基于CAN總線(xiàn)的紅外光幕式機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量?jì)x研發(fā)

彭玉華1孫朝偉1 成秉軍1陳平2

煙臺海晨科技有限公司 2. 山東理工大學(xué))

(摘要)針對國內市場(chǎng)上的機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量?jì)x存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究，創(chuàng )新實(shí)現了一種基于CAN總線(xiàn)的紅外光幕式機動(dòng)車(chē)外廓尺寸測量技術(shù)，有效解決了當前產(chǎn)品中普遍存在的動(dòng)態(tài)響應差、測量誤差大的問(wèn)題。機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量?jì)x由計算機通過(guò)CAN總線(xiàn)采集傳感器信息，精確計算出車(chē)輛的外廓尺寸。儀器經(jīng)公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監督檢測中心檢測，其測試精度達到了國家相應標準要求。

主題詞：機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量?jì)xCAN總線(xiàn)紅外光幕

1 前言

為了有效遏止車(chē)輛非法改裝，推進(jìn)車(chē)輛超限、超載治理工作，國家標準GB21861—2014《機動(dòng)車(chē)安全技術(shù)檢驗項目和方法》規定，自2017年3月1日起,各個(gè)車(chē)輛管理所、機動(dòng)車(chē)檢測站對新注冊和在用重中型貨車(chē)、專(zhuān)項作業(yè)車(chē)及掛車(chē)的外廓尺寸必須使用機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)外廓儀)進(jìn)行檢測?，F在市場(chǎng)上采用激光、CCD、紅外光幕測量技術(shù)研發(fā)的外廓儀較多，由于現有傳感器技術(shù)的局限，產(chǎn)品普遍存在著(zhù)動(dòng)態(tài)響應差(檢測車(chē)速≤5km/h)、測量誤差大的問(wèn)題。激光式外廓儀【4-7】，由于激光雷達采樣頻率較低(50Hz)，車(chē)輛表面脫漆粗糙及深顏色對激光反射率影響較大，測量誤差<±2.9%±35mm【15】;CCD式外廓儀【8-11】，由于CCD攝像機易受外界光的干擾，在理想檢測條件下測量精度只能在±1%左右【14】;光幕式外廓儀【12-14】，由于現有光幕傳感器的數據通訊接口均為RS232或485，數據采集及傳輸速率<50Hz，當檢測車(chē)速超過(guò)5km/h時(shí)測量誤差較大。

針對上述問(wèn)題，我們研發(fā)了一種基于CAN總線(xiàn)的紅外光幕式外廓儀，創(chuàng )新的將實(shí)時(shí)性強、抗電磁干擾能力強的CAN總線(xiàn)技術(shù)應用于外廓儀系統之中，大大提高了系統的總體性能，使數據采集及傳輸速率達到100Hz，動(dòng)態(tài)響應也提高到≤7km/h。儀器除自動(dòng)測量車(chē)輛的長(cháng)寬高尺寸外，還具有測量軸距、半掛車(chē)銷(xiāo)軸距、欄板高度等功能，尤其是檢測半掛車(chē)時(shí)，車(chē)輛一次通過(guò)就能夠檢測出牽引車(chē)的長(cháng)寬高尺寸及軸距、掛車(chē)的長(cháng)寬高尺寸及軸距，同時(shí)還能測出半掛車(chē)牽引銷(xiāo)中心軸線(xiàn)與非轉向軸組水平幾何中心線(xiàn)的水平距離(即半掛車(chē)銷(xiāo)軸距)。經(jīng)檢測，儀器的測量誤差<±0.7%，達到國家標準GB21861—2014【1】及公共安全行業(yè)標準GA/T-1402-2017【2】規定的±1%或±20mm誤差要求。下面詳細介紹基于CAN總線(xiàn)的紅外光幕式外廓儀。

2 外廓儀的工作原理

2.1 工作原理

外廓儀的系統構成見(jiàn)圖1，計算機通過(guò)CAN總線(xiàn)與測長(cháng)、測寬、測高光幕傳感器連接，當被測車(chē)輛駛入測量區域時(shí)，觸發(fā)光電開(kāi)關(guān)1，檢測開(kāi)始，車(chē)輛以5～7km/h速度通過(guò)測量區域，此時(shí)由下位機對所有光幕傳感器的每一個(gè)光軸進(jìn)行高速掃描(掃描頻率100Hz以上)，并實(shí)時(shí)采集、存儲光軸被車(chē)輛遮擋的信息和數據，通過(guò)CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)傳送給上位機，當被測車(chē)輛離開(kāi)測量區域時(shí)，觸發(fā)光電開(kāi)關(guān)2，結束數據采集及傳輸，由上位機自動(dòng)計算出車(chē)輛外廓尺寸。

圖1 系統結構示意圖

2.2測量方法

2.2.1長(cháng)度測量

如圖2、圖3所示，測長(cháng)光幕1、2對稱(chēng)安裝在龍門(mén)支架的兩側，離地面高度約10cm左右，與車(chē)輛行駛方向平行，光幕的每一個(gè)光軸與龍門(mén)支架上的測高光幕的光軸中心線(xiàn)有一個(gè)固定的坐標位置尺寸，當被測車(chē)輛頭部剛剛遮擋到測高光幕時(shí)，計算機根據車(chē)輛最前輪在測長(cháng)光幕中的所在位置，計算出車(chē)輛的前懸尺寸B，在車(chē)輛的行駛過(guò)程中計算出車(chē)輛的軸距尺寸A1、A2，當被測車(chē)輛尾部剛剛離開(kāi)測高光幕時(shí)，計算機根據車(chē)輛最后輪在測長(cháng)光幕中的所在位置，計算出車(chē)輛的后懸尺寸C，車(chē)輛長(cháng)度尺寸D=B+A1+A2+C。測長(cháng)示意圖：

圖2長(cháng)度測量1(車(chē)輛前懸、軸距測量)

圖3長(cháng)度測量2(車(chē)輛后懸測量)

2.2.2寬度測量

如圖4所示，測寬光幕發(fā)射單元安裝在龍門(mén)支架上，接收單元嵌入在地面鋼制固定裝置中，光幕的每一個(gè)光軸與龍門(mén)支架中心線(xiàn)有一個(gè)固定的坐標位置尺寸，計算機根據車(chē)輛遮擋狀態(tài)信息，計算出車(chē)輛的寬度尺寸。

圖4車(chē)輛寬度測量

2.2.3高度測量

如圖5所示，測高光幕分別安裝在龍門(mén)支架兩側，光幕的每一個(gè)光軸與地面有一個(gè)固定的坐標位置尺寸，計算機根據車(chē)輛遮擋狀態(tài)信息，計算出車(chē)輛的高度尺寸。

圖5 車(chē)輛高度測量

3 系統硬件

系統以工業(yè)計算機為核心，由多下位機對測長(cháng)光幕傳感器(1、2)、測寬光幕傳感器、測高光幕傳感器的光軸遮擋狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描檢測，將采集到的信息和數據通過(guò)CAN總線(xiàn)傳送給上位機，然后由上位機完成對被測車(chē)輛外廓尺寸的自動(dòng)測量。系統其它外部設備包括LED顯示屏、激光打印機、攝像機、CAN集線(xiàn)器、光電開(kāi)關(guān)等。硬件系統框圖如圖6

圖6  硬件系統框圖

4 系統軟件

系統軟件分為兩大部分，分別為光幕傳感器中的下位機程序和工業(yè)計算機中的上位機程序。下位機軟件主要作用是實(shí)時(shí)掃描光幕傳感器各光軸的狀態(tài)信息，并通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送到上位機。上位機軟件的主要作用和功能是接收下位機傳送的數據并進(jìn)行緩存，分析、處理并計算出車(chē)輛的外廓尺寸。軟件還具有登錄存儲車(chē)輛信息、打印報表以及檢測結果上傳等其它輔助功能。

系統軟件采用模塊化設計，主要模塊為長(cháng)度計算模塊(包括前懸、后懸及軸距計算)、寬度計算模塊、高度計算模塊、半掛車(chē)分離模塊、牽引車(chē)分離模塊、過(guò)濾模塊(根據GB1589-2016【3】要求濾除不計入外廓尺寸的車(chē)輛部件)等。系統軟件流程圖如下：

圖7下位機軟件流程圖

圖8上位機軟件流程圖

5 系統測試

基于本文原理設計、研發(fā)的外廓儀，工作溫度為-35℃～60℃，能夠滿(mǎn)足我國北方極寒及南方高溫條件下的工作環(huán)境要求，適合室內或半室外安裝使用。自2017年3月1日起，儀器已在國內數百家的機動(dòng)車(chē)安全(綜合)性能檢測站、交警車(chē)輛管理所機動(dòng)車(chē)查驗系統、二手車(chē)交易查驗系統、汽車(chē)制造廠(chǎng)整車(chē)出廠(chǎng)檢測線(xiàn)等部門(mén)廣泛應用，取得了較好的使用效果。2017年7月1日，公共安全行業(yè)標準GA/T-1402-2017《機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量裝置》實(shí)施后，按照新標準的要求，該儀器率先通過(guò)公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監督檢驗中心的檢測，最大測量誤差：測長(cháng)0.62%，測寬0.59%，測高0.03%，實(shí)測數據見(jiàn)表1。

表1.公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監督檢測中心實(shí)測數據

日期：2017年10月19日測量地點(diǎn)：蘇州中仁檢測站

6 結束語(yǔ)

本文提出一種基于CAN總線(xiàn)的紅外光幕式機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量技術(shù)，解決了目前國內外廓儀普遍存在的動(dòng)態(tài)響應差、測量誤差大的問(wèn)題，減少了用戶(hù)因為儀器測量不準導致的人工復測修正工作【15】，實(shí)現對車(chē)輛外廓尺寸快速、精確的自動(dòng)測量。另外，儀器還具有占用場(chǎng)地小、性?xún)r(jià)比高、維護成本低等特點(diǎn)，有著(zhù)非常廣闊的應用前景。

參考文獻

1GB21861—2014《機動(dòng)車(chē)安全技術(shù)檢驗項目和方法》

2GA/T-1402-2017,《機動(dòng)車(chē)外廓尺寸自動(dòng)測量裝置》

3GB1589-2016,道路車(chē)輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值

4王振華,許琳娜,蘇現征.基于激光掃描技術(shù)的車(chē)輛外廓尺寸動(dòng)態(tài)測量系統的設計.電子設計工程, 2017, 25 (14) :131-135

5蔣云清，廖小鵬.激光與三維圖像處理技術(shù)在機動(dòng)車(chē)外廓尺寸動(dòng)態(tài)測量中的應用.客車(chē)技術(shù)與研究 , 2014 (3) :42-45

6朱英龍.車(chē)輛輪廓尺寸測量系統研究.長(cháng)安大學(xué)學(xué)報,2016

7李源波，宮清華.車(chē)輛外廓尺寸動(dòng)態(tài)測量裝置的設計與實(shí)現.電子技術(shù)與軟件工程 , 2016 (20) :243-244

8蔡文，吳黎明，陳嘉源，李福堅，楊耀光.機器視覺(jué)在車(chē)輛外廓尺寸檢測中的技術(shù)研究.電視技術(shù) ,2015 , 39 (7) :104-107

9翟乃斌.基于計算機視覺(jué)的汽車(chē)整車(chē)尺寸測量系統的研究.吉林大學(xué)學(xué)報, 2007, 24 (3) :22-26

10梁春疆，段發(fā)階，楊毅，李 洋，許 飛.車(chē)輛外廓尺寸計算機視覺(jué)動(dòng)態(tài)測量.光電工程，2016(1):42-48

11程磊.車(chē)輛輪廓自動(dòng)測量系統的研究與設計.山東理工大學(xué)學(xué)報, 2016

12王興宇，蘇建，張立斌.車(chē)輛三維輪廓的光柵投影測量技術(shù)研究.公路交通科技 , 2009 , 26 (6) :123-128

13阮展逸.汽車(chē)外廓尺寸紅外光幕全自動(dòng)測量方法研究.計量與測試技術(shù)，2017(44):100-102

14黃和躍.如何正確選用車(chē)輛外廓尺寸測量?jì)x.中國新技術(shù)新產(chǎn)品, 2015 (15) :36-37

15輛外廓尺寸自動(dòng)測量?jì)x不合格率較高的原因.中國計量，2018(1)：110-111