Способ измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СУММАРНОГО ЛЮФТА РУЛЕВОГО УПРАВЛЕНИЯ АВТОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Блянкинштейн Игорь Михайлович,Иванов Владимир Иннокентьевич,Храмцов Сергей Андреевич, Храмцов Дмитрий Андреевич (RU) Черепанова Л.И. (RU) Изобретение относится к технической диагностике состояния рулевого управления транспортных средств по величине суммарного люфта и может быть использовано при проведении государственного технического осмотра для измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства. В способе измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства, включающем фиксирование угла поворота рулевого колеса от момента начала движения управляемых колес в одну и другую сторону, для измерения угла поворота рулевого колеса используют веб-камеру с выходом на персональный компьютер, причем закрепляют ее на рулевом колесе так, что ее оптическая ось совпадает с осью поворота рулевого колеса, при этом угол поворота рулевого колеса определяют по углу поворота видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице),для определения момента начала движения управляемых колес используют вторую веб-камеру,синхронизированную с первой, и закрепляют ее на диске управляемого колеса так, что ее ось параллельна или перпендикулярна оси вращения колеса и к тому же горизонтальна, при этом момент начала поворота управляемого колеса определяют по началу смещения видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице),а величину суммарного люфта рулевого управления определяют на персональном компьютере на основании совместного анализа синхронизированных по времени последовательностей видеорядов с первой и второй веб-камер. Технический результат - повышение точности и эффективности способа.(71)(73) Заявитель и патентовладелец: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "СИБИРСКИЙ Изобретение относится к технической диагностике состояния рулевого управления транспортных средств по величине суммарного люфта и может быть использовано при проведении государственного технического осмотра для измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства. Известен способ контроля люфта в рулевом управлении транспортного средства и устройство для реализации способа [патент РФ 2129712, опубликован 27.04.1999 г.], который заключается в том, что производят поворот руля на угол, больший люфта, формируют характеристику люфта как зависимость перемещения управляемого колеса от угла поворота руля, после чего люфт оценивают как суммарный угол поворота руля между указанными линейными зонами характеристики. Недостатком способа и устройства является их сложность и многоэлементность, необходимость применения механических контактных датчиков угла поворота руля и угла поворота управляемого колеса. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения, основанный на измерении суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства с помощью люфтомера со световым устройством фиксации начала поворота управляемых колес, содержащим прожектор, установленный на диск управляемого колеса, экран, фотоэлементы, установленные на экране и скоммутированные с сигнальными приборами и дисплеем компьютера [патент РФ 2230304, опубликован 10.06.2004 г.]. Недостатком способа является сложность конструкции экрана, дискретный характер размещения фотоэлементов на нем и, следовательно, низкая точность определения начала поворота управляемого колеса. Кроме того, необходимо применение механического датчика угла поворота рулевого колеса. Техническим результатом изобретения является повышение точности и эффективности способа. Задача для достижения технического результата решается тем, что в предлагаемом способе измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства, включающем фиксирование угла поворота рулевого колеса от момента начала движения управляемых колес в одну и другую сторону, для измерения угла поворота рулевого колеса используют веб-камеру с выходом на персональный компьютер, причем закрепляют ее на рулевом колесе так, что ее оптическая ось совпадает с осью поворота рулевого колеса, при этом угол поворота рулевого колеса определяют по углу поворота видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице), для определения момента начала движения управляемых колес используют вторую веб-камеру, синхронизированную с первой, и закрепляют ее на диске управляемого колеса так, что ее ось параллельна или перпендикулярна оси вращения колеса и к тому же горизонтальна, при этом момент начала поворота управляемого колеса определяют по началу смещения видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице), а величину суммарного люфта рулевого управления определяют на персональном компьютере на основании совместного анализа синхронизированных по времени последовательностей видеорядов с первой и второй веб-камер. На фиг. 1 показана блок схема реализации способа измерения суммарного люфта рулевого управления; на фиг. 2 - фрагмент последовательного ряда кадров, полученных с веб-камеры 1; на фиг. 3 фрагмент последовательного ряда кадров, полученных с веб-камеры 2; на фиг. 4 приведен пример изображения с веб-камеры 1 и выбора характерных точек и их координат для расчета угла поворота; на фиг. 5 - пример использования элементов распознавания образов для идентификации зафиксированных вебкамерой 1 объектов; на фиг. 6 - пример кадра с веб-камеры 1, определение на нем начальных координат точек А и В; на фиг. 7 - пример кадра с веб-камеры 1, определение на нем конечных координат точек А' и В' и иллюстрация определяемого угламежду прямыми, проходящими через указанные пары точек. Для реализации способа используются следующие устройства (см. фиг. 1): веб-камера 1 контроля угла поворота рулевого колеса (руля автомобиля), веб-камера 2 контроля начала движения управляемого колеса, персональный компьютер (ПК) 3 с монитором (или электронный блок с индикатором), на котором отображается величина измеренного люфта. В ПК установлено программное обеспечение 5, синхронизирующее веб-камеры 1 и 2 и осуществляющее вычисление суммарного люфта рулевого управления. Способ реализуется следующим образом. Величину суммарного люфта определяют по углу поворота рулевого колеса с помощью обработки видеопотоков (последовательностей кадров, изображений), поступающих с двух синхронизированных веб-камер. Для этого веб-камеру 1 устанавливают на рулевом колесе (руле автомобиля) таким образом,чтобы ее оптическая ось совпадала с осью поворота рулевого колеса, а объектив был направлен в салон(кабину) автомобиля и захватывал в сцену кадра характерные рельефные фрагменты салона (граница стекла заднего вида, боковина или край водительского сиденья и пр.). Веб-камеру 2 закрепляют на диске дальнего (от рулевой колонки) управляемого колеса таким образом, чтобы ее оптическая ось была параллельна или перпендикулярна оси вращения колеса и к тому же горизонтальна, а в ее объектив (в сцену кадра) захватывались рельефные предметы, неподвижно зафиксированные на посту диагностики. Изображения с веб-камер синхронизировано поступают в компьютер. По команде "Старт" с компьютера оператор начинает медленно поворачивать рулевое колесо в одну сторону (влево) до момента начала движения управляемого колеса. В момент начала движения управляемого колеса влево, который определяется по началу изменения изображения с веб-камеры 2, запоминается порядковый номер кадра N1 с веб-камеры 1 и подается команда оператору, который начинает медленно поворачивать рулевое колесо в противоположную сторону (вправо) и поворачивает его до начала движения управляемого колеса вправо, что определяется по началу изменения изображения с веб-камеры 2, при этом запоминается порядковый номер кадра N2 с веб-камеры 1. Вычисление угла (суммарного люфта в рулевом управлении) осуществляют по углу поворота изображения с веб-камеры 1 на кадре N2 относительно кадра N1. Весь процесс анализа видеопотоков изображений с веб-камер и вычисления угла (суммарного люфта в рулевом управлении) осуществляется в автоматизированном режиме в реальном времени, с применением специальной программы, установленной в ПК или "зашитой" в электронном блоке. Результат вычисления угла (суммарного люфта) выдается на монитор ПК или на цифровой индикатор электронного блока. Способ, реализованный при определения суммарного люфта в рулевом управлении, основан на следующем. На изображении с веб-камеры 1, установленной на рулевом колесе, выбираются две характерные точки А и В. Точки выбираются, например, методом подсвечивания объекта изображения (фона в фокусе веб-камеры 1) неподвижными точечными источниками, например лазерами разного цвета. Далее,при медленном поворачивании рулевого колеса влево и следовательно поворачивании изображения на некоторый угол на видеоряде с веб-камеры 1 выбирается кадр N1, синхронизированный с кадром вебкамеры 2 и соответствующий началу поворота управляемого колеса, что определяется по изменению изображения с веб-камеры 2. На этом кадре N1 определяются координаты выбранных точек AX1,Y1 иBX2,Y2 относительно границ кадра (матрицы). Координаты определяют с использованием монохромного, соответствующего цвету лазера, фильтрования этого изображения. Выбор точек А, В и определение их координат также может осуществляться и другими способами, например с использованием пакетов программ, реализующих элементы теории распознавания образов. Например, на фиг. 4 показан вид с веб-камеры 1 на водительское сиденье, а на фиг. 5 показан вариант представления рельефного контура этого водительского сиденья в виде прямоугольника, на сторонах или пересечениях сторон которого могут быть выбраны точки А и В. Далее через выбранные точки А и В мысленно проводится линия и составляется уравнение прямой в координатной формеx2, y2 - координаты точки В; Угловой коэффициент k1 прямой, проходящей через две точки, определяется по формуле Далее, при медленном поворачивании рулевого колеса в другую сторону (вправо) и, следовательно,изображения на некоторый угол, на видеоряде с веб-камеры 1 выбирается кадр N2, синхронизированный с кадром веб-камеры 2 и соответствующим началу поворота управляемого колеса вправо (что определяется по изменению изображения с веб-камеры 2). На этом кадре N2 определяются новые координаты ранее выбранных точек A'X3,Y3 и B'X4,Y4. Через эти точки также мысленно проводим линию, составляем уравнение прямой в координатной форме и определяем для нее угловой коэффициент k2 прямой,проходящей через две точки Вычисление суммарного люфта сводится к вычислению угла между двумя прямыми. Правомерность изложенного объясняется следующим. На изображении берутся две точки, которые двигаются по окружности. Через две точки проводится прямая линия, которая вращается вокруг точки (центра поворота), координаты которой нам не обязательно вычислять. Угол между этими двумя прямыми и будет искомым углом. Таким образом, требуется вычислить координаты точек на изображениях, совпадающих с номерами кадров, зафиксировавших моменты начала движения управляемого колеса в одну сторону(вправо) и в другую сторону (влево). Угол между двумя прямыми АВ и А'В' - это угол, на который надо повернуть первую прямую АВ,вокруг точки пересечения этих прямых против часовой стрелки до совпадения ее со второй прямой А'В'. Так как две прямые заданы уравнениями с угловыми коэффициентами, то угол между прямыми определяется по следующей формуле: Наши точки будут находиться в первой и второй координатных четвертях, поэтому следует учиты-2 018790 вать знак тангенса. Преимуществами предлагаемого способа измерения суммарного люфта в рулевом управлении является то, что оба используемых датчика - и угла поворота рулевого колеса, и начала поворота управляемого колеса - бесконтактные (веб-камеры), точность установки их на рулевом колесе и на управляемом колесе не оказывает большого влияния на процесс измерения, вследствие чего повышается надежность и точность измерения. Реперы (нулевые положения или точки отсчета) при измерении угла поворота рулевого колеса и момента начала поворота управляемых колес по сути являются виртуальными, т.к. в качестве них используются координаты точек на выбранных изображениях с синхронизированных кадров двух видеорядов, что и обуславливает простоту применяемой для измерения элементной базы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ измерения суммарного люфта рулевого управления автотранспортного средства, включающий фиксирование угла поворота рулевого колеса от момента начала движения управляемых колес в одну и другую сторону, отличающийся тем, что для измерения угла поворота рулевого колеса используют веб-камеру с выходом на персональный компьютер, закрепленную на рулевом колесе таким образом,что ее оптическая ось совпадает с осью поворота рулевого колеса, при этом угол поворота рулевого колеса определяют по углу поворота видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице), для определения момента начала движения управляемых колес используют вторую веб-камеру, синхронизированную с первой, закрепленную на диске управляемого колеса таким образом, что ее оптическая ось параллельна или перпендикулярна оси вращения колеса и к тому же горизонтальна, при этом момент начала поворота управляемого колеса определяют по началу смещения видимого изображения по результатам анализа последовательности изображений (межкадровой разнице), а величину суммарного люфта рулевого управления определяют на персональном компьютере на основании совместного анализа синхронизированных по времени последовательностей видеорядов с первой и второй веб-камер.