商用车ADAS标定系统及标定方法与流程

商用车adas标定系统及标定方法
技术领域
1.本发明涉及用于商用车adas仪器标定的系统装置，还涉及一种用于商用车adas仪器标定的方法。


背景技术：

2.目前，商用车车联网发展处于人车交互的阶段。未来随着 5g 和 v2x 网络的普及，商用车车联网设备将进一步升级。
3.商用车包括了大客车、大货车等，由于体型庞大、盲区多、司机疲劳驾驶问题等，容易导致交通事故的发生。而adas包括了紧急制动系统、车道保持系统、驾驶员监测系统等功能，能够有效的解决上述问题，降低事故的发生率。商用车 adas 按具体功能又可以分为：提示预警类、控制类、网联类等。
4.用于车辆的自适应巡航系统（acc）、前防碰撞控制系统（fcw）、车道偏离预警（ldw）、预先紧急制动系统（aebs）功能的实现是由acc米波雷达以及ldw前置摄像仪来完成的，防追尾碰撞预警是由安装在车身后端的雷达完成的。依据国家标准《jt/t 1178.1 营运货车安全技术条件-载货部分》和《jt/t 1178.2营运货车安全技术条件-牵引车辆与挂车》，上述adas仪器使用前需要进行标定。不同型号的米波雷达及摄像头之间的参数存在差异，每种固定的型号有各自固定的参数。这些参数是厂商提供的，同时也决定了标定时标定仪器与车辆之间的相对位置。而且在标定时，标定系统相对于车身有严格的位置要求：以车身的中轴线为基准，这是标定的硬性要求，是必须执行的标准基础。
5.与乘用车的adas标定类似，商用车adas标定系统同样需要包含acc标定仪、ldw标定图案板、后雷达标定仪器等设备。其中，acc标定仪和ldw标定图案板位于车辆的前侧，前者用于标定acc米波雷达，后者用于标定ldw摄像仪，二者在工作前，都需要相对于车辆进行摆正对中。后雷达标定仪器位于车辆的后侧，可以参考公开号为cn111830474a的发明专利《汽车后雷达标定装置的定位装置及方法》所采用的结构。
6.然而，商用车车身长，驾驶室高，体积庞大，质量大，相对于车辆进行摆正对中十分困难。尤其是，车胎轮子直径大，质量大，惯性大，在关闭车辆驱动系统时，转动轮胎十分困难。如果仍沿用原有乘用车基于鹰眼相机和目标板的对正方式，操作时必须转动轮胎，相机才能采集到位置数据，为摆正对中提供依据，这显然是无法实现的。


技术实现要素：

7.本发明提出了一种商用车adas标定系统及标定方法，其目的是：（1）实现商用车adas的标定，降低仪器对中摆正的操作难度，提高效率；（2）在轮胎和目标板不转动的情况下实现目标板的位置识别，为对中摆正的调整提供依据。
8.本发明技术方案如下：一种商用车adas标定系统，包括标定仪器，还包括用于放置标定仪器的基准台；所述基准台包括底盘、安装在底盘上的立柱、沿立柱上下移动的升降座以及通过
横移调整机构和摆正调整机构安装在升降座上的横梁，所述标定仪器安装在横梁上；所述横移调整机构用于调整横梁相对于升降座在左右方向的位置，所述摆正调整机构用于调整横梁相对于升降座在水平面内的摆动角度；所述标定系统还包括用于为横梁的横移、摆正调整提供基准数据的定位采集模块。
9.作为上述标定系统的进一步改进：所述基准台放置在横移轨道上，以实现相对于车辆的左右移动；所述基准台的底盘内置十字滑移机构，用于带动立柱进行左右、前后方向上的移动调整。
10.作为上述标定系统的进一步改进：所述立柱为两组，所述升降座与两组立柱分别滑动配合；所述立柱上还安装有与升降座相连接的配重装置；所述升降座上还设有升降操作手柄和刹紧机构，所述刹紧机构内部集成有弹性驱动机构和刹车块，所述弹性驱动机构用于驱动刹车块与立柱紧密接触，所述刹紧机构还包括解锁手柄，所述解锁手柄用于松开所述刹车块。
11.作为上述标定系统的进一步改进：所述配重装置包括安装在立柱上端的滑轮，还包括通过绕过滑轮的钢丝绳与升降座进行连接的配重块，所述配重块安装在中空的立柱中。
12.作为上述标定系统的进一步改进：所述刹紧机构还包括连杆机构；所述连杆机构包括转动轴、转动块、连板、移动板以及弯臂板；所述转动轴为左右走向设置，穿过升降座并与其转动连接；所述解锁手柄和转动块均固定在转动轴上；所述移动板为左右走向设置，连板为前后走向设置，连板一端与转动块上的偏心孔转动连接、另一端与移动板转动连接；所述弯臂板和刹车块均为两部、左右对称布置；每一侧：弯臂板的一端相对于升降座转动连接，另一端则通过转轴与开设在对应侧的刹车块上的纵向滑槽滑动连接，弯臂板的中部开设有斜向滑槽，移动板的端部通过转轴与对应的斜向滑槽滑动连接；所述刹车块与升降座沿左右方向滑动配合；所述弹性驱动机构为用于推动所述移动板移动的第一弹簧。
13.作为上述标定系统的进一步改进：所述横梁依次通过摆正调整机构和横移调整机构安装在升降座上；所述摆正调整机构包括基座、摆动座、顶移机构和弹性机构；所述基座通过横移调整机构安装在升降座上；摆动座与基座转动连接以实现相对于基座的左右摆动；所述横梁通过挂装机构安装在摆动座上；所述顶移机构和弹性机构分别位于摆动轴线的两侧；顶移机构安装在基座上，用于向前推动摆动座，弹性机构用于使摆动座与顶移机构保持接触；所述顶移机构包括通过第一关节轴承安装在基座上的螺纹套，螺纹套中安装有螺纹推杆；摆动座上还设有固定板，固定板上的球窝与螺纹推杆末端的球头相配合；所述弹性机构包括第二弹簧和通过第二关节轴承安装在基座上的定位筒，第二弹簧后端位于定位筒中、前端与摆动座相接触。
14.作为上述标定系统的进一步改进：所述定位采集模块包括安装在横梁两端以及安装在车辆左右车轮上的四只对射靶尺，同侧的两只对射靶尺为一组；
或者，所述定位采集模块包括安装在横梁两端的鹰眼相机，以及安装在车辆左右车轮上的两只目标板。
15.本发明还公开了一种商用车adas标定方法：启动标定仪器前，根据定位采集模块采集的数据，调整横梁的左右位置和水平摆动角度，使横梁相对于车辆对中摆正；具体步骤为：步骤1、将左右两个目标板通过自定心夹具安装在车辆的左右车轮上，调整目标板至竖直状态，此时两个目标板图案中心连线与两个车轮的轴心连线重合，且两个目标板的图案相对于车辆中轴线对称；步骤2、使用横梁两端的两个鹰眼相机分别拍摄对应侧的目标板，根据拍摄到的图像数据获得目标板相对于横梁的位置数据，将此位置数据作为调整横梁的依据。
16.作为上述标定方法的进一步改进：步骤2中，先将拍摄的图像数据中的目标板中亮点的像素坐标值，转换成图像坐标系中的坐标值，再通过相机坐标系、间接转换成基准台坐标系中的坐标值，最后根据基准台坐标系中的坐标值得到所需的位置数据；上述基准台坐标系中的坐标值，包括两个目标板中心点在左右方向即x
base
轴方向的坐标值和前后方向即z
base
轴方向的坐标值。
17.作为上述标定方法的进一步改进：步骤2中，通过相机坐标系、间接转换成基准台坐标系中的坐标值，最后根据基准台坐标系中的坐标值得到所需的位置数据的具体过程如下：设目标板上矩阵排列的亮点的间距为d，两台鹰眼相机相对于水平面的低头角度的设计值为θ，横梁相对于两个目标板连线的水平偏角为α；按以下步骤计算：（s1）对第i个目标板：设中心点上下的两个亮点在图像坐标系中的间距值的二分之一值为d
1i
，则该目标板中心点在基准台坐标系中的z轴估计坐标值为：z~i=fdcos2(θ)/ d
1i
；其中，f为相机的焦距；该目标板中心点在基准台坐标系中的x轴估计坐标值为：x~i= x
ci z~i/ f；其中，f为相机的焦距；其中，x
ci
为该目标板的中心点在对应的图像坐标系中的x轴坐标值；（s2）计算横梁水平偏角α的第一估计值α1：α1=atan((z~2‑ꢀ
z~1)/( l+x~2‑ꢀ
x~1))；l为两台鹰眼相机的间距值；（s3）按以下公式计算横梁水平偏角α的第二估计值α2：α2=arccos(cos(θ) * ( d
21
+ d
22
)/ (d
11
+ d
12
))；其中，d
2i
为第i个目标板的中心点左右的两个亮点在图像坐标系中的间距值的二分之一值；（s4）如果α1和α2的差值大于阈值，则执行步骤（s5）；如果α1和α2的差值小于等于阈值，则：将此时的θ作为实际的相机低头角度，然后按以下公式计算两个目标板中心点在各自基准台坐标系中的z轴坐标值：zi=fdcos2(θ)/ d
1i
；i=1,2；再按以下公式计算两个目标板中心点在基准台坐标系中各自的x轴坐标值：xi= x
ci zi/ f；i=1,2；
再将以下值作为横梁横移调整的参考值：x
参
=(x1+ x2)/2；将以下值作为横梁水平摆动调整的参考值：α=atan((z2‑ꢀ
z1)/( l+x2‑ꢀ
x1))；至此，得到横梁调整所需要的位置数据；（s5）如果α1大于α2，则按预设步进值增大θ值，否则减小θ值，然后按（s1）至（s3）重新计算α1和α2，然后执行步骤（s4）进行判断，直至α1和α2的差值小于等于阈值，得到参考值。
18.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：（1）本系统可以对承载标定仪器的横梁进行升降、横移及摆动调整，使标定仪器相对于商用车的位置可以满足标定要求，同时也降低了操作难度，提高了效率；（2）本系统通过鹰眼相机和固定在车轮上的目标板，以静态拍摄的方式实现了调整基准数据的采集，采集过程中无需启动车辆，转动车轮，解决了大型商务车无法进行摆正的难题。
附图说明
19.图1为本标定系统进行标定时的示意图；图2为图1中a部分的局部放大图；图3为基准台及标定仪器部分的结构示意图；图4为立柱、配重系统及升降座部分的剖视图；图5为升降座、横移调整机构、刹紧机构以及基座部分的结构示意图；图6为解锁手柄、转动轴和转动块部分的示意图；图7为横梁通过摆正调整机构、横移调整机构安装到升降座上的示意图；图8为顶移机构部分的示意图；图9为弹性机构部分的示意图；图10为目标板通过自定心夹具安装在车轮上的示意图；图11为标定前通过鹰眼相机和目标板获得位置数据的示意图；图12为鹰眼相机与目标板之间相对角度的示意图；图13为像素坐标系与图像坐标系之间的相对位置关系示意图；图14为物体与相机坐标系及图像坐标系之间的相对位置关系示意图。
20.附图中部件名称：1、限位挡块；2、横移轨道；3、底盘；4、立柱；5、滑轮；6、lw标定板；7、acc标定板；8、横梁；9、鹰眼相机；10、升降座；11、配重块；12、横移调整机构；13、基座；14、解锁手柄；15、转动轴；16、转动块；17、连板；18、移动板；19、弯臂板；20、刹车块；21、第一弹簧；22、固定座；23、摆动座；24、螺纹推杆；25、螺纹套；26、第一关节轴承；27、固定板；28、第二弹簧；29、第二关节轴承；30、定位筒；31、目标板。
具体实施方式
21.下面结合附图详细说明本发明的技术方案：如图1，一种商用车adas标定系统，包括标定仪器，还包括用于放置标定仪器的基准台，以及设置在地面上、位于基准台前侧的限位挡块1，用于辅助车辆停在适当的位置。
22.如图2至4，所述基准台包括底盘3、安装在底盘3上的立柱4、沿立柱4上下移动的升降座10以及通过横移调整机构12和摆正调整机构安装在升降座10上的横梁8。
23.所述基准台放置在横移轨道2上，以实现相对于车辆的整体大幅度左右移动。
24.所述基准台的底盘3内置十字滑移机构，用于带动立柱4进行左右、前后方向上的移动调整。滑移机构可以锁紧，用于实现立柱4在左右和前后方向上初期中幅度的调整。
25.所述标定仪器包括lw标定板6和acc标定板7，分别安装在横梁8上，它们相对于横梁8的位置是固定的。
26.所述横移调整机构12用于调整横梁8相对于升降座10在左右方向的位置，所述摆正调整机构用于调整横梁8相对于升降座10在水平面内的摆动角度，最终实现横梁8及标定仪器整体相对于车辆的对中摆正。
27.所述标定系统还包括用于为横梁8的横移、摆正调整提供基准数据的定位采集模块。
28.具体的，所述立柱4为两组，所述升降座10与两组立柱4分别滑动配合；所述立柱4上还安装有与升降座10相连接的配重装置。
29.所述配重装置包括安装在立柱4上端的滑轮5，还包括通过绕过滑轮5的钢丝绳与升降座10进行连接的配重块11，所述配重块11安装在中空的立柱4中。
30.配重块11的质量与通过钢丝绳拉拽的人工操控的升降座10及所携带的设备的质量总和相匹配，通过改变配重块11的长度可调整其质量，还可以根据实际情况选用不同密度的材料，拉拽的质量小一般选用钢块，重些可以选用铅块。
31.如图5和6，所述升降座10上还设有升降操作手柄和刹紧机构，所述刹紧机构内部集成有弹性驱动机构和刹车块20，所述弹性驱动机构用于驱动刹车块20与立柱4紧密接触，所述刹紧机构还包括解锁手柄14，所述解锁手柄14用于松开所述刹车块20。
32.所述刹紧机构还包括连杆机构。所述连杆机构包括转动轴15、转动块16、连板17、移动板18以及弯臂板19；所述转动轴15为左右走向设置，穿过升降座10并与其转动连接；所述解锁手柄14和转动块16均固定在转动轴15上；所述移动板18为左右走向设置，连板17为前后走向设置，连板17一端与转动块16上的偏心孔转动连接、另一端与移动板18转动连接；所述弯臂板19和刹车块20均为两部、左右对称布置；每一侧：弯臂板19的一端相对于升降座10转动连接，另一端则通过转轴与开设在对应侧的刹车块20上的纵向滑槽滑动连接，弯臂板19的中部开设有斜向滑槽，移动板18的端部通过转轴与对应的斜向滑槽滑动连接；所述刹车块20与升降座10沿左右方向滑动配合；所述弹性驱动机构为用于推动所述移动板18移动的第一弹簧21。
33.升降驻止的工作原理如下：初始状态下，第一弹簧21拉动移动板18向固定座22方向移动，移动板18推动两侧的弯臂板19转动，弯臂板19推动两侧的刹车块20外撑，使刹车块20与立柱4紧密接触，由于配重装置的存在，仅需要很小的制动力就可以保证升降座10的驻止。需要升降时，操作者手握两侧的升降操作手柄，同时扳动解锁手柄14，转动块16通过连板17拉动移动板18远离固定座22，两侧的弯臂板19向中部收缩，两侧的刹车块20脱离与立柱4的接触，此时可以自由调整升降座10的高度。高度调整完毕后，松开解锁手柄14，装置自动回到止动状态。
34.如图7，所述横梁8依次通过摆正调整机构和横移调整机构12安装在升降座10上。
35.所述摆正调整机构包括基座13、摆动座23、顶移机构和弹性机构。
36.所述基座13通过横移调整机构12安装在升降座10上；摆动座23与基座13转动连接以实现相对于基座13的左右摆动；所述横梁8通过挂装机构安装在摆动座23上。
37.所述顶移机构和弹性机构分别位于摆动轴线的两侧；顶移机构安装在基座13上，用于向前推动摆动座23，弹性机构用于使摆动座23与顶移机构保持接触。
38.如图8，所述顶移机构包括通过第一关节轴承26安装在基座13上的螺纹套25，螺纹套25中安装有螺纹推杆24；摆动座23上还设有固定板27，固定板27上的球窝与螺纹推杆24末端的球头相配合；如图9，所述弹性机构包括第二弹簧28和通过第二关节轴承29安装在基座13上的定位筒30，第二弹簧28后端位于定位筒30中、前端与摆动座23相接触。
39.摆正调整时：通过旋转螺纹推杆24后端的手柄，调整摆动座23及横梁8左右摆动，直至其角度满足标定要求。在调整过程中，由于第二弹簧28的作用，螺纹推杆24的前端始终与固定座22接触（或者直接与摆动座23的座体接触），从而消除了活动间隙，提高了调整精度。
40.所述定位采集模块包括安装在横梁8两端以及安装在车辆左右车轮上的四只对射靶尺，同侧的两只对射靶尺为一组；或者，所述定位采集模块包括安装在横梁8两端的鹰眼相机9，以及安装在车辆左右车轮上的两只目标板31（如图10）。
41.优选使用鹰眼相机9和目标板31来确定横梁8的位置。
42.启动标定仪器前，需要根据定位采集模块采集的数据，调整横梁8的左右位置和水平摆动角度，使横梁8相对于车辆对中摆正；具体步骤为：步骤1、将左右两个目标板31通过自定心夹具安装在车辆的左右车轮上，如图10，依据目标板31顶部的水平仪调整目标板31至竖直状态。如图11，此时两个目标板31图案中心连线与两个车轮的轴心连线重合，且两个目标板31的图案相对于车辆中轴线对称。
43.步骤2、使用横梁8两端的两个鹰眼相机9分别拍摄对应侧的目标板31，根据拍摄到的图像数据获得目标板31相对于横梁8的位置数据，将此位置数据作为调整横梁8的依据。
44.步骤2中，先将拍摄的图像数据中的目标板31中亮点的像素坐标值，转换成图像坐标系中的坐标值，再通过相机坐标系、间接转换成基准台坐标系中的坐标值，最后根据基准台坐标系中的坐标值得到所需的位置数据。
45.上述基准台坐标系中的坐标值，包括两个目标板31中心点在左右方向即x
base
轴方向的坐标值和前后方向即z
base
轴方向的坐标值。
46.具体过程如下：首先，将拍摄到的目标板31中心亮点及上下左右四个亮点的像素坐标值转换成图像坐标系中的坐标值。如图13，o
uv
为像素坐标系的原点；o为图像坐标系的原点。两个坐标系之间是简单的平移关系，根据相机的参数即可确定图中o
uv
在图像坐标系中的坐标，从而完成坐标值的转换。
47.然后，设目标板31上矩阵排列的亮点的间距为d，两台鹰眼相机9相对于水平面的低头角度的设计值为θ（如图12），横梁8相对于两个目标板31连线的水平偏角为α。
48.下面解释相机坐标系和基准台坐标系。相机坐标系的xc轴与横梁8方向相同，两个相机的相机坐标系的xc轴是重合的，且绝对水平。相机坐标系的zc轴与其自身的拍摄方向相同，两个相机坐标系的zc轴是平行的。zc轴经过图像坐标系的原点。每个相机对应的基准台坐标系与相机坐标系之间仅仅差一个θ转角，即两个x
base
轴与xc轴相同，依然是水平、重合且与横梁8平行，z
base
轴与zc轴在同一个竖直面上、水平朝向车辆所在方向、并相对于横梁8垂直。但低头角度θ与设计值可能存在出入。
49.按以下步骤计算：（s1）对第i个目标板31：设中心点上下的两个亮点在图像坐标系中的间距值的二分之一值为d
1i
，则该目标板31中心点在基准台坐标系中的z轴估计坐标值为：z~i=fdcos2(θ)/ d
1i
；其中，f为相机的焦距；上述计算方式基于如图12和14：两个亮点的实际距离为2d，根据图14所示，此两点与相机坐标系原点oc所构成的三角形，与这两个点在图像坐标系中的投影点及oc所构成的三角形，成相似三角形，再考虑到相机有θ的俯角，需要乘以cos(θ)得到投影长度，从而有dcos(θ)/ d
1i
= z~
ic
/f，z~
ic
是相机坐标系中目标板31的中心点的z坐标估计值，其再乘以cos(θ)，即可得到z~i。
50.同理，该目标板31中心点在基准台坐标系中的x轴估计坐标值为：x~i= x
ci z~i/ f；其中，f为相机的焦距；其中，x
ci
为该目标板31的中心点在对应的图像坐标系中的x轴坐标值。
51.（s2）计算横梁8水平偏角α的第一估计值α1：α1=atan((z~2‑ꢀ
z~1)/( l+x~2‑ꢀ
x~1))；l为两台鹰眼相机9的间距值。
52.（s3）按以下公式计算横梁8水平偏角α的第二估计值α2：α2=arccos(cos(θ) * ( d
21
+ d
22
)/ (d
11
+ d
12
))；其中，d
2i
为第i个目标板31的中心点左右的两个亮点在图像坐标系中的间距值的二分之一值。
53.第二估计值的计算原理是：图像中横纵两组间距的比值，应与实际的投影值成比例。
54.（s4）由于θ与设计值可能存在出入，因此两个估计值存在一定的偏差，这个偏差的大小取决于θ的偏差大小，因此进一步做如下处理：如果α1和α2的差值大于阈值，则执行步骤（s5）；如果α1和α2的差值小于等于阈值，则：将此时的θ作为实际的相机低头角度，也就是说两种计算方式的结果是吻合的。按以下公式计算两个目标板31中心点在各自基准台坐标系中的z轴坐标值：zi=fdcos2(θ)/ d
1i
；i=1,2；再按以下公式计算两个目标板31中心点在基准台坐标系中各自的x轴坐标值：xi= x
ci zi/ f；i=1,2；再将以下值作为横梁8横移调整的参考值：x
参
=(x1+ x2)/2；将以下值作为横梁8水平摆动调整的参考值：α=atan((z2‑ꢀ
z1)/( l+x2‑ꢀ
x1))；至此，得到横梁8调整所需要的位置数据。
55.（s5）如果α1大于α2，则按预设步进值增大θ值，否则减小θ值，然后按（s1）至（s3）重新计算α1和α2，然后执行步骤（s4）进行判断，直至α1和α2的差值小于等于阈值，得到参考值。
56.相对于传统的基于四轮定位仪的靶板和相机来获得横梁8的位置偏差，本发明的整个过程只需要进行静态拍摄，不需要转动车轮，大大简化了操作步骤，非常适用于商务车的标定检测，同时也有计算量小、速度快等优点。