测量装置和测量系统 【技术领域】
本发明涉及固定在车辆上以测量地点间距离和行驶速度的测量装置和测量系统。背景技术 例如, 为了形成电子地图、 地图册等, 被称为探测车且边拍摄地理和建筑边测量距 离的测量车辆实际沿着道路行驶以采集数据。当测量车辆测量地点间距离时, 安装在测量 车辆的车轮外表面上的回转编码器被用作传统的测量装置。 该回转编码器是在箱形壳体中 装有具有沿周向以预定间隔开设的多个缝隙的圆盘和检测缝隙转动的光断续器的装置。 这 种传统的测量装置如此安装, 即, 用于使圆盘转动的转轴被固定到车轮的外中心部并且通 过跨越开设在车身护板中的轮胎房的支架来保持壳体。
作为回转编码器, 已知有专利文献 1 所述的回转编码器。专利文献 1 所述的回转 装置被制成杯状, 由电动机转轴枢转支承的转动件被设置成能覆盖电动机, 与连接至转动 件的转动测量机构的一部分对置地, 转动测量机构的另一部分设置在容器的内壁上。在专 利文献 1 所述的回转装置中描述了, 转动检测机构的一部分以开缝板的形式设置, 另一部 分构成光断续器, 其由发光元件和受光元件构成, 或者转动检测机构的一部分以 N 极和 S 极 交替布置的磁信号磁鼓的形式设置, 另一部分以磁阻元件的形式设置, 该磁阻元件由其阻 抗根据磁通变化而变化的坡莫合金构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 : 日本未审查实用新型申请公开号 5-23775
发明内容 本发明要解决的问题
不过, 在传统的测量装置中, 该装置本身安装于车轮外侧, 由此增大车辆宽度, 这 可能使车辆无法驶入车辆本身能驶入的狭窄道路。 尤其在传统测量装置设置在两个车轮上 以提高测量精度的情况下, 车辆宽度进一步增大。
此外, 因为被装入壳体中的回转编码器的转轴安装在车轮上, 而壳体安装固定在 车体上, 所以在减震器相对于用于支承车轮轮毂的车身骨架倾斜安置的车辆中, 车轮依据 路面不平状况在倾斜状态中上下窜动, 导致车轮做椭圆运动。因而在传统的测量装置中无 法高精度测量地点间距离和行驶速度。
此外, 在传统的测量装置中, 因为是磁性检测方式, 所以车辆的振动也可能被当作 转动件的转动被检测, 这又使得高精度地检测地点间距离和行驶速度变得困难。
因此, 本发明的目的是提供一种测量装置和一种测量系统, 即便在车辆能驶入的 狭窄道路并且即便路面起伏不平, 它们也能够高精度地测量地点间距离等。
解决问题的手段
根据本发明的测量装置包括 : 转动体, 配设有光学被测部分并且设置在支承轮胎
的车轮和以转动中心相互对准的方式将车轮安装在车辆的车身骨架上的车轮轮箍之间 ; 光 学探测器, 它固定在车身骨架上并且探测该光学被测部分的伴随该转动体的转动的位置变 化。
根据本发明的测量装置, 因为转动体安置在用于支承轮胎的车轮和用于以转动中 心相互对准的方式将车轮安装在车辆的车身骨架上的车轮轮毂之间, 所以测量装置没有鼓 突到车轮外。因而, 本发明的测量装置固定在车辆上没有显著增大车辆宽度。此外, 因为用 于探测光学被测部分的随转动体转动的位置变化的光学探测器被固定在车身骨架上, 所以 即便转动体依据路面不平而摇晃, 光学探测器也伴随转动体摇晃, 因此, 即便减震器相对于 车身骨架倾斜设置, 也可以不受影响地执行测量。
优选的是, 转动体由安装在车轮和车轮轮毂的安装面之间的圆盘部和从圆盘部延 伸向车身骨架且包围车轮轮毂的外周面的圆筒部组成, 该光学被测部分沿着圆筒部的周面 设置, 该光学探测器通过安装架安装在车身骨架上。因为光学探测器适于检测沿从圆盘部 延伸向车身骨架且包围车轮轮毂的外周面的圆筒部的周面布置的光学被测部分, 所以光学 探测器可以安设在离车身骨架近的位置上。因而, 由于用于支承光学探测器的安装架不必 是相当长的构件, 所以可以防止因光学探测器振动摇晃而出现测量误差以及光学探测器碰 撞转动体的情况。 优选的是, 光学被测部分是可透过光线的透光部, 并且光学探测器由向透光部发 光的发光部和接受穿过该透光部的发射光的受光部构成, 发光部和受光部相互对置并将透 光部夹在其间。 因为光学探测器所包含的发光部和受光部是对置的且作为光学被测部分的 透光部夹在两者之间而构成了利用透光型光断续器的回转编码器, 所以可以减少将车辆振 动当作转动体转动来检测的情况, 因此能实现更精确的测量。
优选的是, 该光学被测部分是反射光的反光部, 该光学探测器由向反光部发光的 发光部和接受由反光部反射的光的受光部。
因为光学探测器所包含的发光部和受光部可以构成回转编码器, 其利用了检测在 作为光学被测部分的反光部处反射的光的反光型光断续器 ( 光反射器 ), 可以减少将车辆 振动当作转动体转动来检测的情况, 因此能实现更精确的测量。
在根据本发明的测量系统中, 本发明的测量装置安置在车辆的前车轮和后车轮中 至少一方的各左车轮和右车轮中, 该测量系统包括 : 用于根据由光学探测器输出的检测信 号和轮胎周长数据来计算每个轮胎的行驶距离的行驶距离计算机构 ; 用于根据右轮胎和左 轮胎的行驶距离差和右轮胎和左轮胎之间距离估算车辆行驶方向上的角度变化量的角度 变化量估算机构。
根据本发明的测量系统, 因为本发明的测量装置设置在车辆的前车轮和后车轮中 至少一方的各左车轮和右车轮中, 并且本发明的测量装置没有鼓突到车轮外, 车辆宽度没 有显著增大。此外, 因为行驶距离计算机构根据光学探测器所输出的检测信号和轮胎周长 数据计算每个轮胎的行驶距离, 并且角度变化量估算机构根据右轮胎和左轮胎之间的行驶 距离差和右轮胎和左轮胎之间距离估算在车辆行驶方向上的角度变化量, 因此可以获得此 时的轮胎行驶距离和根据该距离的行驶方向变化相互匹配的数据。因而, 本发明的测量系 统能高精度地获得车辆行驶轨迹。
最好设有 : 角度检测机构, 用于检测车辆行驶方向上的角度变化以便作为角度数
据来输出 ; 用于根据角度数据计算角度变化量的角度变化量计算机构 ; 行驶状态确定机 构, 用于将由角度变化量计算机构计算的角度变化量与由角度变化量估算机构估算的角度 变化量进行比较, 以确定车辆行驶状态。行驶状态确定机构将由角度变化量计算机构计算 的车辆角度变化量与由角度变化量估算机构估算的在车辆行驶方向上的角度变化量进行 比较。当这些变化量彼此截然不同时, 可以确定测量状态是异常的。因而, 可以确定车辆行 驶状态。
发明效果
根据本发明, 因为测量装置可以不会鼓突到车轮外地被安装到车辆上, 即便在减 震器相对于车身骨架倾斜安装的情况下, 也可以不受影响地执行测量。 因此, 即便在车辆能 驶入的狭窄道路上和即便路面起伏不平, 也可以高精度地测量地点间距离等。 附图简介 图 1 是表示根据本发明实施例的整个测量系统的构成的示意图。
图 2 是图 1 所示的测量系统所使用的测量装置的分解透视图。
图 3 是表示图 1 所示的测量系统所使用的测量装置的构成的框图。
图 4 是解释行驶状态确定方法的流程图。
图 5 是解释角度变化量的计算方法的视图。
图 6 是表示包括作为光学被测部分的反射部的转动体和光学探测器的视图。
附图标记列表
1. 测量系统 ; 2. 定位机构 ; 3. 摄影机 ; 4. 角度传感器 ; 5. 测量机构 ; 51. 转动体 ; 511. 圆盘部 ; 511a. 通孔 ; 512. 圆筒部 ; 513. 长孔 ; 514. 反射部 ; 52. 光学探测器 ; 521. 发 光元件 ; 522. 受光元件 ; 6. 数据采集处理装置 ; 61. 输入界面装置 ; 62. 存储器 ; 63. 数据处 理器 ; 631. 行驶距离计算机构 ; 632. 数据存储器 ; 633. 角度变化量估算机构 ; 634. 角度变 化量计算机构 ; 635. 行驶状态确定机构 ; 64. 通讯机构 ; W. 车轮 ; WH. 车轮轮毂 ; F. 车身骨 架。
发明实施方式
参见附图来描述根据本发明的一个实施例的测量装置和利用该测量装置的测量 系统。
( 测量系统的构成 )
图 1 示出了测量系统 1, 它例如由探测车 P 运载, 探测车沿道路行驶以拍摄地理和 建筑并采集所获得的与摄影地点信息相关的图像。采集的数据被用来制作电子地图、 地图 册等。测量系统 1 包括定位机构 2、 摄影机 3、 角度传感器 4、 两个测量机构 5 和数据采集处 理装置 6。
对于定位机构 2, 可以采用全球定位系统 (GPS)、 卫星定位系统 ( 伽利略 ) 等, 并且 其向数据采集处理装置 6 输出作为指明探测车 P 位置的位置数据的经纬度数据。
摄影机 3 按照预定的时间间隔从车辆内部拍摄在行驶方向上的场景并输出摄影 数据给数据采集处理装置 6。 角度传感器 4 是作为角度检测机构的回转式传感器, 用于以开 始测量时刻的方向为基准方向地测量在车辆当前行驶方向上的角度变化, 并且作为角度数 据输出角度变化。
多个测量机构 5 设置在两个后车轮上。以下将参见图 2 来具体说明测量机构 5 的构成。 ( 测量机构的构成 )
每个测量机构 5 设置在支承轮胎 T 的车轮 W 和用于以转动中心相互对准的方式将 该车轮安装在探测车 P 的车身骨架 F 上的车轮轮毂 WH 之间, 并且测量机构包括转动体 51, 该转动体随着后车轮一起转动, 还包括光学探测器 52, 它测量伴随转动体 51 的转动的变 化。测量机构 5 向数据采集处理装置 6 输出表明转动体 51 的转动量的检测信号。
转动体 51 由安装在车轮轮毂 WH 的安装面和车轮之间的圆盘部 511 和从圆盘部 511 延伸至车身骨架 F 并包围车轮轮毂 WH 的外周面的圆筒部 512 构成。在从车轮轮毂 WH 伸出的 4 个轮毂螺栓 HB 穿过设置在圆盘部 511 内的通孔 511a 且车轮 W 夹设在其间的状况 下, 转动体 51 通过螺母 N 被固定。在圆筒部 512 中, 设有多个光学被测部分以便用光学探 测器 52 检测圆筒部 512 的转动。在本实施例中, 作为光学被测部分, 作为透过光线的透光 部的多个长孔 513 按照预定的间距沿着圆筒部 512 的周面设置。在本实施例中, 多个长孔 513 以圆筒部 512 的轴线为中心每隔 15°来设置。
光学探测器 52 包括作为发光部的发光元件 521 和作为受光部的受光元件 522。 对 于发光元件 521, 可以使用发光二极管。对于受光元件 522, 可以使用光敏晶体管。发光元 件 521 和受光元件 522 对置地通过安装架 523 被安装在车身骨架 F 上, 从而构成光断续器。 安装架 523 由 L 形托架 523a 和安装板 523b 构成, 发光元件 521 和受光元件 522 分别安置 在托架的末端部分上, 而安装板固定这些 L 形托架 523a 成对置状态以便固定到车身骨架 F 上。受光元件 522 依据来自发光元件 521 的经过长孔 513 的光向数据采集处理装置 6 输出 检测信号。
数据采集处理装置 6 通过算数运算从驱动探测车 P 行驶时所获得的各种信息中计 算出精确的行驶轨迹, 并且连同摄影数据记录下该行驶轨迹。该数据采集处理装置 6 安装 在探测车 P 的内部。以下, 结合图 3 来具体描述数据采集处理装置 6 的构成。
( 数据采集处理装置的构成 )
数据采集处理装置 6 包括通过电缆分别与定位机构 2、 摄影机 3、 角度传感器 4 和 测量机构 5 相连的输入界面装置 61、 其中记录有所输入的各种数据的存储器 62、 将所输入 的各种数据记录在存储器 62 上并执行算数运算以便依据输入数据获得行驶轨迹的记录数 据处理器 63 以及通讯机构 64。
输入界面装置 61 输入来自定位机构 2 的位置数据、 来自摄影机 3 的摄影数据、 来 自角度传感器 4 的角度数据和来自测量机构 5 的检测信号。
存储器 62 是记录下各种数据的大容量非易失性存储器, 也能使用硬盘。
数据处理器 63 包括行驶距离计算机构 631、 数据存储器 632、 角度变化量估算机构 633、 角度变化量计算机构 634 和行驶状态确定机构 635。
行驶距离计算机构 631 计数分别由两个测量机构 5 输出的检测信号的数量, 并且 作为计数数据输出表示转动体 51 的多个长孔 513 从开始测量到目前为止经过光学探测器 52 的次数的累计总数。此外, 行驶距离计算机构 631 根据基准点到当前点的从计数数据和 表示预先设定的轮胎周长的周长数据计算各个后车轮的行驶距离, 作为距离数据。
数据存储器 632 在存储器 62 内作为行驶轨迹数据与摄影机 3 所拍摄的每帧摄影
数据相关联地储存下由行驶距离计算机构 631 计算出的计数数据、 来自定位机构 2 的位置 数据和来自角度传感器 4 的角度数据。
角度变化量估算机构 633 根据在右轮胎和左轮胎之间的行驶距离差和表示右轮 胎和左轮胎之间距离的预先设定的后车轮胎面宽度估算在探测车 P 行驶方向上的角度变 化量。
角度变化量计算机构 634 根据来自角度传感器 4 的在基准点的角度数据和在当前 点的角度数据之间的差计算出探测车 P 的角度变化量。
行驶状态确定机构 635 将由角度变化量计算机构 634 所计算出的角度变化量和由 角度变化量估算机构 633 估算出的角度变化量进行比较, 以确定探测车 P 的行驶状态。
通讯机构 64 通知测量人员角度传感器 4 或者测量机构 5、 5 的异常, 并且在驾驶员 通过声音被告知时, 这样的声音可以时嗡嗡声、 钟鸣声等。此外, 当通过显示器通知驾驶员 时, 通讯机构 64 可以是显示告知发生异常的讯息的显示屏。
( 测量系统的操作和使用状态 )
参见附图来说明根据按照上述构成的本发明实施例的测量系统 1 的工作及其使 用状态。 如图 1 所示, 探测车 P 被开动以将数据采集处理装置 6 置于可工作状态。摄影机 3 从开始摄影的时刻起输出作为摄影数据的透窗场景。由定位机构 2 输出位置数据, 由角度 传感器 4 输出对应于在车辆行驶方向上的角度变化的角度数据。
如图 2 所示, 在探测车 P 行驶状态下, 轮胎 T 转动, 与此同时, 转动体 51 转动。转 动体 51 的转动造成沿着圆筒部 512 的周面开设的多个长孔 513 在光学探测器 52 的发光元 件 521 和受光元件 522 之间经过。
当每个长孔 513 位于发光元件 521 和受光元件 522 之间时, 发光元件 521 所发出 的光照到受光元件 522, 而在长孔 513 之外的部分, 光被遮断, 于是, 由测量机构 5 的光学探 测器 52 输出的信号是当每个长孔 513 位于发光元件 521 和受光元件 522 之间时的状态变 化的检测信号。检测信号被输出给数据采集处理装置 6。
数据采集处理装置 6 接收来自定位机构 2 的位置数据、 来自摄影机 3 的摄影数据、 来自角度传感器 4 的角度数据和来自设置在左后车轮和右后车轮中的测量机构 5 的检测信 号。
行驶距离计算机构 631 将来自测量机构 5、 5 的检测信号计数, 以便作为计数数据 来输出。就是说, 计数数据是表示转动体 51 的多个长孔 513 在测量启动之后已经经过光学 探测器 52 多少次的累计值。
数据存储器 632 在存储器 62 内相互关联地储存下对应于摄影数据的每一帧的计 数数据、 位置数据和角度数据。
以下, 参照图 4 和图 5 来描述由数据处理器 63 的行驶状态确定机构 635 确定行驶 状态的方法。
行驶距离计算机构 631 根据计数数据计算从基准点到当前点的行驶距离 ( 步骤 S10)。该行驶距离可以通过以表示轮胎 T 周长的周长数据乘以通过从在当前点的计数数 据中减去在基准点的计数数据所获得的值来算出。在本实施例中, 因为多个长孔 513 按照 15°间距设置在圆筒部 512 的周面中, 所以等于 15°的轮胎 T 周长 (1/24 长度 ) 被用作周
长数据。就是说, 从基准点到当前点, 行驶距离计算机构 631 通过等于长孔 513 开设间距的 轮胎 T 周长数据乘以转动体 51 的长孔 513 经过光学探测器 52 的次数来计算行驶距离。紧 接在测量开始后, 因为基准点与行驶起点相同, 所以在基准点的计数数据为 “0” 。 因而, 当基 准点与行驶起点相同时, 将当前点的计数数据乘以周长数据所获得的值就是行驶距离。关 于设置在左后车轮和右后车轮中的各测量机构 5, 行驶距离计算机构 631 计算出行驶距离。
行驶距离计算机构 631 确定算出的行驶距离是否已经达到预先设定的距离 ( 取样 距离 )( 步骤 S20)。 如果判定结果表明尚未达到取样距离, 则确定处理过程是否结束 ( 步骤 S30)。如果处理过程尚未结束, 则重复行驶距离的计算。
如果确定已经达到取样距离, 则角度变化量计算机构 634 找到在基准点的角度数 据和在当前点的角度数据之间的差, 由此计算出角度变化量 R1( 步骤 S40)。此外, 角度变 化量估算机构 633 从左车轮和右车轮之间的距离数据差中估算出角度变化量 ( 步骤 S50)。 如图 5 所示, 当行驶距离变化微小时, 在作为角度变化量的角度 θ 和左后车轮和右后车轮 之间的距离数据差 D = (d1-d2) 之间, 成立以下关系, 角度 θ =行驶距离差 D/ 车辆胎面宽 度 L。角度变化量估算机构 633 根据以上公式计算角度 θ, 以估算角度变化量 R2。
行驶状态确定机构 635 确定由角度变化量计算机构 634 所计算的角度变化量 R1 和由角度变化量估算机构 633 所估算的角度变化量 R2 之间的差的绝对值是否大于预先设 定的故障阈值 ( 步骤 S60)。 如果角度变化量差的绝对值大于故障阈值, 则确定在角度传感器 4、 测量机构 5 和 将它们连接到数据采集处理装置 6 的电缆的任何一个中出现异常, 并且测量人员通过通讯 机构 64 被告知该异常 ( 步骤 S70)。
如果角度变化量差的绝对值不大于故障阈值, 则以当前点作为基准点来继续测 量。
利用如此计算出的行驶距离和角度变化量, 根据基准点的位置信息计算出车辆正 行驶经过的地点。该位置信息与由摄影机 3 所获得的摄影数据相关联。所采集的行驶轨迹 数据被用来制作电子地图、 地图册等。
如上所述, 根据发明的这个实施例的测量机构 5, 因为转动体 51 安置在支承轮胎 T 的车轮和以转动中心相互对准的方式将该车轮安装在车辆的车身骨架 F 上的车轮轮毂 WH 之间, 所以测量机构 5 没有鼓突到车轮外。因而将测量机构 5 固定至探测车 P 没有显著增 大车辆宽度。此外, 因为用于检测长孔 513 的伴随转动体 51 转动的位置变化的光学探测器 52 被固定在车身骨架 F 上, 所以即便转动体 51 依据路面的起伏不平而摇晃, 光学探测器 52 也伴随转动体 51 摇晃, 因此, 可以没有干扰地完成测量, 即使减震器是相对于车身骨架 F 倾 斜安置的。因此, 也能在只要探测车 P 能驶入的狭窄道路上完成测量, 并且即便路面起伏不 平, 也能完成高精度的测量。
此外, 光学探测器 52 检测从安装在车轮轮毂 WH 安装面上的圆盘部 511 延伸向车 身骨架 F 的并包围车轮轮毂 WH 的外周面的圆筒部 512 的多个长孔 513, 从而光学探测器 52 能安设在离车身骨架 F 近的位置上。例如如果转动体 51 只由大的圆盘部构成并且多个长 孔 513 沿圆盘部的周向设置, 则用于将光学探测器 52 安装到车身骨架 F 的安装架长度需要 不小于车身骨架 F 至车轮轮毂 WH 的安装面的距离。这使得安装架因为振动而显著晃动, 结 果, 引起了会出现测量误差或者车轮碰撞到安装架的可能性。
在根据本实施例的转动体 51 中, 因为圆筒部 512 从圆盘部 511 延伸向车身骨架 F 并且包围车轮轮毂 WH 的外周面, 所以光学探测器 52 能安设在离车身骨架 F 近的位置上。 因 而, 因为用于支承光学探测器 52 的安装架 523 不必是相当长的构件, 所以可以防止因光学 探测器 52 振动摇晃而出现测量误差以及光学探测器 52 碰撞转动体 51 的情况。
此外, 因为转动体 51 安装在车轮和车轮轮毂 WH 之间, 所以它能容易地安装到探测 车 P。 因而, 与回转编码器等安装在用于使车轮轮毂 WH 转动的车轮轴上的情况相比, 安装工 作更加方便, 这使得无需高度了解车辆也能完成安装。
此外, 因为转动体 51 和发光元件 521 以及受光元件 522 组成利用光学检测转动的 透光型光断续器的回转编码器, 所以能减少将探测车 P 的振动当作转动体 51 的转动来检测 的情况。因而, 测量机构 5 可执行更精确的测量。
此外, 根据本发明实施例的测量系统 1, 因为测量机构 5 可以不突出到探测车 P 外 地布置在探测车 P 的各个左后车轮和右后车轮中, 所以在两个车轮中设置测量机构 5 没有 显著增大车辆宽度。此外, 行驶距离计算机构 631 计数由光学探测器 52 输出的检测信号并 且用等于一次的轮胎 T 周长数据乘以计数的次数来计算出行驶距离, 并且角度变化量估算 机构 633 根据右和左轮胎 T 之间的行驶距离差和右和左轮胎 T 之间距离估算出在探测车 P 的行驶方向上的角度变化量。因此可以获得此时的轮胎 T 行驶距离和根据距离的行驶方向 变化相互匹配的数据。因而测量系统 1 可以精确获得探测车 P 的行驶轨迹。
另外, 行驶状态确定机构 635 将由角度传感器 4 和角度变化量计算机构 634 计算 出的角度变化量与由角度变化量估算机构 633 估算出的角度变化量进行比较。如果这些变 化量截然不同, 则可以发现检测状态出现异常。因而, 可以确定探测车 P 的行驶状态。
尽管以上已经描述了本发明的实施例, 但本发明并不局限于上述的实施例。例如 在本实施例中, 设有多个作为光学被测部分的长孔 513, 其还可以只设置一个长孔 513。不 过, 因为长孔 513 的间隔相对短的时候可以保证高精度, 所以期望以等间隔设置多个长孔 513。
此外, 代替作为透光部的长孔 513, 可以在圆筒部 512 内设置多个反射部 514( 参见 图 6) 作为光学被测部分。在此情况下, 受光元件 522 安置在这样一个位置上, 在该位置上, 受光元件能接受由反射部 514 反射的来自发光元件 521 的光。反射部 514 可以是镜子、 均 具有依靠金属光泽的反射面的金属板等。
另外, 在本实施例中, 虽然测量机构 5 被用于测量行驶距离, 但测量机构 5 可以被 用来通过计算由测量机构 5 在单位时间内输出的检测信号数量来测量行驶速度。
工业实用性
因为本发明的测量装置和使用该测量装置的测量系统能获得精确的行驶轨迹, 所 以它们对于制作电子地图、 地图册等是最佳的。