一种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法
【专利摘要】本发明公开了汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法，其特征是：在轮辋的外侧通过连接件固定设置一检测盘，通过摄像获取检测盘上半周边缘的投影轮廓弧线，通过标定获得线的弦长与轮胎外倾角之间的函数关系，从而实时获得车辆行驶过程中任意弦长所对应的轮胎外倾角。本发明能实时检测获得车轮在行驶过程中的外倾角，检测精度高、实时性强、操作简便且成本低。
【专利说明】ー种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法【技术领域】:
[0001]本发明属于汽车控制与检测领域，更具体的说是涉及一种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法。
【背景技术】:
[0002]如图1所示，车轮面与铅垂线的夹角称为外倾角Y。汽车两前轮有外倾角Y，具有绕各自旋转轴线与地面的交点0’滚动的趋势，若不受约束，将会偏离正前方而各自向左、右侧滚动。实际上，由于前轴的约束，两个前轮只能一起向前行驶。因此，车轮中心必作用有一侧向カFyy，把车轮“拉”回至同一方向向前滚动。与此同时，轮胎接地面中产生一与Fy方向相反的侧向反作用力，这就是外倾侧向力FYy。车轮平面与地面不垂直吋，从车头前方看车轮平面与铅垂线所成的角度可分为正外倾角和负外倾角，若车轮平面向外倾斜则所成的角度为正外倾角，若车轮平面向内倾斜则所成的角度为负外倾角。当车轮平面和地面完全垂直时,此时所成的角度为零外倾角。
[0003]保持适当大小的外倾角不仅有利于降低轮胎的磨损情况，而且有助于提高汽车的操纵性和转向性。正外倾角影响汽车的直线行驶稳定性和转向轮的回正功能。由于正外倾角的作用，外侧悬挂有向上抬离车轮的趋势，在汽车直线行驶过程中，汽车的车身重量压在转向轴上，起到帮助车轮回正的效果。负外倾角起到在转弯时候防止轮胎侧滑的作用，但同时也增加了转向阻力。
[0004]汽车之所以能够 自如地行进、停车和转弯，是汽车轮胎与路面接触的作用結果。由于轮胎承受了作用在汽车上的力，才能得以形成运动，因此充分理解轮胎的受カ情况才能研究汽车运动性能。这些作用在车轮上的力包括车轮外倾反作用力，所以測量出轮胎外倾角对研究汽车轮胎作用力有着重要的意义。
[0005]现有的技术中，对轮胎外倾角的获取主要有三种方法:
[0006]1、基于车轮定位仪的测量方法；车轮定位仪包括激光式、红外线式、水准式、光学式和拉线位移式等，该方法使用较为广泛，但该方法由于其检测原理的局限性，操作过程仍比较复杂，无法实现快速检测，检测主要在台架上进行，不能进行实车道路检测。
[0007]2、基于视觉标定轮胎外侧的測量方法；该方法主要是利用标定好内外參数的摄像机获取有特征标记的轮胎图像，并利用特征点的二维坐标和空间三维坐标获得车轮的外倾角。该方法虽然实现非接触測量，但是标定仍然繁琐，而且大都在台架上实现，实时性不强。
[0008]3、基于动力学模型外推算出外倾角的測量方法，该方法是通过实验数据的处理得到车辆侧滑量与车轮外倾角的映射关系，实现车轮外倾角的測量，但是该測量方法依赖于数学模型的复杂程度，误差较大。
【发明内容】
[0009]本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供一种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法，能实时检测获得车轮在行驶过程中的外倾角，检测精度高、实时性強、操作简便且成本低。
[0010]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0011]本发明ー种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法的特点是按如下步骤进行:
[0012]步骤一、在轮辋的外侧通过连接件固定设置ー检测盘，所述检测盘的平面与轮辋中心轴线垂直，所述检测盘的中心处在所述轮辋的中心轴线上；
[0013]步骤ニ、通过摄像获取检测盘上半周边缘在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，所述投影轮廓弧线的两端点分别为A和B ;所述投影轮廓弧线的弦长为1，利用弦长I与轮胎外倾角Y —一对应的关系，通过标定获得弦长I与轮胎外倾角Y之间的函数关系Y=f (I);
[0014]步骤三、通过摄像实时获取检测盘上半周边缘在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，所述投影轮廓弧线的两端分别为A1和B1 ;令投影轮廓弧线的弦长为I1，利用步骤ニ所获得函数关系Y = f(l)确定对应于弦长I1的轮胎外倾角h。
[0015]本发明汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法的特点也在于:
[0016]设置ー摄像头获取所述投影轮廓弧线，所述摄像头垂直向下且光轴轴线经过所述检测盘的中心。
[0017]所述连接件的结构设置为:设置一法兰盘，所法兰盘的ー侧与检测盘通过连接杆固定连接，并保持法兰盘与检测盘的平面为平行；在所述法兰盘的另ー侧，按照轮辋上紧固螺栓的位置分布设置各夹紧卡抓，由卡爪头和卡爪柄构成的夹紧卡抓与夹紧套管组成套管结构，所述卡爪头固套在所述轮辋上的紧固螺栓端头，所述卡爪柄的底部设置有内螺纹结构并通过螺栓紧固在法兰盘上，所述连接件是以套装在所述卡爪柄上的夹紧套管和所述螺栓对所述卡爪头形成紧固结构。
[0018]与已有技术相比，本发明的有益效果体现在:
[0019]1、本发明的測量方法根据利用弦长I与轮胎外倾角Y —一对应的关系进行标定，标定原理简单，过程简便。
[0020]2、本发明的測量方法不局限于台架试验，可以在实车车道上运行且測量出轮胎外倾角，实时性强。
[0021]3、本发明的測量方法不依赖于建立复杂的数学模型，而是基于图像处理的方法进行轮胎外倾角测量，測量结果能精确到0.01°。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为已有技术中汽车轮胎外倾角定义示意图；
[0023]图2为本发明中检测盘与连接件的安装结构示意图；
[0024]图3为本发明中卡爪与法兰盘的连接剖视图；
[0025]图4a为本发明中測量汽车轮胎外倾角系统的整体安装示意图；
[0026]图4b为本发明中轮胎、检测盘和摄像头的侧视图；
[0027]图5为本发明中检测盘在地面的投影曲线弧示意图；
[0028]图6为本发明流程图；
[0029]图中标号:1法兰盘；2检测盘；3检测盘边缘；4螺栓；5夹紧套管；6夹紧卡抓；7车载计算机；8摄像头；9图像采集卡；10连接杆；
【具体实施方式】
[0030]本实施例中，采用基于虚拟仪器LabVIEW的图像采集卡、摄像头、车载计算机组成的外倾角测量系统，是基于图像处理的方法按如下步骤进行汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量:
[0031]步骤一、在轮辋的外侧通过连接件固定设置ー检测盘2，检测盘2的平面与轮辋中心轴线垂直，检测盘2的中心处在轮辋的中心轴线上；从而使得检测盘2与轮辋平面同轴且平行。
[0032]如图2所示，连接件的结构设置为:设置一法兰盘1，所法兰盘I的ー侧与检测盘2通过连接杆10固定连接，并保持法兰盘I与检测盘2的平面为平行；在法兰盘I的另ー侦牝按照轮辋上紧固螺栓的位置分布设置各夹紧卡抓6。如图3所示，由卡爪头和卡爪柄构成的夹紧卡抓6与夹紧套管5组成套管结构，卡爪头固套在轮辋上的紧固螺栓端头，卡爪柄的底部设置有内螺纹结构并通过螺栓4紧固在法兰盘I上，连接件是以套装在卡爪柄上的夹紧套管5和螺栓4对卡爪头形成紧固结构。
[0033]步骤ニ、通过摄像获取检测盘2上半周边缘3在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，如图5所示，投影轮廓弧线的两端点分别为A和B ;投影轮廓弧线的弦长为1，利用弦长I与轮胎外倾角Y —一对应的关系，通过标定获得弦长I与轮胎外倾角Y之间的函数关系Y = f(l);不同大小的轮胎外倾角Y对应着不同大小的弦长I。轮胎外倾角Y越大，则弦长I值越大。轮胎外倾角为零的时候，其弦长I值为零。通过标定的方法可以获得对应函数关系Y =f(l)的拟合曲线，找到有限随机数据的规律性，给出其近似表达式。本实例中，利用数据的最小二乗法求得拟合曲线，即拟合模型与实际测量值在各点的残差的加权平方和最小。具体实施中，为了便于提取和分割检测盘的边缘图像在行驶地面上的投影，可将检测盘2的上半周边缘3标记为红色。
[0034]具体实施中，如图4a和图4b所示，利用刚性支架一端固定在汽车的发动机引擎盖上，一端固定安装一摄像头，摄像头垂直向下且光轴轴线经过检测盘的中心，设置ー图像采集卡9，本发明中图像采集卡选用是美国国家仪器公司的CVS-1456，利用图像采集卡9获取由摄像头8采集到的投影轮廓弧线。摄像头8和图像采集9卡之间通过IEEE1394b相连，利用计算机7实时显示轮胎外倾角。汽车行驶过程中，无论汽车转向轮如何旋转，摄像头都能够采集到包含被标记成红色的检测盘上半周边缘的轮廓图像，本实施例中，摄像头所采集到的图像的原始图像为RGB格式，图像大小为800像素*600像素。
[0035]如图6所示,本实施例中，基于LabVIEW、IMAQ Vision图像处理软件按如下步骤进行实时检测投影轮廓弧线:
[0036]步骤a、对检测盘2上半周边缘图像进行预处理后获得去噪后的图像。预处理包括中值滤波和卷积处理，用于去除由于坏境变化、光照变化以及摄像头本身固有属性等在图像传输过程中引入的噪声；
[0037]步骤b、对去噪后的图像提取R分量和G分量，并将R分量和G分量作減法运算获得R-G色差灰度图；
[0038]步骤C、对R-G色差灰度图像进行阈值分割获得ニ值图像；[0039]步骤d、对ニ值图像进行形态学去噪处理获得去噪后的ニ值图像，分割后的ニ值图像可能包含有非检测盘边缘及轮廓的ー些颗粒噪声，进ー步通过形态学开闭运算去除噪声；
[0040]步骤e、对去噪后的ニ值图像进行边缘检测获得检测盘的边缘曲线，即水平投影轮廓弧线。去噪后的ニ值图像在进行边缘检测后，水平投影轮廓弧线在图像中显示为曲线弧。
[0041]步骤三、通过摄像实时获取检测盘2上半周边缘3在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，投影轮廓弧线的两端分别为A1和B1 ;令投影轮廓弧线的弦长为I1，利用步骤ニ所获得函数关系Y = f(l)确定对应于弦长I1的轮胎外倾角h。
【权利要求】
1.一种汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法，其特征是按如下步骤进行: 步骤一、在轮辋的外侧通过连接件固定设置ー检测盘(2)，所述检测盘(2)的平面与轮辋中心轴线垂直，所述检测盘(2)的中心处在所述轮辋的中心轴线上； 步骤ニ、通过摄像获取检测盘(2)上半周边缘(3)在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，所述投影轮廓弧线的两端点分别为A和B ;所述投影轮廓弧线的弦长为1，利用弦长I与轮胎外倾角Y —一对应的关系，通过标定获得弦长I与轮胎外倾角Y之间的函数关系Y = f (I); 步骤三、通过摄像实时获取检测盘(2)上半周边缘(3)在车轮所在位置地面上的投影轮廓弧线，所述投影轮廓弧线的两端分别为A1和B1 ;令投影轮廓弧线的弦长为I1，利用步骤ニ所获得函数关系Y = f(l)确定对应于弦长I1的轮胎外倾角ん。
2.根据权利要求1所述的汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法，其特征是设置ー摄像头获取所述投影轮廓弧线，所述摄像头垂直向下且光轴轴线经过所述检测盘的中心。
3.根据权利要求1所述的汽车在行驶过程中轮胎外倾角实时测量方法，其特征是，所述连接件的结构设置为:设置一法兰盘(I)，所述法兰盘(I)的ー侧与检测盘(2)通过连接杆(13)固定连接，并保持法兰盘(I)与检测盘(2)的平面为平行；在所述法兰盘(I)的另ー侧，按照轮辋上紧固螺栓的位置分布设置各夹紧卡抓(6)，由卡爪头和卡爪柄构成的夹紧卡抓(6)与夹紧套管(5)组成套管结构，所述卡爪头固套在所述轮辋上的紧固螺栓端头，所述卡爪柄的底部设置有内螺纹结构并通过螺栓(4)紧固在法兰盘(I)上，所述连接件是以套装在所述卡爪柄上的夹紧套管(5)和所述螺栓(4)对所述卡爪头形成紧固结构。
【文档编号】G01B11/26GK103499311SQ201310442691
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】张小龙, 谢正春, 罗玉枝, 陈彬, 姜山 申请人:安徽农业大学