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《吉林大学》 2011年
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车窗融冰过程及监测系统设计研究

陈光团  
【摘要】:车窗融冰性能对车辆驾驶安全性有着极其重要的意义,目前车窗融冰大多采用空调系统。对车辆空调融冰性能的评估最常用的一种方法是使用透明纸来描绘冰层融化的边界,然后通过求积仪计算边界所围面积。这种方法效率低、实时性差。机器视觉检测系统作为一种新型的检测技术,具有速度快、精度高、非接触等优点,将其应用于车窗玻璃融冰监测中,提高车窗融冰监测的自动化程度与试验效率。 首先,对课题在国内外的发展做了简单的介绍,提出车窗融冰监测的必要性。传统的除霜风道及出风口设计主要采用经验的设计方法,该方法存在许多不足,利用计算流体力学(CFD)数值模拟分析技术,用数学模型代替传统的除霜试验和模拟试验进行研究,实现数值实验,大大缩短研制周期,减少了反复试验造成的时间和经费浪费。采用理论设计后还需要对设计的产品实验检测,以评估设计的产品性能。因此,郑咏梅等人采用一种实时记录手绘图形边界轨迹和确定其包围面积的CCD检测系统。光笔和定位精度可达到10微米的量级。邓保青等人通过对面积比例系数标定方法以及局部阈值选取方法的研究,提出了一种满足一定测量速度和测量精度要求的自动检测方案。 其次,对车窗融冰特性进行了基于CFD的数值模拟,在理论上对车窗融冰特性予以分析。CFD是20世纪60年代起迅速崛起的学科。CFD数值求解方法主要有有限差分法、有限单元法、边界元法以及有限分析法。FLUENT是美国FLUENT公司推出的用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机软件。FLUENT的核心部分是求解模块,该模块的数学模型是以纳维—斯托克斯方程组与能量方程为主,同时包括各种湍流模型、多相流模型、燃烧与化学反应流模型、自由面模型、熔化/凝固模型以及非牛顿流体模型等。其计算精度和稳定性都优于传统编程中使用的有限差分法。用户使用时,只需选择适当的模型,定义适当的边界条件,根据所定义的一些求解控制条件如收敛条件等,可获得所需精度的解。 第三,介绍了机器视觉中光电成像部分原理,其中包括了摄像镜头成像原理,CCD工作原理以及图像采集卡工作原理。同时,也对轿车车窗玻璃融冰监测系统的结构设计做了详细说明,主要介绍了系统摄像器件、成像镜头以及图像采集卡的选择问题和概括了软件系统的工作流程。 最后,针对车窗融冰监测的需要,本文对车窗融冰监测系统的设计及相关图像处理计数算法做了详细的探讨。通过对已有的图像处理方法的研究,分析融冰图像特性,针对性地研究融冰图像的增强、分割、平滑等算法。 试验证明,本监测系统能够很好的满足车窗融冰监测试验的需要。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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