基于CAN總線的紅外光幕式車輛外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量?jī)x研發(fā)

彭玉華 孫朝偉 成秉軍 陳平

（1.煙臺(tái)海晨科技有限公司，龍口265701；2.山東理工大學(xué)，淄博 255000）

1 前言

為有效遏止車輛非法改裝，推進(jìn)車輛超限、超載治理工作，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB21861—2014《機(jī)動(dòng)車安全技術(shù)檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》規(guī)定，自2017年3月1日起，各車輛管理所、機(jī)動(dòng)車檢測(cè)站對(duì)新注冊(cè)和在用重中型載貨車、專項(xiàng)作業(yè)車及掛車的外廓尺寸必須使用機(jī)動(dòng)車外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置進(jìn)行檢測(cè)。目前，市場(chǎng)上的檢測(cè)儀主要基于激光、CCD、紅外光幕測(cè)量技術(shù)，由于現(xiàn)有傳感器技術(shù)的局限，產(chǎn)品普遍存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)差（檢測(cè)車速≤5km/h）、測(cè)量誤差大的問(wèn)題[1-12]。針對(duì)此問(wèn)題，研發(fā)了一種基于CAN總線的紅外光幕式外廓儀（下稱外廓儀），該外廓儀將實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)的CAN總線技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)中，使得數(shù)據(jù)采集及傳輸速率達(dá)到100Hz，動(dòng)態(tài)響應(yīng)提高（檢測(cè)車速≤7km/h），測(cè)量誤差＜±0.7%，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB21861—2014及公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA/T-1402-2017《機(jī)動(dòng)車外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置》規(guī)定的±1%或±20mm誤差要求。

2 外廓儀工作原理及測(cè)量方法

2.1 工作原理

外廓儀的系統(tǒng)構(gòu)成見圖1。如圖1所示，計(jì)算機(jī)通過(guò)CAN總線與測(cè)長(zhǎng)、測(cè)寬、測(cè)高光幕傳感器連接，當(dāng)被測(cè)車輛駛?cè)霚y(cè)量區(qū)域時(shí)，觸發(fā)光電開關(guān)1，檢測(cè)開始，車輛以5～7km/h速度通過(guò)測(cè)量區(qū)域，此時(shí)由下位機(jī)對(duì)所有光幕傳感器的每個(gè)光軸進(jìn)行高速掃描（掃描頻率＞100Hz），并實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)光軸被車輛遮擋的信息和數(shù)據(jù)，通過(guò)CAN總線實(shí)時(shí)傳送給上位機(jī)，當(dāng)被測(cè)車輛離開測(cè)量區(qū)域時(shí)，觸發(fā)光電開關(guān)2，結(jié)束數(shù)據(jù)采集及傳輸，由上位機(jī)自動(dòng)計(jì)算出車輛外廓尺寸。

圖1 外廓儀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2.2 測(cè)量方法

2.2.1 長(zhǎng)度測(cè)量

如圖2所示，測(cè)長(zhǎng)光幕1、2對(duì)稱安裝在龍門支架的兩側(cè)，距地面高度約為10cm左右，與車輛行駛方向平行，光幕的每一個(gè)光軸與龍門支架上的測(cè)高光幕的光軸中心線有一個(gè)固定的坐標(biāo)位置尺寸，當(dāng)被測(cè)車輛頭部剛剛遮擋到測(cè)高光幕時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)車輛最前輪在測(cè)長(zhǎng)光幕中的所在位置，計(jì)算出車輛的前懸尺寸B，在車輛的行駛過(guò)程中計(jì)算出車輛的軸距尺寸A1、A2，當(dāng)被測(cè)車輛尾部剛剛離開測(cè)高光幕時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)車輛最后輪在測(cè)長(zhǎng)光幕中的所在位置，計(jì)算出車輛的后懸尺寸C，車輛長(zhǎng)度尺寸D=B+A1+A2+C。

圖2 長(zhǎng)度測(cè)量

2.2.2 寬度測(cè)量

如圖3所示，測(cè)寬光幕發(fā)射單元安裝在龍門支架上，接收單元嵌入在地面鋼制固定裝置中，光幕的每一個(gè)光軸與龍門支架中心線有一個(gè)固定的坐標(biāo)位置尺寸，計(jì)算機(jī)根據(jù)車輛遮擋狀態(tài)信息計(jì)算出車輛的寬度尺寸。

圖3 車輛寬度測(cè)量

2.2.3 高度測(cè)量

如圖4所示，測(cè)高光幕分別安裝在龍門支架兩側(cè)，光幕的每一個(gè)光軸與地面有一個(gè)固定的坐標(biāo)位置尺寸，計(jì)算機(jī)根據(jù)車輛遮擋狀態(tài)信息計(jì)算出車輛的高度尺寸。

圖4 車輛高度測(cè)量

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以工業(yè)計(jì)算機(jī)為核心，由下位機(jī)對(duì)測(cè)長(zhǎng)光幕傳感器(1、2)、測(cè)寬光幕傳感器、測(cè)高光幕傳感器的光軸遮擋狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)掃描檢測(cè)，將采集到的信息和數(shù)據(jù)通過(guò)CAN總線傳送給上位機(jī)，然后由上位機(jī)完成對(duì)被測(cè)車輛外廓尺寸的自動(dòng)測(cè)量。系統(tǒng)其它外部設(shè)備包括LED顯示屏、激光打印機(jī)、攝像機(jī)、CAN集線器、光電開關(guān)等。硬件系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 硬件系統(tǒng)框圖

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件分為兩部分，分別為光幕傳感器中的下位機(jī)程序和工業(yè)計(jì)算機(jī)中的上位機(jī)程序。下位機(jī)軟件主要作用是實(shí)時(shí)掃描光幕傳感器各光軸的狀態(tài)信息，并通過(guò)CAN總線發(fā)送到上位機(jī)；上位機(jī)軟件的主要作用和功能是接收下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行緩存，分析、處理并計(jì)算出車輛的外廓尺寸。軟件還具有登錄存儲(chǔ)車輛信息、打印報(bào)表以及檢測(cè)結(jié)果上傳等其它輔助功能。

系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，主要模塊為長(zhǎng)度計(jì)算模塊（包括前懸、后懸及軸距計(jì)算）、寬度計(jì)算模塊、高度計(jì)算模塊、半掛車分離模塊、牽引車分離模塊、過(guò)濾模塊等，根據(jù)GB1589-2016《道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》要求濾除不計(jì)入外廓尺寸的車輛部件。系統(tǒng)軟件流程如圖6所示。

圖6 軟件流程

5 系統(tǒng)測(cè)試

所設(shè)計(jì)研發(fā)的外廓儀其工作溫度為-35～60℃，能夠滿足我國(guó)北方極寒及南方高溫條件下的工作環(huán)境要求，適合室內(nèi)或半室外安裝使用。該儀器已在國(guó)內(nèi)數(shù)百家機(jī)動(dòng)車安全（綜合）性能檢測(cè)站、交警車輛管理所機(jī)動(dòng)車查驗(yàn)系統(tǒng)、二手車交易查驗(yàn)系統(tǒng)、汽車制造廠整車出廠檢測(cè)線等部門應(yīng)用，且使用效果較好。根據(jù)公共安全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GA/T-1402-2017《機(jī)動(dòng)車外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量裝置》要求，該儀器已通過(guò)公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測(cè)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表1。

6 結(jié)束語(yǔ)

提出一種基于CAN總線的紅外光幕式機(jī)動(dòng)車外廓尺寸自動(dòng)測(cè)量技術(shù)，解決了目前國(guó)內(nèi)外廓儀普遍存在的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、測(cè)量誤差大的問(wèn)題，減少了用戶因儀器測(cè)量不準(zhǔn)導(dǎo)致的人工復(fù)測(cè)修正工作，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車輛外廓尺寸快速、精確的自動(dòng)測(cè)量。該儀器除可自動(dòng)測(cè)量車輛的長(zhǎng)、寬、高尺寸外，還具有測(cè)量軸距、半掛車銷軸距、欄板高度等功能，尤其是檢測(cè)半掛車時(shí)，車輛一次通過(guò)就能夠檢測(cè)出牽引車及掛車的長(zhǎng)寬高尺寸及軸距，同時(shí)還能測(cè)出半掛車牽引銷中心軸線與非轉(zhuǎn)向軸組水平幾何中心線的水平距離（即半掛車銷軸距），該儀器還具有占用場(chǎng)地小、性價(jià)比高、維護(hù)成本低等特點(diǎn)，有著廣闊的應(yīng)用前景。

表1 公安部交通安全產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

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