本发明属于测量领域，尤其涉及一种检测无人驾驶挂车轴偏角的装置及其检测方法。
背景技术：
随着科技的发展和进步,通过自动控制系统控制的无人驾驶挂车能够给人们运输货物带来便利并减小因驾驶员疲劳等人为原因造成的交通事故。无人驾驶挂车的自动控制系统会根据不同的路况按照预期行驶路径自动驾驶无人驾驶挂车。对于无人驾驶半挂汽车来说，检测挂车行驶时的轴偏角有利于实时监控挂车行驶状况，减少交通事故的发生。挂车轴偏角是指挂车承载轴与其在正常状态时的位置之间的夹角。正常位置指挂车承载轴与挂车车体中心线相互垂直。由于道路条件的好坏、整车装载量、维修的差异等原因都会造成挂车承载轴的位置发生变动，产生轴偏角。挂车轴偏角的存在使整车在行驶过程中降低了车辆的操纵稳定性、直线行驶性和汽车抗侧滑的能力，降低半挂汽车列车安全行驶性能。当挂车轴偏角超过允许值时，容易引发交通事故，因此需要对挂车轴偏角的范围进行界定，而目前基于机器视觉的无人驾驶实时检测方法中的灯光控制及图像处理技术问题对其测量精度影响较大，从而如今的无人驾驶挂车轴偏角的检测有精度低的问题。
传统的挂车轴偏角检测主要是靠人工测量，测量时，由于挂车下方空间有限，很难接近测量点，工作极不方便，方法也相当复杂，同时这种测量方式精度较低，难以满足检测要求，更无法使用在无人驾驶挂车上。目前采用非人工检测主要有以下两种方式：1)基于机器视觉的挂车轴偏角检测系统，应用机器视觉对挂车的车轮印迹及全景图像进行采集，求出车轮的印迹中心坐标及行驶方向角的大小，实现挂车轴偏角的检测。此方法灯光控制及图像处理技术问题难以解决，无法保证其测量精度和准确度。2)基于激光测距技术的挂车轴偏角检测系统是将测距仪装在外置纵向与横向导轨上，装置复杂且难以实现，使用场景相当有限，完全无法在挂车行进时进行动态测量，更无法在无人驾驶挂车上使用。
随着无人驾驶技术的发展，检测无人驾驶挂车轴偏角的技术突破是行业内亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种检测无人驾驶挂车轴偏角的装置及其检测方法，采用多线激光雷达采集激光点的云数据，可以准确检测挂车行驶时的轴偏角，有利于实时监控挂车行驶状况，减少交通事故的发生。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种检测无人驾驶挂车轴偏角的装置，其特征是：包括多线激光雷达和反光标记物以及工控机、pid控制器和存储模块构成无人驾驶挂车的轴偏角检测装置，所述多线激光雷达安装在被检测挂车的车头左右两边，所述反光标记物固定在被检测挂车的车尾左右两边对应多线激光雷达的位置，反光标记物便于激光雷达识别与扫描；工控机根据激光雷达采集的激光点云数据而计算得出轴偏角；pid控制器用于处理轴偏角输入信号，控制无人驾驶挂车安全行驶的角度范围；存储装置用于存储一个或多个程序。
所述多线激光雷达置于车头的车角处，多线激光雷达的左右视角为270°，上下视角为30°。
一种对无人驾驶挂车轴偏角的测量方法，通过激光雷达采集的激光点云数据，生成与激光点云数据对应的反射值图像，再根据上述反射值图像,生成以激光雷达为原点的位置坐标，采用坐标计算,确定无人驾驶挂车的轴偏角，具体步骤如下：
1)将两个16线激光雷达，安置在挂车车头的左右前边，在车尾两边贴上反光标记物，便于激光雷达识别与扫描；激光雷达的左右视角为270°，上下视角为30°；
2)使用激光雷达对挂车车尾的反光标记物实施扫描与识别，得到标记物相对于激光雷达的坐标信息；
3)以16线激光雷达位置为原点，测得标记物相对激光雷达的坐标为(x,y,z)，解算出车头与车尾的距离d以及角α：
假设挂车长为l，得：
其中，
有益效果：与现有技术相比，本发明无需安装额外的传感器，随时能够实时测量与监控，无需停车。简单、方便、快捷、准确；本发明在测量过程中只需记录激光雷达的坐标数据，省时、省力。不存在因前轴遮挡影响测量的情况，也不受挂车下方空间限制。易于实现，稳定性高，提高了轴偏角的测量效率与准确度，通过实时监控轴偏角，对无人驾驶挂车姿态进行调制，从一定程度上避免了交通事故的发生。
附图说明
图1是激光雷达与反光标记物的安装位置示意图；
图2是挂车上安装激光雷达与反光标记物的主视图；
图3是本发明的工作原理图；
图4是检测无人驾驶挂车轴偏角的装置的连接框图；
图5是本发明控制器的流程图；
图6是根据pid控制器的传递函数在simulink中构建出的模型图；
图中：1、多线激光雷达，2、反光标记物。
具体实施方式
下面结合较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
详见附图，本实施例提供了一种检测无人驾驶挂车轴偏角的装置，包括多线激光雷达1和反光标记物2以及工控机、pid控制器和存储模块构成无人驾驶挂车的轴偏角检测装置，所述多线激光雷达安装在被检测挂车的车头左右两边，所述反光标记物固定在被检测挂车的车尾左右两边对应多线激光雷达的位置，反光标记物便于激光雷达识别与扫描；工控机根据激光雷达采集的激光点云数据而计算得出轴偏角；pid控制器用于处理轴偏角输入信号，控制无人驾驶挂车安全行驶的角度范围；存储装置用于存储一个或多个程序。所述多线激光雷达置于车头的车角处，多线激光雷达的左右视角为270°，上下视角为30°。
一种对无人驾驶挂车轴偏角的测量方法，通过激光雷达采集的激光点云数据，生成与激光点云数据对应的反射值图像，再根据上述反射值图像,生成以激光雷达为原点的位置坐标，采用坐标计算,确定无人驾驶挂车的轴偏角，具体步骤如下：
1)将两个16线激光雷达，安置在挂车车头的左右前边，在车尾两边贴上反光标记物，便于激光雷达识别与扫描；激光雷达的左右视角为270°，上下视角为30°；
2)使用激光雷达对挂车车尾的反光标记物实施扫描与识别，得到标记物相对于激光雷达的坐标信息；
3)以16线激光雷达位置为原点，测得标记物相对激光雷达的坐标为(x,y,z)，解算出车头与车尾的距离d以及角α：
假设挂车长为l，得：
其中，
工作原理和工作过程
通过根据激光雷达采集的激光点云数据,生成与激光点云数据对应的反射值图像,再根据上述反射值图像,生成以激光雷达为原点的位置坐标,接着,采用坐标计算,确定上述无人驾驶挂车的轴偏角。将硬件与软件相结合，设计一套轴偏角实时监控系统，对轴偏角进行实时测量检测，对超出安全角度的情况进行报警与修正。上述方法易于实现，稳定性高，提高了轴偏角的测量效率与准确度，通过实时监控轴偏角，对无人驾驶挂车姿态进行调制，从一定程度上避免了交通事故的发生。激光雷达通过扫描得到反射强度信息形成的灰度图，由于车尾处反光标记物的反射率较周围环境大很多，反射强度最大，能够被快速识别，得到标记物相对于激光雷达的坐标信息。通过两个安置在车头的16线激光雷达实现对半挂车轴偏角的监控。将两个16线激光，安置在挂车车头的左右前边，在车尾两边贴上反光标记物，便于激光雷达识别与扫描。两个16线挂在车角，左右视角能达到270°，上下视角能达到30°，既可以看前面的障碍物，也可以顺便检测后面拖挂的角度，无需额外的传感器。激光雷达以及反光标记物的相对位置如图1所示。激光雷达通过扫描得到反射强度信息形成的灰度图，由于车尾处反光标记物的反射率较周围环境大很多，反射强度最大，能够被快速识别，得到标记物相对于激光雷达的坐标信息。
详见附图5，通过无人驾驶挂车的轴偏角检测装置测得轴偏角
pid控制器的控制规律用传递函数表达为:
其输入为轴偏角与期望轴偏角之差
轴偏角安全范围与车身各项参数如半挂车轴距、牵引车轴距等有关，本实施例只给出通用解决办法，应用时可以根据车型选择设置相应的安全角度。
实施例1
实测挂车l＝17.793m。
标记物相对激光雷达的坐标为(17,0.2,0)，计算得出轴偏角
标记物相对激光雷达的坐标为(16.2,1.3,0)，计算得出轴偏角
上述参照实施例对该一种检测无人驾驶挂车轴偏角的装置及其检测方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。