铰接角测量装置及车辆及车辆铰接角测量方法与流程

1.本发明涉及车辆测控技术领域，具体而言，涉及一种铰接角测量装置及车辆及车辆铰接角测量方法。


背景技术：

2.铰接角，在汽车交运行业内通常指铰接车辆的拖头朝向轴线与随动挂车朝向轴线的夹角。铰接车辆的拖头随动挂车通过轴承连接，虽然它们是不可以分离的，但它们还是可以通过转动的方式相对运动。铰接角就是反应这种运动的物理量。不论是在adas领域，还是在自动驾驶领域，有效地测量和预估铰接角，对实时控制和路径规划都有着至关重要的意义。
3.传统的交运行业铰接角测量装置，需要在拖车和挂车上分别安装惯导装置，利用二者的角度差值得出铰接角。这种方式不仅造价高昂，而且不方便安装，且在拖车更换挂车的实际工况下，难以分离传感器线束，故其在工程实施上有着使用不方便的问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种铰接角测量装置及车辆及车辆铰接角测量方法，以解决现有技术中在车辆领域拖车和挂车之间的铰接角测量技术使用不方便的技术问题。
5.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种铰接角测量装置，包括：定位标签，包括第一定位标签和第二定位标签，第一定位标签和第二定位标签均设置在第一铰接物体上并分别位于铰接点的两侧，第一定位标签和第二定位标签到铰接点之间的距离相等；测距器，设置在第二铰接物体与铰接点相连的连线上，测距器用于测量自身到第一定位标签之间的距离并发出第一距离信息，并且还用于测量自身到第二定位标签之间的距离并发出第二距离信息；处理器，与测距器电连接，处理器用于接收第一距离信息和第二距离信息，第一定位标签和第二定位标签之间的距离为第一定长信息，铰接点到第一定位标签和第二定位标签之间连线的距离为第二定长信息，处理器根据第一定长信息、第二定长信息、第一距离信息和第二距离信息通过三角函数计算出第一铰接物体和第二铰接物体在铰接点处的铰接角度。
6.在一个实施方式中，测距器与定位标签位于同一水平面上。
7.在一个实施方式中，定位标签为多组，多组定位标签的第一定位标签和第二定位标签之间的距离不同，处理器可得到多组定长信息，测距器测量多组定位标签得到多组第一距离信息和第二距离信息，处理器可得到多组第一距离信息和第二距离信息，处理器计算得出多组铰接角度，并根据多组铰接角度统计互相校验。
8.根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，包括拖车和挂车，拖车和挂车通过铰接点相连，车辆还包括上述的铰接角测量装置，拖车为第一铰接物体和第二铰接物体中的一个，挂车为第一铰接物体和第二铰接物体中的另一个。
9.在一个实施方式中，定位标签安装在挂车上，测距器安装在拖车上，处理器也安装
在拖车上。
10.在一个实施方式中，铰接点位于拖车和挂车之间，第一定位标签和第二定位标签与铰接点的连线构成等腰三角形。
11.在一个实施方式中，铰接点位于拖车上或者挂车上，第一定位标签和第二定位标签与铰接点的连线为一条线段。
12.根据本发明的另一方面，提供了一种车辆铰接角测量方法，包括：在挂车上位于铰接点的两侧分别设置第一定位标签和第二定位标签，并让第一定位标签和第二定位标签到铰接点之间的距离相等；在拖车的中轴线上找一测量点，测量该测量点到第一定位标签之间距离的第一距离信息，并且测量该测量点到第二定位标签之间距离的第二距离信息；测量第一定位标签和第二定位标签之间距离的第一定长信息，测量铰接点到第一定位标签和第二定位标签之间连线距离的第二定长信息；根据第一定长信息、第二定长信息、第一距离信息和第二距离信息通过三角函数计算出挂车和拖车在铰接点处的铰接角度。
13.在一个实施方式中，包括：在挂车上位于铰接点的两侧分别设置多组第一定位标签和第二定位标签，多组第一定位标签和第二定位标签之间的距离不同；测量多组第一定位标签和第二定位标签得到多组第一距离信息和第二距离信息；计算得出多组铰接角度，并根据多组铰接角度统计互相校验。
14.在一个实施方式中，通过取平均值的方式或者加权取平均值的方式统计出铰接角度。
15.应用本发明的技术方案，相较于以往惯导装置而言，本发明的铰接角测量装置的成本更低，而且在更换挂车时，只需要在挂车上也设置相应的定位标签以及测量相关的数据即可，不用进行传感器和线束的分离，使用更加方便。
16.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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：
18.图1示出了根据本发明的铰接角测量装置的实施例的使用原理示意图；
19.图2示出了根据本发明的车辆的实施例的结构示意图。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
22.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第
二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
23.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
24.图1和图2示出了本发明的铰接角测量装置，该铰接角测量装置包括定位标签10、测距器20和处理器30。其中，定位标签10包括第一定位标签10b和第二定位标签10c，第一定位标签10b和第二定位标签10c均设置在第一铰接物体上并分别位于铰接点e的两侧，第一定位标签10b和第二定位标签10c到铰接点e之间的距离相等。测距器20设置在第二铰接物体与铰接点e相连的连线上，测距器20用于测量自身到第一定位标签10b之间的距离并发出第一距离信息，并且还用于测量自身到第二定位标签10c之间的距离并发出第二距离信息。处理器30用于接收第一距离信息和第二距离信息，第一定位标签10b和第二定位标签10c之间的距离为第一定长信息。处理器30与测距器20电连接，铰接点e到第一定位标签10b和第二定位标签10c之间连线的距离为第二定长信息，处理器30根据第一定长信息、第二定长信息、第一距离信息和第二距离信息通过三角函数计算出第一铰接物体和第二铰接物体在铰接点e处的铰接角度。
25.现将本发明的铰接角测量装置应用到拖挂车为例说明本发明的技术方案的工作原理：
26.在本实施方式的定技术方案中，第一铰接物体为挂车50，第二铰接物体为托车40。
27.如图1和图2所示，在使用时，在挂车50上位于铰接点e的两侧分别设置第一定位标签10b和第二定位标签10c，并让第一定位标签10b和第二定位标签10c到铰接点e之间的距离相等，即图1中的b点和c点。在拖车40的中轴线上找一测量点安装测距器20，即图1中的a点。通常情况下，铰接点e位于拖车40的中轴线上，在本实施方式的技术方案中测距器20位于拖车40上，在其他可选的实施方式中，也可以让测距器20位于ae所在的线段上。如图1所示，bc的中点为d，bc间的长度是固定值，通过测量可以得到bc的长度，即上述的第一定长信息；ed之间的长度也是固定值，通过测量还可以得到ed的长度，即上述的第二定长信息。
28.作垂线ah垂直线段bc于h，作垂线af垂直线段df于f，由铰接角定义可知e为铰接角的顶点，而∠aef则为铰接角，记为θ。在δabc内，ab、ac的长度为处理器30实时测量得到的第一距离信息和第二距离信息，令ab＝x，ac＝y，使用尺子可以测出bc的长度m。此外，再用尺子测出线段de的长度n，即可开始计算铰接角度θ。
29.方法如下：
30.1)在δabc内，由余弦定理y2＝m2+x
2-2mx*cosb，可计算得到∠b数值；
31.2)在δabh内，ah＝x*sinb，bh＝x*cosb；
32.3)在δaef内，ef＝af*ctgθ；
33.4)由ah垂直bc，af垂直df和df垂直bc可知，四边形afdh为矩形，故af＝dh，ah＝df；
34.5)在直线bc上，显然dh＝bh-bd＝bh-0.5*m
35.6)在直线df上，显然df＝ef+de，由此代入各方程，可得：
36.x*sinb＝af*ctgθ+n＝(bh-0.5*m)*ctgθ+n＝(x*cosb-0.5*m)*ctgθ+n。
37.在方程式x*sinb＝(x*cosb-0.5*m)*ctgθ+n中，只有一个变量θ，求出θ即可。
38.应用本发明的技术方案，相较于以往惯导装置而言，本发明的铰接角测量装置的成本更低，而且在更换挂车时，只需要在挂车上也设置相应的定位标签10以及测量相关的数据即可，不用进行传感器和线束的分离，使用更加方便。
39.作为其他的可选的实施方式，第一铰接物体也可以为托车40，第二铰接物体为挂车50。
40.可选的，在本实施方式的技术方案中，处理器30与测距器20通过线束电连接。
41.作为一种优选的实施方式，测距器20与定位标签10位于同一水平面上。即上述的a、b、c、d、e各点位于与地面平行的同一水平面上，该实施方式可以更简单的计算出铰接角度θ。作为其他的可选的实施方式，测距器20也可以和定位标签10位于同一水平面内，在计算时需要结合更多的数据采用三角函数计算更多的角度变换关系，该实施方式相较于上述实施方式相对复杂，但也是本领域的技术人员可以根据的发明的技术方案所想到的变换方式。
42.作为一种更为优点的实施方式，定位标签10为多组，多组定位标签10的第一定位标签10b和第二定位标签10c之间的距离不同，处理器30可得到多组定长信息，测距器20测量多组定位标签10得到多组第一距离信息和第二距离信息，处理器30可得到多组第一距离信息和第二距离信息，处理器30计算得出多组铰接角度，并根据多组铰接角度统计互相校验。将该实施方式结合到实际应用中，如图1所示，另外一组定位标签10的第一定位标签10b和第二定位标签10c的设置位置可以是b’和c’，通过该组定位标签10计算得出的铰接角度θ的数值方式和上述b和c两点的计算方式相同。根据多组铰接角度统计互相校验可以是取平均值获得更为准确的铰接角度θ的数值。或者是，筛选掉一些数据后，再取平均值。再或者是，可以采用加权计算的方式来更为准确的获得铰接角度θ的数值。
43.需要说明的是，在本发明的技术方案中，上述的测距器20为感知传感器，可以是激光雷达、光敏摄像头等。定位标签10可以是价值低廉的感光标签等，定位标签10在物理上无须与测距器20或处理器30采用实际的线连接。处理器30可以是单片机、车载处理器30，vcu，工控机等。优选的，测距器20与处理器30可以通过线束连接。在使用时，感知传感器在扫描到感光标签时，会在数据流中产生一个标志位，以反馈感光标签的存在，并通过数据报文传递出感光标签的距离信息。该铰接角测量装置，极大降低了铰接角测量设备的成本，同时打破了行业内拖头车辆与挂车车辆高价装备的绑定束缚，为物流公司更换挂车运营提供了可行性。为保证感知传感器的传感效果，这些点位通常在同一水平高度，且感光标签的平面要垂直于地面，即最大限度地将反射面积朝向感知传感器的感知端点。
44.如图2所示，本发明还提供了一种车辆，该车辆包括拖车40和挂车50，拖车40和挂车50通过铰接点e相连，车辆还包括上述的铰接角测量装置，拖车40为第一铰接物体和第二铰接物体中的一个，挂车50为第一铰接物体和第二铰接物体中的另一个。优选的，在本实施方式的技术方案中，定位标签10安装在挂车50上，测距器20安装在拖车40上，处理器30也安装在拖车40上。
45.作为其他的可选的实施方式，测距器20和处理器30也可以安装在挂车50上，定位标签10也可以安装在拖车40上。
46.如图2和图1所示，在本实施方式的技术方案中，铰接点e位于拖车40和挂车50之间，第一定位标签10b和第二定位标签10c与铰接点e的连线构成等腰三角形。在该情形下，计算铰接角度θ的方式和上述公开的方式相同。
47.除了上述的铰接结构之外，在车辆中还可能出现其他的铰接结构。例如在其中一种情形中，铰接点e位于挂车50上，第一定位标签10b和第二定位标签10c与铰接点e的连线为一条线段。在该计算方式中，上述的de的值n等于0，这样依然可以通过上述的计算方式计算出铰接角度θ。
48.本发明的技术方案还提供了一种车辆铰接角测量方法，该车辆铰接角测量方法包括：
49.在挂车50上位于铰接点e的两侧分别设置第一定位标签10b和第二定位标签10c，并让第一定位标签10b和第二定位标签10c到铰接点e之间的距离相等；
50.在拖车40的中轴线上找一测量点，测量该测量点到第一定位标签10b之间距离的第一距离信息，并且测量该测量点到第二定位标签10c之间距离的第二距离信息；
51.测量第一定位标签10b和第二定位标签10c之间距离的第一定长信息，测量铰接点e到第一定位标签10b和第二定位标签10c之间连线距离的第二定长信息；
52.根据第一定长信息、第二定长信息、第一距离信息和第二距离信息通过三角函数计算出挂车50和拖车40在铰接点e处的铰接角度。
53.现将本发明的车辆铰接角测量方法应用到拖挂车为例说明本发明的技术方案的工作原理：
54.在本实施方式的定技术方案中，第一铰接物体为挂车50，第二铰接物体为托车40。
55.如图1和图2所示，在使用时，在挂车50上位于铰接点e的两侧分别设置第一定位标签10b和第二定位标签10c，并让第一定位标签10b和第二定位标签10c到铰接点e之间的距离相等，即图1中的b点和c点。在拖车40的中轴线上找一测量点安装测距器20，即图1中的a点。通常情况下，铰接点e位于拖车40的中轴线上，在本实施方式的技术方案中测距器20位于拖车40上，在其他可选的实施方式中，也可以让测距器20位于ae所在的线段上。如图1所示，bc的中点为d，bc间的长度是固定值，通过测量可以得到bc的长度，即上述的第一定长信息；ed之间的长度也是固定值，通过测量还可以得到ed的长度，即上述的第二定长信息。
56.作垂线ah垂直线段bc于h，作垂线af垂直线段df于f，由铰接角定义可知e为铰接角的顶点，而∠aef则为铰接角，记为θ。在δabc内，ab、ac的长度为处理器30实时测量得到的第一距离信息和第二距离信息，令ab＝x，ac＝y，使用尺子可以测出bc的长度m。此外，再用尺子测出线段de的长度n，即可开始计算铰接角度θ。
57.方法如下：
58.1)在δabc内，由余弦定理y2＝m2+x
2-2mx*cosb，可计算得到∠b数值；
59.2)在δabh内，ah＝x*sinb，bh＝x*cosb；
60.3)在δaef内，ef＝af*ctgθ；
61.4)由ah垂直bc，af垂直df和df垂直bc可知，四边形afdh为矩形，故af＝dh，ah＝df；
62.5)在直线bc上，显然dh＝bh-bd＝bh-0.5*m
63.6)在直线df上，显然df＝ef+de，由此代入各方程，可得：
64.x*sinb＝af*ctgθ+n＝(bh-0.5*m)*ctgθ+n＝(x*cosb-0.5*m)*ctgθ+n。
65.在方程式x*sinb＝(x*cosb-0.5*m)*ctgθ+n中，只有一个变量θ，求出θ即可。
66.本发明的车辆铰接角测量方法，可以让铰接角测量的成本更低，而且在更换挂车时，只需要在挂车上也设置相应的定位标签10以及测量相关的数据即可，不用进行传感器和线束的分离，使用更加方便。
67.需要说明的是，如不方便直接测量de长度，还可以测量点d、点e在地面的投影点d’和e’所组成的线段d’e’长度，间接得出de长度。
68.还需要说明的是，在一般情况下，拖车40的前表面和挂车50的后表面是相对理想平滑的平面，应在使用时，最好让a、b、c、d、e、f和h处于与地面平行的同一水平面上。a点为测距器20的安装位置，b和c的选取，通常选取便于安装、定位的位置点。点a位于拖头车辆的后表面，处于拖头前进方向的中轴线上。点b、点c和点d位于挂车的前表面上，b、c的中点为d，d处于挂车前进方向的中轴线上。
69.作为一种更为优秀的实施方式，车辆铰接角测量方法还包括：
70.在挂车50上位于铰接点e的两侧分别设置多组第一定位标签10b和第二定位标签10c，多组第一定位标签10b和第二定位标签10c之间的距离不同；
71.测量多组第一定位标签10b和第二定位标签10c得到多组第一距离信息和第二距离信息；
72.计算得出多组铰接角度，并根据多组铰接角度统计互相校验。
73.在该实施方式中，根据多组铰接角度统计互相校验可以是取平均值获得更为准确的铰接角度θ的数值。优点的，可以通过取平均值的方式或者加权取平均值的方式统计出铰接角度θ。再或者是，可以采用加权计算的方式来更为准确的获得铰接角度θ的数值。
74.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
75.从上述内容可以看出，本发明的技术方案在不降低测算效果的前提下(不同组感光标签的测量校验机制，使传感器所得原始位置数据比传统传感器的测量结果更为准确)，本发明所述的铰接角测量装置极大降低了铰接角测量设备的成本；同时，因为后车所贴感光标签的成本几乎可以忽略不计，本发明所述的铰接角测量装置打破了行业内拖头车辆与挂车车辆高价装备的绑定束缚，为拖头车辆更换挂车运营提供了可行性，更加便于物流系统应用推广。此外，本发明所述的铰接角测量装置，标定方法简易，避免了传统复杂传感器的定位标定，可操作性更强。在设置对照组时，采用的感光标签成本耗材极低，也并不会给本专利所涉及的装置增加额外的成本。最后，本发明所述的铰接角测量装置，可以适用于多款不同型号的拖头车辆与挂车车辆，具有更强的普适性。
76.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、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。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，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附
图中不需要对其进行进一步讨论。
77.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
78.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
79.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。