CN113900130A

CN113900130A - 车辆位姿测量方法及车辆

Info

Publication number: CN113900130A
Application number: CN202111201180.6A
Authority: CN
Inventors: 杜明明; 于春磊; 张剑
Original assignee: Beijing Chaoxing Future Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Chaoxing Future Technology Co ltd
Priority date: 2021-10-15
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明的车辆位姿测量方法，属于车辆姿态计算方法的技术领域，解决现有技术中的方法计算测量当前位置姿态麻烦，且容易造成定位设备损坏的技术问题。其适用于挂车位姿的测量，所述挂车包括车头和与所述车头活动连接的车身，所述方法包括：分别在所述车头、车身及车头与挂车活动连接处的预设位置，分别安装有预设数量的定位装置；实时获取多个所述定位装置所呈线条的夹角，及，所述车身与车头的相对位置，以确定当前车辆的位姿。避免现有技术中图像采集需要人工清理采集装置的灰尘的情况出现，也避免了挂车与车头的脱挂连挂，连接处的角度传感器会承受较大冲击力而易损坏的情况出现。

Description

车辆位姿测量方法及车辆

技术领域

本发明属于汽车姿态计算方法的技术领域，尤其涉及一种自车辆位姿测量方法及车辆。

背景技术

针对带有挂车的大货车或卡车而言，挂车的位置及姿态的确定非常重要，尤其对于自动驾驶卡车，需要精确的确认挂车相对于车头的位置及角度，以便于自动驾驶系统准确进行转弯。

现有技术中的方法为：

1、采用摄像头检测二维码的方式，利用深度学习，识别二维码在摄像头图像中的位置，确定挂车相对于车头的角度。

2、在挂车与车头连接处增加角度传感器，通过角度传感器输出挂车与车头的角度。

本案技术设计人发现，现有技术中至少存在以下技术缺陷：

摄像头和二维码均安装在车辆外部，容易被灰尘遮挡，且定期或不定期的手动处理清理，否则影响测量准确度。

挂车与车头在使用过程中会出现脱挂连挂的情况，致使连接处的角度传感器会承受较大冲击，易于造成角度传感器的损坏。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种车辆位姿测量方法，解决现有技术中的方法计算测量当前位置姿态麻烦，且容易造成定位设备损坏的技术问题。本案的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：

一方面提供一种车辆位姿测量方法，适用于挂车位姿的测量，所述挂车包括车头和与所述车头活动连接的车身，所述方法包括：

分别在所述车头、车身及车头与挂车活动连接处的预设位置，分别安装有预设数量的定位装置；

实时获取多个所述定位装置所呈线条的夹角，及，所述车身与车头的相对位置，以确定当前车辆的位姿。

在一个优选或可选的实施方式中，所述车头的纵向中轴线上安装有第一GPS天线，所述车头和车身铰接位置处安装有第二GPS天线，所述车身的中轴线上安装有第三GPS天线，且所述第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线之间保持预设长度的安装距离，其中：确定当前车辆的位姿的方法包括：

所述第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线获取当前位置的经、纬度坐标；

根据所述经、纬度坐标建立向量方程；

根据所述向量方程确定挂车与车头之间的夹角，以确定当前位置的姿态角度。

在一个优选或可选的实施方式中，所述车头的纵向中轴线的切向垂直线且在预设安装长度分别安装有第五GPS天线和第六GPS天线，所述车身中轴线或与车身中轴线相平行线段上的位置处安装有第七GPS天线和第八GPS天线，且所述第五GPS天线和第六GPS天线分别与第七GPS天线、第八GPS天线保持预设长度的安装距离，其中，确定当前车辆的位姿的方法包括：

所述第五GPS天线、第六GPS天线、第七GPS天线和第八GPS天线获取当前位置的经、纬度坐标；

所述经、纬度坐标确定出所述车头的纵向中轴线的切向垂直线Line1与所述第七GPS天线和第八GPS天线所确定直线Line2的夹角β；

根据所述夹角β确定出挂车与车头之间的夹角θ，以确定当前位置的姿态角度。

另一方面提供一种挂车，包括车头和车身，所述车头和车身铰接，包括控制器、分别在所述车头和车身预设位置安装预设数量的定位装置和在所述铰接处安装的定位装置，其中：

所述定位装置能够获取当前所述车头、车身和铰接处位置的经、纬度坐标；

所述控制器根据所述经、纬度坐标确定当前车辆的位姿。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：

本案所提供方法，用GPS定位系统通过不同安装位置的定位装置所采集经、纬度坐标，通过几何原理及其线性方程，来确定车头与挂车的相对位姿，其测量易于实现，检测准确率高，也避免现有技术中图像采集需要人工清理采集装置的灰尘的情况出现，也避免了挂车与车头的脱挂连挂，连接处的角度传感器会承受较大冲击力而易损坏的情况出现。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明三GPS天线计算方法的示意图；

图2位本发明四GPS天线计算方法的示意图；

图3位本发明四GPS天线计算方法中判断挂车偏转方向的示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。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。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示的车辆位姿测量方法，适用于挂车位姿的测量，挂车包括车头和与车头活动连接的车身，方法包括：

分别在车头、车身及车头与挂车活动连接处的预设位置，分别安装有预设数量的定位装置，定位装置,例如，GPS天线；

实时获取多个定位装置所呈线条的夹角，及，车身与车头的相对位置，以确定当前车辆的位姿。

使用现有技术中的GPS定位系统通过不同安装位置的定位装置所采集经、纬度坐标，通过几何原理及其线性方程，来确定车头与挂车的相对位姿，其测量易于实现，检测准确率高。

作为本案所提供的具体实施方式，为不同车型的挂车提供不同的采集方案，一般的，对于中等重量的车型而言，车头较窄，安装精度较为好确定，采用三天线法。对于重型挂车，车头较宽，安装精度较难确定，安装有偏差时也会较大影响计算结果，为了解决这个问题，引入四天线方法，以下进行具体的介绍：

三天线法

如图1所示，车头的纵向中轴线上安装有第一GPS天线，即为A位置；车头和车身铰接位置处安装有第二GPS天线，即为，O位置；车身的中轴线上安装有第三GPS天线，即为，B位置；第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线之间保持预设长度的安装距离，预设长度指天线之间相互不信号干扰的距离，一般的，至少为1米的间距，确定当前车辆的位姿的方法包括：

S101:第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线获取当前位置的经、纬度坐标，如，天线1所在A点的经度和纬度分别是x1,y1；天线2所在O点的经度和纬度分别是x2,y2；天线3所在B点的经度和纬度分别是x3,y3。

S102:根据经、纬度坐标建立向量方程，具体的：

车头纵向中轴线Line1，即为A点至点O组成的直线，其方程为：

方向向量，表示为：

挂车纵向中轴线Line2，即为O点至点B组成的直线，其方程为：

方向向量：

S103：根据向量方程确定挂车与车头之间的夹角，以确定当前位置的姿态角度，具体的：

利用几何原理推出Line1和Line2的夹角θ，即，向量A0和向量0B的夹角：

得出，挂车与车头之间的夹角：

S104：再判断第三GPS天线位于车头的哪一侧，有三种情况，为车辆直行和左、右转，判断点B位于直线A0的左侧还是右侧即可，如，

(x2-x1)(y3-y1)-(y2-y1)(x3-x1)＞0，

那么B点位于左侧，即挂车相对车头向左侧偏转，即车辆左转弯；

(x2-x1)(y3-y1)-(y2-y1)(x3-x1)＜0，

那么B点位于右侧，即挂车相对车头向右侧偏转，即车辆右转弯；

(x2-x1)(y3-y1)-(y2-y1)(x3-x1)＝0，

那么B点位于直线A0上，即车辆直行。

S105：确定当前位置的姿态角度的方法包括：车身与车头的相对位置，确定车辆的转向方向，根据挂车与车头之间的夹角及车辆的转向方向确定当前挂车相对车头的姿态角度，如：

结合上述的Line1和Line2的夹角θ，由此，便得出了车头、挂车在地球上的位置，并得出了挂车相对车头的姿态角度。

四天线法，如图2所示：

车头的纵向中轴线的切向垂直线且在预设安装长度分别安装有第五GPS天线和第六GPS天线，车身中轴线或与车身中轴线相平行线段上且在预设位置安装有第七GPS天线和第八GPS天线，且第五GPS天线和第六GPS天线分别与第七GPS天线、第八GPS天线保持预设长度的安装距离，一般的，安装在车身的中轴线上，并且，第七GPS天线可以安装在铰接位置处上方，其中，确定当前车辆的位姿的方法包括：

S201：第五GPS天线、第六GPS天线、第七GPS天线和第八GPS天线获取当前位置的经、纬度坐标。

天线1所在A点的经度和纬度分别是x1，y1；

天线2所在B点的经度和纬度分别是x2，y2；

天线3所在C点的经度和纬度分别是x3，y3；

天线4所在D点的经度和纬度分别是x4，y4。

S202：经、纬度坐标确定出车头的纵向中轴线的切向垂直线Line1与第七GPS天线和第八GPS天线所确定直线Line2的夹角β，具体的：

第五GPS天线1(A点)和第六GPS天线2(B点)组成直线Line1，其法线为车头中轴线Line3；第七GPS天线1(C点)和第八GPS天线1(D点)的直线Line2，其中：挂车与车头的夹角θ，即为Line3和Line2的夹角，Line1和Line2的夹角β，β和θ互为余角，A点与D点的线段为Line4，Line4与Line1的夹角为α；

S203：根据夹角β确定出挂车与车头之间的夹角θ，以确定当前位置的姿态角度，具体的，

车头纵向横轴线Line1B点至点A点组成的直线，其方程为：

方向向量为：

挂车纵向中轴线Line2 C点至点D组成的直线，其方程为：

方向向量为：

Line1和Line2的夹角，即向量

和向量

的夹角：

得出，挂车与车头之间的夹角：

进一步的推出

S204：确定当前位置的姿态角度的方法包括：

判断第七和第八GPS天线3、4位于车头的哪一侧，即判断点C、D位于直线BA的法线Line3的左侧还是右侧，由于第七和第八GPS天线3和4只会同时在Line3的同一侧，因此只考虑天线4的D点。

由几何原理可计算出：

如图3所示，确定直线Line4与车头中轴线Line3的夹角α，并判断夹角α是否大于夹角β，判断车辆左转弯，如否，判断夹角α是否等于夹角β，如是，车辆直行，如否，车辆右转弯，即为：

当α＞β时，D点偏向车头中轴线左侧，即车辆左转弯；

当α＜β时，D点偏向车头中轴线右侧，即车辆右转弯；

当α＝β时，D位于车头中轴线，即车辆直行。

综上便得出了车头、挂车在地球上的位置，同时也得出了挂车相对车头的姿态角度。

其次提供一种挂车，包括车头和车身，车头和车身铰接，包括控制器、分别在车头和车身预设位置安装预设数量的定位装置和在铰接处安装的定位装置，其中：

定位装置能够获取当前车头、车身和铰接处位置的经、纬度坐标；

控制器根据经、纬度坐标确定当前车辆的位姿。

作为本案所提供的具体实施方式，车头的纵向中轴线上安装有第一GPS天线，车头和车身铰接位置处安装有第二GPS天线，车身的中轴线上安装有第三GPS天线，且第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线之间保持预设长度的安装距离。

作为本案所提供的具体实施方式，车头的纵向中轴线的切向垂直线且在预设安装距离分别安装有第五GPS天线和第六GPS天线，车头和车身铰接位置处安装有第七GPS天线，车身的中轴线上安装有第八GPS天线，且第五GPS天线和第六GPS天线分别与第七GPS天线、第八GPS天线保持预设长度的安装距离。

作为本案所提供的具体实施方式，预设长度至少为一米，避免天线之间的信号干扰。

本发明采用自动驾驶系统中基本的GPS定位系统，方便准确快捷地计算挂车相对车头的角度位姿。采用GPS定位的方式，计算挂车相对车头的角度，位姿，便于自动驾驶系统或者司机更直观清晰的了解挂车的状态，并且，还可用于多辆挂车时，可分别计算各个挂车之间的角度位姿。

以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims

1.一种车辆位姿测量方法，适用于挂车位姿的测量，所述挂车包括车头和与所述车头活动连接的车身，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车头的纵向中轴线上安装有第一GPS天线，所述车头和车身铰接位置处安装有第二GPS天线，所述车身的中轴线上安装有第三GPS天线，且所述第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线之间保持预设长度的安装距离，其中：确定当前车辆的位姿的方法包括：

根据所述经、纬度坐标建立向量方程；

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定当前位置的姿态角度的方法包括：

所述车身与车头的相对位置，确定车辆的转向方向；

根据所述挂车与车头之间的夹角及车辆的转向方向确定当前所述挂车相对车头的姿态角度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车头的纵向中轴线的切向垂直线且在预设安装长度分别安装有第五GPS天线和第六GPS天线，所述车身中轴线或与车身中轴线相平行线段上在预设位置安装有第七GPS天线和第八GPS天线，且所述第五GPS天线和第六GPS天线分别与第七GPS天线、第八GPS天线保持预设长度的安装距离，其中，确定当前车辆的位姿的方法包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述确定当前位置的姿态角度的方法包括：

根据所述第五GPS天线与所述第八GPS天线的经、纬度坐标，确定直线Line4；

确定所述直线Line4与所述车头中轴线Line3的夹角α，并判断所述夹角α是否大于所述夹角β，判断车辆左转弯，如否，判断所述夹角α是否等于所述夹角β，如是，车辆直行，如否，车辆右转弯。

6.一种挂车，包括车头和车身，所述车头和车身铰接，其特征在于，包括控制器、分别在所述车头和车身预设位置安装预设数量的定位装置和在所述铰接处安装的定位装置，其中：

所述控制器根据所述经、纬度坐标确定当前车辆的位姿。

7.根据权利要求6所述的挂车，其特征在于，所述车头的纵向中轴线上安装有第一GPS天线，所述车头和车身铰接位置处安装有第二GPS天线，所述车身的中轴线上安装有第三GPS天线，且所述第一GPS天线、第二GPS天线和第三GPS天线之间保持预设长度的安装距离。

8.根据权利要求6所述的挂车，其特征在于，所述车头的纵向中轴线的切向垂直线且在预设安装距离分别安装有第五GPS天线和第六GPS天线，所述车身中轴线或在车身上与车身中轴线相平行线段上的位置处安装有第七GPS天线和第八GPS天线，且所述第五GPS天线和第六GPS天线分别与第七GPS天线、第八GPS天线保持预设长度的安装距离。

9.根据权利要求7或8所述的挂车，其特征在于，所述预设长度至少为一米。