CN117470134A - 一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆，涉及车辆技术领域。其应用于包括牵引车和挂车的半挂车；在牵引车的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达；在挂车的前部固定设置有具有反射面的反射板，反射面朝向激光雷达；该方法包括：控制牵引车的尾部两侧分别设置的激光雷达发射激光，使得反射板通过反射面反射激光雷达发射的激光；控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云；根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角。本发明可以扩大挂车夹角的测量范围，即使在挂车夹角较大的场景下，也可以实现挂车夹角的测量。另外采用多个激光雷达的激光点云进行计算，结果准确度得到了提高。

Description

一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆。
背景技术
目前，随着物流运输行业的发展，集装箱卡车等带有牵引车和挂车的车辆(以下简称半挂车)的应用越来越广泛。半挂车作为一种重型的交通运输工具，相比单体式卡车，半挂车更能够提高公路运输的综合经济效益，而随着自动驾驶技术的发展，挂车夹角(如图1所示的半挂车的上视图，挂车夹角是指牵引车11中轴线和挂车12中轴线之间的夹角α)作为自动驾驶规划和控制点基础成为了研究的重点。
当前的挂车夹角的测量方法仅仅能在挂车夹角比较小的情况下进行测量，对于挂车夹角较大的场景(例如，挂车夹角大于±40°)时，则难以得到准确的挂车夹角。因此，如何实现一种结构简单、快速准确测量挂车夹角的方法称为了一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆，以实现一种结构简单、快速准确测量挂车夹角的方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种挂车夹角的测量方法，应用于一种半挂车，所述半挂车包括牵引车和挂车；在所述牵引车的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达；在所述挂车的前部固定设置有具有反射面的反射板，所述反射面朝向所述激光雷达；
所述挂车夹角的测量方法，包括：
控制所述牵引车的尾部两侧分别设置的激光雷达发射激光，使得所述反射板通过所述反射面反射所述激光雷达发射的激光；
控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云；
根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角。
一种挂车夹角的测量装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的方法。
一种车辆，包括上述的挂车夹角的测量装置，以及牵引车和挂车；在所述牵引车的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达；在所述挂车的前部固定设置有具有反射面的反射板，所述反射面朝向所述激光雷达；所述挂车夹角的测量装置与所述激光雷达通信连接。
本发明实施例提供的一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆，采用在牵引车的尾部两侧分别设置至少一个激光雷达，这样，在挂车夹角较大的场景下，反射板移动到了牵引车的侧面时，至少其中一侧的激光雷达发射的激光依然可以射到反射板的反射面上，从而能够被用于挂车夹角的测量。另外，本发明采用根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角，而不是采用单一的激光雷达的激光点云进行计算，其结果准确度大大提高。
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要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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为挂车夹角的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种挂车夹角的测量方法的流程图一；
图3为本发明实施例中的半挂车结构的下视图；
图4为本发明实施例中牵引车的尾部若仅设置一个激光雷达时的工作场景示意图；
图5为本发明实施例中牵引车的尾部两侧分别设置一个激光雷达时的工作场景示意图；
图6为本发明实施例中的牵引车的尾部两侧设置激光雷达的分布示意图一；
图7为本发明实施例中的牵引车的尾部两侧设置激光雷达的分布示意图二；
图8为本发明实施例提供的一种挂车夹角的测量方法的流程图二；
图9为本发明实施例中的反射板随着挂车围绕牵引车的活动范围示意图；
图10为本发明实施例中所建立的一种激光雷达坐标系示意图；
图11为本发明实施例中所建立的激光雷达坐标系下的最长直线段的示意图；
图12为本发明实施例中的待处理角度数据的曲线示意图；
图13为本发明实施例中的车辆的结构示意图；
图14为本发明实施例中的牵引车的尾部区域的结构示意图。
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。
为了使本领域的技术人员更加了解本发明，下面对本发明实施例中所涉及的部分技术术语进行解释说明：
点云：在逆向工程中通过测量仪器得到的物体外观表面的点数据集合称为点云。
AOI：Area of Interest Filter，感兴趣区域滤波器，即对点云数据进行滤波时，只保留特定感兴趣区域的点云数据。
RANSAC：Random Sample Consensus，随机抽样一致性算法，是根据一组包含异常数据的样本数据集，计算出数据的数学模型参数，得到有效样本数据的算法。
如图2所示，本发明实施例提供一种挂车夹角的测量方法，应用于如图3(图3为半挂车20的下视图)所示的一种半挂车20，半挂车20包括牵引车201和挂车202，牵引车201和挂车202通过转轴205连接，使得挂车202相对于牵引车201可以转动；在牵引车201的尾部两侧(如左右两侧)分别设置有至少一个激光雷达203(例如可以是左右两侧分别设置一个激光雷达，两个激光雷达或者更多的激光雷达，此处由于图3的限制，仅展示了左右两侧分别设置一个激光雷达的情况)；在挂车202的前部固定设置有具有反射面的反射板204，该反射面朝向激光雷达203。
该挂车夹角的测量方法，包括：
步骤301、控制牵引车的尾部两侧分别设置的激光雷达发射激光，使得反射板通过反射面反射激光雷达发射的激光。
步骤302、控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云。
步骤303、根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角。
此处，如图4所示，考虑到在牵引车201的尾部仅设置一个激光雷达203(一般设置在牵引车的尾部的中间位置，激光雷达一般采用单线激光雷达)也可以向反射板204的反射面发射激光，通过该一个激光雷达203一般也能够完成挂车夹角的测量。但是，对于挂车夹角较大的场景，如图4所示，反射板204可能已经移动到了牵引车201的侧面，单一的激光雷达203发射的激光已经无法射到反射板204的反射面上，造成挂车夹角的测量失败。
而如图5所示，本发明采用在牵引车201的尾部两侧(如左右两侧)分别设置至少一个激光雷达203(例如可以是左右两侧分别设置一个激光雷达，两个激光雷达或者更多的激光雷达，此处由于图5的限制，仅展示了左右两侧分别设置一个激光雷达的情况)，这样，在反射板204移动到了牵引车201的侧面时，至少其中一侧的激光雷达发射的激光依然可以射到反射板204的反射面上，从而能够被用于挂车夹角的测量。另外，本发明采用根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角，而不是采用单一的激光雷达的激光点云进行计算，其结果准确度大大提高。
此处，为了表明牵引车201的尾部两侧分别设置至少一个激光雷达203，如图6和图7所示，激光雷达在牵引车201的尾部的分布方式可以为左右两侧各有一个激光雷达203(图6)，或者各有两个激光雷达203(图7)，但不仅局限于此，在不考虑成本的情况下，甚至还可以在左右两侧设置更多的激光雷达。
为了使本领域的技术人员更加了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图8所示，本发明实施例提供一种挂车夹角的测量方法，应用于上述如图3所示的半挂车20，该半挂车20的结构在上述已有描述，此处不再赘述。该方法包括：
步骤401、控制牵引车的尾部两侧分别设置的激光雷达发射激光，使得反射板通过反射面反射激光雷达发射的激光。
一般情况下，为了便于车辆环境的应用以及反射需求，反射板可以选用钢制板，但不仅局限于此。
另外，本发明实施例中所涉及的激光雷达一般可以采用单线激光雷达，但不仅局限于此，例如还可以采用多线激光雷达，如4线、8线、16线、32线、64线激光雷达等。
步骤402、控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云。
一般情况下，各激光雷达的采样频率可以为10Hz，但不仅局限于此。另外，激光雷达在向外发射激光时带有自身对应的标识，从而可以保证激光雷达在接收反射板反射的激光点云时，仅接收自身对应的激光点云，而不会接收到其他激光雷达对应的激光点云。另外，为了使得后续步骤409中各激光雷达各自对应的初始挂车夹角以当前周期中的采集时刻进行排列，各激光雷达的采集时刻优选不相同，以避免在同一采集时刻两个或更多的初始挂车夹角在一起，难以分辨。
步骤403、对各激光雷达分别接收到的各自对应的激光点云进行感兴趣区域滤波，得到预设区域范围内的激光点云。
其中，该预设区域范围是根据反射板随着挂车围绕牵引车的活动范围确定的。例如可以采用如下方式：
如图9所示，根据反射板随着挂车围绕牵引车的活动范围预先设置一第一距离L1和第二距离L2；其中，第二距离L2大于第一距离L1。以用于连接牵引车和挂车的转轴O为圆心，以第一距离L1和第二距离L2为半径，在激光扫描平面(同一束激光扫描一周所形成的平面即为激光扫描平面)上得到第一圆区域和第二圆区域。将第一圆区域之外和第二圆区域之内的区域范围确定为预设区域范围S。如此设置的原因是反射板一般在随着挂车围绕牵引车的活动中，会始终处于一个圆环状区域内，因此预先设置第一距离L1和第二距离L2，并以转轴O为圆心，以第一距离L1和第二距离L2为半径，即可得到该预设区域范围S。
步骤404、对预设区域范围内的激光点云进行噪点滤波，得到各激光雷达对应的噪点滤波后的激光点云。
此处，采用噪点滤波可以将离群的点滤除，从而得到更为准确的激光点云。
步骤405、对各激光雷达对应的噪点滤波后的激光点云采用随机抽样一致性算法得到各激光雷达对应的一至多条激光点云形成的直线段，并从一至多条激光点云形成的直线段中确定各激光雷达对应的最长直线段。
由于各激光雷达对应的噪点滤波后的激光点云中并不一定仅包含反射板反射的激光点云，还有可能包含其他位置(如反射板左右两侧的凸起等位置)反射的激光点云，因此需要通过随机抽样一致性算法得到各激光雷达对应的一至多条激光点云形成的直线段，并从一至多条激光点云形成的直线段中确定各激光雷达对应的最长直线段。
步骤406、在激光雷达坐标系下，确定各最长直线段的直线方程和构成各最长直线段的激光点云的点数。
步骤407、根据各最长直线段的直线方程计算得到各激光雷达对应的初始挂车夹角。
本发明实施例中，在安装好激光雷达之后，建立激光雷达坐标系，激光雷达的激光点云的位置信息均基于该激光雷达坐标系中，如可建立如图10所示的激光雷达坐标系，但不仅局限于此，在激光雷达的坐标系建立中，还可以选择其他方向作为x轴，在水平面的一与x轴垂直的方向为y轴，此处不再一一列举。
在一个示例中，该步骤406中，在激光雷达坐标系下，确定各最长直线段的直线方程和构成各最长直线段的激光点云的点数，以及该步骤407中，根据各最长直线段的直线方程计算得到各激光雷达对应的初始挂车夹角，具体可通过以下方式实现：根据接收到的激光点云拟合得到直线段，并根据各最长直线段拟合得到最长直线段的直线方程；对该直线方程的斜率进行反三角函数(一般为反正切或者反余切)计算得到初始挂箱夹角，如图11所示。
步骤408、根据预先设置的判断条件对各激光雷达各自对应的初始挂车夹角进行筛选。
此处，该步骤408可以采用如下两种方式实现，当然也可以通过该两种方式结合来实现：
方式一：
判断各最长直线段的激光点云的点数是否小于预先设置的点数阈值。
将最长直线段的激光点云的点数小于预先设置的点数阈值的激光雷达对应的初始挂车夹角剔除，保留最长直线段的激光点云的点数大于等于预先设置的点数阈值的激光雷达对应的初始挂车夹角。
此处，若最长直线段的激光点云的点数小于预先设置的点数阈值，则说明最长直线段是由较少的激光点云拟合而成的，若仅通过少数的激光点云拟合得到最长直线段，则得到的初始挂车夹角十分不准确，应被剔除。
方式二：
在当前周期非第一周期时，判断当前周期的各激光雷达各自对应的初始挂车夹角与进行卡尔曼滤波处理得到的上一周期的挂车夹角的偏差角度值是否大于预先设置的偏差角度阈值。
若当前周期的激光雷达对应的初始挂车夹角与进行卡尔曼滤波处理得到的上一周期的挂车夹角的偏差角度值大于预先设置的偏差角度阈值，则将当前周期的该激光雷达对应的初始挂车夹角剔除。
若当前周期的激光雷达对应的初始挂车夹角与进行卡尔曼滤波处理得到的上一周期的挂车夹角的偏差角度值小于等于预先设置的偏差角度阈值，则将当前周期的该激光雷达对应的初始挂车夹角保留。
此处，由于两个相邻周期(一般仅相差0.1秒)之间相差的时长较短，因此挂车夹角的变化不会过大，因此若当前周期的激光雷达对应的初始挂车夹角与进行卡尔曼滤波处理得到的上一周期的挂车夹角的偏差角度值大于预先设置的偏差角度阈值，则确定当前周期的激光雷达对应的初始挂车夹角为无效数据，应被剔除。
步骤409、将进行筛选后的各激光雷达各自对应的初始挂车夹角以当前周期中的采集时刻进行排列，形成待处理角度数据。
例如，以激光雷达在牵引车的尾部的左右两侧各有一个激光雷达为例，激光雷达的测量周期为0.1s，则如图12所示，横坐标为初始挂车夹角对应的时刻，纵坐标为初始挂车夹角的角度，整个纵坐标数据构成了待处理角度数据。
步骤410、根据待处理角度数据进行卡尔曼滤波处理，得到当前周期的挂车夹角。
此处进行卡尔曼滤波处理的原因是由于反射板的制作误差，反射板本身并不能保证是绝对平整，而且激光雷达自身也有观测误差，使得计算得到的初始挂车夹角存在一定误差，表现出来的现象为在车辆静止时，夹角也会有正负1°至2°的跳跃。为了解决这个问题，卡尔曼滤波处理能够对待处理角度数据中随着采集时刻排列的初始挂车夹角进行降噪处理，将初始挂车夹角和夹角变化的简易运动学模型融合起来得到一个平顺的输出结果，不仅能够确保在静止状态下测量挂车夹角测量数据的误差在正负0.5°以内，而且还能够确保在挂车夹角急速变化时测量数据可以相应的实时变化，避免明显的延迟。
在上述步骤410之后，可以返回步骤401进行下一周期的挂车夹角测量。
另外，本发明实施例提供一种挂车夹角的测量装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述图2或图8所对应的方法。
另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述图2或图8所对应的方法。
此外，如图13所示，本发明实施例还提供一种车辆50，包括上述的挂车夹角的测量装置501，以及牵引车201和挂车202(本发明所涉及的挂车202上可以携带有集装箱，或者未携带集装箱)；在所述牵引车201的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达203；在所述挂车202的前部固定设置有具有反射面的反射板204，所述反射面204朝向所述激光雷达203；所述挂车夹角的测量装置501与所述激光雷达203通信连接。
进一步的，如图14所示，该牵引车201的尾部两侧通过第一紧固件与各激光雷达203固定连接。另外，该第一紧固件可以为第一支撑梁206，该第一支撑梁206固定于牵引车201尾部的横梁，激光雷达203固定于第一支撑梁背离牵引车201的一侧、且朝向反射板204发射激光。
本发明实施例提供的一种挂车夹角的测量方法、装置及车辆，采用在牵引车的尾部两侧分别设置至少一个激光雷达，这样，在挂车夹角较大的场景下，反射板移动到了牵引车的侧面时，至少其中一侧的激光雷达发射的激光依然可以射到反射板的反射面上，从而能够被用于挂车夹角的测量。另外，本发明采用根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角，而不是采用单一的激光雷达的激光点云进行计算，其结果准确度大大提高。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施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方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种挂车夹角的测量方法，其特征在于，应用于一种半挂车，所述半挂车包括牵引车和挂车；在所述牵引车的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达；在所述挂车的前部固定设置有具有反射面的反射板，所述反射面朝向所述激光雷达；
所述挂车夹角的测量方法，包括：
控制所述牵引车的尾部两侧分别设置的激光雷达发射激光，使得所述反射板通过所述反射面反射所述激光雷达发射的激光；
控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云；
根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角；
其中，所述预设区域范围通过以下方式来确定：
根据反射板随着挂车围绕牵引车的活动范围预先设置一第一距离和第二距离；其中，所述第二距离大于所述第一距离；
以用于连接牵引车和挂车的转轴为圆心，以所述第一距离和第二距离为半径，在激光扫描平面上得到第一圆区域和第二圆区域；
将所述第一圆区域之外和第二圆区域之内的区域范围确定为所述预设区域范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制各激光雷达分别接收反射板反射的各自对应的激光点云之后，包括：
对各激光雷达分别接收到的各自对应的激光点云进行预处理，得到各激光雷达各自对应的初始挂车夹角；
根据预先设置的判断条件对各激光雷达各自对应的初始挂车夹角进行筛选。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据各激光雷达接收到的各自对应的激光点云进行计算得到挂车夹角，包括：
将进行筛选后的各激光雷达各自对应的初始挂车夹角以当前周期中的采集时刻进行排列，形成待处理角度数据；
根据所述待处理角度数据进行卡尔曼滤波处理，得到当前周期的挂车夹角。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述对各激光雷达分别接收到的各自对应的激光点云进行预处理，得到各激光雷达各自对应的初始挂车夹角，包括：
对各激光雷达分别接收到的各自对应的激光点云进行感兴趣区域滤波，得到预设区域范围内的激光点云；所述预设区域范围是根据反射板随着挂车围绕牵引车的活动范围确定的；
对所述预设区域范围内的激光点云进行噪点滤波，得到各激光雷达对应的噪点滤波后的激光点云；
对各激光雷达对应的所述噪点滤波后的激光点云采用随机抽样一致性算法得到各激光雷达对应的一至多条激光点云形成的直线段，并从所述一至多条激光点云形成的直线段中确定各激光雷达对应的最长直线段；
在激光雷达坐标系下，确定各最长直线段的直线方程和构成各最长直线段的激光点云的点数；
根据各最长直线段的直线方程计算得到各激光雷达对应的初始挂车夹角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预先设置的判断条件对各激光雷达各自对应的初始挂车夹角进行筛选，包括：
确定构成各最长直线段的激光点云的点数；
判断各最长直线段的激光点云的点数是否小于预先设置的点数阈值；
将最长直线段的激光点云的点数小于所述预先设置的点数阈值的激光雷达对应的初始挂车夹角剔除。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据预先设置的判断条件对各激光雷达各自对应的初始挂车夹角进行筛选，包括：
响应于当前周期为非第一周期，判断当前周期的各激光雷达各自对应的初始挂车夹角与进行卡尔曼滤波处理得到的上一周期的挂车夹角的偏差角度值是否大于预先设置的偏差角度阈值；
响应于所述偏差角度值大于预先设置的偏差角度阈值，将当前周期的该激光雷达对应的初始挂车夹角剔除。
7.一种挂车夹角的测量装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至6任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6任一项所述的方法。
9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求7所述的挂车夹角的测量装置，以及牵引车和挂车；在所述牵引车的尾部两侧分别设置有至少一个激光雷达；在所述挂车的前部固定设置有具有反射面的反射板，所述反射面朝向所述激光雷达；所述挂车夹角的测量装置与所述激光雷达通信连接。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述牵引车的尾部两侧通过第一紧固件与各激光雷达固定连接。
11.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述第一紧固件为第一支撑梁，所述第一支撑梁固定于所述牵引车尾部的横梁，所述激光雷达固定于所述第一支撑梁背离所述牵引车的一侧、且朝向所述反射板发射激光。
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