慣性導航儀確定考試車輛的第一航向角偏移量，GNSS導航儀確定該考試車輛的第二航向角偏移量。慣性導航儀的輸出端與第一信號合成器的輸入端相連，將考試車輛的第一航向角偏移量傳送給第一信號合成器。GNSS導航儀輸出端與第一信號合成器的輸入端相連，將同一車輛的第二航向角偏移量傳送給第一信號合成器。第一航向角偏移和第二航向角偏移在第一信號合成器中合成，以確定慣性導航儀的誤差估值，該誤差估值用於校正考試車輛的航向角偏移量。第一信號合成器的輸出端與報警器的輸入端相連，將校正後的航向角偏移量發送給報警器。報警器將校正後的航向角偏移量與預先設定的閾值進行對比，若校正後的航向角偏移量大於閾值，則確定考試車輛的行駛不合規。本實用新型實施例中，利用慣性導航儀測定考試車輛的航向角偏移量，用於判定考試車輛是否按直線行駛，GNSS導航儀對慣性導航儀的測量結果進行校正，保證了測量結果的準確性。由於使用了一個慣性導航儀和一個GNSS導航儀，而慣性導航儀和GNSS導航儀的的成本價格遠低於現有駕駛考試中使用的雙天線加高精度GNSS板卡的方案，因此相較於現有技術方案，本實用新型實施例降低了價格，節省了對考試車輛行駛情況監控的成本。
附圖說明
圖1為現有技術中一種GNSS雙天線組的示意圖；
圖2為本實用新型提供的一種車輛行駛監控儀的結構示意圖；
圖3為本實用新型中慣性導航儀的結構示意圖；
圖4為本實用新型中GNSS導航儀的結構示意圖；
圖5為本實用新型的實施例一提供的一種車輛行駛監控儀的結構示意圖；
圖6為本實用新型的實施例二提供的一種車輛行駛監控儀的結構示意圖；
圖7為本實用新型的實施例一中包括第二卡爾曼濾波器的車輛行駛監控儀的結構示意圖；
圖8為本實用新型的實施例二中包括第二卡爾曼濾波器的車輛行駛監控儀的結構示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本實用新型作進一步地詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部份實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
本實用新型實施例提供了一種車輛行駛監控儀，可以安裝在車輛上，應用於在機動車駕駛證考試中，對考試車輛的行駛情況進行監控。
圖2示出了本實用新型實施例提供的一種車輛行駛監控儀的結構示意圖。如圖2所示，監控儀包括慣性導航儀、GNSS導航儀、第一信號合成器和報警器；
所述慣性導航儀，用於確定車輛行駛的第一航向角偏移量；
所述GNSS導航儀，用於確定所述車輛行駛的第二航向角偏移量；
所述第一信號合成器的輸入端分別與所述慣性導航儀的輸出端以及所述GNSS導航儀的輸出端相連，所述第一信號合成器用於根據所述第一航向角偏移量和所述第二航向角偏移量以確定誤差估值，所述誤差估值用於校正所述車輛行駛的航向角偏移量；
所述報警器，用於接收校正後的所述車輛行駛的航向角偏移量，並判斷所述校正後的所述車輛行駛的航向角偏移量是否大於閾值，若是，則確定所述車輛行駛不合規。
本實用新型中的慣性導航儀，用於獲得所述車輛在第一時刻的第一航向角與所述車輛在第二時刻的第二航向角，從而得到所述第一航向角偏移量。
為了實現上述功能，慣性導航儀包括慣性測量單元和慣導計算單元，如圖3所示。慣性測量單元，用於測量所述車輛的加速度和角加速度。具體來說，慣性測量單元由3個陀螺儀和3個加速度計組成。陀螺儀用來測量考試車輛的角速率，加速度計用來測量考試車輛運動的加速度。慣導計算單元，用於根據所述車輛的加速度和角加速度，確定所述車輛的第一航向角偏移量，其根據慣性測量單元的測量結果，對考試車輛的角速度和加速度進行積分等導航解算，算出考試車輛的航向角，進一步計算出考試車輛的第一航向角偏移量。
慣性導航儀是利用陀螺儀和加速度計等傳感器測量出考試車輛的加速度和角加速度，根據測量出的信息自主地推算出考試車輛的航向角偏移量。慣性導航儀的測量是一種依靠載體自身設備獨立自主地進行定位，不受外界環境的幹擾，因此在短時間內的精度較高。但由於慣性導航儀中傳感器本身存在隨機漂移和隨機誤差，通過加速度和角加速度推算出航向角偏移量為積分運算，測量中的誤差也會隨著時間而累積。
本實用新型中的GNSS導航儀，用於獲得所述車輛在所述第一時刻的第三航向角及所述車輛在所述第二時刻的第四航向角，從而得到所述第二航向角偏移量。
為了實現上述功能，GNSS導航儀包括GNSS接收機和GNSS處理器，如圖4所示。所述GNSS接收機，用於接收衛星信號並發送給所述GNSS處理器；所述GNSS處理器，用於根據所述衛星信號確定所述車輛行駛的第二航向角偏移量。GNSS處理器測量出GNSS接收機在同一時刻與多顆衛星的距離，並通過解算求解出GNSS接收機所處的航向角偏移量。
GNSS導航儀具有全球、全天候、連續、實時提供高精度的三維位置和三維速度信息的能力，是實現全球定位的高新技術。但是在城市高樓區、林蔭道、隧道等地方有可能導致GNSS信號的遮擋，引起GNSS信號的暫時中斷以及多路徑效應，從而造成車輛定位系統無法實時定位或者定位精度降低。
本實用新型實施例利用GNSS導航系統來校正慣性導航系統，利用GNSS導航系統確定誤差估值，從而對慣性導航系統的誤差、航向、速度誤差以及平臺姿態的誤差進行分析，得出最優估計，然後再對慣性導航系統進行校正反饋。一方面慣性導航儀能夠提供的絕對位置精度很高，不受定位時間的影響，減少了多路徑效應，且由於慣性導航儀的輸出頻率大於GNSS導航儀的輸出頻率，慣性導航儀可以補償GNSS導航儀的信號更新頻率慢以及GNSS信號被遮擋時精度下降或無法定位等缺陷。另一方面，GNSS導航儀可以為慣性導航儀提供航位推算的初值，對慣性導航儀進行定位誤差等系統參數的矯正。導航系統只有GNSS需要具有兩個或者兩個以上天線才能具有較高地測量姿態角的精度。而慣性導航儀短期內具有較好的精度，但若沒有其它導航系統的輔助，其姿態角的測量誤差會有所積累。因此，通過將慣性導航儀和GNSS導航儀相結合的方案，利用GNSS導航儀的穩定性來抑制慣性導航儀的誤差積累，利用慣性導航儀的短期高精度來提高GNSS導航儀的精度，從而可得到最優的測量結果，準確測量考試車輛的航向角偏移量和位移，並在考試車輛行駛不合格後進行提醒報警，達到對考試車輛的監控作用。
本實用新型的實施例一中，如圖5所示，所述第一信號合成器的輸出端分別與所述慣性導航儀的輸入端以及所述GNSS導航儀的輸入端相連，所述誤差估值用於校正所述慣性導航儀的測量數據以及所述GNSS導航儀的測量數據。簡單來說，即為第一信號合成器將誤差估值分別反饋到慣性導航儀和GNSS導航儀中，直接校正慣性導航儀和GNSS導航儀對考試車輛的測量值。
為了進一步提高對考試車輛監測的準確性，所述第一信號合成器的輸出端通過第一卡爾曼濾波器，分別與所述慣性導航儀的輸入端以及所述GNSS導航儀的輸入端相連，所述第一卡爾曼濾波器用於對所述誤差估值去噪。卡爾曼濾波器利用線性系統狀態方程，通過輸入輸出觀測數據，對誤差估值進行最優值估計。由於觀測數據中包含了噪聲和幹擾的影響，所以最優估計也可看作是濾波過程，即卡爾曼濾波器對測算出的誤差估值進行去噪。
本實用新型的實施例二中，如圖6所示，還包括第二信號合成器，所述第二信號合成器的輸入端分別連接所述慣性導航儀的輸出端以及所述第一信號合成器的輸出端，所述第二信號合成器的輸出端連接所述報警器的輸入端，所述誤差估值用於校正所述慣性導航儀的輸出結果。
與實施例一相似，所述第一信號合成器的輸出端通過第一卡爾曼濾波器與所述第二信號合成器的輸入端相連，所述第一卡爾曼濾波器用於對所述誤差估值去噪。
進一步地，本實用新型實施例還包括第二卡爾曼濾波器，所述第二卡爾曼濾波器用於對所述GNSS導航儀的輸出結果去噪。本實用新型的實施例一和實施例二中均可包括第二卡爾曼濾波器，則所述第一信號合成器的輸入端通過第二卡爾曼濾波器與所述GNSS導航儀的輸出端相連，如圖7和圖8所示。
總的來說，本實用新型實施例中的車輛行駛監控儀，包括慣性導航儀、GNSS導航儀、第一信號合成器和報警器。將該監控儀安裝在駕照考試車輛上，在車輛行駛的過程中，慣性導航儀確定考試車輛的航向角偏移量。慣性導航儀在短時間內的測量精度較高，由於航向角偏移量為一段時間內的測量累計值，相應的定位誤差也將隨時間而累積，因此，只依靠慣性導航儀確定的航向角偏移量，誤差較大。本實用新型實施例中，還利用GNSS導航儀來校正慣性導航儀的測量誤差。慣性導航儀確定考試車輛的第一航向角偏移量，GNSS導航儀確定該考試車輛的第二航向角偏移量。慣性導航儀的輸出端與第一信號合成器的輸入端相連，將考試車輛的第一航向角偏移量傳送給第一信號合成器。GNSS導航儀輸出端與第一信號合成器的輸入端相連，將同一車輛的第二航向角偏移量傳送給第一信號合成器。第一航向角偏移和第二航向角偏移在第一信號合成器中合成，以確定慣性導航儀的誤差估值，該誤差估值用於校正考試車輛的航向角偏移量。第一信號合成器的輸出端與報警器的輸入端相連，將校正後的航向角偏移量發送給報警器。報警器將校正後的航向角偏移量與預先設定的閾值進行對比，若校正後的航向角偏移量大於閾值，則確定考試車輛的行駛不合規。本實用新型實施例中，利用慣性導航儀測定考試車輛的航向角偏移量，用於判定考試車輛是否按直線行駛，GNSS導航儀對慣性導航儀的測量結果進行校正，保證了測量結果的準確性。由於使用了一個慣性導航儀和一個GNSS導航儀，而慣性導航儀和GNSS導航儀的成本價格遠低於現有駕駛考試中使用的雙天線加高精度GNSS板卡的方案，因此相較於現有技術方案，本實用新型實施例降低了價格，節省了對考試車輛行駛情況監控的成本。
儘管已描述了本實用新型的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型範圍的所有變更和修改。
顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和範圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬於本實用新型權利要求及其等同技術的範圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。