一种激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接方法及系统与流程

本发明涉及汽车工程与智能控制，尤其是涉及一种激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接方法及系统。

背景技术：

1、在物流装卸作业中，车辆尾板是连接车厢与固定月台的关键设备，其搭接的平稳性与精确性直接影响装卸效率与作业安全。目前，主流的尾板控制技术主要存在以下三种模式及其固有缺陷：

2、1.手动操作模式：完全依赖驾驶员或装卸工人的经验与体力进行尾板角度调节。该模式劳动强度大、调节精度低，且难以在车辆与月台存在高度差时实现精准匹配，易导致搭接间隙过大或发生碰撞。

3、2.固定档位控制模式：尾板预设几个固定的下翻角度档位（如30°、45°、60°）。操作者需根据目测判断选择档位。该模式虽减轻了部分体力劳动，但适应性极差，无法应对非标准高度的月台，且仍需人工介入判断，自动化程度有限。

4、3.简易防撞控制模式：在尾板边缘安装超声波或红外传感器，用于检测近距离障碍物，实现遇阻即停或回弹。该技术仅具备被动防护功能，无法主动测量月台高度并计算所需的精确下翻角度，本质上仍未解决自动适配的问题。

5、对于自动驾驶物流车而言，上述缺陷更为突出。由于车内无驾驶员或安全员常驻，传统依赖人工触发和目视判断的尾板控制方式完全失效。自动驾驶物流车在仓库月台停靠后，若不能自动感知月台高度并精准控制尾板搭接，将导致无人化装卸货流程中断，严重制约自动驾驶在末端物流配送场景的商业化落地。因此，亟需一种能够完全脱离人工干预、由自动驾驶系统自主决策并触发的尾板自适应搭接控制方案。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的不足，本发明提供了一种激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接方法及系统，不仅全程无需任何人工判断或调节，而且大幅减少车辆在月台旁的停靠等待时间，提升物流周转效率。

2、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：

3、一种激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接方法，所述方法包括：

4、s1.车辆后置的激光雷达按照预设频率开始扫描，获取车辆后方扇形区域内的三维点云数据，并通过安装在尾板铰链处的绝对值角度传感器读取尾板当前角度θcurrent；

5、s2.ecu对车辆后方扇形区域内的三维点云数据进行实时处理，提取出月台顶面的平均高度值hplatform；

6、s3.多源信息融合与预校验，对倒车过程中连续获取的多帧激光雷达数据中的hplatform进行融合，ecu除了融合激光雷达多帧数据外，还同步接收来自高精地图的预存月台标称高度 hmap以及v2x通信获取的月台实时标称高度hv2x，并将激光雷达实测值hplatform与hmap、hv2x进行一致性校验，若偏差在允许阈值内，则以激光雷达实测值为准，若偏差超限，则触发数据异常告警；

7、s4.同步读取车身倾角传感器测得的俯仰角θpitch，以及车尾悬架高度传感器测得的相对高度hsuspension，计算车尾基准点的实时离地高度 hvehicle；

8、s5.基于几何关系，计算尾板搭接到月台时与水平面的目标绝对角度θtarget和基于尾板当前角度θcurrent与目标绝对角度θtarget，计算尾板执行机构实际需要驱动的目标开启角度δθ；

9、s6.ecu将目标开启角度δθ转换为执行机构的具体控制指令，对于液压系统，输出pwm信号控制比例电磁阀的开度，调节油缸运动速度，对于电动系统，输出脉冲或模拟量信号控制伺服电机的转速与转向，尾板开始从常闭状态θcurrent向目标绝对角度θtarget运动。

10、进一步的，所述方法包括：

11、s7.闭环微调，尾板下翻过程中，其内置的角度传感器实时反馈尾板当前绝对角度θactual，ecu将θactual与目标绝对角度θtarget进行比较，若偏差超过允许阈值，则启动pid闭环控制算法，动态调整输出指令，对尾板运动进行微调，直至实际绝对角度稳定在θtarget允许误差范围内。

12、进一步的，所述方法还包括：

13、s8.下限保护，当实际绝对角度θactual低于目标绝对角度θtarget- 2°时立即停止；上限保护，当实际绝对角度超过θcurrent+5°时立即停止，防止机械结构过载损坏。

14、进一步的，所述尾板当前角度θcurrent通常与水平面成90°-110°。

15、进一步的，在步骤s2中，所述提取出月台顶面的平均高度值hplatform包括：

16、s21.对所述车辆后方扇形区域内的三维点云数据进行统计滤波去除离散噪声点；

17、s22.随后通过地面分割算法分离出地面点云；

18、s23.最后在剩余点云中，通过识别垂直平面特征和水平面特征来检测月台立面和顶面，并利用ransac平面拟合算法从顶面点云中鲁棒地提取出月台顶面的平均高度值hplatform。

19、进一步的，所述车尾基准点的实时离地高度 hvehicle为，

20、hvehicle=hsuspension+lwheelbase×sin(θpitch)+c，

21、其中，lwheelbase为传感器安装位置到车尾铰链点的水平距离，c为车辆空载静止时的标定常数。

22、进一步的，所述尾板搭接到月台时与水平面的目标绝对角度θtarget为，

23、θtarget=arctan[(hplatform-hvehicle)/(d+δ)]，

24、其中，d为车尾与月台水平间距，由激光雷达扫描月台立面获取，δ为搭接量，即尾板前端伸入月台顶面的水平长度，取值范围为 50mm-80mm，根据月台边缘结构强度及装卸设备轮胎尺寸确定，确保搭接稳固且不干涉叉车通行。

25、进一步的，所述尾板执行机构实际需要驱动的目标开启角度δθ为，

26、δθ=θcurrent-θtarget，

27、该值为正值，表示尾板需要向下翻转的角度。

28、为了实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供了一种激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接系统，用于实现所述的激光雷达感知的汽车尾板自适应月台搭接方法，所述系统包括：

29、环境感知单元，核心部件为后置激光雷达，安装于车尾上部或顶部，扫描范围需覆盖车辆后方扇形区域及下方区域，以获取包含月台立面、顶面及地面的三维点云数据；

30、车辆状态感知单元，包括车身倾角传感器和车辆悬架高度传感器；

31、控制单元，作为系统的大脑，集成激光雷达点云处理算法、传感器数据融合算法、运动控制算法及安全监控逻辑；

32、执行机构，根据动力源不同，可分为液压驱动系统或电动推杆系统，系统包含位置反馈装置，用于实现闭环控制，用于接收ecu指令，驱动尾板绕铰链点旋转至目标角度；

33、人机交互单元，为驾驶员提供控制接口，通常包括驾驶室内的物理按钮或触摸屏虚拟按钮，用于启动"自动搭接"模式；同时配备状态显示屏，用于显示当前模式、目标角度、实际角度、故障报警信息；

34、自动驾驶联动单元，针对自动驾驶物流车，包括自动驾驶控制器、高精地图模块、v2x通信模块及自动泊车定位模块，自动驾驶控制器负责在车辆接近目标月台时，向尾板控制ecu发送"准备搭接"指令；高精地图模块提供预存月台位置与高度信息，用于预判和校验激光雷达实测值；v2x通信模块与仓库管理系统或月台边缘计算单元通信，获取月台实时状态；自动泊车定位模块通过融合gnss、imu及视觉定位信息，将车辆精确停靠在月台正前方预设距离处，为激光雷达精确扫描提供稳定的初始空间关系。

35、进一步的，所述激光雷达为十六线或三十二线机械式或固态激光雷达。

36、本发明具有以下积极效果：

37、1.本发明全自动适配宽范围月台高度：可自动适配800mm至1400mm的常见工业月台高度，全程无需任何人工判断或调节，真正实现"一键操作"。

38、2.本发明显著提升装卸作业效率：将传统模式下数分钟的人工尝试、调整、确认过程缩短为30秒内的自动完成，大幅减少车辆在月台旁的停靠等待时间，提升物流周转效率。

39、3.本发明从根本上消除搭接安全隐患：通过毫米级精度的角度控制，确保尾板与月台紧密贴合，既避免了因间隙过大导致的叉车跌落风险，也消除了因角度过大造成的尾板与月台边缘的碰撞损坏。

40、4.本发明降低操作人员劳动强度与技能要求：驾驶员无需具备判断高度差和操作尾板的经验，简化了操作流程，降低了工作强度，同时减少了因操作不当引发事故的可能。

41、5.本发明支撑高阶自动驾驶物流闭环：提供的自动、精准、可靠的尾板控制能力，是实现无人驾驶物流车在仓库月台自动完成装卸作业的最后一道关键环节的技术支撑，推动全流程无人化智慧物流的发展。

42、6.本发明实现真正的无人化装卸作业：对于自动驾驶物流车，实现了从自动泊车、尾板自适应搭接到无人装卸的全流程闭环控制，彻底消除了尾板控制环节对人工的依赖，是自动驾驶物流车在封闭园区、智慧仓库等场景规模化商业运营的关键技术保障。