非接触汽车运行轨迹测试系统开发研究

摘要

作为汽车出厂进入市场前的最后一道检测环节，汽车整车道路试验（简称路试）具有举足轻重的地位。路试的内容包括动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性、制动性及通过性等汽车多方面的运动性能，获取汽车运行轨迹参数是进行路试的基本前提。试车员可从汽车运行轨迹中实时了解汽车在行驶过程中的运动状态，利于整车性能的分析和评价。为了突破GPS低测试精度、达特朗二轴速度传感器的低速环境适用性差等现有汽车轨迹记录设备的局限，研究开发一种对试验场所要求不高、行驶及制动跑偏兼顾、成本低且测试精度高的新型汽车运行轨迹测试系统具有重要的实用价值。
　　通过分析当前国内外汽车运行轨迹测试系统的发展现状，对比研究系统现存的问题，并结合机器视觉相对于人工视觉的测试优势，提出以机器视觉技术为测试理论基础的非接触式汽车运行轨迹测试系统。文章主要的研究工作如下四个方面：
　　①介绍机器视觉技术的概念及其五个组成模块，根据机器视觉系统的原理，提出基于图像传感器的汽车运行轨迹测试系统的基本思路：采用多组微型图像传感器作为图像采集器件，以光流法作为图像处理算法，嵌入光流算法的单片机芯片作为图像处理器，软件对由多组传感器传输至上位主机的运动位移数据进行融合处理，得到测试车辆的运行轨迹及运动参数。
　　②选择CMOS图像传感器、ADNS-3080处理芯片、氦氖光源等作为基础硬件，并分析硬件系统需考虑的关键问题：测试车速过高会导致传感器出现丢帧现象；坑洼路面和汽车振动共同导致车载传感器的测试高度不断变化。分别以远心镜头和组合的普通镜头组作为解决关键问题的两种方案，通过对比分析，选择基于远心镜头的测试装置进行设计，并分别从路面纹理程度、测试车速及装置离地高度三个方面在沥青路面上进行装置可行性和精准度的验证，保证位移精度可控制到毫米级。另外为解决单个测试装置因自由度信息不足而导致测试误差偏大的问题，提出由多个传感器装置构成的硬件系统模型。
　　③根据USB通信协议，由Bus Hound软件对硬件装置的位移测试数据进行采集，利用LabVIEW软件完成数据包中字节解析程序的编写；剔除传感器组中的无效字节数据，并对多组有效数据的融合技术及坐标系转化算法进行研究；利用LabSQL并结合SQL语言完成储存管理测试结果数据的数据库程序；设计测试系统主程序的显示界面。
　　④根据实车测试得到的二维轨迹曲线，研究多种基本运动参数的实时转换算法。分析测试系统的响应频率和系统性、非系统性误差，研究减小测试误差的方法。
　　测试结果表明，基于图像传感器的非接触汽车运行轨迹测试系统具有响应速度快、定位精度高、稳定性好、成本低及不受道路条件限制等测试优势，可应用于多种汽车性能测试。

目录

声明

第1章 引言

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与研究方法

第2章 汽车轨迹测试系统的结构原理

2.1 非接触式测量技术

2.2 机器视觉技术

2.3 汽车运行轨迹测试系统

2.4 基于光流法的图像处理技术

2.5 本章小结

第3章 汽车轨迹测试系统硬件及结构设计

3.1 测试系统基本硬件

3.2 硬件系统结构设计

3.3 本章小结

第4章 测试系统软件设计

4.1 软件编程环境

4.2 数据采集模块设计

4.3 坐标系转换算法研究

4.4 数据库程序设计

4.5 主程序界面设计

4.6 本章小结

第5章 系统测试及结果分析

5.1 运动参数曲线

5.2 响应频率分析

5.3 系统误差分析

5.4 本章小结

第6章 结论

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果