CN109484314B

CN109484314B - 一种自动驾驶汽车数据采集用支架及其采集方法

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Publication number: CN109484314B
Application number: CN201810996368.6A
Authority: CN
Inventors: 李想
Original assignee: Momenta Suzhou Technology Co Ltd
Current assignee: Momenta Suzhou Technology Co Ltd
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2018-08-29
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: CN109484314A

Abstract

一种自动驾驶汽车数据采集用支架及其采集方法，该支架包括车前传感器支架、车尾传感器支架和车顶传感器支架；所述传感器支架中的每个包括多个传感器安装孔，可同时安装不同类型数据采集用传感器；此外，还包括所述传感器支架与车身相连的连接机构；在每一所述的安装孔位附近包括有用于所述不同类型数据采集用传感器标定用的定位基准。根据传感器进行定标，使标定结果在误差范围内，最后将传感器支架直接安装在车辆上。

Description

一种自动驾驶汽车数据采集用支架及其采集方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶汽车领域，具体涉及自动驾驶用传感器安装系统装置。

背景技术

现阶段，自动驾驶汽车主要处于研发阶段，用于道路信息采集的超声波、毫米波、相机和雷达等传感器通过定制的传感器支架固定在试验车辆上，然而，此类传感器安装支架具有如下缺陷：

1.定制化程度较高，此类传感器支架只能用于特定车辆，通用性很低；

2.功能较单一，传感器支架只能安装少量传感器，在工作期间只能同时实现少量的数据采集功能，不适用于空间有限的道路用车；

3.不同类型的传感器切换过程复杂，如需更换传感器，需要将支架整体更换，在多种采集系统切换时会导致采集前期准备工作量大大增加；

4.对车辆的外形尺寸会造成一定的改变，会对车辆的正常驾驶产生一定程度的影响。由于现有技术中的传感器支架主要是固定在车顶上，一旦经过特殊路段(比如限高路段、矮小车库等)，车顶的支架可能会影响到车辆的正常通行，甚至可能对信号采集和自动驾驶性能造成严重的影响；目前已有的传感器支架不足以解决如上问题，因此对于数据采集用车辆，需要一种便携、美观、通用的传感器安装系统。

技术方案

本发明的目的是提供一种自动驾驶汽车传感器便携安装系统，具体是一种分布在车身四周的传感器支架装置，用于数据采集用车辆上，以解决上述问题。

对于自动驾驶汽车，特别是进行数据采集，例如建立道路地图的数据采集车辆应有如下考虑：

1.在外形上需要尽量美观，各类传感器不宜过于突出；

2.成本上能够合理控制，应减少定制化设计，多采用通用化部件；

3.传感器安装及标定流程需要尽量简单快捷，简化制造或维修过程，降低时间成本。

本发明的一个方面是提供一种自动驾驶用传感器支架，

一种自动驾驶数据采集用传感器支架，该支架包括车前传感器支架、车尾传感器支架和车顶传感器支架；所述传感器支架中的每个包括多个传感器安装孔，可同时安装不同类型数据采集用传感器；此外，还包括所述传感器支架与车身相连的连接机构；

其特征在于：在每一所述的安装孔位附近包括有用于所述不同类型数据采集用传感器标定用的定位标记作为定位基准，所述定位标记的法线方向与车辆正前方或正后方的夹角为一预设角度α，该预设角度α根据采集数据及车辆类型可调整。

优选的，其中车前传感器支架和车尾传感器支架中安装相机这一传感器所需的定位标记的所述预设角度α为±370。

优选的，所述的连接机构为螺栓固定孔。

优选的，所述数据采集用传感器包括相机、超声波、毫米波等传感器。

优选的，该螺栓是可更换的；当需更换传感器时，只拆卸相对应的螺栓，重新根据对应的所述定位基准安装。

优选的，所述传感器支架通过螺栓连接在车辆上。

本发明的另一个方面是提供一种自动驾驶用传感器支架，

S1：根据所述采集用传感器安装要求，调整对应所述安装孔的定位基准的高度和角度；其中所述安装要求包括根据自动驾驶用数据采集需要制订的安装位置和传感器安装角度；

S2：预紧所述定位基准，安装所述传感器；

S3：在标定软件内正确填写所述传感器参数，开始标定；

S4：中间标定：在传感器支架中轴线上、正前方标准位置放置标定板，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；若误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

S5：左标定：移动所述标定板至左侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；如果误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

S6：右标定：移动所述标定板至右侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；如果误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

S7：对所述传感器支架上的每个所述传感器进行标定，重复完成所述步骤S1－S6确定标定结果在误差范围内，最后将传感器支架直接安装在车辆上。

优选的，在所述传感器的正前位置或正后位置设置有所述定位标记作为所述定位基准，所述定位标记的法线方向与车辆正前方或者正后方的夹角为一预设角度α，所述预设角度α能有效控制实际FOV和r在误差范围内而不影响传感器正常使用。所述的预设角度α为传感器在安装时，所述角度α通过定位标记四周的角度刻度线确定。

本发明的发明点在于：1)利用支架的结构，使多个不同类型的传感器统一安装在标准的传感器支架上，再由传感器支架安装在不同类型大小的车辆上，省去了将每个传感器单独安装的麻烦，传感器安装方便，面对不同的传感器组合时，只需要按照固定点位安装传感器即可，无需在车身上确定传感器安装的位置。传感器可以先安装在支架总成上，安装校准完毕后将支架总成直接安装在车上，避免了车身空间对传感器安装校准造成的不便，便于提高安装效率，简化人工操作。这是本申请的发明点之一。

2)传感的数据采集用传感器往往只安装在位于车顶的部位，该部位安装传感器采集数据有限，存在采集盲区，这一盲区多存在于车前或车尾的车轮位置。但所采集的数据与驾驶视野相重叠，该盲区并不影响传感驾驶时数据采集的需求。但对于自动驾驶而言，需要采集更多的数据，这也包括了盲区数据，例如对地面车道线的监测，地面标志的判断等，这些图像数据通过神经网络后转换为对道路状况的判断，对自动驾驶提供数据支持。这就首先需要相机传感器提供精确的数据。因此必须在车前、车尾甚至车的两侧区域安装有传感器。本申请在车前与车尾安装有传感器支架，进一步的还可以在车的两侧设置有所述传感器支架，以满足自动驾驶的全方面数据的需求。

3)在该支架上设计有定位基准，相比于传统的传感器的定位方式，减少了传感器安装角度误差较大的问题，并且需要多次标定的技术问题。本申请的技术方案由于事先具有定位基准，误差角趋于在可控的误差范围内，特别是将车前传感器支架和车尾传感器支架中安装相机这一传感器所需的定位标记的预设角度α为±37⁰是经过多次实验验证适应多种不同类型车辆对车道线检测需要的，这也是本发明的发明点之一。

附图说明

图1a是传感器支架示意图1；

图1b是传感器支架示意图2；

图2是传感器支架上的安装孔与定位基准的示意图；

图3是传感器的视场角与支架定位基准示意图；

图4是调整定位基准示意图；

图5是传统标定方法和本支架的标定方法差异示意图；

图6是相机标定示意图。

具体实施例

实施例1：

本发明所述的传感器支架一共分为三个部分，分别为车前传感器支架，车尾传感器支架和车顶传感器支架，根据传感器探测的要求对传感器进行安装。

本支架为安装在车辆外部装饰之下的支架，如图1a-1b所示，车前传感器支架和车尾传感器支架的主体车身内，支架上的传感器根据探测要求，适当的凸出于车身外；车顶传感器支架位于车辆挡风玻璃外侧顶部。

本支架上设置有多个传感器的安装孔位，可同时安装雷达、相机、超声波、毫米波等传感器，可以提供不同的组合方式，为多种传感器协同工作提供了可能性。支架上预留有一类标准的螺栓安装孔，根据不同传感器的安装位置需求，分为四类安装孔：A类安装孔为雷达固定孔，B类安装孔为相机固定孔，C类安装孔为超声波传感器固定孔，D类安装孔为毫米波传感器固定孔，另外还包括支架与车身相连的螺栓固定孔E。当然，如果有必要，这四类安装孔A、B、C和D也可以采用通用的安装孔代替；该安装孔适于安装雷达、相机、超声传感器以及与车身的连接。本支架上还包括a、b、c、d四类定位基准，a类定位基准用于安装时校准雷达的位置，b类定位基准用于安装时校准相机位置，c类定位基准用于安装时校准超声传感器位置，d类定位基准用于安装时校准毫米波传感器位置。

以下将对传感器支架三个部分分别做详细描述：

车前传感器支架：本部分通过螺栓连接在车辆前保险杠上，如图2所示，固定点位于支架左侧的E1、E2和右侧的E3、E4；雷达传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的A1、右侧的A2和正中的A3，雷达的定位基准为a1、a2和a3，安装时根据a1、a2相对于a3的位置对雷达传感器进行预装校准；相机通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架正中B1，定位基准为b1，安装时根据b1相对于a3的位置对相机进行预装校准；超声波传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的C1、左前侧的C2、右前侧的C3、和右侧的C4，定位基准为c1、c2、c3和c4，根据c类基准相对于a3的位置，对超声传感器进行预装校准；毫米波传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的D1、左前侧的D2、右前侧的D3、和右侧的D4，定位基准为d1、d2、d3和d4，根据d类基准相对于a3的位置，对超声传感器进行预装校准。

车尾传感器支架：本部分通过螺栓连接在车辆前保险杠上，固定点位于支架左侧的E5、E6和右侧的E7、E8；雷达传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的A4、右侧的A5和正中的A6，雷达的定位基准为a4、a5和a6，安装时根据a4、a5相对于a6的位置对雷达传感器进行预装校准；相机通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架正中B2，定位基准为b2，安装时根据b2相对于a6的位置对相机进行预装校准；超声传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的C5、左后侧的C6、右后侧的C7、和右侧的C8，定位基准为c5、c6、c7和c8，根据c类基准相对于a6的位置，对超声传感器进行预装校准；毫米波传感器通过螺栓连接在本部分上，安装位置位于支架左侧的D5、左前侧的D6、右前侧的D7、和右侧的D8，定位基准为d5、d6、d7和d8，根据d类基准相对于a6的位置，对超声传感器进行预装校准。

车顶传感器支架：本部分通过螺栓固定在车辆A柱上端，固定点为于支架左侧的E9、E10和后端的E11、E12；车顶主要设置了用于安装毫米波传感器的安装孔及定位基准，也可以根据需要更换其他传感器。

所述三部分支架，可以预先安装各种传感器，通过各类基准进行预先校准，此方法可以有效避免在车身上安装时空间不足导致校准操作困难等问题。需要指了的是，上述三部分支架是示例性的，完全可以根据需要还安装在车辆的两侧，形成在车的四周都安装有传感器支架。

上述传感器在进行信号采集之前，需要标定探测范围，该范围包括了视场角FOV和视场距离r，具体可参见图3所示的传感器的视场角与支架定位基准示意图。

本支架上传感器的标定法较传统安装方式的标定方法有一定的优势；传统的传感器的定位方式，减少了传感器安装角度误差较大的问题，并且需要多次标定的技术问题。本申请的技术方案由于事先具有定位基准，误差角趋于在可控的误差范围内。具体使用方法可以参见图6的相机标定过程示意图，其他类型传感器的标定过程类似。

第一步：根据传感器安装要求，调整对应安装孔的定位基准的高度和角度；

第二步：预紧定位基准，安装传感器；

第三步：在标定软件内正确填写摄像头参数，开始标定；

第四步：中间标定：在传感器支架中轴线上、正前方标准位置放置标定板，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；如果误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

第五步：左标定：同理移动标定板至左侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；如果误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

第六步：右标定：同理移动标定板至右侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；如果误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

第七步：对支架上的每个传感器进行标定，完成第四、五、六步，确定标定结果在误差范围内，将传感器支架直接安装在车辆上。

传统的标定方法，是将传感器安装在车身上，在车辆外部放置标定外参，根据传感器采集到的信息反复调整安装角度，直至满足探测的需要。而在本支架上，每个空位都设置有定位标记，按照标记安装传感器，可以确保传感器的角度为一个特定的预设角度α，进而有效地控制实际FOV和r在误差范围内不影响传感器正常使用，确保传感器采集信号的准确度。此标定过程相对于传统的标定方法省略了重复调整-采集的过程，简化了标定流程。该α角是定位标记的法线方向与车辆车头正前方或正后方的夹角。

校准完成后再将装有传感器的支架固定在车身上，通过支架两端的螺栓孔固定，简化了安装步骤，增大了可操作空间，有效规避安装干涉。这里的正前方是指车辆车头的朝向也即支架的朝向，正后方是指与正前方相反的方向。

本发明采用了三个支架部件，分别覆盖到车辆前部，后部以及车顶位置，以保证全面的行驶中车辆数据采集。其中对于车前传感器支架和后尾传感器支架中的B1和B2位置，本申请有创造性的设计，以适应其上安装的相机采集路面标志线，例如车道线的需要。由于车辆在自动驾驶过程中，一般会将车辆保持在车道的中间位置，此时对于车道边缘位置的车道线图像采集一直会处于图像边缘，而相机的边缘解析力是弱于成像中间位置的解析力的，这对于图像采集后的后期神经网络学习车道线带来的精度上的误差。因此预先设定一个预设角度α，使相机成像的中间位置对准了车道两边的车道线。该角度α优选的为±37度。

实施例2：

实施例2与实施例1相同，只是在需要更换传感器的情况下，作为对实施例1的变形。当需更换个别传感器时，只需要拆卸相对应的螺栓，重新根据对应的定位基准安装即可，标定时只需要根据主要基准进行标定；如需更换多个传感器，只需整体拆下传感器支架，在便于维修操作的大平台上进行更换即可，标定时也根据主要基准进行标定即可。此方法为传感器的维修更换简化了操作步骤和标定工作量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims

1.一种自动驾驶数据采集用传感器支架的安装方法，该支架包括车前传感器支架、车尾传感器支架和车顶传感器支架；所述传感器支架中的每个包括多个传感器安装孔，可同时安装不同类型数据采集用传感器；此外，还包括所述传感器支架与车身相连的连接机构；在每一所述的安装孔位附近包括有用于所述不同类型数据采集用传感器标定用的定位标记作为定位基准，所述定位标记的法线方向与车辆正前方或正后方的夹角为一预设角度α，该预设角度α根据采集数据及车辆类型可调整，所述安装方法包括如下步骤：

S1：根据所述采集用传感器安装要求，调整对应所述安装孔的所述定位基准的高度和角度；其中所述安装要求包括根据自动驾驶用数据采集需要制订的安装位置和传感器安装角度；

S2：预紧所述定位基准，安装所述传感器；

S3：在标定软件内正确填写所述传感器参数，开始标定；

S5：左标定：移动所述标定板至左侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；若误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

S6：右标定：移动所述标定板至右侧标准位置，启动软件查看标定结果，标定结果在误差范围内即可；若误差超出误差范围，确认标定板位置无误后，微调定位基准的角度和高度，重复此步骤；

2.根据权利要求1所述的安装方法，其中车前传感器支架和车尾传感器支架中安装相机这一传感器所需的定位标记的所述预设角度α为±37°。

3.根据权利要求1所述的安装方法，所述的连接机构为螺栓固定孔。

4.根据权利要求1所述的安装方法，所述数据采集用传感器包括相机、超声波、毫米波传感器。

5.根据权利要求3所述的安装方法，该螺栓是可更换的；当需更换传感器时，只拆卸相对应的螺栓，重新根据对应的所述定位基准安装。

6.根据权利要求1所述的安装方法，所述传感器支架通过螺栓连接在车辆上。

7.根据权利要求1所述的安装方法，在所述传感器的正前位置或正后位置设置有所述定位标记作为所述定位基准，所述定位标记的法线方向与车辆正前方或者正后方的夹角为一预设角度α，所述预设角度α能有效控制实际视场角FOV和视场距离r在误差范围内而不影响传感器正常使用；所述的预设角度α为传感器在安装时，通过所述定位标记四周的角度刻度线确定。