CN113474678A - 用于补偿车辆部件的运动的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于补偿车辆部件(50、55)相对于另一车辆部件或地面(60)的运动(R、T)的系统，其中，一个或多个传感器(70)由所述车辆部件(50、55)支撑。所述系统包括控制单元(110)，所述控制单元配置为能够执行以下步骤：从所述一个或多个传感器(70)接收传感器数据；检测所述车辆部件(50、55)的所述运动(R、T)；以及确定补偿数据以便能够补偿由所述运动(R、T)引起的传感器数据偏差。

Description

用于补偿车辆部件的运动的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于补偿车辆部件相对于另一车辆部件或地面的运动的系统和方法、特别是涉及商用车辆上的传感器的地面感知中的运动补偿。
背景技术
特别地，运输车辆的自动驾驶需要越来越多的基于包括各类环境传感器的高端软硬件基础设施的复杂功能。因此，这种商用车辆配备了越来越多的传感器单元，以捕捉车辆周围越来越多的环境细节。
通常将这些传感器安装在车辆驾驶室处，部分原因是驾驶室是商用车辆的最高部分，因此可以很好地了解车辆的环境和周围情况。另一方面，典型的驾驶室悬挂允许驾驶室与底盘/底架之间发生相当大的运动/移位，这会显著影响环境传感器的感知结果。这可能会导致传感器数据的偏差，从而导致错误、例如在测量与前车的距离时。对于许多应用程序、特别是对于自动驾驶，这是不可接受的。
WO 2018/142057公开了一种用于校准包括LIDAR测距仪的感知系统的传统设备，其中校准参数是从至少一个摄像机和地标的检测确定的。US2015/317781中公开了另一种常规系统，其使用成像传感装置的外在校准并基于多个传感器生成3D点云。特别地，该系统基于摄像头和LIDAR系统的组合来获取校准参数。
尽管这些系统可用于校准车辆上的传感装置，但这些传统系统并未考虑驾驶室相对于地面或商用车辆底架的相对运动。
发明内容
因此，需要能够克服至少一些上述问题的系统。
通过权利要求1的系统、根据权利要求12的方法和根据权利要求14的计算机程序产品克服了传统系统的至少一些问题。从属权利要求涉及独立权利要求的主题的其它有利实现。
本发明涉及一种用于补偿车辆部件相对于另一车辆部件或地面的运动的系统，其中，一个或多个传感器由车辆部件支撑。所述系统包括配置为能够执行以下步骤的控制单元：
-从一个或多个传感器接收传感器数据；
-检测车辆部件的运动；以及
-确定补偿数据以能够补偿由运动引起的传感器数据中的偏差。
车辆部件可以是车辆的任何部件、例如驾驶室、框架、底盘、底架等。与其它车辆部件相比，该部件特别地被独立地悬挂。独立悬挂可能在操作期间引起该部件相对于其它车辆部件(例如操作期间的车轮)应当被补偿的运动。车辆的各种传感器的传感器数据的相应补偿可以在控制单元或任何其它控制单元中执行。补偿可用于改善环境感知，这对于自动驾驶特别有利。
所述一个或多个传感器可以是由车辆部件或其它车辆部件支撑或保持的多个传感器。可选地，控制单元还配置为能够基于由多个传感器中的一个或多个传感器接收到的数据来确定补偿数据。此外，控制单元可以配置为能够提供补偿数据以用于校正来自多个传感器中的一些或所有传感器的传感器数据。因此，补偿数据可以基于一个传感器的数据，但也可用于车辆上的其它传感器。
车辆部件可以是商用车辆的驾驶室，控制单元可以配置为能够确定驾驶室相对于地面的位置和/或位置的偏差，这可以再次基于一个或多个传感器检测到的运动。
车辆部件可以是商用车辆的底盘或底架，控制单元可以配置为能够确定底盘相对于地面的位置和/或位置的偏差。
可选地，控制单元还配置为能够：
-根据确定的驾驶室位置或位置的偏差来校正传感器数据；和/或
-根据确定的底盘位置或位置的偏差来校正传感器数据。
可选地，控制单元配置为能够使用传感器之一来确定相对于车辆部件的地面。地面可以是道路或街道的表面。
一个或多个传感器可以配置为能够从由一个或多个传感器(例如LIDAR)检测到的地面反射生成点云，控制单元可以配置为能够基于点云确定地面。所确定的地面可用于确定补偿数据。地面的确定可以通过统计回归分析来执行以将平面拟合到点云。可以理解，在车辆运行期间(例如在道路上行驶)，所确定的地面相对于车辆部件不会是静态的，而是会根据检测到的运动而变化。可以通过使用补偿数据来补偿这种变化。
可选地，控制单元可以配置为能够基于来自一个或多个传感器与车辆的可选的其它传感器的传感器组合的传感器数据来确定地面。例如，可以在确定地面之前合并所有传感器数据。也有可能这些传感器中的每一个传感器都确定一个地面，并且这种冗余可用于提高精度(例如通过平均或其它统计分析)。
车辆可以包括用于获得车辆数据和/或环境数据的其它传感器，控制单元可以配置成能够部分地基于车辆数据和/或环境传感器数据来确定补偿数据。车辆数据可能与车辆速度、负载、制动事件、转弯等有关。环境数据可能包括导航数据、天气状况(例如下雪)、道路倾斜度等。
其它的实施例允许在车辆运行期间对接收到的传感器数据(例如在车辆的任何控制单元中)进行动态校正。特别地，在车辆的运行期间，控制单元可以基于校正信息来补偿来自任意传感器的传感器数据-至少只要其受到相对运动的影响。
实施例还涉及一种商用车辆，该商用车辆具有独立于其它车辆部件悬挂的部件并且具有由该部件支撑(例如安装在该部件上)的至少一个传感器。商用车辆包括如前述的系统。可选地，一个或多个传感器包括以下传感器中的一个或多个：LIDAR(＝光检测和测距)、单目和/或立体摄像头、雷达、超声波传感器。
又一实施例涉及一种用于补偿车辆部件相对于另一车辆部件或地面的运动的方法，其中，至少一个传感器安装在该车辆部件上。所述方法包括以下步骤：
-从至少一个传感器接收传感器数据；
-检测部件的运动；以及
-确定补偿数据以补偿由运动引起的传感器数据偏差。
可选地，所述方法可以包括在车辆运行期间连续地确定补偿数据以能够动态校正从车辆的各种传感器接收的传感器数据。
此外，所描述的系统的任何功能可以通过其它的可选方法步骤来实施。
所述方法也可以在软件或计算机程序产品中实施，并且步骤的顺序对于实现期望的效果可能并不重要。本发明的实施例特别地可以通过车辆的任何ECU(电子控制单元)中的软件或软件模块来实施。因此，实施例还涉及一种计算机程序，在处理器上执行所述计算机程序时，所述计算机程序具有用于执行所述方法的程序代码。
本发明的实施例通过一种能够相对于车辆的框架(或任何相对可移动部件)的实际位置来评估地面(或地面)的系统解决了上述问题中的至少一些问题，其中，在所述车辆的框架上可以安装一个或多个示例性感知传感器。框架可以是商用车辆的驾驶室或底盘，也可以是车辆的任何其它独立悬挂部分。由于在车辆运行期间作用的动态力，框架会发生移位(或任何运动)。根据环境感知传感器中的至少一个传感器的数据，系统能够评估框架相对于地面或相对于另一车辆部件的位移。位移不仅可以与三个空间轴中的一个轴的平移运动有关，而且还可以包括相应车辆部件的旋转或振荡或摆动运动。所确定的位移用于补偿传感器数据中的相应误差(例如校正与前方车辆的距离)。
与传统系统相比，实施例考虑并随后补偿车辆部件的相对运动。因此，实施例可以不用作环境传感器本身的校准(或至少不仅如此)，而是将所提及的相对位移考虑在内并实现它们的动态补偿。
实施例的一个特定优点涉及这样的事实，即其允许实时评估框架相对于地面的位移，并因此允许将安装在框架上的传感器的传感器数据更好地转换为与(整个)车辆相关联的坐标系。因此，实现了对环境的更好和更准确的感知。特别是，显著提高了传感器检测到的物体的定位精度。
附图说明
所述系统和/或方法的一些示例将在下文中仅通过示例的方式并参考附图进行描述，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的用于补偿车辆部件相对于基准的运动的系统；
图2示出了根据其它实施例的具有经受待补偿(相对)运动的驾驶室的商用车辆；
图3示出了根据又一实施例的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施例的用于利用传感器70(或更多传感器)来补偿车辆部件50、55的运动的系统。车辆部件50、55可以是商用车辆的驾驶室50或任何其它独立悬挂的部件。运动可以涉及移位或平移运动T，但也可以是车辆部件50、55的任何种类的摆动或旋转运动R。所述系统包括至少一个控制单元110，所述控制单元配置为能够执行至少以下步骤：
-从传感器70接收传感器数据；
-检测部件50、55的运动R、T；以及
-确定补偿数据以便能够补偿由运动R、T引起的传感器数据偏差。
传感器70可配置为能够检测地面60并确定车辆部件50、55相对于地面60或另一车辆部件的任何运动。为了实现这一点，传感器70可以是从来自地面60的反射67创建点云的LIDAR(Light Detecting and Ranging，光检测和测距)传感器，地面60可以是道路或街道的表面。根据该点云，控制单元110可以配置为能够通过统计回归分析拟合平面。如果部件50、55经受运动R、T，则所确定的平面将改变(相对于部件50、55)。根据该分析，控制单元110可以确定变化量，所述变化量可以是与部件50、55相对于地面的旋转/摆动运动相关联的旋转角度或更一般的坐标变换。
通过连续监测地面60，控制单元110能够在商用车辆运行期间检测随时间的任何偏差，并产生适合补偿部件50、55的相对运动R、T的补偿数据。
图2示出了带有驾驶室50的商用车辆，驾驶室50支撑多个传感器71、72、...，这些传感器可以用作感知传感器。图1中的传感器70可以是这些传感器之一。传感器可以包括第一传感器71、第二传感器72以及第三传感器73和第四传感器。传感器71...74可以直接安装到驾驶室50，但也可以安装到任何类型的框架并在商用车辆的运行期间与驾驶室50一起移动。第一传感器71包括例如LIDAR传感器，第二传感器72可以包括朝前摄像头(2D或3D)，第三传感器73包括例如朝后摄像头，第四传感器74包括例如雷达或超声波传感器。
驾驶室50安装到底盘55并且可以包括控制单元110。由于这种驾驶室50的悬挂针对驾驶员的舒适度进行了优化，因此其允许相对于车辆底盘55或相对于地面60显著运动。因此，驾驶室50可以不是刚性地安装在底盘或底架55上，而是可以围绕位于水平面内、例如平行于地面60的旋转轴摆动R(参见图2的下部分)。示例性驾驶室50的悬挂可以允许例如驾驶室50与底盘55之间和/或相对于地面60的任何自由度的运动。运动R、T由作用在车辆上的动态力引起、例如由制动和/或加速和/或路过坑洼和/或转弯或其它在驾驶室50上造成力的运动引起。
示例性旋转R影响各种传感器71、72、...，因此应校正所得传感器数据以获得可靠结果。换句话说，驾驶室50的运动R要在依靠相应的传感器数据之前被补偿。例如，这样的运动具有使传感器数据或从传感器数据得出的量不太准确的作用，从而需要允许地面60与瞬时车辆坐标系之间的转换的变换。换句话说，传感器本身的坐标系受这些相对运动的影响，初始校准不再有效。
可以通过检测地面60获得对该运动的评估。如果固定有传感器71、72、...的框架(可移动的车辆部件50、55)相对于地面60的相对运动是已知的，则传感器数据到车辆或地面的坐标系的变换可以被校正，即具有正确的框架位移信息。这样，可以补偿由驾驶室50的运动引起的传感器位移，从而提高所得传感器结果的精确性。
感知传感器71、72、73、74中的至少一个可以例如确定示例性点云以在车辆运行期间的任何时间获得地面60。也可以基于雷达成像或使用一个或多个超声波传感器来获得地面60。然后可以评估或确定驾驶室50与底盘55和/或底盘55与地面60的相对运动，所得结果用于补偿安装在同一框架上的这些传感器71至74中的任何传感器的感知结果。
此外，传感器71、72、...可以在地面上被初始校准(参考校准)。参考校准可以例如在传感器71、72、...的第一次设置期间获得并且在车辆静止时获得。补偿数据可以通过将确定的地面60与可以存储在控制单元110或其它存储器中的初始校准地面进行比较来得出。通过该比较，控制单元110可以获得两个坐标系、即静止时的车辆坐标系和部件运动期间的坐标系之间的变换。
控制单元110可以布置在驾驶室50中或车辆中的任何其它位置，并且从传感器71、72、...接收传感器数据。控制单元110可以是车辆的任何种类的电子控制单元，其适于(通过安装相应的软件)确定和提供补偿数据。补偿数据可以是适合于校正来自各个传感器71、72、...或来自其它传感器的传感器数据以在操作期间补偿示例性驾驶室50的运动R、T的任何种类的信息。可以在车辆运行期间动态地执行该补偿以连续补偿车辆部件50的连续运动R、T。
示例性框架相对于地面60的运动的评估允许补偿安装到同一框架的任何其它传感器的位移。例如，当在图2中位移校正是从第一传感器71得出时，在考虑到这些物体在驾驶室50上的不同位置的情况下，其结果也可用于摄像头72和73，因为在运动R、T期间，第一传感器71与第二传感器72和第三传感器73的相对位置不改变。换句话说，所确定的补偿可用于将框架(车辆部件50、55)的坐标系变换回初始校准所基于的初始坐标系。这样，可以补偿来自使用相同坐标系的传感器的任何传感器数据。
相同的原理可用于其它车辆框架上的传感器，这些传感器进而可以通过确定其坐标系的变化而被补偿。
图3示出了用于补偿车辆部件50、55相对于另一车辆部件或地面60的运动R、T的方法的流程图，其中，至少一个传感器70安装在车辆部件50、55上。所述方法包括以下步骤：
-S110，从至少一个传感器70接收传感器数据；
-S120，检测部件50的运动R、T；以及
-S130，确定补偿数据以补偿由运动R、T引起的传感器数据偏差。
所述方法也可以是计算机实施的方法。本领域技术人员将容易地认识到，上述各种方法的步骤可以由被编程的计算机执行。实施例还旨在涵盖程序存储设备、例如数字数据存储介质，其是机器或计算机可读的并且对机器可执行或计算机可执行的程序指令进行编码，其中当在计算机或处理器上执行时，指令执行上述方法的一些或全部动作。
本发明的实施例的特定优点涉及这样的事实，即可以实时评估保持感知传感器71、72、...的部件50、55相对于地面60的位置。所述评估可以从检测环境并且能够检测地面60的传感器71、72、...中的一个或多个传感器得出。
应理解，在本发明内，可从中评估地面60的传感器71、72、...不应限于特定传感器。此外，本发明的实施例不应限于对地面60的评估，而是还可用于推导出相对于车辆的另一物体或部件的任何相对运动。
补偿数据还可以用于改善例如由多个传感器提供的物体检测、自由空间检测或其它功能所需的环境感知质量。以这种方式，可以更好地感知环境、特别是当实施在自动驾驶的商用车辆中时，其可以使车辆更安全地操作。
有利的实施例包括以下一项或多项：
实施例涉及用于商用车辆的环境感知系统，其中，感知系统使用安装到同一框架50、55的至少一个环境感知传感器70来计算商用车辆的独立悬挂部件相对于地面60的位置。
实施例还涉及用于商用车辆的环境感知系统，其中，感知系统根据安装在驾驶室50上的环境感知传感器70计算驾驶室相对于地面60的位置。
实施例还涉及用于商用车辆的环境感知系统，其中，感知系统根据安装在底架55上的环境感知传感器70计算底盘相对于地面60的位置。
在环境感知系统中，可以用评估的地面相对驾驶室的位置来校正环境感知传感器数据。
在环境感知系统中，可以用评估的地面相对底架的位置来校正环境感知传感器数据。
在环境感知中，地面评估可以基于在分割地面点之后平面到点云的拟合。
在环境感知中，检测地面60的传感器70可以是至少一个LIDAR传感器71。
在环境感知中，检测地面60的传感器70可以是至少一个单目或立体摄像头72、73。
在环境感知中，检测地面60的传感器70可以是至少一个雷达74。
在环境感知中，检测地面60的传感器70可以是至少一个超声波传感器74。
在环境感知中，检测地面60的传感器70可以是如前所述的传感器的组合。
在环境感知中，可以用控制系统计算的数据来补偿感知传感器数据。
说明书和附图仅说明本公开的原理。因此应当理解，本领域技术人员将能够设计出各种布置结构，尽管这些布置结构在本文中没有明确描述或示出，但是其体现了本公开的原理并且应被包括在本公开的范围内。
此外，虽然每个实施例可以独立作为单独的示例，但是应当注意，在其它实施例中，所限定的特征可以不同地组合，即在一个实施例中描述的特定特征也可以在其它实施例中实施。除非声明不打算进行特定组合，否则此类组合由本文的公开内容涵盖。
附图标记列表
50 (独立悬挂的)车辆部件、驾驶室
55 底盘
60 地面
67 反射
70、71、… 传感器
110 控制单元
R、T 运动(旋转、位移、平移等)

Claims (14)

1.一种用于补偿车辆部件(50、55)相对于另一车辆部件或地面(60)的运动(R、T)的系统，其中，一个或多个传感器(70)由所述车辆部件(50、55)支撑，
其特征在于：
所述系统还包括控制单元(110)，其配置为能够执行以下步骤：
-从所述一个或多个传感器(70)接收传感器数据；
-检测所述车辆部件(50、55)的所述运动(R、T)；以及
-确定补偿数据以便能够补偿由所述运动(R、T)引起的传感器数据偏差。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器(70)是由所述车辆部件(50、55)或其它车辆部件支撑的多个传感器(71、72、73、...)，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为：
-能够基于由所述多个传感器中的一个或多个传感器接收到的数据确定所述补偿数据；以及
-能够提供所述补偿数据以用于校正来自所述多个传感器(71、72、73…)中的一些或所有传感器的传感器数据。
3.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述车辆部件(50、55)是商用车辆的驾驶室(50)，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为能够确定所述驾驶室(50)相对于地面(60)的位置或所述位置的偏差。
4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述车辆部件(50、55)是商用车辆的底盘(55)，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为能够确定所述底盘(55)相对于地面(60)的位置或所述位置的偏差。
5.根据权利要求3或4所述的系统，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为：
-能够基于确定的所述驾驶室(50)的位置或所述位置的偏差来校正传感器数据；和/或
-能够基于确定的所述底盘(55)的位置或所述位置的偏差来校正传感器数据。
6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，
其特征在于：
所述控制单元(110)配置为能够使用所述传感器(70)之一来确定相对于所述车辆部件(50、55)的地面。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个传感器(70)配置为能够从由所述一个或多个传感器(70)检测到的地面反射(67)生成点云，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为能够基于所述点云确定所述地面并且使用所确定的地面来确定所述补偿数据。
8.根据权利要求6或7所述的系统，
其特征在于：
所述控制单元(110)配置为能够基于来自所述一个或多个传感器(70)与所述车辆的可选的其它传感器的传感器组合的传感器数据来确定所述地面(60)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述车辆包括用于获取车辆数据和/或环境数据的其它传感器，
其特征在于：
所述控制单元(110)还配置为能够部分地基于车辆数据和/或环境传感器数据来确定所述补偿数据。
10.一种具有独立于其它车辆部件悬挂的部件(50、55)的商用车辆，所述部件(50、55)支撑至少一个传感器(70)，
其特征在于：
所述商用车辆具有根据前述权利要求中任一项所述的系统。
11.根据权利要求10所述的商用车辆，
其特征在于：
所述一个或多个传感器(70)包括以下传感器中的一个或多个：LIDAR传感器(71)、单目或立体摄像头(72、73)、雷达(74)、超声波传感器(74)。
12.一种用于补偿车辆部件(50、55)相对于另一车辆部件或地面(60)的运动(R、T)的方法，其中，至少一个传感器(70)由所述车辆部件(50、55)支撑，
其特征在于，所述方法包括：
-从所述至少一个传感器(70)接收传感器数据(S110)；
-检测所述部件(50、55)的所述运动(R、T)(S120)；以及
-确定补偿数据以便能够补偿由运动(R、T)引起的传感器数据偏差(S130)。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于：
在所述车辆的运行期间连续地确定补偿数据，以便能够动态校正从所述车辆的各种传感器接收到的传感器数据。
14.一种具有程序代码的计算机程序产品，其中，在处理器上执行所述程序代码时，所述程序代码用于执行所述方法。
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