專利名稱：用于檢測車輪的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于檢測沿行進方向在道路上行進并且其車輪從車身向下突出并在車身的水平處至少部分地橫向露出的車輛的車輪的方法。
背景技術：
大量的應用關心車輛車輪的檢測。因此，為了例如監視邊界或者啟動諸如觸發報警、打開燈、打開路障、出于監視目的拍攝照片等的某些動作，可以從車輪的識別確定地推斷正在給定的交通區域上行駛。當代的交通收費系統也經常使收費計算基于車軸的數量， 使得車輪(輪軸)的檢測也可以成為養路費或停車收費系統的重要基礎。從DE 102008037233A1已知，運動車輛的車輪的基于它們的切向速度的水平分量的檢測，這與車輛的其余部分的檢測不同，并帶來雷達測量束的相應的多普勒頻移。出于該目的，使用利用雷達束波瓣照射通過車輛的下部區域并且從返回的頻率混合確定在車輪的位置處具有信號最大值的單個速度測量信號的雷達速度測量單元。信號曲線中的這種最大值的自動檢測需要極值的信號分析搜索，并相應地較為復雜。另外，牽引車輛及其拖車之間的間隙會錯誤地表明信號最大值和中間“錯誤”最大值，這導致錯誤的車輪檢測。
發明內容
本發明的目的為創建可比已知的方案更簡單地實現的用于車輪檢測的方法和設備。利用由以下步驟表征區別的方法，在本發明的第一方面中實現該目的從道路的路邊并且相對于行進方向傾斜地將具有頻率的已知時間演進(progression)(隨時間的演進)的集中電磁測量束發射到高于道路預定的距離的區域上，接收被通過車輛反射的測量束并且記錄其頻率相對于已知的演進的時間演進，和將在車輛通過的時間段內記錄的演進中出現的矩形脈沖檢測為車輪。本發明基于這樣一種認識，S卩，旋轉車輪在定義的預定的高度處(S卩如果車輪在該高度上“被切割”)的切向速度的水平分量在車輪的整個通過期間是恒定的，并且，除非車輪精確地在其軸的水平處被入射，該水平分量與車輪速度不同，使得簡單的矩形脈沖檢測足以確定地檢測旋轉車輪。出于這種目的，為了在車身或旋轉車輪上產生盡可能小的入射點或測量點，使用集中的測量束。如果使用最小的可能的入射點或測量點，那么可以忽略諸如當測量車輛運動矢量的橫向投影分量時出現的那些對于測量的其它影響。過大的入射點或測量點會由于不同的投影角度導致接收信號的頻率范圍加寬。可例如通過使用激光束作為測量束或通過極高頻率雷達束實現該集中，極高頻率雷達束優選處于高于70GHz的范圍中，諸如用作防碰撞系統或車道交叉報警系統的車輛領域中的長程雷達傳感器的那些。這種高頻率雷達束可通過適當的定向天線、天線陣列或雷達透鏡被強烈地集中，使得它們在車身或車輪上的入射區域具有幾厘米的直徑。術語“集中”測量束在本說明書中被理解為具有幾度、優選小于1° (與小于O. 00024sr對應)的束擴展(孔徑角)的測量束，使得，在激光雷達或雷達裝置與掃描的車輛之間的距離上，實現車輛上最大直徑在厘米范圍內的入射點，最大直徑優選小于5cm、特別優選小于2cm。可通過檢測其間主要是基本上恒定的頻率的兩個連續的交變頻率臺階以特別簡單的方式實現記錄的接收頻率演進中的矩形脈沖的檢測。在第二·方面中，本發明創建一種用于檢測沿行進方向在道路上行進并且其車輪從車身向下突出并至少部分地橫向露出的車輛的車輪的設備，其特征在于將具有頻率的已知的時間演進的集中電磁測量束發射到目標上并且記錄從目標反射的測量束的頻率的時間演進的多普勒激光雷達或雷達，其中，測量束從道路的路邊取向到高于道路預定的距離的區域上并且相對于行進方向傾斜，和將在車身通過的時間段內記錄的演進中出現的矩形脈沖檢測為車輪的下游估計單元。關于根據本發明的設備的優點，讀者參照根據本發明的方法的以上的討論。
參照附圖，方法和設備的進一步特征和優點從優選的示例性實施例的以下的描述將變得十分明顯，其中圖I以示意性立體圖示出本發明的設備；圖2示出通過車輛上的集中的測量束的幾個示例性掃描演進；圖3示出圖2的掃描演進的接收頻率或速度的確定的演進的定時圖；和圖4詳細示出旋轉車輪上的速度演進。
具體實施例方式在圖I中，車輛I沿行進方向3在道路2上運動。車輛I具有從車輛2的車身5向下突出并且同時至少部分地在車身的開口中在車身側面露出(即可從側面看到)的車輪4。多普勒激光雷達或雷達裝置6與行進方向3傾斜地并且稍高于道路的表面地從道路I的路邊發射集中的激光雷達或雷達測量束7，使得測量束7大致在通過車輛I的車輪4的區域中入射通過車輛I。多普勒激光雷達或雷達裝置6以本領域公知的方式估計由車輛I或其車輪4反射的測量束7的接收頻率，其中，可從發射的和反射的測量束7之間的多普勒效應誘導頻移確定車輛I的車輛速度V在測量束7的方向上的(投影)分量Vp或測量束的入射點T處的車輪4的切向速度Vt(圖2)。隨后，如后面將更詳細地描述的那樣，可從該信息檢測車輛I的車輪4。出于該目的，在裝置6的下游布置進行測量束7的接收頻率的相應的估計的估計單元8。激光雷達/雷達裝置6和估計單元8因此一起形成用于檢測車輛I的車輪4的裝置9。多普勒激光雷達/雷達裝置6自身可以是本領域已知的任意類型，不管是具有連續、調制的還是脈沖測量束7。對于連續測量束7，例如，可通過干涉測量確定發射的和反射的測量束7的自然頻率(“載波頻率”)之間的多普勒頻移。對于脈沖或調制的測量束，可測量發射的和反射的測量束7的脈沖速率或調制頻率之間的多普勒偏移。這里使用的術語“接收頻率”被理解為意味著測量束7的所有這種自然、載波、脈沖或調制頻率，即，術語“接收頻率”包含受多普勒效應影響的測量束7的任意類型的頻率。在原理上，測量束7自身的性質也是任意的，只要它是電磁波，不管它如在激光雷達裝置中那樣為可見光或紅外光，還是如在雷達裝置中那樣為無線電波，特別是微波。
測量束7被強烈地集中，使得其在車身5或車輪4上的入射點7,具有幾厘米范圍內的、優選小于2cm的極小的直徑。必須根據裝置6到道路2的距離對于測量束7的集中設置定義的要求。在理想的情況下，測量束7是可優選利用激光獲得的一簇近平行光或雷達射線。但是，即使利用雷達測量束，例如，也可通過使用具有接近光的特性并可由雷達透鏡集中的具有優選高于70GHz的非常高的頻率的雷達波實現相應的集中。但是，定向天線的使用也生成適當的雷達測量束，例如使用具有盡可能最平行的小直徑輻射特性的天線陣列和貼片天線。特別優選安裝諸如在車輛中作為碰撞和距離報警裝置使用的那些來自汽車領域的雷達裝置。這種集中的測量束7具有小于1° (與小于約O. 00024sr的立體角對應)的集中或偏轉/擴展范圍(孔徑角)。圖2示出在車輛I通過裝置9的通過期間基本上以點形式入射車輛I或其車輪4的這種集中的測量束7的掃描演進。出于說明的目的，為了舉例示出六個不同的掃描演進Hl H6 ;但是，應當理解，在車輛的通過期間僅出現來自集中的測量束7的單個掃描演進Hl H6。圖3示出連續被激光雷達/雷達裝置6接收的掃描演進Hl H6的反射的測量束7隨時間的接收頻率f。接收頻率f相對于發射頻率的多普勒偏移△ f與車輛I或車輪4的分別掃描的部分的速度分量Vp成比例。因此，圖3所示的接收頻率演進El E6反映了速度演進。從圖3的接收頻率演進El可以看出，入射車輪4之外的車輛I的車身5的掃描演進Hl具有測量束7的基本上恒定的接收頻移Λ f，并因此在車身通過的持續期Tp期間具有基本上恒定的速度分量Vp，這表達為接收頻率演進中的矩形脈沖R。對于入射車輪4的最上面的點的掃描演進H2，其中車輪的切向速度Vt被加到車輛速度V上，接收頻率演進E2具有高于每個車輪4的車身矩形脈沖R的2vp的峰值10。如果測量束7在輪軸與車輪的上側之間的水平處入射車輪4，那么如在H3和H4處的掃描演進中那樣，如演進E3和E4的矩形脈沖11所示，與其切向速度Vt的投影Vp對應，在車輪4的通過期間測量到測量方向中相對于車身脈沖R的突然改變的多普勒偏移，并因此測量到接收頻率或速度中的偏移。每個脈沖11包含上升沿12和隨后的下降沿13，即，兩個連續交變的頻率臺階(跳躍)。因而可以通過檢測在車輛5的通過的時間段Tp內(即在車身脈沖R期間)出現的矩形脈沖11而識別或檢測車輪4的出現。車輪脈沖11疊加在車身脈沖R上，并且它們僅當它們在車輛脈沖R的時段Tp期間出現時表明車輪。在其間存在基本上恒定的頻率的兩個連續沿或臺階12、13的檢測可以是車輪矩形脈沖11的特別簡單的標準。接收頻率演進E5示出測量束7在車輪4的軸的水平處精確地入射車輪4的特殊情況，其中，不存在可沿測量束7的方向投影的車輪的切向速度，使得車輪4不可被檢測。應避免這種情況。
接收頻率演進E6在車輪4的下側與它們的軸之間的水平處掃描車輪4，并且類似于E4的情況，但具有相反符號的變化11 13。也應通過適當地選擇掃描高度避免這種情況，原因是，在這種情況下不再總是確保車身5被掃描，S卩，也出現車身脈沖R。圖4使用掃描演進H4為例在解析上不出作為相應掃描演進Hl H6相對于輪軸A的高度h的函數的車輪4的偏移11的程度。如果R是車輪4的半徑并且r是車輪4內部的任意的半徑，那么半徑r處的切向速度Vt Cr)與該半徑r成比例，特別地，=(1)角度α處的切向速度VtCr)在行進方向3上的水平分量Vth Cr)是與下式對應的正弦投影 v,；!(r) = ^-Vi sin (2)其中，
. hsina=—.
r(3)切向速度的水平分量Vth Cr)結果因此為vJn^' —
R(4)切向速度的水平分量Vth (r)因此與掃描演進的相應地考慮的高度h成正比，并且在車輪4被掃描時在該高度h上是恒定的。脈沖11的寬度與相應掃描演進的高度h處的車輪4的斷面寬度對應，并且，脈沖11的高度與高度h成正比。到目前為止，一直假定雷達/激光雷達裝置6或測量束7的發射頻率是恒定的，即，其隨時間的演進(時間演進)是恒定的演進。但是，例如，如在頻率不斷地根據預定的或已知的模式改變的跳頻方法中那樣，裝置6也可以以時間上非恒定的發射頻率發射測量束7。記錄的接收頻率演進El E6相對于測量束7的發射頻率的之前已知的時間演進被記錄，不管是恒定還是改變的，即參照它或相對其規一化，使得可以補償已知的發射頻率演進的效應。因此，本發明不限于示出的實施例，而可包含落入所附的權利要求的范圍內的所有變體和修改。
權利要求
1.一種用于檢測沿行進方向在路道(2)上行進并且其車輪(4)從車身(5)向下突出并在車身(5)的水平處至少部分地橫向露出的車輛(I)的車輪(4)的方法，其特征在于以下步驟 從道路(2)的路邊并且相對于行進方向(3)傾斜地將具有頻率的已知時間演進的集中的電磁測量束(7)發射到高于道路(2)預定的距離的區域上，束(7)以其在車輛(I)上的入射區域(7^ )具有厘米范圍內的最大直徑的方式被集中； 接收被通過車輛(I)反射的測量束(7)并且記錄其頻率相對于已知的演進的時間演進；和 將在車身(5)通過的時間段(Tp)內記錄的演進中出現的矩形脈沖(11)檢測為車輪(4)。
2.根據權利要求I的方法，其特征在于，束(7)以其在車輛(I)上的入射區域(7')具有小于5cm的最大直徑的方式被集中。
3.根據權利要求I的方法，其特征在于，束(7)以其在車輛(I)上的入射區域(7')具有小于2m的最大直徑的方式被集中。
4.根據權利要求I 3中的任一項的方法，其特征在于，測量束(7)是由定向天線集中的在高于70GHz的頻率范圍中的雷達束。
5.根據權利要求I 3中的任一項的方法，其特征在于，測量束(7)是激光束。
6.根據權利要求I 5中的任一項的方法，其特征在于，通過檢測其間存在基本上恒定的頻率的兩個連續的交變頻率臺階(12、13)而檢測矩形脈沖(11 )。
7.一種用于檢測沿行進方向(3)在道路(2)上行進并且其車輪(4)從車身(5)向下突出并在車身(5)的水平處至少部分地橫向露出的車輛(I)的車輪(4)的設備，其特征在于 將具有頻率的已知的時間演進的集中的電磁測量束(7)發射到目標上并且記錄反射的測量束(7)的頻率相對于已知的演進的時間演進的多普勒激光雷達或雷達裝置(6)， 其中，測量束(7)從路道(2)的路邊取向到高于道路(2)預定的距離的區域上并且相對于行進方向(3)傾斜，并且以其在車輛(I)上的入射區域(7')具有厘米范圍內的最大直徑的方式被集中；和 將在車身(5)通過的時間段(Tp)內記錄的演進中出現的矩形脈沖(11)檢測為車輪(4)的下游估計單元(8)。
8.根據權利要求7的設備，其特征在于，束(7)以其在車輛(I)上的入射區域(7')具有小于5cm的最大直徑的方式被集中。
9.根據權利要求7的設備，其特征在于，束(7)以其在車輛(I)上的入射區域(7')具有小于2m的最大直徑的方式被集中。
10.根據權利要求7 9中的任一項的設備，其中，多普勒雷達裝置(6)的測量束(7)是在高于70GHz的頻率范圍中的雷達束并且多普勒雷達裝置(6)具有用于集中雷達束的定向天線。
11.根據權利要求7 9中的任一項的設備，其中，多普勒激光雷達裝置(6)的測量束(7)是激光束。
12.根據權利要求7 11中的任一項的設備，其特征在于，估計單元(8)基于其間存在基本上恒定的頻率的兩個連續的交變頻率臺階(12、13)而檢測矩形脈沖(11)。
全文摘要
本發明涉及用于檢測車輪的方法和設備。提供一種用于檢測沿行進方向在道路(2)上行進并且其車輪(4)從車身(5)向下突出并在車身(5)的水平處至少部分地橫向露出的車輛(1)的車輪(4)的方法，該方法具有以下步驟從道路(2)的路邊并且相對于行進方向(3)傾斜地將具有頻率的已知時間演進的集中的電磁測量束(7)發射到高于道路(2)預定的距離的區域上；接收被通過車輪(1)反射的測量束(7)并且記錄其頻率相對于已知的演進的時間演進；和將在車身(5)通過的時間段(TP)內記錄的演進中出現的矩形脈沖(11)檢測為車輪(4)。
文檔編號G01S13/58GK102841339SQ20121019251
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月12日 優先權日2011年6月21日
發明者O·納格 申請人:卡波施交通公司