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专利名称：用于检测车轮的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测沿行进方向在道路上行进并且其车轮从车身向下突出并在车身的水平处至少部分地横向露出的车辆的车轮的方法。
背景技术：
大量的应用关心车辆车轮的检测。因此，为了例如监视边界或者启动诸如触发报警、打开灯、打开路障、出于监视目的拍摄照片等的某些动作，可以从车轮的识别确定地推断正在给定的交通区域上行驶。当代的交通收费系统也经常使收费计算基于车轴的数量， 使得车轮(轮轴)的检测也可以成为养路费或停车收费系统的重要基础。从DE 102008037233A1已知，运动车辆的车轮的基于它们的切向速度的水平分量的检测，这与车辆的其余部分的检测不同，并带来雷达测量束的相应的多普勒频移。出于该目的，使用利用雷达束波瓣照射通过车辆的下部区域并且从返回的频率混合确定在车轮的位置处具有信号最大值的单个速度测量信号的雷达速度测量单元。信号曲线中的这种最大值的自动检测需要极值的信号分析搜索，并相应地较为复杂。另外，牵引车辆及其拖车之间的间隙会错误地表明信号最大值和中间“错误”最大值，这导致错误的车轮检测。

发明内容
本发明的目的为创建可比已知的方案更简单地实现的用于车轮检测的方法和设备。利用由以下步骤表征区别的方法，在本发明的第一方面中实现该目的从道路的路边并且相对于行进方向倾斜地将具有频率的已知时间演进(progression)(随时间的演进)的集中电磁测量束发射到高于道路预定的距离的区域上，接收被通过车辆反射的测量束并且记录其频率相对于已知的演进的时间演进，和将在车辆通过的时间段内记录的演进中出现的矩形脉冲检测为车轮。本发明基于这样一种认识，S卩，旋转车轮在定义的预定的高度处(S卩如果车轮在该高度上“被切割”)的切向速度的水平分量在车轮的整个通过期间是恒定的，并且，除非车轮精确地在其轴的水平处被入射，该水平分量与车轮速度不同，使得简单的矩形脉冲检测足以确定地检测旋转车轮。出于这种目的，为了在车身或旋转车轮上产生尽可能小的入射点或测量点，使用集中的测量束。如果使用最小的可能的入射点或测量点，那么可以忽略诸如当测量车辆运动矢量的横向投影分量时出现的那些对于测量的其它影响。过大的入射点或测量点会由于不同的投影角度导致接收信号的频率范围加宽。可例如通过使用激光束作为测量束或通过极高频率雷达束实现该集中，极高频率雷达束优选处于高于70GHz的范围中，诸如用作防碰撞系统或车道交叉报警系统的车辆领域中的长程雷达传感器的那些。这种高频率雷达束可通过适当的定向天线、天线阵列或雷达透镜被强烈地集中，使得它们在车身或车轮上的入射区域具有几厘米的直径。术语“集中”测量束在本说明书中被理解为具有几度、优选小于1° (与小于O. 00024sr对应)的束扩展(孔径角)的测量束，使得，在激光雷达或雷达装置与扫描的车辆之间的距离上，实现车辆上最大直径在厘米范围内的入射点，最大直径优选小于5cm、特别优选小于2cm。可通过检测其间主要是基本上恒定的频率的两个连续的交变频率台阶以特别简单的方式实现记录的接收频率演进中的矩形脉冲的检测。在第二·方面中，本发明创建一种用于检测沿行进方向在道路上行进并且其车轮从车身向下突出并至少部分地横向露出的车辆的车轮的设备，其特征在于将具有频率的已知的时间演进的集中电磁测量束发射到目标上并且记录从目标反射的测量束的频率的时间演进的多普勒激光雷达或雷达，其中，测量束从道路的路边取向到高于道路预定的距离的区域上并且相对于行进方向倾斜，和将在车身通过的时间段内记录的演进中出现的矩形脉冲检测为车轮的下游估计单元。关于根据本发明的设备的优点，读者参照根据本发明的方法的以上的讨论。


参照附图，方法和设备的进一步特征和优点从优选的示例性实施例的以下的描述将变得十分明显，其中图I以示意性立体图示出本发明的设备；图2示出通过车辆上的集中的测量束的几个示例性扫描演进；图3示出图2的扫描演进的接收频率或速度的确定的演进的定时图；和图4详细示出旋转车轮上的速度演进。
具体实施例方式在图I中，车辆I沿行进方向3在道路2上运动。车辆I具有从车辆2的车身5向下突出并且同时至少部分地在车身的开口中在车身侧面露出(即可从侧面看到)的车轮4。多普勒激光雷达或雷达装置6与行进方向3倾斜地并且稍高于道路的表面地从道路I的路边发射集中的激光雷达或雷达测量束7，使得测量束7大致在通过车辆I的车轮4的区域中入射通过车辆I。多普勒激光雷达或雷达装置6以本领域公知的方式估计由车辆I或其车轮4反射的测量束7的接收频率，其中，可从发射的和反射的测量束7之间的多普勒效应诱导频移确定车辆I的车辆速度V在测量束7的方向上的(投影)分量Vp或测量束的入射点T处的车轮4的切向速度Vt(图2)。随后，如后面将更详细地描述的那样，可从该信息检测车辆I的车轮4。出于该目的，在装置6的下游布置进行测量束7的接收频率的相应的估计的估计单元8。激光雷达/雷达装置6和估计单元8因此一起形成用于检测车辆I的车轮4的装置9。多普勒激光雷达/雷达装置6自身可以是本领域已知的任意类型，不管是具有连续、调制的还是脉冲测量束7。对于连续测量束7，例如，可通过干涉测量确定发射的和反射的测量束7的自然频率(“载波频率”)之间的多普勒频移。对于脉冲或调制的测量束，可测量发射的和反射的测量束7的脉冲速率或调制频率之间的多普勒偏移。这里使用的术语“接收频率”被理解为意味着测量束7的所有这种自然、载波、脉冲或调制频率，即，术语“接收频率”包含受多普勒效应影响的测量束7的任意类型的频率。在原理上，测量束7自身的性质也是任意的，只要它是电磁波，不管它如在激光雷达装置中那样为可见光或红外光，还是如在雷达装置中那样为无线电波，特别是微波。
测量束7被强烈地集中，使得其在车身5或车轮4上的入射点7,具有几厘米范围内的、优选小于2cm的极小的直径。必须根据装置6到道路2的距离对于测量束7的集中设置定义的要求。在理想的情况下，测量束7是可优选利用激光获得的一簇近平行光或雷达射线。但是，即使利用雷达测量束，例如，也可通过使用具有接近光的特性并可由雷达透镜集中的具有优选高于70GHz的非常高的频率的雷达波实现相应的集中。但是，定向天线的使用也生成适当的雷达测量束，例如使用具有尽可能最平行的小直径辐射特性的天线阵列和贴片天线。特别优选安装诸如在车辆中作为碰撞和距离报警装置使用的那些来自汽车领域的雷达装置。这种集中的测量束7具有小于1° (与小于约O. 00024sr的立体角对应)的集中或偏转/扩展范围(孔径角)。图2示出在车辆I通过装置9的通过期间基本上以点形式入射车辆I或其车轮4的这种集中的测量束7的扫描演进。出于说明的目的，为了举例示出六个不同的扫描演进Hl H6 ;但是，应当理解，在车辆的通过期间仅出现来自集中的测量束7的单个扫描演进Hl H6。图3示出连续被激光雷达/雷达装置6接收的扫描演进Hl H6的反射的测量束7随时间的接收频率f。接收频率f相对于发射频率的多普勒偏移△ f与车辆I或车轮4的分别扫描的部分的速度分量Vp成比例。因此，图3所示的接收频率演进El E6反映了速度演进。从图3的接收频率演进El可以看出，入射车轮4之外的车辆I的车身5的扫描演进Hl具有测量束7的基本上恒定的接收频移Λ f，并因此在车身通过的持续期Tp期间具有基本上恒定的速度分量Vp，这表达为接收频率演进中的矩形脉冲R。对于入射车轮4的最上面的点的扫描演进H2，其中车轮的切向速度Vt被加到车辆速度V上，接收频率演进E2具有高于每个车轮4的车身矩形脉冲R的2vp的峰值10。如果测量束7在轮轴与车轮的上侧之间的水平处入射车轮4，那么如在H3和H4处的扫描演进中那样，如演进E3和E4的矩形脉冲11所示，与其切向速度Vt的投影Vp对应，在车轮4的通过期间测量到测量方向中相对于车身脉冲R的突然改变的多普勒偏移，并因此测量到接收频率或速度中的偏移。每个脉冲11包含上升沿12和随后的下降沿13，即，两个连续交变的频率台阶(跳跃)。因而可以通过检测在车辆5的通过的时间段Tp内(即在车身脉冲R期间)出现的矩形脉冲11而识别或检测车轮4的出现。车轮脉冲11叠加在车身脉冲R上，并且它们仅当它们在车辆脉冲R的时段Tp期间出现时表明车轮。在其间存在基本上恒定的频率的两个连续沿或台阶12、13的检测可以是车轮矩形脉冲11的特别简单的标准。接收频率演进E5示出测量束7在车轮4的轴的水平处精确地入射车轮4的特殊情况，其中，不存在可沿测量束7的方向投影的车轮的切向速度，使得车轮4不可被检测。应避免这种情况。
接收频率演进E6在车轮4的下侧与它们的轴之间的水平处扫描车轮4，并且类似于E4的情况，但具有相反符号的变化11 13。也应通过适当地选择扫描高度避免这种情况，原因是，在这种情况下不再总是确保车身5被扫描，S卩，也出现车身脉冲R。图4使用扫描演进H4为例在解析上不出作为相应扫描演进Hl H6相对于轮轴A的高度h的函数的车轮4的偏移11的程度。如果R是车轮4的半径并且r是车轮4内部的任意的半径，那么半径r处的切向速度Vt Cr)与该半径r成比例，特别地，=(1)角度α处的切向速度VtCr)在行进方向3上的水平分量Vth Cr)是与下式对应的正弦投影 v,；!(r) = ^-Vi sin (2)其中，
. hsina=—.
r(3)切向速度的水平分量Vth Cr)结果因此为vJn^' —
R(4)切向速度的水平分量Vth (r)因此与扫描演进的相应地考虑的高度h成正比，并且在车轮4被扫描时在该高度h上是恒定的。脉冲11的宽度与相应扫描演进的高度h处的车轮4的断面宽度对应，并且，脉冲11的高度与高度h成正比。到目前为止，一直假定雷达/激光雷达装置6或测量束7的发射频率是恒定的，即，其随时间的演进(时间演进)是恒定的演进。但是，例如，如在频率不断地根据预定的或已知的模式改变的跳频方法中那样，装置6也可以以时间上非恒定的发射频率发射测量束7。记录的接收频率演进El E6相对于测量束7的发射频率的之前已知的时间演进被记录，不管是恒定还是改变的，即参照它或相对其规一化，使得可以补偿已知的发射频率演进的效应。因此，本发明不限于示出的实施例，而可包含落入所附的权利要求的范围内的所有变体和修改。
权利要求
1.一种用于检测沿行进方向在路道(2)上行进并且其车轮(4)从车身(5)向下突出并在车身(5)的水平处至少部分地横向露出的车辆(I)的车轮(4)的方法，其特征在于以下步骤 从道路(2)的路边并且相对于行进方向(3)倾斜地将具有频率的已知时间演进的集中的电磁测量束(7)发射到高于道路(2)预定的距离的区域上，束(7)以其在车辆(I)上的入射区域(7^ )具有厘米范围内的最大直径的方式被集中； 接收被通过车辆(I)反射的测量束(7)并且记录其频率相对于已知的演进的时间演进；和 将在车身(5)通过的时间段(Tp)内记录的演进中出现的矩形脉冲(11)检测为车轮(4)。
2.根据权利要求I的方法，其特征在于，束(7)以其在车辆(I)上的入射区域(7')具有小于5cm的最大直径的方式被集中。
3.根据权利要求I的方法，其特征在于，束(7)以其在车辆(I)上的入射区域(7')具有小于2m的最大直径的方式被集中。
4.根据权利要求I 3中的任一项的方法，其特征在于，测量束(7)是由定向天线集中的在高于70GHz的频率范围中的雷达束。
5.根据权利要求I 3中的任一项的方法，其特征在于，测量束(7)是激光束。
6.根据权利要求I 5中的任一项的方法，其特征在于，通过检测其间存在基本上恒定的频率的两个连续的交变频率台阶(12、13)而检测矩形脉冲(11 )。
7.一种用于检测沿行进方向(3)在道路(2)上行进并且其车轮(4)从车身(5)向下突出并在车身(5)的水平处至少部分地横向露出的车辆(I)的车轮(4)的设备，其特征在于 将具有频率的已知的时间演进的集中的电磁测量束(7)发射到目标上并且记录反射的测量束(7)的频率相对于已知的演进的时间演进的多普勒激光雷达或雷达装置(6)， 其中，测量束(7)从路道(2)的路边取向到高于道路(2)预定的距离的区域上并且相对于行进方向(3)倾斜，并且以其在车辆(I)上的入射区域(7')具有厘米范围内的最大直径的方式被集中；和 将在车身(5)通过的时间段(Tp)内记录的演进中出现的矩形脉冲(11)检测为车轮(4)的下游估计单元(8)。
8.根据权利要求7的设备，其特征在于，束(7)以其在车辆(I)上的入射区域(7')具有小于5cm的最大直径的方式被集中。
9.根据权利要求7的设备，其特征在于，束(7)以其在车辆(I)上的入射区域(7')具有小于2m的最大直径的方式被集中。
10.根据权利要求7 9中的任一项的设备，其中，多普勒雷达装置(6)的测量束(7)是在高于70GHz的频率范围中的雷达束并且多普勒雷达装置(6)具有用于集中雷达束的定向天线。
11.根据权利要求7 9中的任一项的设备，其中，多普勒激光雷达装置(6)的测量束(7)是激光束。
12.根据权利要求7 11中的任一项的设备，其特征在于，估计单元(8)基于其间存在基本上恒定的频率的两个连续的交变频率台阶(12、13)而检测矩形脉冲(11)。
全文摘要
本发明涉及用于检测车轮的方法和设备。提供一种用于检测沿行进方向在道路(2)上行进并且其车轮(4)从车身(5)向下突出并在车身(5)的水平处至少部分地横向露出的车辆(1)的车轮(4)的方法，该方法具有以下步骤从道路(2)的路边并且相对于行进方向(3)倾斜地将具有频率的已知时间演进的集中的电磁测量束(7)发射到高于道路(2)预定的距离的区域上；接收被通过车轮(1)反射的测量束(7)并且记录其频率相对于已知的演进的时间演进；和将在车身(5)通过的时间段(TP)内记录的演进中出现的矩形脉冲(11)检测为车轮(4)。
文档编号G01S13/58GK102841339SQ20121019251
公开日2012年12月26日 申请日期2012年6月12日 优先权日2011年6月21日
发明者O·纳格 申请人:卡波施交通公司