汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量系统及方法技术方案

本发明专利技术属于汽车测试领域，具体涉及一种汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量系统及方法。包括多个激光雷达，用于安装激光雷达并调整激光雷达高度的可伸缩支架和中央控制单元；激光雷达包括用于测量目标位置的激光测距模块、用于驱动激光测距模块旋转的旋转模块和控制模块；激光测距模块由旋转模块的安装有编码盘的电机驱动，控制模块用于控制电机驱动并接收激光测距模块的数据，控制模块和中央控制单元通过无线连接；中央控制单元用于控制雷达工作、处理接收的数据并输出结果。本方法利用激光雷达测距及无线传输技术，系统测试自动化程度高、测试速度快且受环境影响小，有效提高了汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量精度和效率。量精度和效率。量精度和效率。

【技术实现步骤摘要】
汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量系统及方法


[0001]本专利技术属于汽车测试领域，具体涉及一种汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量系统及方法。

技术介绍

[0002]汽车最小转弯直径是指当汽车转向盘转到极限位置、以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心平面在支撑平面上滚过的轨迹圆直径。汽车最小转弯通道圆是指当汽车转向盘转到极限位置，以最低稳定车速转向行驶时，车身所有点在平整地面上的投影均位于圆内的最小外圆以及均位于圆外的最大内圆组成的通道圆。汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆是评价汽车机动性的重要指标，很大程度上表征了汽车能够通过狭窄弯曲地带或绕过不可越过的障碍物的能力，转弯半径和转弯通道宽度越小，汽车的机动性能越好。
[0003]随着社会经济的发展，人们对汽车的通过性和安全性提出了更高要求，最小转弯直径和最小转弯通道圆直径测量已是汽车定型试验的基础项目之一，面对越来越多的试验需求，GB/T 12540
‑
2009规定了试验方法，但尚未明确方法中的汽车轨迹显示装置。目前，在汽车最小转弯直径测量试验中，滴水、画笔、主要测试通过跟踪汽车轮胎转弯轨迹，手动测量轨迹直径，这类试验方法对试验场地要求高，试验结果的可重复性较差，且仍需手工测量，试验效率较低。
[0004]激光雷达具有高测量精度、体积小和数据率高等特点，在各行各业应用日益广泛。激光雷达的工作过程是其内部的激光测距模块发射激光脉冲，由旋转机构将脉冲按设定角度间隔发射至各个方向，再经目标反射至接收模块。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆的测量系统及方法，在实现汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆精确测量的同时提高测量效率。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆测量系统，包括多个激光雷达，用于安装激光雷达并调整激光雷达高度的可伸缩支架和中央控制单元；
[0007]激光雷达包括用于测量目标位置的激光测距模块、用于驱动激光测距模块旋转的旋转模块和控制模块；
[0008]激光测距模块由旋转模块的安装有编码盘的电机驱动，控制模块用于控制电机驱动并接收激光测距模块的数据，控制模块和中央控制单元通过无线连接；
[0009]中央控制单元用于控制雷达工作、处理接收的数据并输出结果。
[0010]进一步的，激光测距模块包括激光发射器和接收器；一个激光雷达内具有布置在同一发射面上的多个激光发射器，激光光源由半导体激光器产生，光源波长为905nm；具有布置在同一接收面上的多个接收器；
[0011]旋转模块包括旋转机构、安装底座和编码盘；旋转模块由电机驱动，电机放置于安
装底座上，通过旋转轴驱动旋转机构，旋转机构上方为激光测距模块；电机尾部安装编码盘，用于检测激光发射器的旋转角度，编码盘与控制单元进行信号传输；
[0012]控制模块包括控制单元和无线模块，控制单元安装在FPGA开发板上，用于控制电机驱动和接收激光测距模块传输的数据，无线模块用于与计算机进行数据传输。
[0013]进一步的，安装底座底部有螺纹孔，可伸缩支架包括三角稳定支架和固定台，固定台中心设有与安装底座螺纹孔相配合的螺柱。
[0014]一种采用上述的测量系统测量汽车最小转弯直径的方法，包括如下步骤：
[0015]步骤(1)：测量、计算得到最小转弯估算直径，即得到估算圆；
[0016]步骤(2)：确定激光雷达的位置：在估算圆的外周设置四个激光雷达，四个激光雷达连线呈矩形，且使得汽车最小转弯直径圆位于矩形内，以某一个激光雷达为原点，以矩形经过该点的两条边分别为x轴和y轴，确定四个激光雷达的坐标(x1，y2)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，其中x1＝0，y1＝0；
[0017]步骤(3)：调试激光雷达：通过可伸缩支架调整激光雷达的高度，使激光射线与汽车轮胎外侧面的下沿处于同一水平高度；
[0018]步骤(4)：打开中央控制单元，和激光雷达建立通讯，输入轮胎宽度和步骤(2)得到的四个激光雷达的坐标值；
[0019]步骤(5)：使被测量的汽车处于最低前进挡，随后将汽车的转向盘顺时针转到极限位置并保持不变，稳定后汽车低速行驶一周，随后将车开出测量区域，标记汽车驶出测量区域的位置；汽车掉头从标记位置进入测量区域，以同样的方式逆时针行驶，测量结束后将汽车开出测量区域；
[0020]步骤(6)：步骤(5)的测量过程中，激光雷达接收器接收由轮胎反射回来的激光，经处理后得到该点至汽车轮胎的距离，雷达将距离值实时传输至中央控制单元的数据处理模块；
[0021]步骤(7)：数据处理模块处理得到四个雷达距汽车轮胎的最小值，模块基于四个最小值及四个雷达初始坐标值计算得到汽车的最小转弯直径。
[0022]进一步的，步骤(1)具体为：测量汽车轮胎的宽度H；
[0023]被测汽车驶入场地，将汽车方向盘转到极限位置，采用最低挡并低速行驶一圈，行驶结束后汽车方向盘回正并熄火，确定汽车最小转弯直径圆的大致范围，即得到估算圆。
[0024]进一步的，步骤(7)具体为：在汽车以最小转弯直径转弯一周的时间内，数据处理模块通过比大小的方法取雷达传回距离的最小值，记激光雷达I、激光雷达II、激光雷达III、激光雷达N对应的最小值分别为a、b、c、d；
[0025]假设汽车最小转弯圆的圆心为(x0，y0)，圆的半径为r，数据处理模块结合三个最小值以及对应的三个雷达初始坐标值计算出汽车的最小转弯直径R；以激光雷达I、激光雷达II、激光雷达III计算最小转弯直径R的公式如下：
[0026](x1‑
x0)2+(y1‑
y0)2＝(a+r)2[0027](x2‑
x0)2+(y2‑
y0)2＝(b+r)2[0028](x3‑
x0)2+(y3‑
y0)2＝(c+r)2[0029]R＝2
×
(r
‑
H)。
[0030]进一步的，汽车从位置雷达I开始行驶，当汽车驶过激光雷达I、激光雷达II、激光
雷达III的位置时，数据处理模块计算出三个雷达所对应的汽车最小转弯直径圆弧的直径；
[0031]在数据处理模块得到雷达II、III、IV的距离最小值后会再次计算，得到三个雷达所对应的汽车最小转弯直径圆弧的直径；
[0032]当汽车驶过完整一圈后，数据处理模块根据激光雷达III、IV、I的距离最小值再次计算；
[0033]系统取三次计算的最大值作为汽车最小转弯直径。
[0034]一种采用上述的测量系统测量汽车最小转弯通道圆的方法，包括如下步骤：
[0035]步骤(1)：测量、计算得到最小转弯估算直径，即得到估算圆；
[0036]步骤(2)：确定激光雷达的位置：在估算圆的外周设置四个激光雷达，四个激光雷达连线呈矩形，且使得汽车最小转弯直径圆位于矩形内，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽车最小转弯直径和最小转弯通道圆测量系统，其特征在于，包括多个激光雷达，用于安装激光雷达并调整激光雷达高度的可伸缩支架和中央控制单元；激光雷达包括用于测量目标位置的激光测距模块、用于驱动激光测距模块旋转的旋转模块和控制模块；激光测距模块由旋转模块的安装有编码盘的电机驱动，控制模块用于控制电机驱动并接收激光测距模块的数据，控制模块和中央控制单元通过无线连接；中央控制单元用于控制雷达工作、处理接收的数据并输出结果。2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，激光测距模块包括激光发射器和接收器；一个激光雷达内具有布置在同一发射面上的多个激光发射器，激光光源由半导体激光器产生，光源波长为905nm；具有布置在同一接收面上的多个接收器；旋转模块包括旋转机构、安装底座和编码盘；旋转模块由电机驱动，电机放置于安装底座上，通过旋转轴驱动旋转机构，旋转机构上方为激光测距模块；电机尾部安装编码盘，用于检测激光发射器的旋转角度，编码盘与控制单元进行信号传输；控制模块包括控制单元和无线模块，控制单元安装在FPGA开发板上，用于控制电机驱动和接收激光测距模块传输的数据，无线模块用于与计算机进行数据传输。3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，安装底座底部有螺纹孔，可伸缩支架包括三角稳定支架和固定台，固定台中心设有与安装底座螺纹孔相配合的螺柱。4.一种采用权利要求1
‑
3任一项所述的测量系统测量汽车最小转弯直径的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：测量、计算得到最小转弯估算直径，即得到估算圆；步骤(2)：确定激光雷达的位置：在估算圆的外周设置四个激光雷达，四个激光雷达连线呈矩形，且使得汽车最小转弯直径圆位于矩形内，以某一个激光雷达为原点，以矩形经过该点的两条边分别为x轴和y轴，确定四个激光雷达的坐标(x1，y2)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，其中x1＝0，y1＝0；步骤(3)：调试激光雷达：通过可伸缩支架调整激光雷达的高度，使激光射线与汽车轮胎外侧面的下沿处于同一水平高度；步骤(4)：打开中央控制单元，和激光雷达建立通讯，输入轮胎宽度和步骤(2)得到的四个激光雷达的坐标值；步骤(5)：使被测量的汽车处于最低前进挡，随后将汽车的转向盘顺时针转到极限位置并保持不变，稳定后汽车低速行驶一周，随后将车开出测量区域，标记汽车驶出测量区域的位置；汽车掉头从标记位置进入测量区域，以同样的方式逆时针行驶，测量结束后将汽车开出测量区域；步骤(6)：步骤(5)的测量过程中，激光雷达接收器接收由轮胎反射回来的激光，经处理后得到该点至汽车轮胎的距离，雷达将距离值实时传输至中央控制单元的数据处理模块；步骤(7)：数据处理模块处理得到四个雷达距汽车轮胎的最小值，模块基于四个最小值及四个雷达初始坐标值计算得到汽车的最小转弯直径。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)具体为：测量汽车轮胎的宽度H；被测汽车驶入场地，将汽车方向盘转到极限位置，采用最低挡并低速行驶一圈，行驶结束后汽车方向盘回正并熄火，确定汽车最小转弯直径圆的大致范围，即得到估算圆。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(7)具体为：在汽车以最小转弯直径转弯一周的时间内，数据处理模块通过比大小的方法取雷达传回距离的最小值，记激光雷达Ⅰ、激光雷达Ⅱ、激光雷达Ⅲ、激光雷达Ⅳ对应的最小值分别为a、b、c、d；假设汽车最小转弯圆的圆心为(x0，y0)，圆的半径为r，数据处理模块结合三个最小值以及对应的三个雷达初始坐标值计算出汽车的最小转弯直径R；以激光雷达Ⅰ、激光雷达Ⅱ、激光雷达Ⅲ计算最小转弯直径R的公式如下：(x1‑
x0)2+(y1‑
y0)2＝(a+r)2(x2‑
x0)2+(y2‑
y0)2＝(b+r)2(x3‑
x0)2+(y3‑
y0)2＝(c+r)2R＝2
×
(r
‑
H)。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，汽车从位置雷达Ⅰ开始行驶，当汽车驶过激光雷达Ⅰ、激光雷达Ⅱ、激光雷达Ⅲ的位置时，数据处理模块计算出三个雷达所对应的汽车最小转弯直径圆弧的直径；在数据处理模块得到雷达Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的距离最小值后会再次计算，得到三个雷达所对应的汽车最小转弯直径圆弧的直径；当汽车驶过完整一圈后，数据处理模块根据激光雷达Ⅲ、Ⅳ、Ⅰ的距离最小值再次计算；系统取三次计算的最大值作为汽车最小转弯直径。8.一种采用权利要求1
‑
3任一项所述的测量系统测量汽车最小转弯通道圆的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤(1)：测量、计算得到最小转弯估算直径，即得到估算圆；步骤(2)：确定激光雷达的位置：在估算圆的外周设置四个激光雷达，四个激光雷达连线呈矩形，且使得汽车最小转弯直径圆位于矩形内，以某一个激光雷达为原点，以矩形经过该点的两条边分别为x轴和y轴，确定四个激光雷达的坐标(x1，y2)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，其中x1＝0，y1＝0；在汽车转弯通道内圆中放置激光雷达
Ⅴ
和激光雷达
Ⅵ
，使得激光雷达
Ⅴ
和激光雷达
Ⅵ
所在的半径之间的夹角为90
°
；步骤(3)：调试激光雷达：通过可伸缩支架调整激光雷达的高度，使激光雷达Ⅰ、激光雷达Ⅱ、激光雷达Ⅲ、激光雷达Ⅳ的高度为射线照射到汽车车身最外点，激光雷达
Ⅴ
、激光雷达
Ⅵ
的高度为射线照射到汽车车身最内点；步骤(4)：打开中央控制单元，和激光雷达建立通讯，输入轮胎宽度和步骤(2)得到的六个激光雷达的坐标值；步骤(5)：使被测量的汽车处于最低前进挡，随后将汽车的转向盘顺时针转到极限位置并保持不变，稳定后汽车低速行驶一周，随后将车开出测量区域，标记汽车驶出测量区域的位置；汽车掉头从标记位置进入测量区域，以同样的方式逆时针行驶，测量...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁豪坚，傅耀宇，牛善田，王可，韩俊，葛纪桃，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九六九部队，
类型：发明
国别省市：