CN111089562A - 适用于特种车车身姿态的检测方法、***和特种车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于特种车车身姿态的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：步骤S1：预先在特种车车身上安装检测装置于各个检测点，且至少有三个不共线的检测点；步骤S2：使用所有所述检测装置同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值；步骤S3：根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。本发明公开了一种用于特种车车身姿态的检测***和特种车。本发明能够根据特种车车身上的多个检测点到地的距离计算车身的倾侧角和俯仰角。

Description

适用于特种车车身姿态的检测方法、***和特种车

技术领域

本发明涉及车身姿态检测的技术领域，具体涉及一种适用于特种车车身姿态的检测方法、***和特种车。

背景技术

车身姿态的检测技术是汽车智能化电子辅助驾驶领域的重要研究内容之一，同时在自动驾驶、辅助驾驶、智能导航等领域也有相当重要的应用价值，目前更已逐渐成为各车厂和研究机构的研究热点。

现有的车身姿态检测技术，主要采用陀螺仪测量绕轴的旋转角速度，并与加速度传感器、磁力传感器等设备共同使用并结合车辆动力学模型计算得到车辆运行和静止时车身姿态的实时动态参数。

其中，陀螺仪用于测量围绕轴的旋转角速度，但单独使用陀螺仪无法提供基准的角度和航向；加速度传感器用于检测固定轴的弹簧应力和重力矢量，获取特定方向上的加速度值，但加速度传感器无法建立基准航向，即独立使用无法保证精度，且加速度传感器对运动敏感，易产生累积误差；磁力传感器用于通过测量磁场方向为陀螺仪和加速度传感器提供基准的航向，但其使用过程中易受局部磁场干扰；陀螺仪、加速度传感器、磁力传感器三者复合使用，并通过算法降低累积误差和外部干扰，也增加了总体的时间开销和成本。并且，该车身姿态检测技术更偏向于体积尺寸较小的家用、商用车。

然而，涉及大体积尺寸的特种车辆的车身姿态的检测技术，目前市面上还未有较好的解决方案。其中，特种车辆主要指结构特点与普通载客或载货车辆相比，具有专门为某些特定用途设计的特殊结构，特种车辆的外廓尺寸和重量远大于普通车辆。常见的特种车辆主要有混凝土泵车、清障车、高空作业车。可见，对于特种车辆的车身姿态检测是不适用于常规的车身姿态检测的方式的，该技术难题仍函待解决。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于特种车车身姿态的检测方法、***和特种车，能够根据特种车车身上的多个检测点到地的距离获取车身的姿态参数。

为达到以上目的，第一方面，本发明实施例提供一种适用于特种车车身姿态的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

步骤S1：预先在特种车车身上安装检测装置于各个检测点，且至少有三个不共线的检测点；

步骤S2：使用所有所述检测装置同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值；

步骤S3：根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2的具体步骤为：

使用安装在检测点上的所有激光测高仪同步获取各个检测点的检测高度值。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S1的具体步骤为：

预先在所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，在所述特种车车身的车尾设有两个检测点。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S3的具体步骤为：

步骤S301：预先定义六个检测点为第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点；

步骤S302：根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；

步骤S303：根据所述步骤S302计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值；

步骤S304：根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值和所述步骤S303计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值；

步骤S305：按照所述步骤S302～所述步骤S304的方法，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；

步骤S306：在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

在上述技术方案的基础上，在所述步骤S302中，所述倾侧角的计算公式为：

所述俯仰角的计算公式为：

式中，h₁、h₂、h₃分别为第一检测点、第二检测点、第三检测点的检测高度值，l₁为所述第二检测点与所述第一检测点的距离，d₁为所述第三检测点与所述第一检测点的距离。

第二方面，本发明实施例还提供一种适用于特种车车身姿态的检测***，所述检测***包括：

检测装置，其用于安装在特种车车身上的各个检测点，并同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值，且至少有三个不共线的检测点；

处理装置，其与所述检测装置相连，用于根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。

在上述技术方案的基础上，所述检测装置为激光测高仪，且所有的激光测高仪均与所述处理装置相连。

在上述技术方案的基础上，所有所述检测点对称分布于所述特种车车身上；其中，所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，所述特种车车身的车尾设有两个检测点。

在上述技术方案的基础上，所述处理装置还包括：

预定义模块，其用于预先定义六个检测点为第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点；

累积值计算模块，其用于根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，用于根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；用于根据计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值；用于根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值和计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值；

姿态参数计算模块，其用于按照所述计算模块的模型，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

第三方面，本发明实施例还提供一种特种车，所述特种车包括如上述的适用于特种车车身姿态的检测***。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供一种适用于特种车车身姿态的检测方法和***，使用装设在特种车车身上的检测装置，同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的高度值；并使用处理装置根据选取的不共线的三个检测点的高度值，计算所述特种车车身的倾侧角和俯仰角。本发明的检测方法的检测来源易于获取，且计算方便易于操作，能够适用于大尺寸、大体积的特种车。

(2)在本发明中，合理布置检测点的数量和位置，简化选取的三个检测点的参数在计算时复杂程度，且设置多个检测点，通过计算多个倾侧角和俯仰角以求平均值，避免偶然误差，提高计算结果的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例中六个检测点在特种车车身上的分布示意图；

图2为本发明实施例中六个检测点在特种车车身上构建空间直角坐标系的分布示意图；

图3为本发明实施例中特种车车身尾部的两个检测点的分布示意图；

图4为本发明实施例中第一检测点、第三检测点、第五检测点在空间直角坐标系的Y-Z平面的示意图；

图5为本发明实施例中第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点在空间直角坐标系的X-Z平面的示意图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例

本发明实施例提供一种适用于特种车车身姿态的检测方法，所述检测方法包括以下步骤：

步骤1：预先在特种车车身上安装检测装置于各个检测点，且至少有三个不共线的检测点；所述检测装置为装设于每个监测点的激光测高仪；

步骤2：使用所有所述检测装置同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值；具体来说，使用安装在检测点上的所有激光测高仪同步获取各个检测点的检测高度值；

步骤3：根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角车身姿态为车辆的倾侧、俯仰数据，比如倾侧角、俯仰角，在本案中，车身姿态的姿态参数均以车身相对于地面平面的角度。

在本发明实施例中，检测来源易于获取，且计算方便易于操作，能够适用于大尺寸、大体积的特种车，实时检测检测点到地面的检测高度，并每三个检测点的高度作为一组计算参数以计算出一组姿态参数。

参见图1和图3所示，优选地，所有所述检测点对称分布于所述特种车车身上，其中，所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，所述特种车车身的车尾设有两个检测点。在本实施例中，在所述特种车车身的两侧和尾部均设置两个检测点，且该两个检测点到地面的距离理论上是相同的，具体地，所述特种车为八轴装载车，在三桥和四桥之间对称设置检测点，在七桥和八桥之间对称设置检测点，并在特种车的尾部对称设置两个检测点，其中，设于特种车车身侧面的检测点略高于车轮上沿，且车身尾部的两个检测点的间距约为车身尾部横梁的宽度的0.8倍。

具体地，所述步骤S3的具体步骤为：

步骤S301：如图2所示，预先定义六个检测点为第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3、第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6；其中，所述第二检测点D₂与所述第一检测点D₁对称分布，所述第三检测点D₃与所述第一检测点D₁等高地位于所述特种车车身的同一侧面上；

步骤S302：根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；

步骤S303：根据所述步骤S302计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值h₄’、h₅’、h₆’；

步骤S304：根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值h₄、h₅、h₆和所述步骤S303计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值h₄’、h₅’、h₆’，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值Δh₁＝(|h₄-h′₄|)+(|h₅-h′₅|)+(|h₆-h′₆|)；

步骤S305：按照所述步骤S302～所述步骤S304的方法，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；

步骤S306：在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

参见图2所示，以所述第一检测点在所述底面上的投影点为空间直角坐标系原点，车身宽度方向为X轴，车身长度方向为Y轴，车身高度方向为Z轴，构建空间直角坐标系，已知静止状态下第一检测点D1、第二检测点D2之间的距离以及第三检测点D3、第四检测点D4之间的距离在X方向上的投影均为l₁，第五检测点D5、第六检测点D6之间的距离在X方向上的投影为l₂,；第一检测点D1、第三检测点D3与第二检测点D2、第四检测点D4之间的距离在Y方向上的投影均为d₁，第三检测点D3、第五检测点D5与第四检测点D4、第六检测点D6的距离在Y方向上的投影为d₂，车静止时第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3、第四检测点D4的安装高度均为H₁，第五检测点D5、第六检测点D6的安装高度为H₂。所述第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3、第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6在静止状态时的坐标分别为：

D₁’(0,0，H₁)；

D₂’(l₁,0，H₁)；

D₃’(0,d₁，H₁)；

D₄’(l₁,d₁，H₁)；

当特种车在行驶过程中，始终以所述第一检测点在所述底面上的投影点为空间直角坐标系原点，车身宽度方向为X轴，车身长度方向为Y轴，车身高度方向为Z轴，构建空间直角坐标系。由于特种车的运动，六个检测点的实际高度也会发生变化，其实际高度不再是特种车静止状态下的高度，使用激光测高仪测量并获取所述第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值h₁、h₂、h₃、h₄、h₅、h₆。所述第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3、第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6在运动状态时的坐标分别为：

D₁(0，0，h₁)；

根据所述第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3、第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6在运动状态时的任意三个的检测点的坐标能够计算得到一组特种车的车身的倾侧角和俯仰角。

例如，利用所述第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3的坐标能够计算一组车身倾侧角和俯仰角，所述倾侧角的计算公式为：

所述俯仰角的计算公式为：

式中，h₁、h₂、h₃分别为第一检测点、第二检测点、第三检测点的检测高度值，l₁为静止状态下第一检测点D1、第二检测点D2之间的距离在X方向上的投影，d₁为静止状态下第一检测点D1、第三检测点D3之间的距离在Y方向上的投影。

如图4～5所示，根据计算得到的倾侧角α和俯仰角β推算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值h₄’、h₅’、h₆’；所述第四检测点的理论高度值h₄’的计算公式为：

h′₄＝h₃+l₁·sinα；

所述第五检测点的理论高度值h₅’的计算公式为：

所述第六检测点的理论高度值h₆’的计算公式为：

如上述计算结果所示，理论上计算得到的第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6的高度h₄’、h₅’、h₆’，应与第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6的检测高度值h₄、h₅、h₆相等，而实际使用中，设于特种车的车身两侧的起激光测高仪光束可能会受到障碍物的遮挡提前返回，导致读数与真实值存在偏差。

为了减少可能出现的上述情况导致的误差对结果产生的影响，需要对计算结果进行筛选和校正。

当车身的结构近似于刚体结构，已知任意不在共线的三个检测点的检测高度值，均可以推算得到车身的姿态参数，即倾侧角和俯仰角。

任取取3个检测点作为一组计算姿态参数的点，共20种选取方式。以选取第一检测点D1、第二检测点D2、第三检测点D3计算姿态参数为例，将计算得到第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6的理论高度值h₄’、h₅’、h₆’与第四检测点D4、第五检测点D5、第六检测点D6的读数分别相减，得到该组各高度差真实的累积值Δh₁＝(|h₄-h′₄|)+(|h₅-h′₅|)+(|h₆-h′₆|)；按照该方法分别计算其他的19个累积值，为排除6个检测点中可能存在最多2个受到干扰导致数据出现异常的情况，因此需要至少

组数据为真，即在得到的20个累积值的结果中选取其中最小的4个累积值，并确定对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身最终的姿态参数。

在本发明中，合理布置检测点的数量和位置，简化选取的三个检测点的参数在计算时复杂程度，且设置多个检测点，通过计算多个倾侧角和俯仰角求平均值，避免偶然误差，提高计算结果的准确性。

本发明实施例还提供一种适用于特种车车身姿态的检测***，所述检测***包括：

检测装置，其用于安装在特种车车身上的各个检测点，并同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值，且至少有三个不共线的检测点；具体地，所述检测装置为装设于每个监测点的激光测高仪，且所有的激光测高仪均与所述处理装置相连；

处理装置，其与所述检测装置相连，用于根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。

具体地，所有所述检测点对称分布于所述特种车车身上，其中，所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，所述特种车车身的车尾设有两个检测点。在本实施例中，在所述特种车车身的两侧和尾部均设置两个检测点，且该两个检测点到地面的距离理论上是相同的，具体地，所述特种车为八轴装载车，在三桥和四桥之间对称设置检测点，在七桥和八桥之间对称设置检测点，并在特种车的尾部对称设置两个检测点，其中，设于特种车车身侧面的检测点略高于车轮上沿，且车身尾部的两个检测点的间距约为车身尾部横梁的宽度的0.8倍。

优选地，所述处理装置还包括：

预定义模块，其用于预先定义六个检测点为第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点；

累积值计算模块，其用于根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，用于根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；用于根据计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值；用于根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值和计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值；

姿态参数计算模块，其用于按照所述计算模块的模型，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

需要说明的是，本实施例中的检测***的具体实施方式在上述对应的方法实施例中已经进行了详细描述，因此不再一一进行赘述。

本发明实施例还提供一种特种车，所述特种车包括上述的适用于特种车车身姿态的检测***。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种适用于特种车车身姿态的检测方法，其特征在于，所述检测方法包括以下步骤：

步骤S1：预先在特种车车身上安装检测装置于各个检测点，且至少有三个不共线的检测点；

步骤S2：使用所有所述检测装置同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值；

步骤S3：根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。

2.如权利要求1所述的适用于特种车车身姿态的检测方法，其特征在于，所述步骤S2的具体步骤为：

使用安装在检测点上的所有激光测高仪同步获取各个检测点的检测高度值。

3.如权利要求1所述的适用于特种车车身姿态的检测方法，其特征在于，所述步骤S1的具体步骤为：

预先在所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，在所述特种车车身的车尾设有两个检测点。

4.如权利要求3所述的适用于特种车车身姿态的检测方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：

步骤S301：预先定义六个检测点为第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点；

步骤S302：根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；

步骤S303：根据所述步骤S302计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值；

步骤S304：根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值和所述步骤S303计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值；

步骤S305：按照所述步骤S302～所述步骤S304的方法，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；

步骤S306：在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

5.如权利要求4所述的适用于特种车车身姿态的检测方法，其特征在于，在所述步骤S302中，所述倾侧角的计算公式为：

所述俯仰角的计算公式为：

式中，h₁、h₂、h₃分别为第一检测点、第二检测点、第三检测点的检测高度值，l₁为所述第二检测点与所述第一检测点的距离，d₁为所述第三检测点与所述第一检测点的距离。

6.一种适用于特种车车身姿态的检测***，其特征在于，所述检测***包括：

检测装置，其用于安装在特种车车身上的各个检测点，并同步检测特种车车身上各个检测点的高度，以得到各个检测点分别对应于地面的检测高度值，且至少有三个不共线的检测点；

处理装置，其与所述检测装置相连，用于根据不共线的三个检测点的检测高度值，计算所述特种车车身的姿态参数，所述姿态参数包括倾侧角和俯仰角。

7.如权利要求6所述的适用于特种车车身姿态的检测***，其特征在于，所述检测装置为激光测高仪，且所有的激光测高仪均与所述处理装置相连。

8.如权利要求6所述的适用于特种车车身姿态的检测***，其特征在于，所有所述检测点对称分布于所述特种车车身上；其中，所述特种车车身的两侧分别设有两个检测点，所述特种车车身的车尾设有两个检测点。

9.如权利要求6所述的适用于特种车车身姿态的检测***，其特征在于，所述处理装置还包括：

预定义模块，其用于预先定义六个检测点为第一检测点、第二检测点、第三检测点、第四检测点、第五检测点、第六检测点；

累积值计算模块，其用于根据所述第二检测点与所述第一检测点的检测高度值计算倾侧角，用于根据所述第三检测点与所述第一检测点的高度值计算俯仰角；用于根据计算得到的倾侧角和俯仰角，分别计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值；用于根据所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的检测高度值和计算得到的所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的理论高度值，计算所述第四检测点、第五检测点、第六检测点的各高度差的累积值；

姿态参数计算模块，其用于按照所述计算模块的模型，选取任意三个检测点计算姿态参数，并得到其他三个检测点的二十组累积值；在所述二十组累积值中选取最小的四个累积值对应的倾侧角和俯仰角，分别计算四个倾侧角、四个俯仰角的平均值，并以倾侧角、俯仰角的平均值作为所述特种车车身的姿态参数。

10.一种特种车，其特征在于，所述特种车包括如权利要求6～9所述的适用于特种车车身姿态的检测***。

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