一种自主跟随导航车辆及车辆自主跟随导航方法与流程

本发明涉及车辆导航技术领域，尤其涉及一种自主跟随导航车辆及车辆自主跟随导航方法。

背景技术：

目前，视觉传感器和雷达是自主导航车辆在自主导航过程中常用的两种采集设备。作为被动式传感器的视觉传感器获取到的信息丰富，但是通过视觉传感器采集到的信息并不能直接获取车辆所处的相对位置及行驶方向等信息。一般情况下，需要通过特征提取等稀疏化手段对视觉传感器采集到的信息进行再次处理，才能获取所需信息。作为主动式传感器的雷达，其采集到的数据相对视觉传感器能更加直接的反映车辆所处的相对位置及行驶方向等信息。但是，雷达存在造价高及受周围环境影响较大等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自主跟随导航车辆及车辆自主跟随导航方法，用于保障自主导航车辆的自动跟随功能及自主导航车辆的行车安全。

第一方面，本发明提供一种自主跟随导航车辆，包括：控制器、车辆本体及与控制器通信的第一拉线传感器、第二拉线传感器。其中，第一拉线传感器和第二拉线传感器间隔设置在车辆本体前端，且均与目标跟随物连接。

第一拉线传感器用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离a。第二拉线传感器用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第二距离b。目标跟随物上具有与第一拉线传感器连接的第一连接点，及与第二拉线传感器连接的第二连接点。

控制器用于根据第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离e、第一连接点与第二连接点之间的第四距离d，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数；其中，第四距离d大于或等于0，且小于第三距离e。

采用上述技术方案的情况下，自主跟随导航车辆包括控制器、车辆本体及与控制器通信的第一拉线传感器、第二拉线传感器。其中，第一拉线传感器和第二拉线传感器间隔设置在车辆本体前端，且均与目标跟随物连接。目标跟随物上具有与第一拉线传感器连接的第一连接点，及与第二拉线传感器连接的第二连接点。在自动导航车辆跟随目标跟随物的过程中，第一拉线传感器可以获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离a，第二拉线传感器可以获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第二距离b。控制器根据第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离e、第一连接点与第二连接点之间的第四距离d，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数；其中，第四距离d大于或等于0，且小于第三距离e。

由上述可知，该自主跟随导航车辆仅利用第一拉线传感器获取的第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离e、第一连接点与第二连接点之间的第四距离d，便可以计算出目标跟随物的运动参数。进而根据该目标跟随物的运动参数，从而控制车辆本体的运动参数，使自主跟随导航车辆能够自主跟随目标跟随物的运动轨迹运动。与现有技术中，采用雷达及视觉传感器相互配合进行导航相比，本发明提供的自主跟随导航车辆中采用的拉线传感器测量精度高、成本低、与目标跟随物交互感强、抗干扰性强，应用范围广，因此能够适应比较恶劣的环境。

第二方面，本发明提供一种车辆自主跟随导航方法。自主跟随导航车辆包括：车辆本体、第一拉线传感器以及第二拉线传感器。其中，第一拉线传感器和第二拉线传感器间隔设置在车辆本体前端，且与目标跟随物连接。

目标跟随物上具有与第一拉线传感器连接的第一连接点，及与第二拉线传感器连接的第二连接点。

上述车辆自主跟随导航方法包括：

接收第一拉线传感器发送的自主跟随导航车辆前端与目标跟随物之间的第一距离a，以及第二拉线传感器发送的自主跟随导航车辆前端与目标跟随物之间的第二距离b；

根据第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离e、第一连接点与第二连接点之间的第四距离d，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数；其中，所述第四距离d大于或等于0，且小于所述第三距离e。

本发明第二方面提供的车辆自主跟随导航方法的有益效果与第一方面所描述的自主跟随导航车辆的有益效果相同，此处不做赘述。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，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：

图1为本发明实施例提供的自主跟随导航车辆与目标跟随物的位置关系图一；

图2为本发明实施例提供的自主跟随导航车辆与目标跟随物的位置关系图二；

图3为本发明实施例中确定目标跟随物的运动参数的结构示意图。

具体实施方式

为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

需要说明的是，本发明中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

本发明中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a，b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

相关技术中，自主导航车辆的环境感知部分采用的传感器配置方式呈现出不同的形态。在一些情况下，自主导航车辆以雷达为主，视觉传感器为辅。在另一些情况下，自主导航车辆以视觉传感器为主，雷达为辅。还有一些情况下，自主导航车辆中的视觉传感器与雷达所占比例相同。

一般情况下，自主导航车辆内设置有导航地图。自主导航车辆在导航地图、视觉传感器及雷达等相关传感器的共同配合下，可以自主由起始点到达终点。也就是说，自主导航车辆在导航的过程中，不需要跟随目标物的指引，自主导航车辆根据起始点及终点，便可以自主规划行驶路径。同时，通过相关传感器采集路况信息，自主导航车辆便可以实现躲避障碍物，成功到达终点。

但是，在实际应用过程中，自主导航车辆有可能需要在目标跟随物的引导下，进行自主运动。也就是说，自主导航车辆在自主导航的过程中，需要参考目标跟随物的运动轨迹。

针对上述技术问题，本发明实施例提供了一种自主跟随导航车辆。图1示例出了第一拉线传感器与目标跟随物之间具有两个连接点的结构示意图，图2示例出了第一拉线传感器与目标跟随物之间两个连接点重合的结构示意图。参照图1，该自主跟随导航车辆包括：控制器、车辆本体及与控制器通信的第一拉线传感器1、第二拉线传感器2。其中，第一拉线传感器1和第二拉线传感器2间隔设置在车辆本体前端，且均与目标跟随物连接。目标跟随物上具有与第一拉线传感器1连接的第一连接点4，及与第二拉线传感器2连接的第二连接点5。在第一拉线传感器1及第二拉线传感器2的配合下，控制器用于计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数。

上述车辆本体的运动参数可以包括车辆本体的行驶速度及行驶方向。上述车辆本体可以为广义的车辆本体，可以为两轮车、三轮车或四轮车，但不仅限于此。该车辆本体至少可以包括动力系统，动力系统可以为电机。应理解，控制器根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数，是指控制器可以根据目标跟随物的运动参数控制自主跟随导航车辆的速度及运动方向，但不仅限于此。

上述第一拉线传感器1与第二拉线传感器2可以位于同一平面w。第一拉线传感器1具有与目标跟随物连接的第一拉线，第二拉线传感器2具有与目标跟随物连接的第二拉线，且第一拉线的拉线参数可以与第二拉线的拉线参数相同。即第一拉线与第二拉线的长度相等且材质相同。例如：第一拉线和第二拉线均可以为长度相等的不锈钢绳。同时，上述第一拉线传感器1的数据频率与第二拉线传感器2的数据频率相同，第一拉线传感器1的测量精度与第二拉线传感器2的测量精度相同，第一拉线传感器1的拉力大小与第二拉线传感器2的拉力大小相同。也就是说，第一拉线传感器1与第二拉线传感器2可以是两个相同的拉线传感器。

在实际应用过程中，上述目标跟随物可以是人或者车辆。第一拉线传感器1可以通过第一拉线与目标跟随物连接，第二拉线传感器2可以通过第二拉线与目标跟随物连接。其中，第一拉线传感器1可以用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离a。第二拉线传感器2可以用于获取车辆本体前端与目标跟随物之间的第二距离b。控制器可以用于根据第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离c、第一连接点4与第二连接点5之间的第四距离d，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数。

由上述可知，该自主跟随导航车辆仅利用第一拉线传感器获取的第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离c、第一连接点4与所述第二连接点5之间的第四距离d,便可以计算出目标跟随物的运动参数。进而根据该目标跟随物的运动参数，从而控制车辆本体的运动参数，使自主跟随导航车辆能够自主跟随目标跟随物的运动轨迹运动。同时，与现有技术中采用雷达及视觉传感器相互配合进行导航相比，本发明提供的自主跟随导航车辆中采用的拉线传感器测量精度高、成本低、与目标跟随物交互感强、抗干扰性强，应用范围广，因此能够适应比较恶劣的环境。

在一些示例中，目标跟随物的运动参数可以包括：目标跟随物与车辆本体之间的垂直距离dis、水平距离off、垂直距离dis的变化速度di及水平距离off的变化速度ri。

应理解，上述垂直距离dis为在自动导航车辆的前进方向，车辆本体与目标跟随物之间的距离。上述水平距离off为在与自动导航车辆的前进方向垂直的方向，车辆本体与目标跟随物之间的距离。

图3示例出了确定目标跟随物的运动参数的结构示意图。参照图3，目标跟随物与车辆本体之间的垂直距离dis、水平距离off可以通过以下方式进行计算：

首先，需要确定平面w。该平面w可以为垂直高度与第一拉线传感器1垂直高度相同，且与水平面平行的平面。同时，确定经过第一拉线传感器1及目标跟随物在平面w上的投影的线段的距离aw可以满足：

同理，经过第二拉线传感器2及目标跟随物在平面w上的投影的线段的距离bw可以满足：

其中，h可以为目标跟随物与平面w之间的垂直距离。

参照图1和图2，经过第一连接点4及第二连接点5在平面w上的投影线段的距离为dw。经过第一拉线传感1与第二拉线传感器2在平面w上的投影线段的距离为ew。dw大于或等于0，且小于ew。当dw的长度等于0时，第一连接点4与第二连接点5重合，也就是说，第一拉线传感器1与第二拉线传感器2可以与目标跟随物上的同一连接点连接。当dw大于0，且小于ew时，第一连接点4与第二连接点5间隔一定距离，也就是说，第一拉线传感器1与第二拉线传感器2分别设在目标跟随物的不同位置。应理解，当第一连接点4与第二连接点5间隔设置时，第一连接点4与第二连接点5处在同一水平线上。

参照图3，夹角α为距离为aw的线段与距离为ew的线段之间的夹角。夹角β为距离为bw的线段与距离为ew的线段之间的夹角。夹角α可以满足：

夹角β可以满足：

参照图3，当夹角α大于或等于夹角β时，垂直距离dis可以满足：

dis＝aw×sinβ，

当夹角α小于夹角β时，垂直距离dis可以满足：

dis＝bw×sinα。

上述垂直距离dis的变化速度di可以满足：

其中，i为第i周期获得的数据，f为大于1的正整数，δt为第一拉线传感器1及第二拉线传感器2提供数据的周期。

参照图3，当夹角α小于或等于90°，且夹角β小于或等于90°时，水平距离off可以满足：

off＝0.5×(ew-dw)-bw×cosα,

当夹角β大于或等于90°时，水平距离off可以满足：

off＝-0.5×(ew-dw)-aw×sin(β-90),

当夹角α大于90°时，水平距离off可以满足：

off＝0.5×(ew-dw)+bw×sin(α-90)。

上述水平距离off的变化速度ri可以满足：

其中，i为第i周期获得的数据，f为大于1的正整数，δt为第一拉线传感器1及第二拉线传感器2提供数据的周期。

在实际应用过程中，当水平距离off的值为正值时，则表示目标跟随物位于车辆本体的右侧。也就是说，车辆本体需要向右转弯。当水平距离off的值为负值时，则表示目标跟随物位于车辆本体的左侧。也就是说，车辆本体需要向左转弯。

通过上述计算过程，不仅可以获取车辆本体与目标跟随物之间的垂直距离dis、水平距离off、垂直距离dis的变化速度di及水平距离off的变化速度ri。通过车辆本体与目标跟随物之间的垂直距离dis、水平距离off、垂直距离dis的变化速度di及水平距离off的变化速度ri，控制器可以确定自主跟随导航车辆在自主跟随目标跟随物的过程中的行驶速度，并调整行驶速度，以避免自主跟随导航车辆在跟随目标跟随物运动的过程中，与目标跟随物相撞。例如：当车辆本体与目标跟随物之间的垂直距离dis小于安全距离时，控制器控制自主跟随导航车辆减速，直至停止运动。此处的安全距离为避免自主跟随导航车辆与目标跟随物相撞的最小距离。该安全距离可以根据实际情况进行设定，在此不作限制。

同时，通过车辆本体与目标跟随物之间的水平距离off及水平距离off的变化速度ri，控制器可以确定自主跟随导航车辆的行驶方向。例如：通过车辆本体与目标跟随物之间的水平距离off及水平距离off的变化速度ri，控制器可以控制自主跟随导航车辆进行转弯，从而改变自主跟随导航车辆的行驶方向。

综上所述，控制器可以根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数，从而确定自护导航车辆的行驶路径及行驶速度。

本发明实施例还提供了一种车辆自主跟随导航方法，用于保障自主跟随导航车辆的自动跟随功能及自主跟随导航车辆的行车安全。自主跟随导航车辆包括：控制器及与控制器通信的第一拉线传感器1、第二拉线传感器2。其中，第一拉线传感器1和第二拉线传感器2间隔设置在自主跟随导航车辆前端，且与目标跟随物连接。

目标跟随物上具有与第一拉线传感器1连接的第一连接点4，及与第二拉线传感器2连接的第二连接点5。

该车辆自主跟随导航方法可以包括：

步骤s101：控制器接收第一拉线传感器1发送的车辆本体前端与目标跟随物之间的第一距离a，以及第二拉线传感器2发送的车辆本体前端与目标跟随物之间的第二距离b；

步骤s201：控制器根据第一距离a、第二距离b、第一拉线传感器与第二拉线传感器之间的第三距离c、第一连接点4与第二连接点5之间的第四距离d，计算目标跟随物的运动参数，并根据目标跟随物的运动参数控制车辆本体的运动参数；其中，第四距离d大于或等于0，且小于第三距离e。

本发明实施例提供的车辆自主跟随导航方法的有益效果与上述自主跟随导航车辆的有益效果相同，此处不做赘述。

尽管在此结合各实施例对本发明进行了描述，然而，在实施所要求保护的本发明过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。

尽管结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。