一种车辆通道圆轨迹测试系统及方法与流程

本发明属于汽车或汽车列车性能测试技术，尤其涉及对汽车或汽车列车在圆形通道上通过性的测试评价系统及方法。

背景技术：

我国于2016年7月发布实施了《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值》(gb1589-2016)，其中对车辆通过性(通道圆)的测试标准进行了再次明确定义，规定行驶的路线以及测试要求。但标准中只提及测试要求、指标，不对具体测试设备和方法进行指导或规定。

目前传统的汽车或汽车列车通道圆的通过性测试方法主要包括地面标记法(洒水、喷油漆、画线)和gps定位法。随着我国中置轴挂车列车上路行驶政策的实施以及车辆管理观念的加强，将对中置轴牵引车辆与中置轴挂车实行列车性能匹配，以确保其通过性符合国家标准要求。目前，现有的几种方法在多轴汽车列车(6轴或未来6轴以上)中存在一定的不足，容易出现车辆前后轮胎行驶轨迹互相碾压、对路面造成污染、设备安装复杂，或者误差较大。因此，迫切需要开发新的便捷设备和新的方法对车轮行驶轨迹进行测量，从而更好的为车辆通道圆的通过性进行评价。

技术实现要素：

本发明为了获得汽车或汽车列车的通过性能，提出一种对汽车或汽车列车车辆通道圆轨迹测试系统及方法。该系统具有设计简单、结构合理、安装方便、便于操作等特点，利用该系统实施的测试方法、测试手段可快速、准确地实现对汽车或汽车列车的通道圆轨迹进行测试，得出其通过性是否满足国家标准的要求。

本发明为解决以上技术问题所采取的技术方案如下：

本发明提供一种车辆通道圆轨迹测试系统，包括一可旋转的立柱，在所述立柱上固定有角度传感器、测距传感器、图像采集器；所述角度传感器、测距传感器、图像采集器与立柱同轴同步旋转；

所述立柱位于半径为12.5m的通道圆的圆心处，待测车辆位于所述通道圆的弧线上；

所述角度传感器、测距传感器、图像采集器均与一计算机相连，向计算机传送数据。

进一步地，所述立柱垂直于所述通道圆平面，旋转时保证与通道圆平面垂直不倾斜，才能使得测试数据准确。

进一步地，所述立柱底部设置一驱动机构，所述驱动机构驱动所述立柱旋转。

进一步地，所述角度传感器包括固定端和旋转端，固定端与一固定物固定，旋转端固定在所述立柱上，与所述立柱同轴心旋转。

进一步地，所述测距传感器的测量中心点与车辆轴头中心高度保持一致。

本发明还提供一种利用所述系统进行车辆通道圆轨迹测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在车辆上设置有图像和/或距离采集标记，待测车辆沿着所述通道圆的圆周低速行走；

2)在待测车辆行走的过程中，所述图像采集器不断循环采集车辆上的标记，将信号传送给计算机，并在每一次采集时，角度传感器、测距传感器同步采集所述标记的角度和距离，传送给计算机；

3)以角度和距离建立二维坐标系，拟合在所有次采集到的所述标记的角度和距离数据，形成一曲线，即为该标记的通道圆轨迹。

进一步地，所述图像和/或距离采集标记在车辆转动轴上的车轮上设置。

进一步地，所述图像和/或距离采集标记在靠轨道内侧的车轮上设置。

进一步地，具体方法是：

设有n个车轮做了标记，n≥1，标记位分别记为n1、n2、n3……nn；

测试时所述立柱持续旋转，车辆进入通道圆的位置a时，图像采集器依次采集各标记位的图像，角度传感器、测距传感器同时记录相应的角度和距离，分别记为n1：aα1和ar1，n2：aα2和ar2，……nn：aαn和arn；

当车辆进入通道圆的位置b时，图像采集器再依次采集各标记位的图像，角度传感器、测距传感器同时记录相应的角度和距离，分别记为n1：bα1和br1，n2：bα2和br2，……nn：bαn和brn；

伴随车辆的不断行进，图像采集器依次在不同位置采集，角度传感器、测距传感器也同时测量，所有数据都传送给计算机；

计算机分别统计各标记位的所有次测量的角度和距离，并在角度和距离的二维坐标系中，分别拟合形成n条曲线，根据这些曲线确定待测车辆的最小通道圆半径。

与现有技术相比，本发明显著的有益效果体现在：

1.本发明设计的测试系统，结构简便，可扩展性好。只需要携带少数的几个传感器(测距、测角)，在通道圆圆心点上以及车辆轴头上进行快速安装，便可完成试验准备工作。此外，该设备可在现有一车一挂时开展测试工作，也可在未来一车双挂的环境下继续使用。

2.本发明测量精度高，对环境无损害。相关测试无需破坏试验场的路面，也不需要进行洒水、地面绘制轨迹、喷漆等，便可实现测试。此外，随着传感器技术的发展，测距传感器能够有更高的测量精度，测试系统测得的测量点数量、采集效率与以往系统相比，优势明显。

3.本发明采用为数不多的几个器件就可完成测量，且测量结果精确。通过巧妙的在车轴上设置几个拍摄和/或测距标记，同时巧妙地在圆中心点安装旋转立柱，采用传感器旋转循环采样的方式，就可连续实现同一标记点的不同时刻的多次测量，以及不同标记点在几乎是同一时刻下的同步测量。

4.本发明不仅对环境无污染，而且使用计算机等科学的手段进行测量和计算，没有人为误差。

本发明的其他优点将在以下实施例中有所展现，或者通过阅读本申请而领会。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为车辆通道圆测试系统布置图；

图2为各测量传感器的安装布置图；

图3为通过计算机重绘的不同轮胎行驶轨迹图。

1-立柱、2-角度传感器、3-测距传感器、4-图像采集器、5-待测车辆、6-固定杆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，按照gb1589-2016规定，要求在半径为12.5m的通道圆上进行通过性测试，所以，本发明提供的一种车辆通道圆轨迹测试系统，围绕半径为12.5m的地面圆设置，该系统包括在地面上半径为12.5m圆的圆心点位置安装的一根可转动的立柱1，以及在立柱上安装的、可以随立柱同步转动的角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4。

进一步地，立柱1为垂直于地面设置，与地面间仅可进行旋转，可在底端安装一驱动机构，由驱动机构带动其旋转，驱动机构可选能够驱使立柱1持续、稳定、匀速旋转的任何机构。角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4三者均固定在立柱1上，当立柱旋转时，角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4保持与立柱1同轴心同步旋转。角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4三者在立柱1的垂直方向上位置可互换，但需要保证测距传感器3的测量中心点与车辆轴头中心高度保持一致，以便捕捉测量点。角度传感器2的外部固定杆6(如图2)与地面固定用以确定角度传感器的初始位置，角度传感器2的转孔与立柱1配合随立柱1同轴心旋转。

还进一步地，对于有相应配件配合测量的测距传感器3，可在车辆轮毂(或轴头)上安装传感器所需的配件(如激光测距仪配套使用的反光板)。

除此之外，该系统还需要配置一计算机，角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4均与所述计算机上的采集卡相连，向其传输采集到的信息；驱动立柱1旋转的驱动机构也可由所述计算机控制。

本发明是实现对测试车辆通道圆轨迹的测量，采用本系统的测量原理是：让待测车辆5以立柱1为中心，在半径为12.5m的通道圆上低速行走(大约3-4公里/每小时)，然后利用图像采集器4采集车辆上某位置的图像，在每次采集图像的同时利用角度传感器2和测距传感器3同步采集该图像位置对应的角度和距离。伴随车辆的行走，图像采集器4数次采集该图像，同时角度传感器2和测距传感器3也同样数次采集该图像的角度和距离。把所有关于该图像在不同时刻相对于立柱中心的旋转角度和距离的数据进行统计并曲线拟合，就形成了该图像的行走轨迹，该图像的轨迹即代表它所附的器件的运动轨迹。

因此，本发明采取的一个具体测量实施例是：

1)在待测车辆靠近通道圆内侧的车轮上，设置图像和/或距离采集标记，用作图像采集器4采集图像的标记位和测距传感器3的测距标记，这样才能使得图像、数据采集更加具有针对性，更加准确。图像和/或距离采集标记可以是多种标记形式，如图形，数字，文字等。由于测试车轮的轨迹，所以拍摄标记最好设置在车轮的轮毂或轴头上，对需要设置单独标记的测距传感器，需要将相关标记固定于车轮轴头上，作为距离采集标记，图像和测距的采集标记可以共用一个也可单独设置。对于单体车辆，或挂车，或列车，可在靠轨道内侧的每个车轮上设置标记，也可只在转动轴安装的车轮上设置标记，只要能相对准确地捕捉车辆行驶轨迹即可。

设有n个车轮做了标记，n≥1，标记位分别记为n1、n2、n3……nn。

2)测试前先调整角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4到初始位，记录角度传感器的初始角度；并测量测距传感器标记位置或车轮轴头与通道圆上车轮边缘的初始距离，作为测距传感器的标志点；将以上初始值输入计算机中用于软件修正。然后让车辆驶入通道圆，开始测量。

3)立柱1不断旋转，设车辆在通道圆某一位置时，如图1中标记的车辆刚进入通道圆的初始位置a时，图像采集器4率先采集n1标记位的图像，与此同时，图像采集器4将拍摄信息传递给计算机时，计算机即指令角度传感器2、测距传感器3同时采集该标记位的角度aα1和距立柱中心的距离ar1；然后伴随立柱1的旋转，图像采集器4继而采集n2标记位的图像，以及对应的角度aα2和距离ar2；以此类推，完成n个标记位的测量。

车辆在某位置采集完所有的标记位数据之后，伴随着车辆的继续行走以及立柱的继续旋转，图像采集器4会再次采集到各标记位的图像，如在车辆到达位置b时，图像采集器4再次旋转拍摄到车辆上的n1标记位图像，与此同时计算机再指令角度传感器2、测距传感器3采集对应的角度bα1和距离br1；同样以此类推，采集完该位置的所有标记位数据。

由于立柱的旋转速度远远大于车辆的行走速度，所以车辆在某位置被采集各标记位数据的时候，可视车辆是静止的。

图像的采集频率可自定义，如此下去，设车辆在走完一个圆周的过程中，图像共采集了m个车辆位置(即m次循环测量)，由此形成如下表所列的数据群。一般选择车辆在通道圆上每走过30°或45°或60°或90°测量一次，或者比这更频繁。

4)统计上述所有关于n1标记位的角度和距离的数据组合：如aα1和ar1、bα1和br1……；以及所有关于n2标记位的角度和距离的数据组合：如aα2和ar2、bα2和br2……；推及所有n个标记位。

计算机通过收集图像信息以及对应的角度传感器信息、测距传感器信息，在车辆行驶完预设的线路(如90°直角弯，360°圆周)后，在计算机上，以角度和距离建立二维坐标系，通过计算机拟合将各车轮的轨迹描绘成相应的曲线，最后确定其通过时需要的最小通道圆半径，形成n条轨迹图形。

进一步地，在计算机中，是将角度传感器2每次测得的角度都与初始位置时记录的初始角度进行做差，获得的差值作为拟合所使用的数据。测距传感器也是以初始时的距离值作修正。

本发明在垂直立柱上安装角度传感器、测距传感器、图像采集器、驱动机构，只要由驱动机构驱动立柱旋转，即可带动角度传感器、测距传感器、图像采集器同步旋转，操作简便，图像及数据采集既同步又方便，使得数据获取准确，减少人为误差。同时，将这些部件在前方布置好后，现场无需派人监管操作，数据自动传入后台计算机，在后台计算机中即可自动计算出结果，工作人员只需操作计算机即可，节省了人力，也改善了劳动环境。

进一步地，本发明所采用的角度传感器2、测距传感器3、图像采集器4，无特别限制，可选型号多，测距传感器可选用激光测距传感器、红外测距传感器、超声波测距传感器等，为了提高测量的精度以及测量结果的重现性，测距传感器与摄像头配合使用。

再次说明的是，以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。