一種車輛制動踏板行程的測量裝置的製作方法

2023-05-09 16:22:41

專利名稱：一種車輛制動踏板行程的測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及制動踏板行程測量技術，尤其涉及一種車輛制動踏板行程
技術背景
汽車試驗領域中，通常需要記錄駕駛員使用制動踏板的相關情況，如駕駛 員使用制動踏板的頻率以及踩制動踏板的輕重程度。制動踏板的使用與否及踩 踏板的輕重直接反應了駕駛員對車輛的操作狀況，是汽車實驗過程中需要精確 記錄的一個參數，該參數可以準確地反應駕駛員在汽車實驗過程中的駕駛操作 行為，與車輛，道路環境參數綜合後可以反應該駕駛員的駕駛行為特性，並真
實的反應駕駛員、車輛、道路三者之間的相互影響，因此在汽車實驗中通常需 要使用相關的測量系統來測量制動踏板的行程。
目前，對制動踏板行程進行測量通常有兩種方法，第一種是在制動踏板上 安裝一塊踏板力採集板，即駕駛員的腳部先施加制動力給該踏板力採集板，然 後採集板再將駕駛員施加的制動力傳遞給制動踏板，這種方法直接測量的是制 動踏板力，然後對踏板力進行換算得到制動踏板的行程。第二種方法是採用專 門的線性位移傳感器，使用線性位移傳感器時需要對制動踏板進行拆卸，然後 將該線性位移傳感器安裝在踏板頂部連接點內部，安裝完成之後再將制動踏板 復原到原來的狀態。但是，現階段使用的這兩種方法都存在著一定的問題。對 於第一種方法，其直接測量的不是制動踏板的行程，而是駕駛員踩制動踏板的力，由踏板力到踏板行程的轉換過程中，不同車型的轉換關係是不一樣的，因 此，使用該方法還需要進行額外的踏板剛性標定工作，以此得到從踏板力到踏
板行程的轉換關係；另外，由於該方法在制動踏板上安裝了另外一塊板狀的傳 感器，駕駛員不是直接操作制動踏板，這樣的後果使駕駛員無法正確的感知制 動踏板的力反饋過程，通常叫做失去腳感，影響到駕駛員的正常操作，從而會 影響實驗的真實性。對於第二種方法，其測量數據準確，能正確的反應制動踏 板的行程，是目前使用比較廣泛的一種方法；但是，這種方法主要存在的問題 是制動系統的可靠性問題，汽車的制動系統是一個需要嚴格控制可靠性的系統， 試驗中為了安裝傳感器，需要對制動系統進行拆卸，這樣將給制動系統帶來失 效的安全隱患，影響試驗的安全性。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種投資費用少、操作簡單、測量精度高的車 輛制動踏板行程的測量裝置。
本實用新型的基本原理是通過使用一個圖像採集裝置(攝像機)來實時採 集制動踏板的運動圖像，然後將制動踏板的運動圖像傳輸至計算機。系統中利 用圖像處理軟體，通過圖像識別得到制動踏板在圖像中的準確位置，由於攝像 機相對制動踏板的位置不變，因此，圖像識別得到的不同時刻的制動踏板位置 經過簡單的幾何變換就能夠得到制動踏板的行程，進而能夠計算得到制動踏板 運動的速度及加速度，準確的反映駕駛員操作制動踏板的過程。
為了達到上述技術目的，本實用新型採用以下技術方案予以實現。 一種車輛制動踏板行程的測量裝置，其特徵在於，包括 圖像採集裝置，固定在制動踏板一側，採集制動踏板的運動圖像； 計算機，電連接圖像採集裝 ，接收制動踏板的運動圖像，通過圖像識別得到的不同時刻的制動踏板位置，經過幾何變換得到制動踏板的行程，進而計 算得到制動踏板的運動速度及加速度。
本技術方案的進一步改進和特點在於
所述圖像採集裝置為攝像頭；所述攝像頭採用中星YJS-01 USB2. 0攝像頭。 所述圖像採集裝置設置在制動踏板左側。 所述圖像採集裝置上設置有攝像光源，攝像光源為LED燈。 本實用新型的車輛制動踏板行程的測量裝置，主要部件採用攝像裝置和計 算機，投資費用少、操作簡單、檢測方便、測量精度高，而且不需要改動制動 踏板，避免了現有技術中的測量失真或存在安全隱患多問題。本實用新型的利 用計算機直接完成運動圖像的處理以及測量數據的計算由，因此，操作簡單， 檢測結果直觀、可靠。


圖1為攝像頭的安裝及對制動踏板的拍攝示意圖； 圖中1、攝像頭；2、 LED燈；3、鋼板支架；4、制動踏板。
具體實施方式
參照圖1，在車輛制動踏板行程的測量裝置中，圖像採集裝置可以為攝像 機或者攝像頭，本實施例採用攝像頭1。攝像頭1依靠支架固定在制動踏板4 左側的車內鋼板支架3上，鏡頭朝向制動踏板4。制動踏板4所處環境比較陰 暗，因此在攝像頭1上固定LED燈2作為攝像光源。制動踏板4的側視形狀為 V形。
本實施例攝像頭採用中星YJS-Ol USB2.0攝像頭，有效像素600萬，將該 攝像頭通過USB2.0數據線連接到計算機，接收制動踏板的運動圖像，通過圖像 識別得到的不同時刻的制動踏板位置，經過幾何變換就能夠得到制動踏板的行程，進而計算得到制動踏板的運動速度及加速度。
在測量制動踏板的行程時時，由於駕駛員操作制動踏板的過程非常快，因 此，攝像頭的採集頻率必需能夠滿足實驗系統的採集需求，本實施例中所選用
的攝像頭採集頻率為25Hz，即攝像機每秒對制動踏板採集25幀圖片。
為了實現車輛制動踏板行程的測量，以上述車輛制動踏板行程的測量裝置 為基礎，圖像採集裝置為攝像頭，具體步驟如下
(1) 安裝攝像頭及攝像光源
攝像頭選定完成之後，首先安裝攝像頭，攝像頭採用柱狀支架固定在制動 踏板左側的車內鋼板上，支架與鋼板採用螺栓連接。攝像頭水平安裝，與制動 踏板垂直，LED燈固定在攝像頭上面，光照方向與攝像頭軸線平行，與制動踏 板的垂直平面垂直。攝像頭安裝時需要保證鏡頭與制動踏板之間的距離大於 20cm，否則駕駛員在操作制動踏板時可能會碰到攝像機，造成測量結果發生較 大的誤差。
(2) 攝像頭標定
首先製作標定板，標定板上設置標定圖像，變換標定板位置，攝像機採集 圖像，利用這些圖像進行標定，得到攝像頭的參數。具體為標定板由黑白相 間、邊長為20mm的正方形方框組成，每個方向上共5個方框。在攝像頭的可視 範圍內變換標定板位置，讓標定板面向攝像頭，在不同位置各採集標定板圖像， 將這些圖像導入到Math Works公司的數學處理軟體MATLAB2008b中進行標定，
得到攝像頭的參數；
攝像頭標定的目的是得到攝像頭的參數，主要有有效焦距f，主點o，扭 曲係數fc及畸變係數kc，這些參數反應了攝像頭本身所帶來的圖像畸變，在 確定製動踏板實際位置時需要用到。(3)計算機初始化攝像機
啟動系統之後，利用圖像處理軟體的圖像初始化按鈕，對攝像頭進行初始 化，初始化的目的是確定攝像頭的採集頻率，曝光量，照片質量等參數，初始 化數據通過USB2. 0連接線傳輸至攝像頭，攝像頭接收到初始化指令之後自動進 行初始化，初始化完成之後返回初始化完成信號給計算機，指示可以開始圖像 採集過程。
(4) 圖像採集與傳輸
攝像頭採集制動踏板的運動圖像，並將採集的運動圖像實時地傳輸至計算 機。當計算機接收到攝像頭初始化完成信號之後，在圖像處理軟體中顯示系統 已就緒，可以開始採集，實驗人員通過圖像處理軟體控制攝像機開始採集制動 踏板的實時運動圖像，採集過程中，攝像頭按照初始化得到的採集速率，曝光 量，照片質量等參數實時採集制動踏板的運動圖像。如果攝像頭出現故障無法 採集運動圖像時，攝像頭將向計算機發送無法採集運動圖像的信號，該信號將 在圖像處理軟體中顯示，提醒實驗人員採取相關措施排除故障。
攝像頭在圖片採集過程中，實時地將採集到的運動圖像發送到計算機中， 該發送過程與運動圖像的採集過程是同時進行，即攝像頭以25Hz的速率不停的 採集制動踏板的運動圖像，同時將採集到的運動圖像通過USB2. 0數據線發送到 計算機中供圖像處理軟體採集使用。
(5) 圖像預處理
去除制動踏板的運動圖像中的無用點及幹擾點。圖像處理軟體採用濾波算 法對制動踏板的原始的運動圖像進行預處理，主要是去除原始的運動圖像中與 制動踏板無關的相關信息，防止在後面輪廓提取過程中由於這些無關信息的幹 擾發生錯誤，造成測量結果的錯誤。圖像處理軟體採用濾波算法對原始的運動圖像進行處理，具體實施過程是對於制動踏板的運動圖像中的某個點，如果該 點的周圍存在著物體圖像的其他像素，所述其他像素的周圍還存在著物體圖像 的像素，即這些點是連續的，這樣就認為該點是屬於制動踏板的。相反的，如 果某點或某個小區域的周圍不存在制動踏板圖像的其他像素點，則該點或該區 域不屬於制動踏板的圖像，是其他幹擾部分的圖像，因此將這些點去除。
(6) 提取制動踏板的輪廓圖像 對經過圖像預處理的運動圖像進行二值化處理，提取運動圖像中制動踏板
的形狀，得到制動踏板的輪廓圖像。輪廓提取的目的是得到制動踏板的邊界形 狀，為後續的制動踏板的行程測量提供制動踏板的外形輪廓。圖像處理軟體中 採用二值化方法對圖像進行輪廓提取，所謂二值化是根據像素的灰度值來判斷 該點是否屬於制動踏板，如果是則將該點的值改為0，即灰度為0，用黑色將該 點標記，反之如果某點不屬於制動踏板，則將該點記為l，即灰度為255，用白 色將該點標記。對一幀圖像按照此方法運算完成之後，圖像中的黑色部分即為 制動踏板的形狀。對攝像頭採集到的一幀圖像，圖像中每個像素的值是該點的 灰度值，在0到255之間變化。輪廓提取程序中，首先通過實驗確定一個閾值， 如130，然後將制動踏板的圖像中每個點的灰度值與該閾值進行比較運算，如 果該點的灰度值大於該閾值，則認為該點不屬於制動踏板，用白色標記，反之 如果該點的灰度值小於該閾值，則認為改點屬於制動踏板，用黑色標記。
(7) 提取制動踏板的特徵點
選取制動踏板的V形的尖部點作為特徵點，得到該特徵點在制動踏板的輪 廓圖像中的位置。制動踏板作為一個整體，制動過程中該整體的所有點都遵循 定軸旋轉運動規律，因此，只需要得到制動踏板上某個點的位 變化就能反應 制動踏板的運動狀態，得到制動踏板的行程。為了保證圖像處理軟體每次都能對制動踏板上的某一確定點，即特徵點進 行數據計算得到制動踏板的行程，系統中需要能夠明確的確定某一特徵點，制 動踏板上可以使用的特徵點有三個，包括與駕駛員腳底接觸面的上邊沿點，下
邊沿點，另外一個是v形制動踏板位於最低部的尖形點。本實施例中使用最低
部的尖形點作為特徵點，因為其他兩個備選特徵點在實際操作時容易受到駕駛 員腳部動作的影響，對測量精確度會造成一定影響。圖像處理軟體對輪廓提取 完成之後的圖片進行特徵點提取，具體提取算法是判斷該特徵點以下的圖像是
否還有制動踏板的像素點；如果沒有，則該點就是系統所需要的特徵點，反之 不是，繼續對下一個像素點進行判斷計算。 (8)行程計算
得到特徵點在制動踏板的輪廓圖像中的位置之後，利用攝像頭標定得到的 攝像頭參數，計算該特徵點的位置坐標，得到與制動踏板空載時該特徵點的相 對位置變化，即得到制動踏板的行程，參考運動圖像的時間變化，得到制動踏 板的運動速度及加速度。
具體為圖像處理軟體得到制動踏板的特徵點之後，記錄該點在運動圖像 中的坐標，用(x,y)兩軸坐標系的坐標表示。由於攝像頭採用凸形鏡頭採集制
動踏板的運動圖像，從真實運動圖像到攝像頭所採集到的運動圖像之間存在著 圖像畸變的變換關係，這個變換關係主要通過攝像頭的參數來表示，攝像頭的 參數通過前面所述的攝像頭標定過程得到。反之，在得到攝像頭所採集的運動 圖像之後，依據攝像頭的這些參數可以逆向得到制動踏板在實際中位置，由於 攝像頭是固定安裝的，因此制動踏板在實際中位置的變換直接反應制動踏板的 行程，只需要對兩個位置進行距離計算，即得到制動踏板的行程。
計算機實際計算制動踏板行程時，只對選定的特徵點進行逆向計算，得到該點在實際中的位置，也用兩軸坐標系中的坐標點(X，Y)表示。在制動踏板空 載時確定特徵點原始位置坐標(XO， Y0),對每幀運動圖像處理完成之後，得到特 徵點在實際中的位置，用(X，Y)表示，此時，點(X，Y)與點(X0，Y0)之間的距 離就是該時刻制動踏板的行程，將特徵點連續的兩個位置進行計算，得到這個 時間段以內製動踏板的行程，除以該時間段的時間則得到該時間段內製動踏板 的速度，進而計算得到加速度。計算機得到制動踏板的行程之後，在軟體窗口 中實時顯示，供實驗人員參考使用，同時在計算機中創建一個EXCEL表格，將 實驗過程中的制動踏板行程按照時間序列填入該EXCEL表格，供實驗人員後續 分析使用。
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權利要求1、一種車輛制動踏板行程的測量裝置，其特徵在於，包括圖像採集裝置，固定在制動踏板一側，採集制動踏板的運動圖像；計算機，電連接圖像採集裝置，接收制動踏板的運動圖像，通過圖像識別得到的不同時刻的制動踏板位置，經過幾何變換得到制動踏板的行程，進而計算得到制動踏板的運動速度及加速度。
2、 根據權利要求1所述的一種車輛制動踏板行程的測量裝置，其特徵在於， 所述圖像採集裝置為攝像頭；所述攝像頭採用中星YJS-01 USB2.0攝像頭。
3、 根據權利要求1所述的一種車輛制動踏板行程的測量裝置，其特徵在於， 所述圖像採集裝置設置在制動踏板左側。
4、 根據權利要求1所述的一種車輛制動踏板行程的測量裝置，其特徵在於， 所述圖像採集裝置上設置有攝像光源，攝像光源為LED燈。
專利摘要本實用新型涉及制動踏板行程測量技術，公開了一種車輛制動踏板行程的測量裝置，具體為圖像採集裝置，固定在制動踏板一側，採集制動踏板的運動圖像；計算機，電連接圖像採集裝置，接收制動踏板的運動圖像，通過圖像識別得到的不同時刻的制動踏板位置，經過幾何變換得到制動踏板的行程，進而計算得到制動踏板的運動速度及加速度。
文檔編號G01B11/03GK201397127SQ20092003277
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者銳 付, 瓊 張, 暢 王, 偉 袁, 郭應時 申請人:長安大學