CN110850431A - 一种拖车偏转角的测量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖车偏转角的测量系统及方法，包括牵引车、拖车和拖车挂箱，所述牵引车和拖车之间设有拖车偏转角测量系统，拖车偏转角测量系统包括激光雷达和计算装置，激光雷达固定在牵引车尾部，激光雷达发射激光并接收拖车前端面和拖车侧端面反射的激光点云,并发送给计算装置，计算装置根据接收到的激光点云计算拖车偏转角，本发明通过激光检测方式实时采集拖车与牵引车之间的偏转角度，计算精度高，检测速度快，同时设置了安装误差标定模块和降噪平滑处理模块，能够消除误差，提高准确率。

Description

一种拖车偏转角的测量系统和方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体是一种拖车偏转角的测量系统和方法。

背景技术

半挂车通过牵引销将牵引车和拖车相连接，是一种重型的交通运输工具，相比于单体式卡车，半挂车的公路运输综合效益高。在自动驾驶领域，涉及到的自动驾驶规划和控制的研究中，牵引车和拖车之间的相对角度检测有重要的意义。

目前，拖车相对于牵引车的角度测量的方法主要有：

基于角度传感器的角度检测，角度传感器一般安装于半挂车的牵引销处，导致结构复杂并引入安全性风险；

基于磁场强度的角度测量，此方法需要安装磁场发射器和接收机在半挂车上，结构复杂且易受干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种拖车偏转角的测量系统和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种拖车偏转角的测量系统，包括牵引车、拖车和拖车挂箱，所述牵引车和拖车之间设有拖车偏转角测量系统，拖车偏转角测量系统包括激光雷达和计算装置，激光雷达固定在牵引车尾部，激光雷达对拖车的检测面包括拖车前端面和拖车侧端面，激光雷达发射激光并接收拖车前端面和拖车侧端面反射的激光点云,并发送给计算装置，计算装置根据接收到的激光点云计算拖车偏转角。

作为本发明的进一步方案：所述激光雷达通过紧固设备固定在牵引车尾部。

作为本发明的进一步方案：所述计算装置包括计算区域点云滤波处理模块，计算区域点云滤波处理模块与所述激光雷达信号相连，用于接收所述激光雷达发送的激光点云，先获取拖车在转动过程中拖车前端面和拖车侧端面覆盖到的区域的激光点云，再将获取的激光点云滤除牵引车和拖车之间相连的气管造成的干扰点云和其它干扰点云。

作为本发明的进一步方案：所述计算装置包括角度计算模块，角度计算模块主要是随机采样一致性算法模块，与所述计算区域点云滤波处理模块相连，接收计算区域点云滤波处理模块的点云处理结果，计算得到一个或者两个拖车的偏转角，再接收降噪平滑模块的角度预测结果，确定正确的拖车偏转角度值。

作为本发明的进一步方案：所述降噪平滑模块是卡尔曼滤波算法模块，降噪平滑模块和所述角度计算模块相连，接收角度计算模块的角度计算结果，再进行降噪和平滑处理后输出拖车的偏转角。

作为本发明的进一步方案：所述计算装置包括安装误差标定模块，安装误差标定模块是静态或动态安装误差标定算法模块，安装误差标定模块和所述降噪平滑模块相连，在根据牵引车和拖车的运动学模型确认两者保持相对角度为0°时接收降噪平滑模块的输出角度值，消除测量系统的安装误差。

一种拖车偏转角的测量方法，应用于半挂车，所述半挂车包括牵引车和拖车，在半挂车上装有拖车偏转角测量系统，该拖车偏转角测量系统包括激光雷达、计算装置，方法包括：

A、激光雷达发射激光；

B、拖车前端面或前端面和侧端面反射激光雷达发射的激光；

C、激光雷达接收拖车前端面或前端面和侧端面反射的激光点云，并将激光点云发送给计算装置；

D、计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车的偏转角。

作为本发明的进一步方案：所述计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车偏转角，具体过程是：①从接收的激光点云中获取计算区域覆盖到的激光点云，并滤除计算区域中的干扰的激光点云，包括牵引车和拖车连接的气管造成的干扰点云；②根据处理获取的激光点云计算拖车的一个或两个偏转角，根据预测的拖车偏转角确定拖车的偏转角的正确值；③计算装置对计算得到的拖车偏转角进行降噪和平滑处理；④在根据牵引车和拖车的运动学模型确认两者保持相对角度为0°时，计算装置消除偏转角测量系统的安装误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过激光检测方式实时采集拖车与牵引车之间的偏转角度，测量装置安装简便（除了激光雷达以外几乎没有其他的安装设备（特别是不用安装激光雷达信号反射板）），计算精度高，检测速度快，同时设置了降噪平滑处理模块和安装误差标定模块，能够消除误差，提高准确率。

附图说明

图1 为本发明实施例提供的一种牵引车和拖车结构示意图；

图2 为图1中T位置放大示意图；

图3 为本发明实施例中建立的激光雷达坐标系的示意图；

图4 为本发明实施例中提供的一种半挂车中拖车部分沿激光雷达坐标系x轴正向的结构示意图；

图5 为本发明实施例中根据拖车前端面的激光点云确定拖车偏转角的示意图；

图6 为本发明实施例中根据拖车前端面和侧端面激光点云确定拖车偏转角的示意图；

图7 为本发明实施例中消除测量系统安装误差的流程图；

图8为本发明实施例中提供的一种根据拖车前端面的激光点云确定拖车偏转角的流程图；

图9为本发明实施例中提供的一种根据拖车前端面和侧端面激光点云确定拖车偏转角的流程图。

图中：1-牵引车、2-拖车挂箱、3-拖车偏转角测量系统、31-激光雷达、32-紧固设备、33-气管、34-拖车前端面、35-拖车侧端面、36-牵引销、37-气管安装座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例中，一种拖车偏转角的测量系统，包括牵引车1、拖车和拖车挂箱2，牵引车1和拖车通过牵引销36可分离式连接，所述牵引车1和拖车之间设有拖车偏转角测量系统3，拖车偏转角测量系统3包括激光雷达31和计算装置（图中未示出），激光雷达31固定在牵引车尾部，激光雷达31发射激光并接收拖车前端面34和拖车侧端面35反射的激光点云,并发送给计算装置，计算装置根据接收到的激光点云计算拖车偏转角。激光雷达31通过紧固设备32固定在牵引车1尾部。计算装置包括计算区域点云滤波处理模块，计算区域点云滤波处理模块与所述激光雷达31信号相连，用于接收所述激光雷达31发送的激光点云，先获取拖车在转动过程中拖车前端面34和拖车侧端面35覆盖到的区域的激光点云，再将获取的激光点云滤除牵引车和拖车之间相连的气管造成的干扰点云和其它干扰点云。计算装置包括角度计算模块，角度计算模块主要是随机采样一致性算法模块，与所述计算区域点云滤波处理模块相连，接收计算区域点云滤波处理模块的点云处理结果，计算得到一个或者两个拖车的偏转角，再接收降噪平滑模块的角度预测结果，确定正确的拖车偏转角度值。降噪平滑模块是卡尔曼滤波算法模块，降噪平滑模块和所述角度计算模块相连，接收角度计算模块的角度计算结果，再进行降噪和平滑处理后输出拖车的偏转角。计算装置包括安装误差标定模块，安装误差标定模块是静态或动态安装误差标定算法模块，安装误差标定模块和所述降噪平滑模块相连，在牵引车和拖车保持相对角度为0°时接收降噪平滑模块的输出角度值，消除测量系统的安装误差。

一种拖车偏转角的测量方法，应用于半挂车，所述半挂车包括牵引车和拖车，在半挂车上装有拖车偏转角测量系统，该拖车偏转角测量系统包括激光雷达、计算装置，方法包括：

A、激光雷达发射激光；

B、拖车前端面或前端面和侧端面反射激光雷达发射的激光；

C、激光雷达接收拖车前端面或前端面和侧端面反射的激光点云，并将激光点云发送给计算装置；

D、计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车的偏转角。

其中，计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车偏转角，具体过程是：①从接收的激光点云中获取计算区域覆盖到的激光点云，并滤除计算区域中的干扰的激光点云，包括牵引车和拖车连接的气管造成的干扰点云；②根据处理获取的激光点云计算拖车的一个或两个偏转角，根据预测的拖车偏转角确定拖车的偏转角的正确值；③计算装置对计算得到的拖车偏转角进行降噪和平滑处理；④在牵引车和拖车保持相对角度为0°时，计算装置消除偏转角测量系统的安装误差。

实施例1：测量系统安装误差标定：

如图1、图2所示，为本实施例中半挂车和拖车偏转角测量系统的结构示意图，半挂车包括牵引车1、拖车和拖车挂箱2，拖车偏转角测量系统包括激光雷达31、计算装置（图中未示出），其中：激光雷达31，通过紧固设备32固定在牵引车1的尾部，用于发射激光，以及接收拖车前端面34反射的激光，并将该激光点云发送给计算装置。

本发明实例中，激光雷达31可以是单线激光雷达，也可以是多线激光雷达。

本发明实例中，以激光雷达31为原点，建立如图3所示的坐标系。

本发明实例消除所述拖车偏转角测量系统在不同的半挂车上安装时产生的安装误差。结合拖车和牵引车的运动学模型，在确认拖车和牵引车的相对角度为0°时执行本实施例的过程。参照图5，过程如下：

激光雷达31发射激光；

拖车前端面34反射激光；

激光雷达31接收反射的激光点云,并将激光点云发送给计算装置的点云滤波处理模块，点云滤波处理模块先限定拖车的前端面34旋转过程中覆盖区域作为点云的有效区域，再滤除牵引车和拖车之间相连的气管33反射造成的干扰点云，再将所述处理过的有效区域的点云输出；

计算装置的角度计算模块（主要是随机采样一致性算法）接收点云滤波处理模块输出的点云，通过随机采样一致性算法从中提取出拖车前端面34反射的激光点云拟合的直线，如图8所示，并计算直线的斜率，为拖车的偏转角度；

计算装置的降噪平滑模块（主要是卡尔曼滤波算法）接收角度计算模块输出的角度值，通过卡尔曼滤波算法，将拖车的偏转角度平滑实时输出；

计算装置的安装误差标定模块（主要是静态或动态的标定算法）接收降噪平滑模块输出的角度值，通过静态或动态的标定算法，消除所述测量系统安装误差，根据拖车和牵引车的运动学模型，在确认拖车和牵引车的相对角度为0°时，输出拖车的偏转角测量值为0°。

实施例2：拖车偏转较小角度的检测例：

如图1、图2所示，为本实施例中半挂车和拖车偏转角测量系统的结构示意图，半挂车包括牵引车1、拖车和拖车挂箱2，拖车偏转角测量系统包括激光雷达31、计算装置（图中未示出），其中：

激光雷达31，通过紧固设备32固定在牵引车1的尾部，用于发射激光，以及接收拖车前端面34反射的激光，并将该激光点云发送给计算装置。

本发明实例中，激光雷达31可以是单线激光雷达，也可以是多线激光雷达。

本发明实例，是拖车偏转角较小时的说明。如图8所示，激光雷达31只能接收拖车前端面34反射的激光，计算装置根据此激光点云计算拖车的偏转角。参照图6，过程如下:

激光雷达31发射激光；

拖车前端面34反射激光；

激光雷达31接收反射的激光点云,并将激光点云发送给计算装置的点云滤波处理模块，点云滤波处理模块先限定拖车的前端面34旋转过程中覆盖区域作为点云的有效区域，再滤除牵引车和拖车之间相连的气管33反射造成的干扰点云，再将所述处理过的有效区域的点云输出；气管33通过气管安装座37固定安装。

计算装置的角度计算模块（主要是随机采样一致性算法）接收点云滤波处理模块输出的点云，通过随机采样一致性算法从中提取出拖车前端面34反射的激光点云拟合的直线，如图8所示，并计算直线的斜率，即为拖车的偏转角度,再接收降噪平滑模块的角度预测结果确认正确的拖车偏转角度；

计算装置的降噪平滑模块（主要是卡尔曼滤波算法）接收角度计算模块输出的角度值，通过卡尔曼滤波算法，将拖车的偏转角度平滑实时输出。

实施例3：拖车偏转较大角度的检测例：

如图1、图2所示，为本实施例中半挂车和拖车偏转角测量系统的结构示意图，半挂车包括牵引车1、拖车和拖车挂箱2，拖车偏转角测量系统包括激光雷达31、计算装置（图中未示出），其中：

激光雷达31，通过紧固设备32固定在牵引车1的尾部，用于发射激光，以及接收拖车前端面34和拖车的侧端面35反射的激光，并将该激光点云发送给计算装置。

本发明实例中，激光雷达31可以是单线激光雷达，也可以是多线激光雷达。

本发明实例，是拖车偏转角较大时的说明。如图9所示，激光雷达31能同时接收拖车前端面34和拖车的侧端面35反射的激光，计算装置根据此激光点云计算拖车的偏转角。参照图7，过程如下:

激光雷达31发射激光；

拖车前端面34和拖车的侧端面35一起反射激光；

激光雷达31接收反射的激光点云,并将激光点云发送给计算装置的点云滤波处理模块，点云滤波处理模块先限定拖车的前端面34旋转过程中覆盖区域作为点云的有效区域，再滤除牵引车和拖车之间相连的气管33反射造成的干扰点云，再将所述处理过的有效区域的点云输出；

计算装置的角度计算模块（主要是随机采样一致性算法）接收点云滤波处理模块输出的点云，通过随机采样一致性算法从中分别提取出拖车前端面34和拖车侧端面35反射的激光点云拟合的直线，如图8所示，并计算两条直线的斜率,再计算对应的角度，然后接收降噪平滑模块的角度预测结果从两个角度中确认正确的拖车偏转角度；

计算装置的降噪平滑模块（主要是卡尔曼滤波算法）接收角度计算模块输出的角度值，通过卡尔曼滤波算法，将拖车的偏转角度平滑实时输出。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种拖车偏转角的测量系统，包括牵引车（1）、拖车和拖车挂箱（2），其特征在于，所述牵引车（1）和拖车之间设有拖车偏转角测量系统（3），拖车偏转角测量系统（3）包括激光雷达（31）和计算装置，激光雷达（31）固定在牵引车尾部，激光雷达（31）对拖车的检测面包括拖车前端面（34）和拖车侧端面（35），激光雷达（31）发射激光并接收拖车前端面（34）和拖车侧端面（35）反射的激光点云,并发送给计算装置，计算装置根据接收到的激光点云计算拖车偏转角，计算装置中设有用于消除测量系统在不同或者相同牵引车和拖车上的安装误差的安装误差标定算法模块。

2.根据权利要求1所述的一种拖车偏转角的测量系统，其特征在于，所述激光雷达（31）通过紧固设备（32）固定在牵引车（1）尾部。

3.根据权利要求1所述的一种拖车偏转角的测量系统，其特征在于，所述计算装置包括计算区域点云滤波处理模块，计算区域点云滤波处理模块与所述激光雷达（31）信号相连，用于接收所述激光雷达（31）发送的激光点云，先获取拖车在转动过程中拖车前端面（34）和拖车侧端面（35）覆盖到的区域的激光点云，再将获取的激光点云滤除牵引车和拖车之间相连的气管造成的干扰点云和其它干扰点云。

4.根据权利要求1所述的一种拖车偏转角的测量系统，其特征在于，所述计算装置包括角度计算模块，角度计算模块主要是随机采样一致性算法模块，与所述计算区域点云滤波处理模块相连，接收计算区域点云滤波处理模块的点云处理结果，计算得到一个或者两个拖车的偏转角，再接收降噪平滑模块的角度预测结果，确定正确的拖车偏转角度值。

5.根据权利要求4所述的一种拖车偏转角的测量系统，其特征在于，所述降噪平滑模块是卡尔曼滤波算法模块，降噪平滑模块和所述角度计算模块相连，接收角度计算模块的角度计算结果，再进行降噪和平滑处理后输出拖车的偏转角。

6.根据权利要求5所述的一种拖车偏转角的测量系统，其特征在于，所述计算装置包括安装误差标定模块，安装误差标定模块是静态或动态安装误差标定算法模块，安装误差标定模块和所述降噪平滑模块相连，在根据牵引车和拖车的运动学模型确认两者保持相对角度为0°时接收降噪平滑模块的输出角度值，消除测量系统的安装误差。

7.一种拖车偏转角的测量方法，其特征在于，应用于半挂车，所述半挂车包括牵引车、拖车和拖车挂箱，在半挂车上装有拖车偏转角测量系统，该拖车偏转角测量系统包括激光雷达、计算装置，方法包括：

A、激光雷达发射激光；

B、拖车前端面或前端面和侧端面反射激光雷达发射的激光；

C、激光雷达接收拖车前端面或前端面和侧端面反射的激光点云，并将激光点云发送给计算装置；

D、计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车的偏转角。

8.根据权利要求7所述的一种拖车偏转角的测量方法，其特征在于，所述计算装置根据从激光雷达接收的激光点云计算拖车偏转角，具体过程是：①从接收的激光点云中获取计算区域覆盖到的激光点云，并滤除计算区域中的干扰的激光点云，包括牵引车和拖车连接的气管造成的干扰点云；②根据处理获取的激光点云计算拖车的一个或两个偏转角，根据预测的拖车偏转角确定拖车的偏转角的正确值；③计算装置对计算得到的拖车偏转角进行降噪和平滑处理；④在根据牵引车和拖车的运动学模型确认两者保持相对角度为0°时，计算装置消除偏转角测量系统的安装误差。

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