一种基于激光雷达的汽车制动稳定性的检测设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于二维激光雷达的汽车路试制动性能检测装置及方法，属于汽车安全性能检测设备。该装置主要包括：2个相同型号的激光雷达，2根立柱和信号采集与控制系统组成。该装置利用两个二维激光雷达在车辆制动过程中分别扫描车辆轮胎和保险杠，利用梯度变化规律获得有效曲线，处理得到特征点。通过追踪特征点进而获得车辆的制动信息。本发明专利技术可在无需安装复杂设备的情况下检测汽车的路试制动性能。该方法设计理念新颖独特，检测精度好，装置结构简单，便于安装操作。研究成果具有一定的理论价值和实用价值，具有很好的应用推广前景。具有很好的应用推广前景。具有很好的应用推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达的汽车制动稳定性的检测设备及方法


[0001]本专利技术涉及一种基于二维激光雷达的汽车路试制动性能检测装置及方法，属于汽车安全性能检测设备。该装置利用两个二维激光雷达在车辆制动过程中分别扫描车辆轮胎和保险杠，利用梯度变化规律获得有效曲线，处理得到特征点。通过追踪特征点进而获得车辆的制动信息。本专利技术可在无需安装复杂设备的情况下检测汽车的路试制动性能。该方法设计理念新颖独特，检测精度好，装置结构简单，便于安装操作。研究成果具有一定的理论价值和实用价值，具有很好的应用推广前景。

技术介绍

[0002]汽车使用期限越长，技术参数朝坏的方向发展。制动性能的好坏直接影响车辆的安全性的主要因素。按GB7258
‑
2017中规定：当车辆经台架检验后对其制动性能有质疑时，可用标准中规定的路试检验进行复检，并以满载路试的检验结果为准。路试制动检测参数有平均制动减速度、制动协调时间、制动稳定性和制动距离等。
[0003]目前在路智能检测法的主要仪器为五轮仪测试法、便携式制动性能检测仪测试法。五轮仪通过在汽车侧面或尾部加装“五轮”实时显示出测试车辆的运行速度、制动时间和制动距离等参数。但是该设备只应用于行驶速度较低的车辆，并且在测试过程中受诸多因素的影响。便携式制动性能检测仪以制动踏板触点开关作为起始信号，加速度传感器作为探测原件，通过对采集的信号进行处理得到制动协调时间、制动初速度、制动距离和平均制动减速度等参数。但是需要在测试前安装复杂的设备，制动结果容易受到安装误差和制动过程中震动对设备的影响带来的误差。
[0004]目前，尚未出现安装方便，检测精确高效的汽车路试制动性能检测设备。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要目的在于提供一种基于二维激光雷达的汽车路试制动性能检测装置及方法。该装置设计思想独特，安装方便，可重复性强。
[0006]本专利技术的上述目的可以通过以下技术方案实现，结合附图说明如下：
[0007]一种基于二维激光雷达的汽车路试制动性能检测装置及方法，该装置包括激光扫描装置、信号采集与控制系统，其特征在于：
[0008]所述激光扫描装置由2台相同型号的前后方二维激光雷达2、9和2根前后方立柱4、7组成，所述前后方立柱4、7安装在检测区域右侧，以车辆前进方向为正方向，两立柱中心线前后距离为m，m的范围为5米到10米；所述前后方立柱4、7的高度分别为l1，l2，l1的范围为2米到2.5米，l2的范围为0.5米到1米；前后方二维激光雷达分别安装在立柱上部。
[0009]所述前后方二维激光雷达2、9分别固定安装在前方立柱4和后方立柱7上；所述前方二维激光雷达2通过前方雷达固定架3固定在摇臂5上；所述后方二维激光雷达9通过后方雷达固定架10固定在L形钢板6上。
[0010]所述前后方二维激光雷达的激光2、9的激光发射点分别为A，B，所述激光发射点A
距地面距离为h1，h1＝l1
‑
0.5(米)，激光发射点B距地面距离为h2，h2＝l2
‑
0.3(米)；所述前方二维激光雷达2扫描平面与xoy面之间成θ夹角，(θ范围为20度到30度)，所述后方二维激光雷达9扫描平面平行于xoy面；其中，xoy面为水平面。
[0011]所述前方二维激光雷达2以激光发射点A为原点，车辆行进方向为x轴，激光扫描方向为y轴,垂直地面的方向为z轴建立坐标系；所述后方二维激光雷达9以激光发射点B为原点，车辆前进方向为u轴，以激光照射方向为v轴，垂直地面为w轴建立坐标系。
[0012]采用上述检测装置进行汽车路试制动性能检测方法：
[0013]车辆开始制动时由所述信号采集与控制系统1控制前后方二维激光雷达2、9启动开始采集信息；后方二维激光雷达9在车辆制动过程中扫描汽车轮胎，利用梯度变化规律得到胎廓曲线有效数据，进而拟合出车辆胎廓曲线，利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，并求得拟合曲线的公切线和公切点，基于公切点对两段数据的匹配度进行迭代计算，当匹配度达到相应精度后两段曲线对称轴与公切线的交点确定为特征点；前方二维激光雷达2在车辆制动过程中扫描汽车保险杠，利用边界点数据突变的特征获取有效数据段，利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，进而得到拟合曲线形心坐标，通过追踪获得形心坐标信息求得汽车的制动距离和平均制动减速度；
[0014]制动距离S的测量方法：
[0015]车辆开始制动时由信号采集与控制系统1控制前方二维激光雷达2开始采集数据，前方二维激光雷达2与水平面夹角为θ，通过扫描汽车保险杠获得点云信息，根据边界点数据突变的特点，得到有效数据，利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，求得曲线的形心坐标；设前方二维激光雷达某一数据点N读数为(ρ，α，θ)，ρ为该点到扫描平面上激光发射中心点A的距离值，α为经过被测点的扫描激光束转过的角度值，θ为前方二维激光雷达2扫描平面与水平面间的夹角。则该数据点的空间坐标为
[0016][0017]记录形心点在X轴方向起始坐标，记为X
s
，当制动结束时记录形心点在x轴方向坐标，记为X
e
，车辆制动距离S＝X
e
‑
X
s
；
[0018]制动稳定性的检测方法：
[0019]当车辆开始制动时，信号采集与控制系统1控制后方二维激光雷达9水平扫描车辆后轮位置，得到后轮胎的点云信息。
[0020]后方二维激光雷达扫描平面中某一被测点M以极坐标形式保存记为(ρ，α)，ρ为该点到扫描平面上激光发射中心B的距离值，α为经过被测点的扫描激光束转过的角度值；将获取到的点云数据转换到起始扫描平面直角坐标系中，其换算公式为：
[0021][0022]其中C为固定常数。
[0023]基于曲线二阶导数分析曲线变化规律提取出胎廓曲线的圆滑变化段，得到后轮胎的胎廓曲线。
[0024]利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，并求出两条曲线的公切线和公切点。
[0025]以公切点为基准，向两边各取相同长度，得到两条新数据曲线并进行匹配度分析，直到达到匹配度精度要求；关于公切线与公切点得到对称轴，对称轴与公切线的交点为特征点。
[0026]通过获得汽车制动开始时特征点在v轴方向上的坐标，制动结束后特征点在v轴上的坐标，差值即为车辆的水平位移。
[0027]平均制动减速度MFDD检测：
[0028]通过前方二维激光雷达2和信号采集和控制系统1得到车辆在t时间点的坐标值X
t
，经过Δt时间得到此时车辆X坐标值X
t+Δt
，计算得到车速
[0029][0030]计算充分发出的平均减速度MFDD，计算公式如下：
[0031][0032]其中，u
b
为0.8u0的车速(km/h)；u0为其实制动车速(km/h)；u
e
为0.1u0的车速(km/h)；s
b
为u0到u...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维激光雷达的汽车路试制动性能检测装置，该装置包括激光扫描装置和信号采集与控制系统，其特征在在于：所述激光扫描装置由2台相同型号的前后方二维激光雷达组成，所述前后方二维激光雷达分别安装在被检车辆前进方向的右侧的前后方立柱上，前后方立柱间距离为5～10m,前方立柱的高度为2～2.5m，后方立柱的高度为0.5～1m。2.根据权利要求1所述的一种车辆路试制动性能检测装置，其特征在于：所述前方二维激光雷达通过前方雷达固定架固定在摇臂上，所述摇臂铰接在前方立柱的上部；后方二维激光雷达通过后方雷达固定架固定在L形钢板上，所述L形钢板固定在后方立柱的上部。3.根据权利要求1或2所述的一种车辆路试制动性能检测装置，其特征在于：所述前后方二维激光雷达的激光发射点分别为A,B，所述前方二维激光雷达的激光发射点A距地面距离为h1，h1＝l1
‑
0.5(米)，所述后方二维激光雷达的激光发射点B距地面距离为h2，h2＝l2
‑
0.3(米)；所述前方二维激光雷达扫描平面与xoy面之间成θ夹角，θ＝20～30
°
，所述后方二维激光雷达扫描平面平行于xoy面，xoy面为水平面。4.根据权利要求3所述的一种车辆路试制动性能检测装置，其特征在于：所述前方二维激光雷达以激光发射点A为原点，车辆行进方向为x轴，激光扫描方向为y轴,垂直地面的方向为z轴建立坐标系；所述后方二维激光雷达以激光发射点B为原点，车辆前进方向为u轴，以激光照射方向为v轴，垂直地面为w轴建立坐标系。5.采用权利要求1至4任一项所述的检测装置进行汽车路试制动性能检测方法，其特征在于：步骤一，检测汽车的制动距离和平均制动减速度车辆开始制动时，由所述信号采集与控制系统控制前后方二维激光雷达启动开始采集信息；后方二维激光雷达在车辆制动过程中扫描汽车轮胎，利用梯度变化规律得到胎廓曲线有效数据，进而拟合出车辆胎廓曲线，利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，并求得拟合曲线的公切线和公切点，基于公切点对两段数据的匹配度进行迭代计算，当匹配度达到相应精度后两段曲线对称轴与公切线的交点确定为特征点；前方二维激光雷达在车辆制动过程中扫描汽车保险杠，利用边界点数据突变的特征获取有效数据段，利用非线性最小二乘法对曲线进行拟合，进而得到拟合曲线形心坐标，通过追踪获得形心坐标信息求得汽车的制动距离和平均制动减速度；步骤二，制动距离S的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立斌，王艺鹏，冯诗源，刘相帅，张铭航，郑嘉东，刘琦烽，单红梅，戴建国，刘玉梅，陈熔，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：