基于CAN总线的红外光幕式车辆外廓尺寸自动测量仪研发

2018-03-27彭玉华孙朝伟成秉军陈平

汽车技术 2018年3期

彭玉华孙朝伟成秉军陈平

（1.烟台海晨科技有限公司，龙口265701；2.山东理工大学，淄博 255000）

1 前言

为有效遏止车辆非法改装，推进车辆超限、超载治理工作，国家标准GB21861—2014《机动车安全技术检验项目和方法》规定，自2017年3月1日起，各车辆管理所、机动车检测站对新注册和在用重中型载货车、专项作业车及挂车的外廓尺寸必须使用机动车外廓尺寸自动测量装置进行检测。目前，市场上的检测仪主要基于激光、CCD、红外光幕测量技术，由于现有传感器技术的局限，产品普遍存在动态响应差（检测车速≤5km/h）、测量误差大的问题[1-12]。针对此问题，研发了一种基于CAN总线的红外光幕式外廓仪（下称外廓仪），该外廓仪将实时性强、抗电磁干扰能力强的CAN总线技术应用于系统中，使得数据采集及传输速率达到100Hz，动态响应提高（检测车速≤7km/h），测量误差＜±0.7%，达到国家标准GB21861—2014及公共安全行业标准GA/T-1402-2017《机动车外廓尺寸自动测量装置》规定的±1%或±20mm误差要求。

2 外廓仪工作原理及测量方法

2.1 工作原理

外廓仪的系统构成见图1。如图1所示，计算机通过CAN总线与测长、测宽、测高光幕传感器连接，当被测车辆驶入测量区域时，触发光电开关1，检测开始，车辆以5～7km/h速度通过测量区域，此时由下位机对所有光幕传感器的每个光轴进行高速扫描（扫描频率＞100Hz），并实时采集、存储光轴被车辆遮挡的信息和数据，通过CAN总线实时传送给上位机，当被测车辆离开测量区域时，触发光电开关2，结束数据采集及传输，由上位机自动计算出车辆外廓尺寸。

图1 外廓仪系统结构示意

2.2 测量方法

2.2.1 长度测量

如图2所示，测长光幕1、2对称安装在龙门支架的两侧，距地面高度约为10cm左右，与车辆行驶方向平行，光幕的每一个光轴与龙门支架上的测高光幕的光轴中心线有一个固定的坐标位置尺寸，当被测车辆头部刚刚遮挡到测高光幕时，计算机根据车辆最前轮在测长光幕中的所在位置，计算出车辆的前悬尺寸B，在车辆的行驶过程中计算出车辆的轴距尺寸A1、A2，当被测车辆尾部刚刚离开测高光幕时，计算机根据车辆最后轮在测长光幕中的所在位置，计算出车辆的后悬尺寸C，车辆长度尺寸D=B+A1+A2+C。

图2 长度测量

2.2.2 宽度测量

如图3所示，测宽光幕发射单元安装在龙门支架上，接收单元嵌入在地面钢制固定装置中，光幕的每一个光轴与龙门支架中心线有一个固定的坐标位置尺寸，计算机根据车辆遮挡状态信息计算出车辆的宽度尺寸。

图3 车辆宽度测量

2.2.3 高度测量

如图4所示，测高光幕分别安装在龙门支架两侧，光幕的每一个光轴与地面有一个固定的坐标位置尺寸，计算机根据车辆遮挡状态信息计算出车辆的高度尺寸。

图4 车辆高度测量

3 系统硬件设计

系统以工业计算机为核心，由下位机对测长光幕传感器(1、2)、测宽光幕传感器、测高光幕传感器的光轴遮挡状态进行实时扫描检测，将采集到的信息和数据通过CAN总线传送给上位机，然后由上位机完成对被测车辆外廓尺寸的自动测量。系统其它外部设备包括LED显示屏、激光打印机、摄像机、CAN集线器、光电开关等。硬件系统框图如图5所示。

图5 硬件系统框图

4 系统软件设计

系统软件分为两部分，分别为光幕传感器中的下位机程序和工业计算机中的上位机程序。下位机软件主要作用是实时扫描光幕传感器各光轴的状态信息，并通过CAN总线发送到上位机；上位机软件的主要作用和功能是接收下位机传送的数据并进行缓存，分析、处理并计算出车辆的外廓尺寸。软件还具有登录存储车辆信息、打印报表以及检测结果上传等其它辅助功能。

系统软件采用模块化设计，主要模块为长度计算模块（包括前悬、后悬及轴距计算）、宽度计算模块、高度计算模块、半挂车分离模块、牵引车分离模块、过滤模块等，根据GB1589-2016《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》要求滤除不计入外廓尺寸的车辆部件。系统软件流程如图6所示。

图6 软件流程

5 系统测试

所设计研发的外廓仪其工作温度为-35～60℃，能够满足我国北方极寒及南方高温条件下的工作环境要求，适合室内或半室外安装使用。该仪器已在国内数百家机动车安全（综合）性能检测站、交警车辆管理所机动车查验系统、二手车交易查验系统、汽车制造厂整车出厂检测线等部门应用，且使用效果较好。根据公共安全行业标准GA/T-1402-2017《机动车外廓尺寸自动测量装置》要求，该仪器已通过公安部交通安全产品质量监督检验中心的检测，实测数据见表1。

6 结束语

提出一种基于CAN总线的红外光幕式机动车外廓尺寸自动测量技术，解决了目前国内外廓仪普遍存在的动态响应差、测量误差大的问题，减少了用户因仪器测量不准导致的人工复测修正工作，实现了对车辆外廓尺寸快速、精确的自动测量。该仪器除可自动测量车辆的长、宽、高尺寸外，还具有测量轴距、半挂车销轴距、栏板高度等功能，尤其是检测半挂车时，车辆一次通过就能够检测出牵引车及挂车的长宽高尺寸及轴距，同时还能测出半挂车牵引销中心轴线与非转向轴组水平几何中心线的水平距离（即半挂车销轴距），该仪器还具有占用场地小、性价比高、维护成本低等特点，有着广阔的应用前景。