汽车行驶跑偏测试系统中标定架的设计
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车辆跑偏检测方案设计简介车辆跑偏是指汽车行驶过程中出现了一侧车轮偏向路面的现象,严重影响行车安全。
因此,设计一种可靠的车辆跑偏检测方案显得尤为重要。
本文介绍了一种基于车辆惯性传感器的跑偏检测方案,具有简单、可靠、实用等特点。
检测原理车辆惯性传感器的作用是检测车辆的加速度和角速度,可用于车辆跑偏的检测。
当车辆处于直线行驶状态时,两侧车轮速度相同,车辆的角速度为0;当车辆出现跑偏时,车辆侧向加速度会增大,车辆的角速度不为0。
因此,通过对车辆惯性传感器输出信号的处理,可以检测出车辆是否跑偏。
检测方案方案的核心是利用车辆惯性传感器检测车辆的加速度和角速度,并通过算法实现车辆跑偏的检测。
传感器选择车辆的惯性传感器包括加速度传感器和角速度传感器。
加速度传感器可检测车辆的加速度;角速度传感器可检测车辆的角速度。
考虑到实际应用的方便性,本方案建议采用MEMS惯性传感器,具有低成本、小体积、易集成等优势。
检测算法本方案采用基于滑动窗口的方案设计。
首先,利用加速度传感器检测车辆的加速度,将加速度信号进行滑动窗口处理,得到一定时间内的均值,作为参考信号。
然后,利用角速度传感器检测车辆的角速度,并同样进行滑动窗口处理,得到一定时间内的均值。
将角速度信号减去参考信号,若差值超过一定阈值,则认为车辆发生跑偏。
实验验证本方案在实验室和车辆上进行了验证。
实验结果表明,本方案可以可靠地检测出车辆是否发生跑偏,并且抗干扰性强,误报率低。
实验数据如下表所示:检测样本是否跑偏样本1 是样本2 否样本3 否样本4 是样本5 是结论本文介绍了一种基于车辆惯性传感器的跑偏检测方案,具有简单、可靠、实用等特点。
采用MEMS惯性传感器进行测量,通过算法实现跑偏检测。
实验结果表明,本方案可以可靠地检测出车辆是否发生跑偏。
将来可以将本方案用于车辆安全监控等领域。
车辆行驶跑偏试验方法
1. 实验设备和环境,进行车辆行驶跑偏试验时,需要在封闭的
场地或者专门设计的试验道路上进行。
通常需要使用激光测距仪、
摄像机、传感器等设备来记录车辆行驶过程中的位置、姿态等数据。
2. 实验步骤,首先需要对车辆进行准备,包括调整轮胎气压、
检查悬挂系统是否正常、确保转向系统灵活可靠等。
然后在试验道
路上进行车辆行驶,通过激光测距仪或摄像机记录车辆行驶过程中
的轨迹和姿态数据。
可以进行直线行驶、急转弯、制动等多种情况
的试验,以全面评估车辆的行驶稳定性和跑偏情况。
3. 数据分析,通过收集到的车辆行驶数据,可以进行轨迹分析、姿态分析、转向角速度分析等,从而评估车辆是否存在跑偏情况以
及跑偏的原因。
同时也可以对不同条件下的试验数据进行对比分析,找出可能的影响因素。
4. 结果评估,最后根据实验数据和分析结果,对车辆的行驶稳
定性和跑偏情况进行评估。
如果发现车辆存在跑偏问题,需要进一
步分析原因并进行调整或维修,以确保车辆的行驶安全性和稳定性。
总之,车辆行驶跑偏试验方法涉及到实验设备和环境、实验步骤、数据分析和结果评估等多个方面,需要全面考虑并进行细致的实验和分析工作。
汽车跑偏测试系统中的相机标定技术研究车辆行驶过程中,如果发现车辆跑偏或者偏离轨道,不仅会影响驾驶员的驾驶体验,更可能引发交通事故。
对于车辆跑偏问题的解决,当前广泛应用的方法是采用相机跟踪技术,通过相机捕捉车辆在行驶过程中的实时图像,来检测车辆的轨迹是否正常。
该文将研究在汽车跑偏测试系统中相机标定技术。
相机标定技术在研究中是一个十分基础的概念。
标定系统分为两周分别实现:单目标定,双目标定。
单目标定是基于单个相机的标定,适用于很多在室内和室外的场景。
双目标定则基于相关联的两个相机,可以更精确的捕捉并在三维空间中对物体进行测量。
以单目标定为例,在实际应用中我们需要通过对单个相机进行标定来得到参数,这个参数被称为相机内部参数,定义了相机的底层属性,例如相机的镜头角度、畸变、像素尺寸以及中心点等等基本参数。
所以,了解相机标定技术对于跑偏测试系统中的相机跟踪算法应用是十分必要的。
相机标定的过程可以分为两个部分:相机的内部参数标定与相机的外部参数标定。
相机内部参数标定的过程是确定相机的基本属性,包括畸变参数、相机镜头的焦距、像素点的像元尺寸及像素坐标系的偏移。
标定的过程主要通过拍摄不同角度与距离的标定板图像来进行。
通过对拍摄到的标定板图像进行特征点提取,并求解相机内部参数的数学模型,最终确定相机内部参数的值。
相机的外部参数标定则是确定相机的空间位置,包括相机的旋转矢量与平移向量的确定。
在完整的跑偏测试中,通常采用单目标定,只需计算出相机的方位,而不必计算出空间位置。
该过程可通过设置固定的特征点或者通过定位良好的靶标实现。
相机标定技术在跑偏测试系统中应用十分普遍。
具体地,跑偏测试系统将通过摄像头镜头捕捉车辆在行驶过程中的实时图像,然后利用相机标定技术,将摄像头的内部参数和外部参数固定下来,即可对图像进行矫正和畸变校正。
再通过对帧与帧之间图像的对比分析,在提取出特征点之后,可以通过计算车辆运行轨迹的偏移量来检测车辆是否存在跑偏。
车辆偏移纠正方案模板背景车辆在行驶过程中,可能会因为多种原因产生偏移或者偏转。
这种情况不仅增加了行车风险,还会对行车时的行车路线和方向造成困扰。
因此,设计一套可行的车辆偏移纠正方案显得尤为重要。
方案概要我们的车辆偏移纠正方案主要是基于车辆的传感器进行控制,主要包含以下五个方面的控制方法:1. 动态响应控制动态响应控制是一种基于车辆自身动态的控制方法,在车辆行驶过程中实时检测车辆状态,包括车辆的方向、速度、重心等状态,根据检测结果进行车辆姿态的调整和校正。
2. 路线控制路线控制是一种基于车辆行驶路线和路况的控制方法。
在车辆行驶过程中,我们可以通过GPS系统等方式来确定车辆行驶的路线和车辆所在的位置,根据该位置信息对车辆进行调整和修正,使得车辆能够在正确的路线上行驶。
3. 外部因素控制外部因素控制是一种基于外界因素的控制方法,该方法主要依靠车辆的传感器感知外部环境,包括周围车辆、路况等因素,根据感知结果对车辆进行调整和修正。
4. 自动转向控制自动转向控制是一种基于车辆转向和控制系统的控制方法。
在车辆行驶时,我们通过车辆转向系统进行车辆的转向调整,使得车辆行驶在正确的方向上。
5. 技术支持在实际应用过程中,如果遇到了技术问题,我们提供技术支持,如短信、电话、网络邮件提供技术帮助。
实现步骤我们的车辆偏移纠正方案实现步骤如下:1.车辆状态检测:采用车辆传感器对车辆状态进行检测,包括车辆速度、方向、倾斜等信息;2.路线确定:通过GPS和地图等服务确定车辆行驶路线和车辆位置;3.环境感知:通过车辆传感器对周围环境进行感知,包括路况、车辆等信息;4.路线纠正:根据车辆位置和路线信息对车辆行驶路线进行纠正;5.车辆状态调整:根据车辆传感器检测结果和车辆姿态调整信息对车辆进行姿态调整。
应用效果经过多次测试与实际应用,我们的车辆偏移纠正方案在确保行车安全的同时,对车辆行驶路线和方向的精确定位和修正具有很好的效果。
该方案适用于多种车辆的偏移纠正,尤其是在高速公路和山路等复杂路况下。
专利名称:一种标定系统及其标定支架专利类型:实用新型专利
发明人:赖毕望
申请号:CN201920362872.0
申请日:20190320
公开号:CN210000241U
公开日:
20200131
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本实用新型涉及车辆校准领域,提供一种标定系统及其标定支架,标定支架包括:底座、立架组件和横梁组件。
立架组件安装于底座。
横梁组件由立架组件支持,横梁组件包括可折叠的横梁,用于安装标定元件,横梁包括第一横梁部与第二横梁部,第一横梁部与第二横梁部之间可枢转地连接,第一横梁部与第二横梁部之中一者的管壁内设置有卡扣件,第一横梁部与第二横梁部之中另一者的管壁内设置有卡凸,卡凸与卡扣件相配合以实现第一横梁部与第二横梁部之间的卡合。
通过上述方式,在使用时,第一横梁部与第二横梁部可通过卡凸与卡扣件相配合以展开,不使用时,第一横梁部与第二横梁部可折叠,以减少标定支架的体积,从而方便搬运标定支架。
申请人:深圳市道通科技股份有限公司
地址:518055 广东省深圳市南山区西丽街道学苑大道1001号智园B1栋7层、8层、10层
国籍:CN
代理机构:深圳市六加知识产权代理有限公司
代理人:罗水江
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汽车行驶跑偏测试系统中标定架的设计何耀华;熊婷【摘要】为保证汽车行驶跑偏测试系统的测试精度,运用理论与实验相结合的方法设计标定架以校正CCD图像传感器的安装误差和统一多个传感器的物理坐标;通过研究标定算法与控制点关系,分析控制点分布对标定误差的影响,确定控制点的维数与分布;以尺寸链计算来合理分配标定架各构件公差,保证控制点位置精度,并研讨了再次标定控制点位置精度与首次标定一致性问题。
试验证明,设计完成的标定架充分满足系统精度要求和使用要求。
%In order to ensure testing accuracy of vehicle driving wandering test system , the calibration frame was designed to calibrate the mounting error of CCD image sensor and unify physical coordinates of different CCD image sensors by using the method of combining theory and experiment;the number of dimensions and distribution of control points were determined by the relationship between camera calibration algorithm and control point .And the influence of the distribution of control points on the calibration error was analyzed;tolerance of each component in calibration frame was reasonably distributed by calculating dimen -sion chain to ensure position accuracy of control points .How to ensure the consistency of position accuracy of the control points was discussed .Experimental results show that the designed calibration frame fully meets the accuracy and using requirements .【期刊名称】《武汉理工大学学报(信息与管理工程版)》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P185-189)【关键词】标定算法;控制点;标定架;尺寸链;位置精度【作者】何耀华;熊婷【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉 430070; 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉 430070;武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070; 现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】U467.4汽车行驶跑偏会导致制动跑偏和制动侧滑等问题,易使驾驶员疲劳,进而引发交通事故,为此对汽车跑偏量进行测试很有必要。
目录第一部分设计任务与调研 (1)第二部分设计说明 (2)第三部分设计成果 (6)第四部分结束语 (13)第五部分致谢 (14)第六部分参考文献 (15)1第一部分设计任务与调研一、毕业设计的主要任务1.掌握别克凯越汽车转向系统组成、部件及分析;2.了解别克凯越汽车自动跑偏的故障原因分析;3.完成别克凯越汽车自动跑偏的故障诊断方案设计。
二、设计的思路、方法等1.通过检索相关专著、论文、汽车维修手册、培训材料等资料,收集与别克凯越汽车自动跑偏的故障检测毕业设计相关的材料;2.经过分析、归纳、整理,系统分析别克凯越汽车自动跑偏的故障原因;3.进行现场实践,对别克凯越汽车转向系统进行实车研究;4.开展方案设计,通过系统分析法和现场验证,比较各种方案,逐步优化设计方案、明确设计故障诊断方案;5.应用检验验证故障分析诊断思路的逻辑性和有效性;结合别克凯越汽车转向系维修实践进行检验,进一步修改完善设计,验证科学性与实用价值。
三、与本课题相关的资料参考以下书籍[1]《轿车四轮定位检测与调整》 [M] 罗进益,周红军主编.人民交通出版社,2001.12;[2]《上海别克轿车结构与维修》 [M] 张凤山主编.金盾出版社,2001.5;[3]《汽车转向、行驶与制动系统的检测与维修》 [M] 周玲玲主编.机修工业出版社,2012.5;[4]《别克轿车故障排除与案例分析》 [M] 牛英伟,石远洋主编.机械工业出版社,2011.11;[5]《最新别克车系实用维修手册》[M] 周晓飞,万建才.化学工业出版社2011.5;四、调研的目的和总结通过调研,收集足够的、真实的和有效的专业信息,为本次毕业设计提供充分的理论基础及参考依据。
调研的部门为汽车企业、汽车公司、汽车专业人士等一切与本次毕业设计相关的单位或个人,获得的信息有些是学术性的,也有些是实用性的。
第二部分设计说明1、别克凯越悬架系统结构组成前悬挂:别克凯越的前悬挂是麦弗逊式悬挂,麦弗逊式悬挂是当今世界用的最广泛的轿车前悬挂之一。
第36卷 第2期2014年4月武汉理工大学学报(信息与管理工程版)JOURNALOFWUT(INFORMATION&MANAGEMENTENGINEERING)Vol.36No.2Apr.2014文章编号:2095-3852(2014)02-0185-05文献标志码:A汽车行驶跑偏测试系统中标定架的设计何耀华1,2,熊 婷1,2(1.武汉理工大学汽车工程学院,湖北武汉430070;2.现代汽车零部件技术湖北省重点实验室,湖北武汉430070)摘 要:为保证汽车行驶跑偏测试系统的测试精度,运用理论与实验相结合的方法设计标定架以校正CCD图像传感器的安装误差和统一多个传感器的物理坐标;通过研究标定算法与控制点关系,分析控制点分布对标定误差的影响,确定控制点的维数与分布;以尺寸链计算来合理分配标定架各构件公差,保证控制点位置精度,并研讨了再次标定控制点位置精度与首次标定一致性问题。
试验证明,设计完成的标定架充分满足系统精度要求和使用要求。
关键词:标定算法;控制点;标定架;尺寸链;位置精度中图分类号:U467.4 DOI:10.3963/j.issn.2095-3852.2014.02.010收稿日期:2013-10-08.作者简介:何耀华(1962-),男,湖北广水人,武汉理工大学汽车工程学院副教授.基金项目:国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(2013AA040201);教育部创新团队发展计划基金资助项目(IRT13087). 汽车行驶跑偏会导致制动跑偏和制动侧滑等问题,易使驾驶员疲劳,进而引发交通事故,为此对汽车跑偏量进行测试很有必要。
基于近景摄影测量的汽车行驶跑偏测试系统是应汽车的发展形势和汽车企业的需求而自主研发的新型汽车检测用设备[1]。
由于汽车行驶跑偏测试系统中的CCD图像传感器安装在户外的金属构架上,安装精度难以保证;CCD图像传感器在成像过程中存在光学畸变,像点坐标有误差,需要经过标定进行校正。
为了实现图像坐标与物理坐标之间的准确转换,必须对所使用的图像传感器进行标定[2-3]。
在汽车行驶跑偏测试系统中,设置有前后两个龙门架,每个龙门架上均装有两个同种型号的CCD图像传感器,如图1所示。
每个图像传感器的成像模型是唯一的,必须对其进行标定,并通过标定架统一4个CCD图像传感器的测试基准。
1 近景摄影测量中标定架的设计1.1 标定架与控制点的设计分布标定架是指均匀分布有一定数量的二维或三维控制点的可携带的轻质构架,也称之为活动控制系统。
控制点指在被测目标或其周围的已知坐标值的标志点。
设计标定架时,要求控制点均匀分布,图1 汽车行驶跑偏测试系统示意图环绕被测目标,充分覆盖有效的图像范围,且像点在图像上的构像范围越大越好[4]。
1.2 标定算法与控制点的选择近景摄影测量中CCD图像传感器标定常用的方法有空间后方交会法和直接线性变换法[5-7]。
实验表明,这两种方法的计算结果较为接近、均准确可靠。
由于直接线性变换法在标定的过程中不需框标和图像传感器内外方位元素初始值,从控制点的像素坐标直接变换到物理坐标,标定过程比较简单,该汽车行驶跑偏测试系统采用直接线性变换法进行标定。
控制点的选择应以已选定的标定算法为基础。
控制点的选择包括维数和个数两个方面,控制点分为三维、二维和一维,不同的标定方法要求不同的维数。
直接线性变换法同时求解内、外方位元素,若所用控制点布置在任意方位的同一平面内,则会引起解的不稳定,因此标定架上必须设置超过12个均匀分布的三维控制点。
1.3 直接线性变换法直接线性变换法是建立像点坐标和相应物点物理坐标之间直接线性关系的算法。
在直接线性变换法中,11个独立图像传感器参数与l系数之间是函数关系,在很多情况下不一定需要把11个独立参数都解算出来,而仅依靠l系数,实现像素坐标(x,y)至物理坐标(X,Y,Z)的直接变换。
直接线性变换法的基本关系式如下:x+l1X+l2Y+l3Z+l4l9X+l10Y+l11Z+1=0y+l5X+l6Y+l7Z+l8l9X+l10Y+l11Z+1=0(1) 式中:li(i=1,2,…,11)为控制点的像素坐标与物理坐标间的变换系数,其计算式如下:M=-XYZ10000xXxYxZ(x-x0)r20000XAYAZA1AyXAyYAyZA(y-y0)r2(2)L=(l1l2l3l4l5l6l7l8l9l10l11k1)T(3)W=[-x/A-y/A]T(4)x0=-(l1l9+l2l10+l3l11)/(l29+l210+l211)(5)y0=-(l5l9+l6l10+l7l11)/(l29+l210+l211)(6)A=l9X+l10Y+l11Z+1(7)r=(x-x0)2+(y-y0)2(8)L=(MTM)-1MTW(9) 式中:k1为径向畸变系数;r为像点向径;(x0,y0)为像主点的像素坐标。
标定架提供12个控制点的物理坐标(X,Y,Z),图像传感器采集并分析处理得到相应控制点的像素坐标(x,y),利用直接线性变换法计算出l系数即完成CCD图像传感器的标定。
1.4 标定架的结构标定架由固定机构、标定杆和调平装置3部分组成,其中固定机构由方管、连接板和大U型块组成,标定杆由小U型块、碳纤维杆、连接块和光学标志组成,调平装置由三脚架和水平仪组成,如图2所示。
固定机构水平地安装在龙门架的两根立柱上,如图3所示,安装时需将两组固定机构调至同一平面;标定杆通过两端的小U型块直接卡入大U型块,可方便地安装拆卸;调平装置用来调平标定杆,使光学标志保持水平便于图像信息的处理以起到控制点的作用。
控制点分布图如图4所示。
12个控制点分为3组,均匀分布在3个相互平行的标定杆上。
图5~图9为间距H取不同数值时各标定点标定误差的分布图,从图中不难看出:当H为100mm、400mm和2m时,标定误差稍大;H为200mm和300mm时,标定误差较小;说明控制点在Z方向上的间距H对标定结果有影响,当H在一定范围内时,H越大,标定误差越小;当H达到一定值时,随着H增大,标定误差不仅不会减小,还会变大,最后趋于稳定。
因此,选定标定架上的控制点在Z方向上的间距为200mm,既符合标定算法要求,又可减小标定误差,同时还减小了标定架在Z方向上的结构尺寸以便于携带和安装。
图2 碳纤维标定架 图3 标定架安装图 图4 控制点分布图2 控制点位置精度选取龙门架立柱的垂直面作为标定架固定基准,如图3所示,该基准具有永久参照性。
为保证控制点的位置精度,需要从X、Y、Z3个方向来考虑。
2.1 控制点在X方向上位置精度3组控制点在X方向上的位置精度由标定杆的中间孔位置精度和标定杆的安装精度确定,如图10所示。
安装标定杆时,以一侧的固定机构作为安装基准,标定杆安装尺寸链如图11所示。
已知固定机构间的安装距离A1=6380mm,预留的调整间隙A0=10mm,则标定杆总长度为A2=6370mm,碳纤维杆的长度L=A2/5=1274mm。
一根标定681武汉理工大学学报(信息与管理工程版)2014年4月图5 H为100mm时 图6 H为200mm时误差分布 误差分布杆由5根碳纤维杆和4组连接块组成,光学标志对称分布在左右4根碳纤维杆上,中间的碳纤维杆上打孔作为3组控制点的对中基准。
通过计算尺寸链确定标定杆零件的加工尺寸精度来保证标定杆中间孔的精度,标定杆的尺寸链如图12所示。
按照完全互换法解尺寸链,在装配时各组成环不需挑选或辅助加工,装配后即能达到封闭环图7 H为300mm时误差分布 图8 H为400mm时误差分布 图9 H为2m时误差分布图10 3组控制点在X方向上的定位关系图 图11 标定杆安装尺寸链 图12 标定杆尺寸链的公差要求,可实现完全互换性[8]。
完全互换法计算尺寸链的基本公式如下:A0=∑mi=1A(+)i-∑n-1m+1A(-)i(10)T0=∑mi=1TAi(11)ES0=∑ki=1ES(+)i-∑mk+1EI(-)i(12)EI0=∑ki=1EI(+)i-∑mk+1ES(-)i(13) 式中:ES0、EI0分别为封闭环的上、下偏差;A0为封闭环的基本尺寸;T0为封闭环公差;ES(+)i、EI(+)i分别为第i个增环的上、下偏差;ES(-)i、EI(-)i分别为第i个减环的上、下偏差;A(+)i为第i个增环的基本尺寸;A(-)i为第i个减环的基本尺寸;TAi为各组成环的公差。
为了保证3根标定杆的对中精度,要求A3的公差为T3=0.4mm,即A3=3185+0.2-0.2mm。
经计算,得出零部件上各孔的加工精度为:A4=607+0.0435-0.0435mm,A5=A7=60+0.037-0.037mm,A6=1214+0.087-0.087mm,A8=1244+0.4045-0.4045mm。
标定杆的中间孔位置精度确定后,还需保证标定杆的安装精度,这样才能保证3根标定杆的对中精度,3组控制点在X方向上的相对位置精度才能得到保证。
经计算,A0=10+0.9-0.9mm,A1=6380+0.5-0.5mm,A2=6370+0.4-0.4mm。
2.2 控制点在Y、Z方向上位置精度3组控制点在Y方向的间距为1300mm,该间距通过方管上的3个定位销孔的加工位置精度来确定;3组控制点在Z方向的间距H为200mm,该间距是通过一组同种类型不同长度的3块连接板与大U型块的定位安装精度来确定的,如图13所示。
2.3 保证控制点位置精度的措施 当像机的固定位置发生变化时,成像模型发生变化,需要重新进行标定。
为了简化标定过程,不用重复测量控制点的物理坐标,要保证再次标定时控制点的位置精度与第一次标定时一致,应采用以下措施:781第36卷 第2期何耀华,等:汽车行驶跑偏测试系统中标定架的设计图13 3组控制点在Y、Z方向上的定位关系图 (1)两组固定机构永远固定在龙门架两侧的立柱上,第一次标定时将固定机构调至平行并保证安装位置精度后,永不拆卸;(2)第一次标定时直接将光标贴在标定杆上,永不取下;(3)考虑到冬夏温差变化较大导致热胀冷缩,采用碳纤维作为标定杆,碳纤维材料具有热膨胀系数小、高温不变形、质量轻、耐腐蚀性好的特点。
热胀冷缩变化量可用公式ΔL=α×ΔT×L计算,其中ΔL为变化尺寸,α为线膨胀系数,ΔT为温度差,L为原长度。
根据当地冬夏最大温度差ΔT=-50K,碳纤维杆的热膨胀系数α=-0.7×10-6K-1,标定杆长L=7000mm,则杆长变化量ΔL=α×ΔT×L=0.245mm,不影响控制点的位置精度,采用碳纤维材料进一步确保了再次标定时控制点的位置精度与第一次标定时一致。
3 试验验证3.1 标定架结构稳定性首次标定时控制点像素坐标及物理坐标如表1所示,再次标定时控制点的像素坐标如表2所示。