挂车角度检测系统及货箱角度矫正方法

技术领域

本发明涉及牵引车技术领域，尤其涉及一种挂车角度检测系统及货箱角度矫正方法。

背景技术

在牵引货车的控制中，为了实现对车身姿态的控制，需要获得牵引车和挂车之间的角度。然而，目前尚没有成熟的挂车角度测量装置，部分测量方案需要在挂车或对接机构上安装额外设备。

因此，亟需一种挂车角度检测系统及货箱角度矫正方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种挂车角度检测系统及货箱角度矫正方法，以解决上述现有技术中的问题，能够通过多个距离传感器测量挂车与牵引车之间的夹角，挂车以及旋转部件上无需安装额外的设备，扩大了挂车角度检测系统的适用性。

本发明提供了一种挂车角度检测系统，包括：

多个距离传感器和与多个所述距离传感器连接的挂车角度融合模块，其中：

多个所述距离传感器设置在牵引车后端中部且正对挂车货箱，各所述距离传感器用于分别检测当前距离传感器所处位置与当前距离传感器所正对的挂车车厢之间的距离；

所述挂车角度融合模块用于根据多个所述距离传感器的相对位置，对多个所述距离传感器的检测结果进行融合，以得到货箱角度，所述货箱角度用于表示牵引车与挂车的中轴线之间的夹角。

如上所述的挂车角度检测系统，其中，优选的是，各所述距离传感器包括超声波传感器。

如上所述的挂车角度检测系统，其中，优选的是，多个所述距离传感器呈阵列分布。

如上所述的挂车角度检测系统，其中，优选的是，在距离传感器的阵列中，相邻两个距离传感器之间的水平间距不小于30cm，且相距最远的两个距离传感器的水平间距不小于2m。

本发明还提供一种采用上述系统的货箱角度矫正方法，包括：

步骤S1、判断是否进入矫正模式，若否，则执行步骤S2，若是，则执行步骤S6；

步骤S2、获取各所述距离传感器的检测结果；

步骤S3、根据多个所述距离传感器的相对位置和多个所述距离传感器的检测结果，计算货箱角度，所述货箱角度用于表示牵引车与挂车的中轴线之间的夹角；

步骤S4、对货箱角度的计算结果进行校验，若通过校验，则执行步骤S5，若未通过校验，则执行步骤S6；

步骤S5、输出货箱角度的计算结果，然后执行步骤S9；

步骤S6、进入矫正模式，判断车速和方向盘转角是否满足校准条件，若是，则执行步骤S7，若否，则执行步骤S9；

步骤S7、读取各所述距离传感器的检测结果；

步骤S8、根据各所述距离传感器的检测结果对未校准的货箱角度结果进行校准，并跳转到步骤S9；

步骤S9、结束。

如上所述的货箱角度矫正方法，其中，优选的是，所述步骤S1、判断是否进入矫正模式，具体包括：

通过牵引车的非距离传感器的检测数据或通过车身动力学模型获取车身姿态；

判断挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态相符，若不相符，则进入角度矫正模式。

如上所述的货箱角度矫正方法，其中，优选的是，所述步骤S4、对货箱角度的计算结果进行校验，具体包括：

通过牵引车的非距离传感器的检测数据或通过车身动力学模型获取车身姿态；

判断挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态相符，若相符，则通过校验，若不相符，则未通过校验。

如上所述的货箱角度矫正方法，其中，优选的是，所述步骤S6、进入矫正模式，判断车速和方向盘转角是否满足校准条件，具体包括：

进入矫正模式后，若车速高于预设车身阈值且方向盘转角小于预设转角阈值，则满足校准条件。

如上所述的货箱角度矫正方法，其中，优选的是，所述步骤S8、根据各所述距离传感器的检测结果对货箱角度结果进行校准，具体包括：

将车速和方向盘转角均满足校准条件时，根据多个所述距离传感器的相对位置和多个所述距离传感器的检测结果，计算货箱角度，将车速和方向盘转角均满足校准条件时的货箱角度计算结果设置为矫正偏移量；

将未校准的货箱角度结果与矫正偏移量相加，得到修正后的货箱角度。

本发明的挂车角度检测系统及货箱角度矫正方法，分别检测当前距离传感器所处位置与其正对的挂车车厢之间的距离，根据多个距离传感器的相对位置对多个距离传感器的检测结果融合，得到货箱角度，能够通过多个距离传感器测量挂车与牵引车之间的夹角，挂车以及旋转部件上无需安装额外的设备，扩大了挂车角度检测系统的适用性；通过动态校准基于多个距离传感器所计算出的货箱角度，在转弯、避障、入库、出库等场景下得到更精确的车辆行驶轨迹，在此基础上能准确地计算挂车在运动过程中两侧的干涉区域，可以增强传感器的适应性；通过设计传感器阵列，可以扩大对挂车种类的兼容。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的挂车角度检测系统实施例的俯视示意图；

图2为本发明提供的挂车角度检测系统实施例的侧视示意图；

图3为本发明提供的挂车角度检测系统实施例的阵列分布示意图；

图4为本发明提供的挂车角度检测系统实施例的货箱角度计算原理示意图；

图5为本发明提供的货箱角度矫正方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。

本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。

本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

如图1-图3所示，本实施例提供的距离传感器包括：多个距离传感器和与多个所述距离传感器连接的挂车角度融合模块(未示出)，其中：

多个所述距离传感器设置在牵引车后端中部且正对挂车货箱，各所述距离传感器用于分别检测当前距离传感器所处位置与当前距离传感器所正对的挂车车厢之间的距离；

所述挂车角度融合模块用于根据多个所述距离传感器的相对位置，对多个所述距离传感器的检测结果进行融合，以得到货箱角度，所述货箱角度用于表示牵引车与挂车的中轴线之间的夹角。

其中，所述距离传感器的数量为2-6个，例如为4个，图3示出了四颗距离传感器的分布示意图。由于牵引车下部安装有与底盘相关的设备与管路，因此距离传感器位于牵引车的中部位置。在本发明中，各所述距离传感器为超声波传感器，超声波传感器的技术成熟，且成本可控。超声波传感器的型号例如可以为MA40S4S、MA40S4R等。

进一步地，多个所述距离传感器呈阵列分布。在距离传感器的阵列中，相邻两个距离传感器之间的水平间距不小于30cm，且相距最远的两个距离传感器的水平间距不小于2m。需要说明的是，本发明对距离传感器的数量、类型、型号及分布方式等不作具体限定。

挂车角度融合模块角度计算货箱角度的原理由几何关系推导出。本发明以两个水平安装的距离传感器为例进行说明，如图4所示，两个距离传感器的水平间距为L，两个距离传感器反馈的距离分别为d1和d2。牵引车中轴线和挂车中轴线的夹角为θ。通过几何关系可以求得

本发明实施例提供的挂车角度检测系统，通过多个距离传感器分别检测当前距离传感器所处位置与其正对的挂车车厢之间的距离，通过挂车角度融合模块根据多个距离传感器的相对位置，对多个距离传感器的检测结果融合，得到货箱角度，能够通过多个距离传感器测量挂车与牵引车之间的夹角，挂车以及旋转部件上无需安装额外的设备，扩大了挂车角度检测系统的适用性；通过设计传感器阵列，可以扩大对挂车种类的兼容。

如图5所示，本实施例提供的货箱角度矫正方法在实际执行过程中，具体包括：

步骤S1、判断是否进入矫正模式，若否，则执行步骤S2，若是，则执行步骤S6。

在本发明的货箱角度矫正方法的一种实施方式中，所述步骤S1具体可以包括：

步骤S11、通过牵引车的非距离传感器的检测数据或通过车身动力学模型获取车身姿态。

其中，非距离传感器例如为摄像头等。需要说明的是，本发明对非距离传感器的类型及安装位置等不作具体限定。

步骤S12、判断挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态相符，若不相符，则进入角度矫正模式。

若挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态中的车辆角度的偏差大于预设偏差阈值，则进入角度矫正模式。

是否进入矫正模式需要外部信号触发，通过检验其他传感器的数据或者通过车身动力学模型来判断挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态相符。例如，当挂车角度大于一定值后，挂车进入了摄像头的感知范围内。通过比对摄像头估计的数据和挂车角度融合模块输出的角度结果，当二者偏差过大时进入角度矫正模式。如果不需要进入矫正模式，则转入步骤S2、读取各个距离传感器的测量数据，以计算货箱角度。

步骤S2、获取各所述距离传感器的检测结果。

其中，本发明在一些实施方式中，所述距离传感器的数量为4个，图3示出了四颗距离传感器的分布示意图。由于牵引车下部安装有与底盘相关的设备与管路，因此距离传感器位于牵引车的中部位置。在本发明中，各所述距离传感器为超声波传感器，超声波传感器的技术成熟，且成本可控。超声波传感器的型号例如可以为MA40S4S、MA40S4R等。

进一步地，多个所述距离传感器呈阵列分布。在距离传感器的阵列中，相邻两个距离传感器之间的水平间距不小于30cm，且相距最远的两个距离传感器的水平间距不小于2m。需要说明的是，本发明对距离传感器的数量、类型、型号及分布方式等不作具体限定。

步骤S3、根据多个所述距离传感器的相对位置和多个所述距离传感器的检测结果，计算货箱角度，所述货箱角度用于表示牵引车与挂车的中轴线之间的夹角。

其中，通过挂车角度融合模块根据多个所述距离传感器的相对位置，对多个所述距离传感器的检测结果进行融合，以得到货箱角度。挂车角度融合模块角度计算货箱角度的原理由几何关系推导出。本发明以两个水平安装的距离传感器为例进行说明，如图4所示，两个距离传感器的水平间距为L，两个距离传感器反馈的距离分别为d1和d2。牵引车中轴线和挂车中轴线的夹角为θ。通过几何关系可以求得

本发明在一种实施方式中，挂车角度融合模块可以通过单独的控制器实现，本发明在另一种实施方式中，挂车角度融合模块也可以通过域控制器实现，在这种情况下，可将多个距离传感器接入域控制器内，挂车角度融合模块的计算功能在域控制器内实现。

步骤S4、对货箱角度的计算结果进行校验，若通过校验，则执行步骤S5，若未通过校验，则执行步骤S6。

所述步骤S4、对货箱角度的计算结果进行校验，具体包括：

在本发明的货箱角度矫正方法的一种实施方式中，所述步骤S4具体可以包括：

步骤S41、通过牵引车的非距离传感器的检测数据或通过车身动力学模型获取车身姿态。

步骤S42、判断挂车角度融合模块输出的车辆角度是否和车身姿态相符，若相符，则通过校验，若不相符，则未通过校验。

步骤S5、输出货箱角度的计算结果，然后执行步骤S9。

步骤S6、进入矫正模式，判断车速和方向盘转角是否满足校准条件，若是，则执行步骤S7，若否，则执行步骤S9。

具体地，进入矫正模式后，若车速高于预设车身阈值且方向盘转角小于预设转角阈值，则满足校准条件。

车速高于预设车身阈值且方向盘转角小于预设转角阈值，此时牵引车和挂车以直线行驶，牵引车和挂车轴线之间的角度为零，可认为满足校准条件。

步骤S7、读取各所述距离传感器的检测结果。

当车速和方向盘转角均满足校准条件后，读取各个距离传感器的检测距离，以便于在步骤S8中修正角度计算结果。

步骤S8、根据各所述距离传感器的检测结果对未校准的货箱角度结果进行校准，并跳转到步骤S9。

在本发明的货箱角度矫正方法的一种实施方式中，所述步骤S8具体可以包括：

步骤S81、将车速和方向盘转角均满足校准条件时，根据多个所述距离传感器的相对位置和多个所述距离传感器的检测结果，计算货箱角度，将车速和方向盘转角均满足校准条件时的货箱角度计算结果设置为矫正偏移量。

步骤S82、将未校准的货箱角度结果与矫正偏移量相加，得到修正后的货箱角度。

步骤S9、结束。

通过将矫正偏移量与未校准的货箱角度结果叠加，可以得到修正后的货箱角度。使用修正后的货箱角度，可以在转弯、避障、入库、出库等场景下得到更精确的车辆行驶轨迹，在此基础上能准确地计算挂车在运动过程中两侧的干涉区域。

本发明实施例提供的货箱角度矫正方法，分别检测当前距离传感器所处位置与其正对的挂车车厢之间的距离，根据多个距离传感器的相对位置对多个距离传感器的检测结果融合，得到货箱角度，能够通过多个距离传感器测量挂车与牵引车之间的夹角，挂车以及旋转部件上无需安装额外的设备，扩大了挂车角度检测系统的适用性；通过动态校准基于多个距离传感器所计算出的货箱角度，在转弯、避障、入库、出库等场景下得到更精确的车辆行驶轨迹，在此基础上能准确地计算挂车在运动过程中两侧的干涉区域，可以增强传感器的适应性；通过设计传感器阵列，可以扩大对挂车种类的兼容。

至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。