专利名称：汽车车型自动识别统计方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对行进中的汽车车型就自动地作出鉴别并予以分类和统计的方法及装置。
汽车车型的自动鉴别并作出分类和统计这种技术在交通管理、道路网规划及高速公路收费系统中具有很重要的作用，长期以来，它就是这些领域中需要解决的重大课题之一。国内有关单位及西安公路研究所在七十年代中期，就着手这方面的研究工作，研究成果多集中于利用某种传感器测量轮胎直径、轮胎着地长度、汽车长度和高度等参数，然后在此基础上分类和统计。国外有利用车辆发射信号的AVI系统和日本利用超声测量车高并借助有源环测量汽车底盘特征来进行车型鉴别分类的发明，近年来，利用电视图象来鉴别车型的研究还正在进行。迄今为止，上述自动鉴别行驶中的汽车车型技术，皆不能避免由于外部物理因素所引起的失误，因此准确性不高，一般低于95%。这样的准确度作为一般统计，规划尚可勉强满足需要，但对于以车型作为高速公路收费系统的收费标准来说，需要高达99%以上的准确性，则上述技术及设备就不能使用。例如以国内外常用的利用红外线发射和接收来测量汽车的结构参数这一技术而言，就会因大气状况、红外传感器装置附近出现的红外射线(来自其他射线源的)其他移动物体如飞禽、走兽、飘物等这些事先难以估计到的因素而产生误检。另外，在用以上技术能测量到的汽车结构参数中，有许多属于非确定的物理量，如轮胎直径、汽车高度或长度等。以测量汽车轮胎直径这一参数为例，就不难看出其中的不足，因为车轮轮胎的型号，磨损程度、充气气压的高低、轮胎所承受的载荷大小等诸因素有不同，皆可影响测量结果。因此，尽管各种旨在自动识别行驶中汽车车型的技术有着不同的、新颖独到的优点，但均未能克服上述的技术障碍，达到对行驶中的汽车进行准确自动分类的目的。我们通过长期摸索实践，认为测量汽车的主要结构参数如车辆轴间距、车辆前轮间距这些固定的物理量来识别车辆，可以提高识别的准确性，减少各种干扰因素。
近年来，国外的汽车车型自动识别统计技术中，也出现了一些利用测定汽车的轮距来识别汽车的方法及装置。例如日本特开昭59-136900号专利，59-132302号专利，公开了一种利用测长器上所设置的数个开关测得数个信号，经换算及信号处理，求得轮胎的着地面积以及一种利用压电橡胶作为测压器中的导体与电阻之间能感受压力的导电材料，从而感受出汽车的踏压位置及踏压宽度的电阻阻值，进而求得汽车的轮距值。上述技术均是本发明人在79～82年期间曾经尝试过的技术，其缺点如下1、在测长器上装置的开关制造困难，造价高，且寿命短，一般小于30万次，若在高速公路上设置这种装置，一般用不到二、三个月就得更换，不仅损耗大，而且准确度差。
2、若采用装有压电橡胶的测长变换器，则由于压电橡胶的均匀性差而会导致轮距数据与电阻值不成线性关系，由于我国目前的某些橡胶技术指标达不到要求，使用不久便会导致弹性降低，橡胶老化等，同时由于这种装有压电橡胶的测长变换器经常受到车轮的挤压，使其形成了一个风腔，使道路上的灰尘，砂砾吸入测长变换器，从而使压电橡胶的测试灵敏度降低。
本发明的目的在于，针对已有技术中的缺陷，设计出一种不受外界客观环境影响、不易产生取样误差、造价低廉、使用寿命长、测试精度高的轮距测试方法及装置。
汽车前轮距S = S1+ S2+ L = 1 + (F1I1)/(F1+ F2) + (F4I2)/(F3+ F4)本发明在测量汽车轴距方面，具有独到之处，它不是去测量汽车轴距的实际值，而是根据轮距检测器1所测到的支反力F1、F2、F3、F4以及另一测量钢梁的轴距检测器4所测得的值F5，判断车辆轴距是否超过某一阀值，以确定汽车的轴距范围，并求得汽车的轴数(参见图2)。以小型车为例当小车前轮通过轮距检测器1时，有一电压信号发出，后轮通过轮距检测器时，又有一电压信号发出，与此同时，如果小型车的轴距小于Z值(约3.25M)，则轮距检测器4此时无信号，因此，根据此时轮距、轴距检测器发出信号的情况，可判断其为小型车，反之，若轴距检测器同时也发出一电压信号，则可判为大、中型车，再结合已测得的轮距值，其识别准确度则可大大提高，此外，由于根据本方法所测量的汽车轴距与车速无关，因而克服了由于汽车速度不一而导致的测量结果不准确这一主要缺点。
在本发明研究过程中，进行了大量的资料调查，发现根据大、中、小型车的轮距、轴距数值(其分布图如图3所示)，是能够实现将汽车进行分类统计的，其范围基本上是按如下数值来区分。
小型车轮距＜1.5M;轴距＜3.25M中型车1.87M＞轮距＞1.5M;轴距＞3.25M大型车轮距＞1.87M;轴距＞3.25M多轴车轴数＞2按照汽车的轮距和轴距两组参数来识别汽车车种，较之仅按轮距来识别车种的方法，更加提高了其识别的精确度，完全可以满足公路收费系统对于车型分类的要求。
现将根据上述发明构思而设计的汽车车型自动识别统计装置的技术解决方案叙述如下本装置按其功能可分为测量系统、检测电路系统和数据处理系统，由测量系统接收到的电压信号，经检测电路系统放大、模数转换、输送到计算机进行处理，并将处理结果从通讯线路送到收费站。
测量系统由轮距检测器、轴距检测器、车辆分离器组成。轮距检测器是在测量钢梁的四个端点装上四个压力传感器，轴距检测器是在另一测量钢梁装上另一种形式的压力传感器，当测量钢梁受力时，压力传感器中的电桥电路阻值发生变化，使得电桥失去平衡，输出一电压信号。车辆分离器的设置是为了区别拖挂车还是两辆相邻的车，通过在公路两边各设置一个发光系统和接收系统来达到识别目的。
检测电路系统的电路原理框图如图4所示，若干路从压力传感器输出的电压信号，经过高精度、低飘移数据放大器放大，然后输入到模拟多路开关中，再经A/D转换器，将模拟信号转换为数字信号，输入计算机进行数据处理。
放大倍数的选择与A/D输入的要求有关。本发明采用的是10V输入，其输出位数可达12位，其精度已完全可以满足要求。
本发明的数据处理系统是通过微机电路来实现的，计算机原理方框图如图5所示。由8031型微处理机Z3，多路模拟开关9、A/D转换器20、译码器34、锁存器32、双向总线驱动器33、地址锁存器34、程序存贮器35、数据存贮器36、等来完成整个数据处理过程。在本发明中，计算机要处理的摸拟信号有5路，若每路都用单独的A/D转换器，无疑是一个浪费，因而本发明采用了一个多路模拟开关，将F1、F2、F3、F4、F5依次送入A/D转换器转换，计算机将每次转换的结果存入存贮器，作进一步的处理。
由车辆分离器出来的脉冲信号经光电耦合器送入计算机，有车时为高电平，无车时为低电平，根据其变化即可判别是否有车，是拖挂车，还是两辆相邻的车。
如上所述，判别汽车车型所需要的数据已成为计算机可以处理的信号，如何使其最终变成判别汽车车型的参数，还需要解决如下几个问题。
1、由于压力传感器和数据放大器受气温影响及长期使用，难免要产生飘移，尽管在硬件电路中已采取了措施，但飘移现象仍难以避免，这可能给测量结果带来不可忽视的误差，为了消除温漂和时漂的影响，本发明采取了先采样另点，存入数据存贮器，将汽车通过时的采样值减去另点值，解决了另点飘移问题。
2、由于车辆通过轮距检测器时，只有当测量钢梁全荷重时，压力传感器输出的电压值才能真正反应实际受力情况，而电压V是时间T的函数，因此数据的采样就必须在其有效值范围内，为此，本发明在数据采样过程中，根据V值大小，调整采样密度，保证一定的采样次数，然后将全荷重时间内的有效值进行数学处理，去掉干扰值，再用二次处理后的值，计算出轮距。
下面结合图7、图8，再将数据处理主程序及子程序-中断采样程序予以进一步说明主程序开机复位后，程序自动进入37，然后进入38，对计数器、定时器、存贮器、通讯口进行初始化，使之处于初始状态。程序运行到39，检查车辆分离器是否有车，如果没车，程序去检测各压力传感器零点，并将其存贮在指定存贮单元，程序运行到40，如果车辆分离器有车，则程序直接跳转至41，检测车辆是否已以通过，没有通过则程序处于等待状态，在此过程中，中断程序一直处于采样数据并对数据进行处理的过程中(如图8所示)。如果车辆已经通过，则一个车辆的轮距，轴距、轴数等参数，即被检测出来，此时程序便进入判车阶段，首先程序判断轴数是否＞2，大于2则为多轴车，小于2则判断轴距是否大于Z，如果小于Z则为小型车，如果轴距大于Z，则判断轮距是否小于B1，则判断轮距是否大于B2，如果大于B2，则为大型车，如果小于B2，则为中型车，程序在判断完之后，将判断结果存入数据存贮区，并返回程序开始37，进行下一车辆的判断。
子程序-中断采样程序(图8)程序进入中断程序后，便采样数据，将采样到的数据减去另点，并将结果存入存贮单元。程序将采集到的数据判断是否到达上升门槛，如果已到达，则判断轴距检测器F5是否到达上升门槛，如果没有，则轴数计数器加1，如果大于上升门槛，则判断轴数计数器是否等于2，等于2置轴数等于2标志，以便判车用，轴数是否大于2，如果大于2，则置多轴车标志，以便判车用，如果不大于2，则将采样数据存入存贮器，以便计算轮距用，此后程序返回中断如果采集到的数据小于上升门槛，则判断采样数据是否小于下降门槛，如果不小于，则将采样数据存入数据存贮区，以便数据处理用，如果采集的数据小于下降门槛，则结束采样，紧接着，程序对采集到的数据进行处理，去掉一些无用的数据，将有用的数据作为计算轮距的参数，最后计算出轮距，并将结果存入数据存贮区，以便判车型用，程序做完上述事情后，便返回中断进行下一回采样。
现将全部
如下图1、轮距测量原理2、轴距测量原理图。
图3、大、中、小型车辆的轮距、轴距值分布图。
图4、检测电路系统原理方框5、计算机原理方框6、数据采样有效值范围示意7、计算机主程序流程示意图，图8子程序流程示意图其中1.轮距检测器 2.轴距检测器 3.行车方向4.压力传感器F5， 5.被测车辆 6.小型车分布区域 7.中型车分布区域 8.大型车分布区域Z.小型车与中、大型车的轴距分界线值 B1、B2轮距分界线 9、10、11、12、轮距检测器压力传感器 13、轴距检测器压力传感器 14.15.16.17.18.放大器 19.多路模拟开关 20.A/D转换器 21、车辆分离器 22、光电耦合器 23.微处理机 24.通讯接口 25.上端机 26.汽车轮胎刚到轮距检测器时的位置 27.轮距检测平台 28.路面 29.行车方向 30.汽车轮胎进入轮距检测平台时的位置 31.汽车轮胎刚离开轮距检测器平台时的位置;
t1.开始采样时间，t2结束采样时间v1.开始采样的门槛电平 V2结束采样的门槛电平37.开始 38.初始化 39.有车否？ 40.检测另点 41.车辆通过否？ 42.轴数＞2？ 43.多轴车 44.轴距大于Z 45.小型车 46.轮距大于B1？ 47.轮距大于B2？ 48.大型车、中型车 49.判断结果存入贮存区 50.采样 51.减去另点 52.数据＞上升门槛 53.数据＜下降门槛 54.F5＞上升门槛 55.轴数计数器加1 56.数据处理 57.轴数＝2？ 58.置轴数＝2标志 59计算轮距 60.轴数＞2？ 61.置多轴车标志 62.结果存入存贮器 63.采样数据存入存贮器 64.返回中断。
本发明的方法同已有技术相比，具有原理简单，测试的准确度、精确度高，且因为轮距值为各支反力测得值的相对比值，因此，排除了各种环境因素、行车因素、设备因素的干扰，具有新颖、独到的优点。本发明的装置体积小、重量轻，设备抗干扰能力强，测试精确度高，整个装置构造简单，检测电路系统和数据处理系统装置的各种元件均有标准商品件，因而制造简单，商品化生产程度高，造价相对低廉，易于在我国各高速公路收费站很快推广使用。
本发明的出现解决了近年来在交通管理、道路网规划及高速公路收费系统中急待解决的问题，适应我国公路交通运输迅速发展的需要。
权利要求
1.一种汽车车型的自动识别统计方法，通过计算出汽车的轮距来对行驶中的汽车车型进行分类和统计，其特征在于(1)利用荷重传感器测量在车轮荷载下经过测量钢梁时的端点支反力F1、F2、F3、F4；(2)根据力的平衡原理及测得的端点支反力的相对值，经电信号及数字信号的计算机处理，求得汽车的轮距值；(3)根据已测得的支反力值F1、F2、F3、F4以及另一测量钢梁传感器测得的支反力值F5，来判断车辆轴距是否超过某一阀值，从而确定汽车的轴距值范围；(4)利用已求得的汽车轮距，轴距两组数据来进一步对车辆分类。
2.根据权利要求1中所述的一种汽车车型的自动识别、统计方法、将测得的端点支反力的相对值，经电信号及数字信号的计算机处理，求得汽车的轮距值，其特征在于计算机在无车通过时先采样另点，并存入数据存贮器，在有汽车通过时，再将采集的数据减去另点，以消除另点飘移。
3.根据权利要求1中所述的一种汽车车型的自动识别，统计方法，将测得的端点支反力的相对值，经电信号及数字信号的计算机处理，求得汽车的轮距值，其特征在于计算机根据车辆通过速度，调整采样密度，保证一定的采样次数，然后将全荷重时间内的有效采样值，进行数据处理，滤掉干扰，进行二次处理，最后计算出轮距。
4.一种根据权利要求1中所述的汽车车型自动识别，统计方法而设计的自动识别统计装置，具有测量系统、检测电路系统和数据处理系统，其特征在于(1)测量系统由轮距检测器、压力传感器、测量钢梁和车辆分离器所组成;(2)检测电路将若干路从压力传感器的电桥电路中输出的电压信号，经数据放大器放大，输入模拟多路开关，再经A/D转换器，输入数据处理系统;由车辆分离器发出的信号，经光电耦合器后，直接输入数据处理系统。(3)数据处理通过计算机电路实现。
全文摘要
本发明涉及的是一种对行进中的汽车自动地就车型作出鉴别并预以分类和统计的技术，包括方法和装置。本发明依据的是力的平衡原理，测定出测量钢梁端点支反力的大小，计算出汽车的固定结构参数，从而达到识别车型的目的。本发明的装置具有测量系统，检测电路系统及数据处理系统。整个装置构造简单，体积小，重量轻，抗干扰能力强，检测精确度高，易于商品化生产。解决了交通管理，道路网规划及高速公路收费系统中急待解决的问题，适应了我国公路交通运输业迅速发展的要求。
文档编号G08G1/017GK1052204SQ8910886
公开日1991年6月12日 申请日期1989年11月25日 优先权日1989年11月25日
发明者闵江, 赵温侠, 张晓松 申请人:西安公路研究所