一种基于激光扫描的车辆行驶跑偏轨迹自动测量系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于车辆行驶跑偏轨迹自动测量技术领域。具体涉及一种基于激光扫描的 车辆行驶跑偏轨迹自动测量系统。
【背景技术】
[0002] 车辆直线行驶在平坦的道路上，在方向盘保持不动的前提下，一般情况下为直线 行驶，然而车辆在设计制造和装配过程中难免存在一定的误差，车辆自行时往往会向一侧 偏驶，导致车辆出现前后轴中心的连线与行驶轨迹的中心线不一致，即为跑偏。车辆跑偏容 易造成轮胎磨损，甚至引发爆胎、车辆失控等危险状况发生，因此对车辆进行跑偏量的测量 显得格外重要。
[0003] 至今为止，测试车辆跑偏量的方法有许多种。传统的车辆行驶跑偏检测方法主要 为洒水定位法，其检测精度和工作效率低，易受人为和外界环境因素影响，无法满足生产要 求。随着新技术的引入，陆续出现了现代跑偏检测方法，如光纤传感器测量法、GPS跟踪测量 法、近景摄像检测法、激光测距测量法等，但这些方法均存在各自的缺陷，光纤传感测量法 因成本相对较高而无法推广应用，同时在测量前需将传感器埋在地下，这对后期维护带来 很大麻烦；GPS跟踪测量法的测量精度受卫星数量和信号质量等诸多因素影响而不稳定， 不能满足测量要求；近景摄像检测法的设备标定复杂，需耗费大量时间，同时测量设备对环 境要求比较高，测量精度受环境因素影响，不能全天候检测；激光测距测量法只能进行单点 测量，若要完成多处测试点的位置测量，则需使用多台激光测距仪完成检测，对设备安装带 来麻烦且容易造成误差累计。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种全天候、高精度、自动化程度 高、结构简单和拆装方便的基于激光扫描的车辆行驶跑偏轨迹自动测量系统。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：所述自动测量系统包括移动显示终 端、第一组对射式光电开关、第一激光扫描传感器、第二组对射式光电开关、第二激光扫描 传感器、第三组对射式光电开关、电控柜、测试主机、测试准备区和测试区。
[0006] 测试区的起点装有第一组对射式光电开关，测试区起点与测试区终点的中间位置 处装有第二组对射式光电开关，测试区的终点装有第三组对射式光电开关。第一组对射式 光电开关、第二组对射式光电开关和第三组对射式光电开关结构相同，均由光发射管和光 电管组成，每组中的光发射管设置在测试区的一侧，每组中的光电管设置在测试区的另一 侦U。第一组对射式光电开关和第二组对射式光电开关的中间位置处设有第一激光扫描传感 器，第二组对射式光电开关和第三组对射式光电开关的中间位置处设有第二激光扫描传感 器，第一激光扫描传感器和第二激光扫描传感器位于测试区的同一侧，第一激光扫描传感 器和第二激光扫描传感器的架设高度一致。
[0007] 第一组对射式光电开关的电源接口、第二组对射式光电开关的电源接口、第三组 对射式光电开关的电源接口、第一激光扫描传感器的电源接口、第二激光扫描传感器的电 源接口和测试主机的电源接口分别通过电缆与电控柜中对应的接线端子连接。
[0008] 第一组对射式光电开关中的光电管通过信号线与第一激光扫描传感器连接，第二 组对射式光电开关中的光电管通过信号线分别与第一激光扫描传感器和第二激光扫描传 感器连接，第三组对射式光电开关中的光电管通过信号线与第二激光扫描传感器连接。
[0009] 第一激光扫描传感器、第二激光扫描传感器通过数据线与测试主机对应的接口连 接。移动显示终端通过无线局域网和测试主机连接。
[0010] 测试主机装有车辆行驶跑偏自动检测和处理软件。
[0011] 所述测试准备区和测试区的道路均为水平路面，测试准备区的终点与测试区的起 点重合。
[0012] 所述车辆行驶跑偏自动检测和处理软件的主流程是：
[0013] Sl、初始化。
[0014] S2、扫描被测车辆的VIN码，发送给测试主机。
[0015] S3、设定被测车辆的行驶速度为V，被测车辆匀速进入测试区。
[0016] S4、第一组对射式光电开关是否接收到被测车辆的信号，若接收到，则第一激光扫 描传感器采集被测车辆顶部靶标上的点云数据，将采集到的点云数据传送给测试主机，进 入S5 ;若未接收到，则等待被测车辆驶入。
[0017] S5、第二组对射式光电开关是否接收到被测车辆的信号，若接收到，则第一激光扫 描传感器停止采集点云数据，同时第二激光扫描传感器采集被测车辆顶部靶标上的点云数 据，将采集到的点云数据传送给测试主机，进入S6 ;若未接收到，则等待被测车辆驶入。
[0018] S6、第三组对射式光电开关是否接收到被测车辆的信号，若接收到，则第二激光扫 描传感器停止采集点云数据，进入S7 ;若未接收到，则等待被测车辆驶入。
[0019] S7、利用最小二乘法拟合靶标中心点，将一次拟合的靶标中心点作为一个检测点。
[0020] S8、采用卡尔曼滤波算法对检测点进行数据滤波。
[0021 ] S9、将第一激光扫描传感器和第二激光扫描传感器在各自坐标系中的各检测点的 坐标转换到统一的坐标系中。
[0022] S10、测试主机得到统一坐标系中各检测点的位置坐标依次为（X1,Y1)，（X2,Y2)，（X3 ,Y3),……，（X11Y1),……;1为正整数。利用各检测点的位置坐标绘制出被测车辆的实际行驶 轨迹，找到被测车辆实际行驶轨迹中的初始两点A(XA，Ya)、B(XB，Yb)点和末尾两点C(XDYc)、 D(Xd，Yd)点。
[0023] SI1、根据被测车辆实际行驶轨迹中初始两点A(XA，Ya)、B(XB，Yb)的位置坐 标，绘制被测车辆在未发生跑偏情况下的理想行驶轨迹，所述理想行驶轨迹的方程是
:理想行驶轨迹的起点是A(XA,Ya)，理想行驶轨迹的终点是
[0024] S12、根据被测车辆实际行驶轨迹中的相邻两点，被测车辆的瞬时速度VjP瞬时偏 转角9j为：
[0026] 0.j=arctan[(Xi+1-Xi)/(Yw-Yi)] (2)
[0027] 式⑴和⑵中：j为测量序号；
[0028] i为检测点序号；
[0029] f为激光扫描传感器的扫描频率，hz。
[0030]根据被测车辆实际行驶轨迹中的初始两点A(XA，Ya)、B(XB，Yb)和末尾两点 C(XDYc)、D(XD，Yd)，被测车辆的航向偏角
[0031] 根据被测车辆实际行驶轨迹中D(XD，Yd)点和理想行驶轨迹中E(XE，Ye)点，被测车 辆的跑偏距离al= |xD-xE|。
[0032] 检测结果在测试主机和移动显示终端上显示并存储。
[0033]S13、单辆车测试完毕。
[0034]S14、若继续进行下一辆车测试，则重复Sl~S12;否则，关闭电控柜和测试主机， 结束测试。
[0035] 本发明提供的基于激光扫描的车辆行驶跑偏轨迹自动测量系统的检测方法是：被 测车辆顶部固定放置一个靶标，用移动显示终端扫描被测车辆的VIN码并发送给测试主 机。被测车辆沿道路中线以设定的速度V匀速由测试准备区到达测试区起点时，触发第一 组对射式光电开关，第一激光扫描传感器扫描并采集靶标上的点云数据。被测车辆继续前 进，到达测试区起点与测试区终点的中间位置时，触发第二组对射式光电开光，第二激光扫 描传感器采集靶标上的点云数据，同时终止第一激光扫描传感器的扫描任务。被测车辆达 到测试区终点时，触发第三组对射式光电开关，第三组对射式光电开关则终止第二激光扫 描传感器的扫描任务。第一激光扫描传感器和第二激光扫描传感器实时将采集的点云数据 发送到测试主机中，测试主机通过自动数据采集和处理软件对获得的点云数据进行靶标中 心点拟合、数据滤波、坐标转换和跑偏参数计算，得到被测车辆的瞬时速度Vp瞬时偏转角 Q_j、航向偏角△ 9和跑偏距离AL，将被测车辆行驶跑偏参数和所对应的VIN码存储并显 示在测试主机和移动显示终端上。
[0036] 由于采用上述技术方