[发明专利]基于GPS和惯性传感器的车重测量系统

说明书

技术领域

本发明适用于道路运输监测领域，特别地涉及对超重的监测技术。

背景技术

随着国民经济的不断发展, 运输产业迅猛发展，规模也不断扩大。同时，我国公路运输中的超载问题也越发严重, 成为了危及人民群众生命安全, 影响社会经济协调、健康发展的一个突出社会问题。然而，由于车辆称重技术的落后，导致超载违章的监管效果不显著。 因此，提高车辆称重技术成为关键问题。

目前常用的车辆称重方法主要分成外部测量和内部测量两种方式：

1）外部测量方式中，一种是监测站的地磅，可以得到比较准确的车重测量，但不利于监管部门实施监控；另一种是在路面固定地点铺设压力传感器或光电传感器等进行检测，这种方式的建设及维护都需要对路面进行施工，不能满足长期大范围的超载监控；

2）内部测量方式中，国内外提出了多种监测方法。主要是在监控车辆的弹性部件加装压力传感器等，安装不便，不利于满足大量车辆监控需要，而且容易受误差影响，鲁棒性较差。

发明内容

针对上述出现的问题和实际监控系统的应用经验，为了实现全程监控系统的使用效果，本发明提供一种测量设备成本低，且便于后装的基于GPS和惯性传感器的车重测量系统，满足了对超载违法行为的监督管理的需要。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种基于GPS和惯性传感器的车重测量系统，包括ARM嵌入式系统和数据采集模块，其特征是，数据采集模块连接加速度传感器和角速度传感器，数据采集模块集成GPS模块。

进一步地，所述加速度传感器和角速度传感器通过AD转换芯片进行数字化采样。

进一步地，所述数据采集模块通过单片机与GPS数据进行初始同步。

进一步地，所述数据采集模块通过USB传输芯片以USB格式帧的方式传输信息给ARM嵌入式系统。

本发明同时公开一种基于GPS和惯性传感器的车重测量方法，包括以下步骤：

步骤1，ARM嵌入式系统对加速度和角速度进行预处理：降噪—降采样—零漂校正。利用均值滤波方法，对原始侧向加速度信号及角速度信号进行噪声抑制。周期性地取平稳加速度和角速度信号5秒，分别求平均值为各自的零漂，实时校正加速度数据和角速度数据；

步骤2，ARM嵌入式系统对GPS数据进行预处理：首先，对GPS报文中的航向角进行差分处理得到横摆角速度；然后，将差分结果与角速度相匹配，用相关性的方法求出GPS的延迟估计；最后，GPS数据与加速度数据同步；

步骤3，用GPS报文中的车速和横摆角速度求得侧向加速度，并实时对加速度进行统计拟合得到侧倾增益。

其中，为汽车转向的侧向加速度，为GPS输出车速，为汽车横摆角速度，由GPS输出的航向角差分得到。

当大于0.1g时，将处理得到的加速度传感器数据与存储，并根据下式，进行递归最小二乘拟合：

其中，为汽车悬架的侧倾增益；

步骤4，用两组载重进行行车实验得到不同的侧倾增益，根据以下公式来匹配参数a、b：，其中K为侧倾增益，m为车重，即为载货后的总重，a、b为待定参数；

步骤5，带入K，a和b的值，即可估算车重。 

与现有技术相比，有益效果是：

1)   本发明中的测量系统基于嵌入式系统，整合GPS、加速度传感器和角速度传感器，可以实时在线地检测车辆载重。

2)  本发明中的测量系统只需在汽车车厢内安装固定，无须介入汽车自身的系统，加装简便。

3)  本发明中的采用GPS航向角数据和角速度传感器数据进行处理匹配，可以实时对GPS延迟的估计，并用于实时校正。

4)  本发明利用车辆不同载重下，具有不同侧倾的特性，进行车重估计。基于统计数据的递归最小二乘拟合估计侧倾增益值，再根据侧倾增益和车重的线性方程，估计车重，具有较好的可靠性和鲁棒性。

 

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

    图2是测量系统安装位置示意图；

图3是GPS延迟估计算法的流程图；

图4是车辆侧倾增益估计算法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步地详细说明。

将整合GPS、三轴加速度传感器和角速度传感器和嵌入式平台的测量系统固定在受监控车辆的后轴上方附近位置。GPS采样率为1Hz，加速度量程±1g以上，角速度±300°/s，采样率均为1000Hz。