CN112987727A - 一种车辆传感系统及车辆自主跟随导航方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种车辆传感系统及车辆自主跟随导航方法，涉及车辆导航技术领域，用于保障车辆本体的自动跟随功能及车辆本体的行车安全。车辆传感系统包括：控制器、车辆本体及与控制器通信的拉线传感器、角度传感器，角度传感器包括旋转轴及设在旋转轴上的牵引线角度拨片。其中，拉线传感器和角度传感器设置在车辆本体前端，拉线传感器的拉线穿过牵引线角度拨片与目标跟随物连接。拉线传感器用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离AE；角度传感器用于获取经过牵引线角度拨片及旋转轴的线段与经过拉线传感器与旋转轴的线段之间的测量角度β。车辆自主跟随导航方法控制自动导航车辆跟随目标跟随物运动。

Description

一种车辆传感系统及车辆自主跟随导航方法

技术领域

本发明涉及车辆导航技术领域，尤其涉及一种车辆传感系统及车辆自主跟随导航方法。

背景技术

目前，视觉传感器和雷达是自主导航车辆在自主导航过程中常用的两种采集设备。作为被动式传感器的视觉传感器获取到的信息丰富，但是通过视觉传感器采集到的信息并不能直接获取车辆所处的相对位置及行驶方向等信息。一般情况下，需要通过特征提取等稀疏化手段对视觉传感器采集到的信息进行再次处理，才能获取所需信息。作为主动式传感器的雷达，其采集到的数据相对视觉传感器能更加直接的反映车辆所处的相对位置及行驶方向等信息。但是，雷达存在造价高、难以识别相似目标及受周围环境影响较大等缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆传感系统及车辆自主跟随导航方法，用于保障车辆本体的自动跟随功能及车辆本体的行车安全。

第一方面，本发明提供一种车辆传感系统，包括：控制器、车辆本体及与控制器通信的拉线传感器、角度传感器，角度传感器包括旋转轴及设在旋转轴上的牵引线角度拨片。其中，拉线传感器和角度传感器设置在车辆本体前端，拉线传感器的拉线穿过牵引线角度拨片与目标跟随物连接。拉线传感器用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离AE；角度传感器用于获取经过牵引线角度拨片及旋转轴的线段与经过拉线传感器与旋转轴的线段之间的测量角度β。控制器用于根据第一距离AE、所述牵引线角度拨片与旋转轴之间的第二距离BC、测量角度β及拉线传感器与旋转轴之间的第三距离AB，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的相对运动参数。

采用上述技术方案的情况下，车辆传感系统包括控制器、车辆本体及与控制器通信的拉线传感器、角度传感器。其中，拉线传感器和角度传感器间隔设置在车辆本体前端，拉线传感器的拉线穿过角度传感器与目标跟随物连接。在自动导航车辆跟随目标跟随物的过程中，拉线传感器可以获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离AE，经过牵引线角度拨片及旋转轴的线段与经过拉线传感器与旋转轴的线段之间的测量角度β。控制器根据第一距离AE、第二距离BC、测量角度β及第三距离AB，可以计算目标跟随物的相对运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数。

由上述可知，该车辆传感系统仅利用拉线传感器获取的第一距离AE、牵引线角度拨片与旋转轴之间的第二距离BC、测量角度β及第三距离AB，便可以计算出目标跟随物的相对运动参数。进而根据该目标跟随物的相对运动参数，从而控制车辆本体的运动参数，使车辆本体能够自主跟随目标跟随物的运动轨迹跟随运动。与现有技术中，采用雷达及视觉传感器相互配合进行导航相比，本发明提供的车辆传感系统中采用的拉线传感器测量精度高、成本低、与目标跟随物交互感强、抗干扰性强，应用范围广，不受光照影响，因此能够适应复杂恶劣的环境。

第二方面，本发明提供一种车辆自主跟随导航方法。应用上述任一项所述的车辆传感系统。车辆传感系统包括：控制器、车辆本体、拉线传感器以及角度传感器，角度传感器包括旋转轴及设在旋转轴上的牵引线角度拨片。其中，拉线传感器和角度传感器设置在车辆本体前端，拉线传感器的拉线穿过角度传感器与目标跟随物连接；

该车辆自主跟随导航方法包括：

接收拉线传感器发送的车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离AE，以及角度传感器发送的经过牵引线角度拨片及旋转轴的线段与经过拉线传感器与旋转轴的线段之间的测量角度β；

根据第一距离AE、牵引线角度拨片与旋转轴之间的第二距离BC、测量角度β及拉线传感器与旋转轴之间的第三距离AB，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数。

本发明第二方面提供的车辆自主跟随导航方法的有益效果与第一方面所描述的车辆传感系统的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的车辆本体与目标跟随物之间的位置关系图；

图2为本发明实施例中角度传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例中确定目标跟随物的运动参数的结构示意图。

具体实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

相关技术中，自主导航车辆的环境感知部分采用的传感器配置方式呈现出不同的形态。在一些情况下，自主导航车辆以雷达为主，视觉传感器为辅。在另一些情况下，自主导航车辆以视觉传感器为主，雷达为辅。还有一些情况下，自主导航车辆中的视觉传感器与雷达所占比例相同。

一般情况下，自主导航车辆内设置有导航地图。自主导航车辆在导航地图、视觉传感器及雷达等相关传感器的共同配合下，可以自主由起始点到达终点。也就是说，自主导航车辆在导航的过程中，不需要跟随目标物的指引，自主导航车辆根据起始点及终点，便可以自主规划行驶路径。同时，通过相关传感器采集路况信息，自主导航车辆便可以实现躲避障碍物，成功到达终点。

但是，在实际应用过程中，自主导航车辆有可能需要在目标跟随物3的引导下，进行自主运动。也就是说，自主导航车辆在自主导航的过程中，需要参考目标跟随物3的运动轨迹。

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种车辆传感系统。图1示例出了车辆本体与目标跟随物3之间的位置关系图。图2示例出了角度传感器的结构示意图。参照图1及图2，该车辆传感系统包括：控制器、车辆本体及与控制器通信的拉线传感器1、角度传感器2。其中，拉线传感器1和角度传感器2设置在车辆本体前端，拉线传感器1的拉线穿过角度传感器2与目标跟随物3连接。在拉线传感器1及角度传感器2的配合下，控制器用于计算目标跟随物3的运动参数，并根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的运动参数。

上述车辆本体的运动参数可以包括车辆本体的行驶速度及行驶方向。上述车辆本体可以为广义的车辆本体，可以为两轮车、三轮车或四轮车，但不仅限于此。该车辆本体至少可以包括动力系统，动力系统可以为电机。应理解，控制器根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的运动参数，是指控制器可以根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的速度及运动方向，但不仅限于此。

参照图2，上述拉线传感器1与角度传感器2可以位于同一平面。角度传感器2可以为绝对式角度传感器2，角度传感器2可以包括旋转轴21及设在所述旋转轴21上的牵引线角度拨片22。牵引线角度拨片22的牵引端与旋转轴21之间具有第二距离BC。一般情况下，第二距离BC已知。拉线传感器1可以具有与目标跟随物3连接的拉线，该拉线可以为一定长度的钢绳。

在实际应用过程中，上述目标跟随物3可以是人或者车辆。拉线传感器1的拉线穿过角度传感器2的牵引线角度拨片22后，与目标跟随物3连接。其中，拉线传感器1可以用于获取车辆本体前端与目标跟随物3之间的第一距离AE，角度传感器2可以用于获取经过牵引线角度拨片及旋转轴的线段与经过拉线传感器与旋转轴的线段之间的测量角度β。控制器可以用于根据第一距离AE、牵引线角度拨片22的牵引端与旋转轴21之间的第二距离BC、测量角度β及拉线传感器1与旋转轴21之间的第三距离AB，计算目标跟随物3的运动参数，并根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的相对运动参数。

由上述可知，该车辆本体仅利用拉线传感器1获取的第一距离AE、牵引线角度拨片22的牵引端与旋转轴21的第二距离BC、测量角度β及第三距离AB，便可以计算出目标跟随物3的运动参数。进而根据该目标跟随物3的运动参数，从而控制车辆本体的运动参数，使车辆本体能够自主跟随目标跟随物3的运动轨迹运动。与现有技术中，采用雷达及视觉传感器相互配合进行导航相比，本发明提供的车辆传感系统中采用的拉线传感器1测量精度高、成本低、与目标跟随物3交互感强、抗干扰性强，应用范围广，因此能够适应比较恶劣的环境。同时，采用本发明实施例提供的车辆传感系统，对拉线传感器及角度传感器的布局位置的要求较少。

在一些示例中，目标跟随物3的运动参数可以包括：目标跟随物3与车辆本体之间在水平面上的垂直距离d、经过拉线传感器1及目标跟随物的线段与经过拉线传感器1及旋转轴21的线段之间的夹角α、垂直距离d的变化速度D_i及夹角α的变化速度R_i。

应理解，上述垂直距离d为在自动导航车辆前进方向，车辆本体与目标跟随物3之间的距离。

图3示例出了确定目标跟随物3的运动参数的结构示意图。参照图3，夹角α及垂直距离d可以通过以下方式计算。

首先，需要根据牵引线角度拨片22的牵引端与旋转轴21之间的第二距离BC，及测量角度β，即距离为BC的线段与距离为DB的线段之间的夹角β，计算出距离为AB的线段的延伸线段的距离DB，及经过牵引线角度拨片22的牵引端的线段的距离DC。

上述DB可以满足：

DB＝BC×cosβ；

上述DC可以满足：

DC＝BC×sinβ；

其中，DB为拉线传感器1及角度传感器2之间的线段的延伸线段的距离，DC为经过牵引线角度拨片22的牵引端的线段的距离，且距离为DC的线段与距离为DB的线段垂直。也就是说，在由距离为DC的线段、距离为DB的线段及距离为BC的线段组成的三角形内，采用三角函数分别计算距离DC及距离DB。

其次，需要根据DC、DB、BC及拉线传感器1的拉线出口端与角度传感器2的旋转轴21的中心之间的距离AB，可以确定经过拉线传感器1及所述目标跟随物的线段与经过拉线传感器及旋转轴的线段之间的夹角α。应理解，拉线传感器1及旋转轴21之间的距离AB的长度已知。在实际应用过程中，距离AB可以根据实际情况进行设置。例如：距离AB可以根据拉线传感器1的尺寸及角度传感器2的尺寸，或者拉线传感器1、角度传感器2及目标跟随物3之间的整体布局进行调整。

上述夹角α可以满足：

一般情况下，车辆本体的前进方向与目标跟随物的前进方向一致，此时夹角α＝0。当目标跟随物在所述车辆的的左侧，此时夹角α＞0。当目标跟随物在所述车辆的的右侧，此时夹角α＜0。在一些情况下，当距离为AB的线段的指向方向与自动导航车辆的行驶方向不一致时，即距离为AB的线段与自动导航车辆的行驶方向之间存在角度偏差Δα时，可以通过加入α-Δα进行偏差修正，使该角度偏差Δα不会影响识别精度。

上述垂直距离d可以满足：

d＝AE×cosα。

上述垂直距离d的变化速度D_i可以满足：

上述夹角α的变化速度R_i可以满足：

其中，i为第i周期获得的数据，f为大于1的正整数，Δt为拉线传感器1及所述角度传感器2提供数据的周期。

通过上述计算过程，便可以获取车辆本体与目标跟随物3之间的垂直距离d及垂直距离d的变化速度D_i、夹角α及夹角α的变化速度R_i。通过车辆本体与目标跟随物3之间的垂直距离d及垂直距离d的变化速度D_i，控制器可以确定车辆本体在自主跟随目标跟随物3的过程中的行驶速度，并调整行驶速度，以避免车辆本体在跟随目标跟随物3运动的过程中与目标跟随物3相撞。同时，通过夹角α及夹角α的变化速度R_i，控制器可以确定车辆本体的行驶方向。例如：通过夹角α及夹角α的变化速度R_i，控制器可以控制车辆本体进行转弯，从而改变车辆本体的行驶方向。

综上所述，控制器可以根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的运动参数，从而确定自护导航车辆的行驶路径及行驶速度。

本发明实施例还提供了一种车辆自主跟随导航方法，用于保障车辆本体的自动跟随功能及车辆本体的行车安全。车辆传感系统包括：控制器、车辆本体、拉线传感器1以及角度传感器2。其中，拉线传感器1和角度传感器2设置在车辆本体前端，拉线传感器1的拉线穿过角度传感器2与目标跟随物3连接。该车辆自主导航方法可以包括：

步骤S101：控制器接收拉线传感器1发送的车辆本体前端与目标跟随物3之间的第一距离AE，以及角度传感器2发送的经过所述牵引线角度拨片及所述旋转轴的线段与经过所述拉线传感器与所述旋转轴的线段之间的测量角度β；

步骤S201：控制器根据第一距离AE、所述牵引线角度拨片的牵引端与旋转轴21之间的第二距离BC、测量角度β及拉线传感器1与旋转轴21之间的第三距离AB，计算目标跟随物3的运动参数，并根据目标跟随物3的运动参数控制车辆本体的运动参数。

本发明第二方面提供的车辆自主跟随导航方法的有益效果与第一方面所描述的车辆传感系统的有益效果相同，此处不做赘述。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种车辆传感系统，其特征在于，包括：控制器、车辆本体及与所述控制器通信的拉线传感器、角度传感器，所述角度传感器包括旋转轴及设在所述旋转轴上的牵引线角度拨片；其中，所述拉线传感器和所述角度传感器设置在所述车辆本体前端，所述拉线传感器的拉线穿过所述牵引线角度拨片与目标跟随物连接；

所述拉线传感器用于获取所述车辆本体前端与所述目标跟随物之间的第一距离AE；所述牵引线角度拨片的牵引端与旋转轴之间的第二距离BC；所述角度传感器用于获取经过所述牵引线角度拨片及所述旋转轴的线段与经过所述拉线传感器与所述旋转轴的线段之间的测量角度β；

所述控制器用于根据所述第一距离AE、所述牵引线角度拨片的牵引端与旋转轴之间的第二距离BC、所述测量角度β及所述拉线传感器与所述旋转轴之间的第三距离AB，计算所述目标跟随物的运动参数，并根据所述目标跟随物的运动参数控制所述车辆本体的相对运动参数。

2.根据权利要求1所述的车辆传感系统，其特征在于，所述目标跟随物的相对运动参数包括：所述目标跟随物与所述车辆本体之间在水平面上的垂直距离d、经过所述拉线传感器及所述目标跟随物的线段与经过所述拉线传感器及所述旋转轴的线段之间的夹角α、所述垂直距离d的变化速度D_i及所述夹角α的变化速度R_i。

3.根据权利要求2所述的车辆传感系统，其特征在于，所述垂直距离d满足：

d＝AE×cosα。

4.根据权利要求2所述的车辆传感系统，其特征在于，所述夹角α满足：

其中，距离为DB的线段为距离为AB的线段的延伸线段，且所述距离为DC的线段与所述距离为DB的线段垂直；

当夹角α＝0，所述车辆本体的前进方向与所述目标跟随物的前进方向一致；当夹角α＞0，所述目标跟随物位于所述车辆本体的左侧；当夹角α＜0，所述目标跟随物位于所述车辆本体的右侧。

5.根据权利要求4所述的车辆传感系统，其特征在于，所述距离为DB的线段满足：

DB＝BC×cosβ；

距离为BC的线段与距离为DB的线段之间的夹角为所述测量角度β。

6.根据权利要求4所述的车辆传感系统，其特征在于，所述距离为DC的线段满足：

DC＝BC×sinβ。

7.根据权利要求2所述的车辆传感系统，其特征在于，所述垂直距离d的变化速度D_i满足：

其中，i为第i周期获得的数据，f为大于1的正整数，Δt为所述拉线传感器及所述角度传感器提供数据的周期。

8.根据权利要求2所述的车辆传感系统，其特征在于，所述夹角α的变化速度R_i满足：

其中，i为第i周期获得的数据，f为大于1的正整数，Δt为所述拉线传感器及所述角度传感器提供数据的周期。

9.一种车辆自主跟随导航方法,其特征在于,应用权利要求1-8任一项所述的车辆传感系统；所述车辆传感系统包括：控制器、车辆本体、拉线传感器以及角度传感器，所述角度传感器包括旋转轴及设在所述旋转轴上的牵引线角度拨片；其中，所述拉线传感器和所述角度传感器设置在所述车辆本体前端，所述拉线传感器的拉线穿过所述角度传感器的牵引线角度拨片与目标跟随物连接；

所述车辆自主跟随导航方法包括：

接收所述拉线传感器发送的所述车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离AE，以及所述角度传感器发送的经过所述牵引线角度拨片及所述旋转轴的线段与经过所述拉线传感器与所述旋转轴的线段之间的测量角度β；

根据所述第一距离AE、所述牵引线角度拨片的牵引端与所述旋转轴之间的第二距离BC、所述测量角度β及所述拉线传感器与所述旋转轴之间的第三距离AB，计算所述目标跟随物的运动参数，并根据所述目标跟随物的运动参数控制所述车辆本体的运动参数。

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