基于CAN總線的紅外光幕式車輛外廓尺寸自動測量儀研發

彭玉華 孫朝偉 成秉軍 陳平

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

1 前言

為有效遏止車輛非法改裝，推進車輛超限、超載治理工作，國家標準GB21861—2014《機動車安全技術檢驗項目和方法》規定，自2017年3月1日起，各車輛管理所、機動車檢測站對新注冊和在用重中型載貨車、專項作業車及掛車的外廓尺寸必須使用機動車外廓尺寸自動測量裝置進行檢測。目前，市場上的檢測儀主要基于激光、CCD、紅外光幕測量技術，由于現有傳感器技術的局限，產品普遍存在動態響應差（檢測車速≤5km/h）、測量誤差大的問題[1-12]。針對此問題，研發了一種基于CAN總線的紅外光幕式外廓儀（下稱外廓儀），該外廓儀將實時性強、抗電磁干擾能力強的CAN總線技術應用于系統中，使得數據采集及傳輸速率達到100Hz，動態響應提高（檢測車速≤7km/h），測量誤差＜±0.7%，達到國家標準GB21861—2014及公共安全行業標準GA/T-1402-2017《機動車外廓尺寸自動測量裝置》規定的±1%或±20mm誤差要求。

2 外廓儀工作原理及測量方法

2.1 工作原理

外廓儀的系統構成見圖1。如圖1所示，計算機通過CAN總線與測長、測寬、測高光幕傳感器連接，當被測車輛駛入測量區域時，觸發光電開關1，檢測開始，車輛以5～7km/h速度通過測量區域，此時由下位機對所有光幕傳感器的每個光軸進行高速掃描（掃描頻率＞100Hz），并實時采集、存儲光軸被車輛遮擋的信息和數據，通過CAN總線實時傳送給上位機，當被測車輛離開測量區域時，觸發光電開關2，結束數據采集及傳輸，由上位機自動計算出車輛外廓尺寸。

圖1 外廓儀系統結構示意

2.2 測量方法

2.2.1 長度測量

如圖2所示，測長光幕1、2對稱安裝在龍門支架的兩側，距地面高度約為10cm左右，與車輛行駛方向平行，光幕的每一個光軸與龍門支架上的測高光幕的光軸中心線有一個固定的坐標位置尺寸，當被測車輛頭部剛剛遮擋到測高光幕時，計算機根據車輛最前輪在測長光幕中的所在位置，計算出車輛的前懸尺寸B，在車輛的行駛過程中計算出車輛的軸距尺寸A1、A2，當被測車輛尾部剛剛離開測高光幕時，計算機根據車輛最后輪在測長光幕中的所在位置，計算出車輛的后懸尺寸C，車輛長度尺寸D=B+A1+A2+C。

圖2 長度測量

2.2.2 寬度測量

如圖3所示，測寬光幕發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，光幕的每一個光軸與龍門支架中心線有一個固定的坐標位置尺寸，計算機根據車輛遮擋狀態信息計算出車輛的寬度尺寸。

圖3 車輛寬度測量

2.2.3 高度測量

如圖4所示，測高光幕分別安裝在龍門支架兩側，光幕的每一個光軸與地面有一個固定的坐標位置尺寸，計算機根據車輛遮擋狀態信息計算出車輛的高度尺寸。

圖4 車輛高度測量

3 系統硬件設計

系統以工業計算機為核心，由下位機對測長光幕傳感器(1、2)、測寬光幕傳感器、測高光幕傳感器的光軸遮擋狀態進行實時掃描檢測，將采集到的信息和數據通過CAN總線傳送給上位機，然后由上位機完成對被測車輛外廓尺寸的自動測量。系統其它外部設備包括LED顯示屏、激光打印機、攝像機、CAN集線器、光電開關等。硬件系統框圖如圖5所示。

圖5 硬件系統框圖

4 系統軟件設計

系統軟件分為兩部分，分別為光幕傳感器中的下位機程序和工業計算機中的上位機程序。下位機軟件主要作用是實時掃描光幕傳感器各光軸的狀態信息，并通過CAN總線發送到上位機；上位機軟件的主要作用和功能是接收下位機傳送的數據并進行緩存，分析、處理并計算出車輛的外廓尺寸。軟件還具有登錄存儲車輛信息、打印報表以及檢測結果上傳等其它輔助功能。

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

圖6 軟件流程

5 系統測試

所設計研發的外廓儀其工作溫度為-35～60℃，能夠滿足我國北方極寒及南方高溫條件下的工作環境要求，適合室內或半室外安裝使用。該儀器已在國內數百家機動車安全（綜合）性能檢測站、交警車輛管理所機動車查驗系統、二手車交易查驗系統、汽車制造廠整車出廠檢測線等部門應用，且使用效果較好。根據公共安全行業標準GA/T-1402-2017《機動車外廓尺寸自動測量裝置》要求，該儀器已通過公安部交通安全產品質量監督檢驗中心的檢測，實測數據見表1。

6 結束語

提出一種基于CAN總線的紅外光幕式機動車外廓尺寸自動測量技術，解決了目前國內外廓儀普遍存在的動態響應差、測量誤差大的問題，減少了用戶因儀器測量不準導致的人工復測修正工作，實現了對車輛外廓尺寸快速、精確的自動測量。該儀器除可自動測量車輛的長、寬、高尺寸外，還具有測量軸距、半掛車銷軸距、欄板高度等功能，尤其是檢測半掛車時，車輛一次通過就能夠檢測出牽引車及掛車的長寬高尺寸及軸距，同時還能測出半掛車牽引銷中心軸線與非轉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地小、性價比高、維護成本低等特點，有著廣闊的應用前景。

表1 公安部交通安全產品質量監督檢測中心實測數據

[1]王振華，許琳娜，蘇現征.基于激光掃描技術的車輛外廓尺寸動態測量系統的設計[J].電子設計工程，2017，25(14):131-135.

[2]蔣云清，廖小鵬.激光與三維圖像處理技術在機動車外廓尺寸動態測量中的應用[J].客車技術與研究，2014(3):42-45.

[3]朱英龍.車輛輪廓尺寸測量系統研究.長安大學學報，2016.

[4]李源波，宮清華.車輛外廓尺寸動態測量裝置的設計與實現[J].電子技術與軟件工程，2016(20):243-244.

[5]蔡文，吳黎明，陳嘉源，李福堅，楊耀光.機器視覺在車輛外廓尺寸檢測中的技術研究[J].電視技術，2015，39(7):104-107.

[6]翟乃斌.基于計算機視覺的汽車整車尺寸測量系統的研究[J].吉林大學學報，2007，24(3):22-26.

[7]梁春疆，段發階，楊毅，李洋，許飛.車輛外廓尺寸計算機視覺動態測量[J].光電工程，2016（1）:42-48.

[8]程磊.車輛輪廓自動測量系統的研究與設計[D].淄博：山東理工大學，2016.

[9]王興宇，蘇建，張立斌.車輛三維輪廓的光柵投影測量技術研究[J].公路交通科技，2009，26(6):123-128.

[10]阮展逸.汽車外廓尺寸紅外光幕全自動測量方法研究[J].計量與測試技術，2017（44）:100-102.

[11]黃和躍.如何正確選用車輛外廓尺寸測量儀[J].中國新技術新產品，2015(15):36-37

[12]輛外廓尺寸自動測量儀不合格率較高的原因[J].中國計量，2018（1）：110-111.