CN111216708B - 车辆导航引导***及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了车辆导航引导***及车辆。该***包括：导航控制器、转向角传感器、电机转向控制器和显示控制器；转向角传感器与导航控制器通信连接，用于获取计算车轮相对车体转动的角速度信息，并向导航控制器输出角速度信息；导航控制器用于根据定位信息和角度信息输出导航引导信息，其中，所述导航控制器中包含第一定位装置，第一定位装置用于获取定位信息；电机转向控制器与导航控制器通信连接，用于根据导航引导信息进行转向控制；显示控制器与导航控制器通信连接，用于显示导航引导信息。本发明实施例通过采用上述技术方案，可以更加合理地确定导航引导信息并对车辆进行自动转向控制。

Description

车辆导航引导***及车辆
技术领域
本发明实施例涉及车辆控制技术领域，尤其涉及车辆导航引导***及车辆。
背景技术
随着全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)导航技术和自动化控制技术的普及，车辆导航控制成为农用车辆(如拖拉机及收割机等)以及工程机械车辆(如压路机和起重机等)等各行业车辆的重要功能。
车辆导航引导控制一般包含两部分：第一部分，确定车辆状态信息，即在一个已知坐标系内确定车辆的位置、姿态、速度以及前轮转角等信息；第二部分，是控制，包含导航控制与执行控制等，使车辆沿着某种路径行驶，或者遵照某些规则行驶。
然而，目前的车辆导航引导***仍不够完善，需要改进。
发明内容
本发明实施例提供了车辆导航引导***及车辆，可以优化现有的车辆导航引导***方案。
第一方面，本发明实施例提供了一种车辆导航引导***，安装于车辆内，所述***包括：导航控制器、转向角传感器、电机转向控制器和显示控制器；
所述转向角传感器与所述导航控制器通信连接，用于获取计算车轮相对车体转动的角速度信息，并向所述导航控制器输出所述角速度信息；
所述导航控制器用于根据定位信息和所述角度信息输出导航引导信息，其中，所述导航控制器中包含第一定位装置，所述第一定位装置用于获取所述定位信息；
所述电机转向控制器与所述导航控制器通信连接，用于根据所述导航引导信息进行转向控制；
所述显示控制器与所述导航控制器通信连接，用于显示所述导航引导信息。
第二方面，本发明实施例提供了一种车辆，所述车辆中安装有本发明实施例提供的车辆导航引导***。
本发明实施例中提供的车辆导航引导***及车辆，通过采用上述技术方案，可以更加合理地确定导航引导信息并对车辆进行自动转向控制。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种车辆导航引导***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种导航线确定方式示意图；
图3为本发明实施例提供的电机转向控制器装配示意图；
图4为本发明实施例提供的一种集成一体式电机控制方案示意图；
图5为本发明实施例提供的一种全姿态安装校准界面示意图；
图6为本发明实施例提供的一种车轮角度传感器校准界面示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电子方向盘自动校准界面示意图；
图8为本发明实施例提供的一种***电子设备及传感器安装误差自动校准界面示意图；
图9本发明实施例提供的一种转向角传感器安装方式示意图；
图10本发明实施例提供的一种车辆车轮转角跟踪算法原理示意图；
图11为本发明实施例提供的一种双4G/GPRS在线通讯获取实时差分数据示意图；
图12为本发明实施例提供的一种自动调头方法示意图；
图13为本发明实施例提供的又一种自动调头方法示意图；
图14为本发明实施例提供的另一种自动调头方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
随着全球导航卫星***(Global Navigation Satellite System，GNSS)高精度卫星导航技术和自动化控制技术的普及，精准农业已经成为农业现代化的主要发展方向。基于GNSS的农机导航***成为研究热点，这类导航***主要通过GNSS传感器获取车辆的绝对位置信息与预设的路径信息进行比较，确定车辆与路径之间的相对位置关系，从而实现车辆的导航引导与控制。车辆导航引导控制包含两部分：一是确定车辆状态信息，即在一个已知坐标系内确定车辆的位置、姿态、速度、前轮转角等信息；二是控制，包含导航控制与执行控制等，使车辆沿着某种路径行驶，或者遵照某些规则行驶。
车辆状态信息的确定主要通过多传感器融合技术，例如使用GNSS RTK(Real-timekinematic，实时动态载波相位差分)技术获取厘米级位置和速度信息，利用MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电***)IMU(惯性测量单元，Inertial MeasurementUnit)传感器与GNSS融合获取车辆的姿态和航向信息，同时对地形进行补偿；利用霍尔传感器或者陀螺仪传感器实时获取车辆前轮转角或前轮转角速率。
控制部分主要包括路径规划、车辆建模、导航控制和转向控制等。路径规划，即设计并定义车辆期望行驶路径，分为预先规划方式和实施规划方式两种；车辆建模为导航控制与转向控制方法的设计提供依据，其涉及车辆本体模型、转向执行机构模型等等；导航控制，根据当前车辆状态和目标路径，生成用于控制车辆转向的转向角度或转向速率指令，从而使车辆沿着目标路径行驶。转向控制主要指控制车辆的转向***转动，是转向角度跟踪导航控制器给出的指令。
本发明实施例提供的车辆导航引导***涉及车辆包含但不限于地面车辆、飞行器和水上交通工具。所述地面车辆包含但不限于农用车辆(如拖拉机及收割机等)、工程机械车辆(如压路机以及起重机等)。车辆类型包含前轮转向、后轮转向以及履带式转向等。
图1为本发明实施例提供的一种车辆导航引导***的结构示意图，如图1所示，该***包括：导航控制器101、转向角传感器102、电机转向控制器103和显示控制器104。其中，所述转向角传感器102与所述导航控制器101通信连接，用于获取计算车轮相对车体转动的角速度信息，并向所述导航控制器输出所述角速度信息。所述导航控制器101用于根据定位信息和所述角度信息输出导航引导信息，其中，所述导航控制器中包含第一定位装置，所述第一定位装置用于获取所述定位信息。所述电机转向控制器103与所述导航控制器101通信连接，用于根据所述导航引导信息进行转向控制。所述显示控制器104与所述导航控制器101通信连接，用于显示所述导航引导信息。
示例性的，电机转向控制器103与被控车辆106连接，实现转向控制。可选的，转向角度传感器102还可以与电机转向控制器103，以实现更精准的转向控制。可选的，导航控制器101还可以外接有GNSS接收天线105，以实现更准确地获取定位信息。可选的，第一定位装置可以是高精度GNSS定位模块。可选的，显示控制器中的平台(操作***)可以是Android平台、Windows平台或者其他平台。
本发明实施例中提供的车辆导航引导***，通过采用上述技术方案，可以更加合理地确定导航引导信息并对车辆进行自动转向控制。
在一些实施例中，所述显示控制器可拆卸安装于所述车辆中，所述显示控制器中包含第二定位装置，所述显示控制器还用于根据用户操作控制所述第二定位装置采集位置信息，并根据所述位置信息确定导航线和/或获取作业区域边界信息。这样设置的好处在于，可极大减少对于土地的破坏，减少车辆油耗。可选的，第二定位装置可以是高精度GNSS定位模块。具体的，在使用过程中，可利用显示控制器内置的高精度GNSS定位模块进行定位，为了提高定位准确度及精度，可连接外置GNSS天线。图2为本发明实施例提供的一种导航线确定方式示意图，用户可以手持显示控制器在作业区域的地头设置A点(可视为导航线的第一端点)，此时第二定位装置获取当前位置作为A点，然后用户可围绕作业区域外以行走或者骑摩托车等方式，到达设计点后设置B点(可视为导航线的第二端点)，此时第二定位装置获取当前位置作为B点，进而确定导航线。同样也可利用显示控制器采用上述方式来采集作业区域边界。
在一些实施例中，所述第一定位装置为全球导航卫星***定位GNSS定位模块，所述导航控制器还集成有内置GNSS天线模块、惯性测量单元IMU传感器、电台接收器、4G/GPRS接收器、可编程逻辑控制器PLC和中央处理器CPU。可选的，电台接收器实时接收基站电台发送的差分信息，将其发送给GNSS定位模块。4G/GPRS接收器实时接收基站或者服务器发送的差分信息，将其发送给GNSS定位模块。PLC控制器用于处理脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)信号，将导航控制器计算得到的控制量转化为PWM信号发送给电机转向控制器和/或电磁阀，可选的，PLC支持液压转向。IMU传感器，可基于MEMS器件设计，分为6轴和9轴两种，主要采集车辆的三轴角速度、三轴加速度、三个方向的磁场等，将这些IMU原始数据发送给高性能CPU处理器，经过与GNSS定位信息融合，可输出车辆的姿态、航向等信息。所述GNSS接收天线模块，其可由1个、2个或多个天线组成，支持L-band信号。针对目前霍尔传感器安装条件苛刻且需要提前标定的问题，本发明提出采用IMU代替霍尔传感器，结合车辆模型实现转向角度及角速率的跟踪。
在一些实施例中，所述第一定位装置支持实RTK、星基增强***(Satellite-BasedAugmentation System，SBAS)、差分全球定位***(Differential Global PositionSystem，DGPS)以及精密单点定位(Precise Point Positioning，PPP)、以及PPP-RTK中的至少一种增强模式。GNSS定位模块可以输出5Hz以上的位置、速度以及航向等信息。这样设置的好处在于，利用信号增强***(星基增强***、地基增强***)，可实现在车辆上从米级、亚米级到厘米级的不同导航精度的引导和机器控制。GNSS接收器可支持星基增强、地基增强两种，降低了对于通讯链路的要求。可利用RTK及PPP技术地物属性的获取用于路径规划。
在一些实施例中，所述CPU通过获取所述第一定位装置输出的定位信息以及所述IMU输出的传感信息，确定所述车辆的位置信息、姿态信息、航向信息以及速度信息，并结合预设控制算法确定下一时刻的控制量。
在一些实施例中，所述电机转向控制器设备包含转向驱动电机模块、固定架模块、夹具模块、套筒模块和方向盘圈模块，所述转向驱动电机模块中包含电机。其中，所述固定架模块用于将电机本体和车辆转向机构固定，具体安装在所述电机底部固定位置并通过所述夹具模块紧固在转向杆上。所述套筒模块通过电机法兰固定在所述电机内转轴上，实现套筒和所述转轴同步运动，同时套筒花键和车辆转轴端花键轴啮合传动。所述方向盘圈模块通过电机法兰固定在所述转轴上，实现方向盘圈和所述转轴同步运动，用于支持手动操作车辆转向运行。方向盘圈半径较大，增大力臂，手动掰方向盘更平滑，轻巧。
具体的，图3为本发明实施例提供的电机转向控制器装配示意图。如图3所示，固定架模块由T型安装架6和固定夹具7组成，固定架模块用于将电机本体5部分和车辆转向机构固定。T型安装架6通过第一配套螺丝12安装在电机底部固定位置，T型安装架6通过固定夹具7以及第二配套螺丝13部分紧固在转向杆上。集成一体式电机是“内转子电机”，将电机非转动部分通过固定架模块和车辆转向固定部分固定，以实现电机和转轴转动角度相同。套筒模块2通过电机法兰4以及第三配套螺丝9固定在电机内转轴上，实现和电机转轴同步运动，套筒模块2花键和车辆转轴端花键8部分轴啮合传动，第三配套螺丝9上方设置有保护盖1，用于防止第三配套螺丝9脱落。方向盘圈模块3通过电机法兰4部分以及第四配套螺丝10和第五配套螺丝11固定在电机内转轴上，实现方向盘圈和转轴同步运动，用于支持手动操作车辆转向运行。
在一些实施例中，所述转向驱动电机模块采用内转子力矩电机设计方案，将驱动器模块、电机以及磁式编码器模块集成在一体。这样设置的好处在于，节省安装空间的同时，避免了驱动器和编码器外置引入的外部干扰风险，提高转向机构可靠性。内转子力矩电机设计方案具体采用定子采用绕组，转子磁钢的设计方案，避免使用波式绕组盘式电机设计方案，使得电机实际输出扭矩增大，同时，定子绕组采用斜槽设计方案，使得电机实际齿槽扭矩较小，避免转动电机时存在卡顿现象。电机绕组采用环氧灌封处理，将绕组、铁芯和绝缘材料一体化，避免铁芯及绕组等和空气接触而出现锈蚀等问题，影响电机旋转磁场分布和输出力矩波动。电机内部编码器模块采用满足IP65等级的磁式增量式编码器模块，同样满足80°高温以及高湿使用场景。编码器分辨率超过10000ppr。此外，编码读数头和磁栅采用非接触式设计，读数头固定在电机端，磁栅采用结构件固定方式和电机转轴同步转动，提升编码器稳定性，提高编码器使用寿命。电机内部集成Hall传感器，电机启动时，有效避免大阻力场景或外力干扰下电机启动失败问题。驱动器采用定制环形驱动器结构，固定于电机底部位置，便于电机布线和产品维护，同时，驱动器支持9V～32V供电下使用。针对农业及工程机械设备自动驾驶***转向驱动装置，比较常见转向驱动装置的是采用液压阀转向驱动机构，步进电机控制转向驱动机构，盘式电机驱动转向机构，电机通过齿轮传动、皮带传动机构带动转轴转动等方式。实际***安装复杂，后期维护麻烦。同时由于传动机构间隙的存在，导致实际转向控制精度较差，控制响应较慢。此外，对于大马力农业装备，转向驱动装置的通用性较差。本发明提供了一种集成大扭矩力矩电机和驱动器一体式的电机驱动方向盘转动的方案，可有效解决现有技术的上述缺陷。
在一些实施例中，所述电机中包含3个霍尔传感器，所述霍尔传感器用于电机启动使用，所述磁式编码器用于实现电机内部闭环控制。
在一些实施例中，所述电机的绕组采用绕组斜槽角度设计方案，防水采用骨架油封和结构性凹凸防水方案设计。电机表面设计凸台结构，室外雨淋场景下，便于水从四周快速滑落，较少流入转轴部分的水量。同时转轴部分采用骨架油封设计方案，有效避免水从转轴部分进入电机内部。电机和驱动器装配部分采用结构性防水方案，上下壳凹凸设计，同时添加防水胶圈解决不同结构件装配处的防水问题。电气端口采用矩形混合连接器设计，将电源端口和通讯端口混合设计，统一接线简化安装，也利于防水设计。常规电机实际防水等级较低，对于需要大扭矩场景，电机可靠性较差，本发明实施例提供的防水方案很好地解决了该问题。
在一些实施例中，手动控制转向工作状态下，所述驱动器模块断开电机供电，电机实际输出转矩电流为0；自动驾驶状态下，所述电机接收由所述导航控制器下发的转角或转速指令进行运动，实现机构转轴转动和前轮转角变化。
示例性的，图4为本发明实施例提供的一种集成一体式电机控制方案示意图，可参考图4对相关内容进行理解。在一些实施例中，电机支持控制器域网(Controller AreaNetwork，CAN)总线控制和串口RS232/RS495控制，支持CAN总线电机控制CANopen协议和自定义CAN通讯协议。电机支持位置、速度和扭矩闭环控制方式。实际电机可以接收主控制器(导航控制器)端下发的目标位置指令，目标速度指令和输出扭矩指令实现电机端闭环控制，实际驱动器进行电机控制周期<0.1ms。电机集成磁式编码器，可以实时反馈电机实际位置和速度信息。电机支持硬件保护功能，可以通过设置电机电流、过载时间、位置误差窗以及速度误差窗等参数，对电机和驱动器硬件进行保护。当硬件异常时，驱动器自动断开电机供电，电机处于自由减速状态。电机支持通讯节点保护功能，当***控制部分出现异常时，电机端在500ms～1s内没有收到主控制器端下发的CAN frame信息时，电机内部驱动器会自动控制电机停止运行，避免出现上位机异常情况下，电机出现往一个方向打死现象。
在一些实施例中，还包括车辆控制装置，所述车辆控制装置设置有多个校准步骤，所述多个校准步骤包括以下至少一个：全姿态安装校准、车轮角度传感器校准、电子方向盘自动校准、以及***电子设备及传感器安装误差自动校准；其中，所述车轮角度传感器校准基于车辆运动进行，所述电子方向盘自动校准基于自动产生的转向命令进行。当存在上述四步校准的情况下，在初次校准时，执行步骤需按照全姿态安装校准、车轮角度传感器校准、电子方向盘自动校准、以及***电子设备及传感器安装误差自动校准的顺序进行，因为后续校准步骤依赖于前面的校准结果，而在完成初次校准后，可对四步中任意一个独立重新校准。
下面对上述校准步骤进行具体介绍。
图5为本发明实施例提供的一种全姿态安装校准界面示意图，本发明设计了全姿态安装即IMU传感器坐标轴转换交互界面，图中详细定义了与实物设备相对应的朝向面，此方式能够快速设定IMU传感器或携带IMU传感器载体的安装方向与期望的保持一致，从而满足***对此模块的安装要求。全姿态安装方法支持IMU传感器或携带IMU传感器载体26种安装方式，此方法能够大大降低对设备安装空间和位置的要求。以驾驶员坐在驾驶室内面向正前方为基准，划分前后左右上下六个方向，携带IMU传感器控制器安装尽量按照正方向安装(燕尾槽朝向、LED灯面板朝向)，不要倾斜；依次选择燕尾槽朝向和LED灯面板朝向，点击设置。设置状态会在当前界面下方显示。
图6为本发明实施例提供的一种车轮角度传感器校准界面示意图。本发明是基于惯性传感器实现的一种非机械式传感器，此传感器的优点在于安装方便、不易损坏，不需要标定其模拟量原始值与实际转角之间的对应关系，非常适合农机作业的复杂应用场景，此界面方法能够提供角度传感器在左轮或者右轮安装方式的选择，提高了***的适应能力，在计算过程中修正不对称误差，此界面方法同时提供阈值设定，能够满足不同应用场景对噪声的敏感程度。设定角度传感器安装的位置，如果在左前轮安装则选择【左】，如果在右前轮，则设置为【右】。传感器类型***会自动识别。下面两个阈值，如果车辆振动验证，增大这两个值，从而来满足***需要，正常情况下默认即可。
图7为本发明实施例提供的一种电子方向盘自动校准界面示意图。其中左侧为标定结果展示区域，右侧为电动方向盘控制相关参数设定内容，此界面方法能够在满足一定标定条件的情况下，自动快速拟合出电动方向盘的动态特性曲线，从而为精确控制提供保障。首先保证电机能够正常使能和去使能，电机能够进行正常锁轴和松轴。将发动机转速控制在1000转/min以上，同时让车辆保持2～3km/h的车速向前行驶，点击【开始】，【开始】键变化为【校准中】，此时校准过程为进行中；保持车辆向前行驶，此时方向盘会左右慢慢转动，同时车轮会进行左右大约10°的转动，此过程为自动进行，无需人工干预；在校准结束后，界面会弹出对话框指示本次校准成功或者失败，如果校准失败，会提示具体失败的原因，待用户排除故障后重新校准即可。
图8为本发明实施例提供的一种***电子设备及传感器安装误差自动校准界面示意图。此方法能够能够在一步内校准全姿态角度安装误差角，以及前轮角度安装误差，此方法快速便捷，标定结果稳定可信，快速准确计算出双天线安装误差角，IMU传感器或携带IMU传感器载体的安装误差角，以及前轮角度传感器的安装误差角，***数据再经过此步骤的校准数据修正后，才能够准确反映车体的运动信息。示例性的，以车辆为拖拉机为例，寻找一块至少长70m长的空旷平整路面；点击【进入标定向导】，点击【校准开始】，点击【A】，手动开拖拉机前进70m左右，界面上方有显示到A点的距离，速度为<3km/h，所行进轨迹为直线，停止，点击【B】，点下一步；将拖拉机调头，在拖拉机到达B点之前，尽量将拖拉机开到AB线上，当界面上的【下一步】变为可操作时，点击【下一步】，同时将手离开方向盘，拖拉机将自动驾驶到A点，当界面上的“下一步”变为可操作时，点击“下一步”，此过程中车速应保持在2km/h左右；将拖拉机调头，在拖拉机到达A点之前，尽量将拖拉机开到AB线上，当界面上的【下一步】变为可操作时，点击【下一步】，拖拉机将自动驾驶到B点，当界面上的【下一步】变为可操作时，点击【下一步】直至结束，此过程中车速应保持在2km/h左右；在状态栏内可以观察到校准成功或者失败的结果。
在一些实施例中，所述转向角传感器包括主单轴陀螺和子单轴陀螺；所述主单轴陀螺安装于所述车辆的质心位置，用于测量所述车辆车体的转动角速度；所述子单轴陀螺安装于所述车辆的前轮，用于测量所述前轮的转动角速度。图8本发明实施例提供的一种转向角传感器安装方式示意图。主单轴陀螺(A)：主单轴陀螺安装于车辆的车体上，水平安装，敏感轴竖直向上，测量车辆车体的转动角速度，利用此角速度与车轮主销上安装的单轴陀螺测量的角速度计算车轮相对车体转动的角速度，A既可以是单独的单轴陀螺仪，也可以是IMU的Z轴陀螺输出。子单轴陀螺(B)：子单轴陀螺安装于车辆车轮主销上，测量车轮转动角速度的大小，利用此角速度与车辆主体安装的单轴陀螺测量的角速度计算车轮相对车体转动的角速度，B通常为单独的单轴陀螺仪。GNSS接收机：GNSS接收机实时获取车辆的运行速度，根据速度和车辆模型信息可以计算车轮相对车体的角度，该角度的精度较差，不能满足智能驾驶和控制的精度要求，但该角度精度均匀，可以与陀螺积分的角度进行融合，对陀螺的***误差进行估计和修正，从而实现高精度，高动态的转角跟踪。CPU处理器：CPU处理器主要实现主、子单轴陀螺角速度和GNSS速度的获取与同步、车辆前轮转动跟踪算法的运行。本发明实施例采用非接触式的单轴陀螺加GNSS接收机的设计方案来跟踪车轮转角和转动角速度，以取代传统的接触式的机械式角度传感器方案，避免了定制支架、标定、定期检查维护等工作，易于安装和维护，极大的降低了售后成本。采用主子单轴陀螺的设计方案，通过安装在车辆主体和车轮主销上的单轴陀螺(三轴陀螺和IMU在本质上是一致的)分别测量车体的转动角速度和车轮的转动角速度，从而可以计算出车轮相对车体的转动角速度，通过对相对角速度的积分计算车轮相对车体转过的角度，即通过单轴陀螺实现对车轮转角的动态跟踪。
图10本发明实施例提供的一种车辆车轮转角跟踪算法原理示意图。下面结合图9和图10对本发明中的前轮转动跟踪算法原理做下述说明：
第一步：等待GNSS接收机完成初始化，将GNSS接收机的速度信息和PPS秒脉冲信号传入CPU处理器；
第二步：等待A、B陀螺完成初始化，因陀螺输出中含有零偏项，所以取一段静止状态的角速度输出的均值做为陀螺仪初始零偏，并对陀螺仪的角速度输出进行零偏补偿；
第三步：根据GNSS接收机的PPS秒脉冲信号和CPU的时钟对GNSS速度信息和A、B陀螺的角速度信息进行时间同步；
第四步：根据A、B陀螺输出的角速度计算车轮相对车身的转动角速度；
第五步：根据角度跟踪算法构建Kalman滤波器模型，进行滤波器的时间更新和量测更新；
第六步：判断GNSS速度信息是否更新，若未更新，则利用根据A、B陀螺输出的角速度计算的车轮相对车身的转动角速度进行kalman滤波器的量测更新，若GNSS速度更新，则根据如下车辆运动学模型计算车轮转角W，利用W进行kalman滤波器的量测更新。
Figure BDA0002365158060000141
其中，W表示前轮转角，
Figure BDA0002365158060000142
表示车辆车体旋转角速度，Vgnss表示GNSS接收机获取的车辆行驶速度，L表示车辆前后轮轴中心距离。
第七步：根据GNSS的速度信息判断车辆是否处于静止状态，若处于静止状态则自适应更新A、B陀螺的零偏。
本发明实施例利用GNSS接收机测量车辆运行速度，结合车辆模型计算车轮相对车体的转动角度，与通过陀螺计算的车轮转角进行融合，陀螺的高动态、高精度与速度模型的均匀精度形成优势互补。
在一些实施例中，所述导航控制器和所述显示控制器中均设置有4G/GPRS接收器，所述导航控制器根据自身获取的第一运营商的4G/GPRS网络信号以及所述显示控制器获取的第二运营商的4G/GPRS网络信号，基于信号强度和/或差分龄期确定目标网络信号，并将所述目标网络信号提供给所述第一定位装置。图11为本发明实施例提供的一种双4G/GPRS在线通讯获取实时差分数据示意图，其中，运营商一为第二运营商，运营商二为第一运营商。如图10所示，由显示控制器和导航控制器分别同时运行登录基站或服务器的动作，其中显示控制器利用运营商一的4G/GPRS网络，导航控制器利用运营商二的4G/GPRS网络，由导航控制器同时获取两路差分信号，根据信号强度或差分龄期将最优的差分信号发送给GNSS模块，可极大降低***设备断信号的概率，满足用户24小时不间断的作业需求。
在一些实施例中，提供至少一种自动调头路径确定方式供用户选择。不同的自动调头路径确定方式可以适用于不同的场景。下面进行举例说明。
第一种，利用三个半径相等的圆确定路径的坐标点，其中，第一个圆与第二个圆满足外切关系，第二个圆与第三个圆满足外切关系，所述第一个圆经过调头路径起始点，所述第三个圆经过调头路径结束点，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速。
图12为本发明实施例提供的一种自动调头方法示意图，图中三个圆通过约束条件的变化来生成满足约束条件的路径，该方法适用于自动调头过程中不能倒车的场景。图中的A为调头路径起始点，B、C、D为调头路径上的取样点，E为调头路径结束点，w为幅宽(两条导航线之间的宽度)，其中EF的d2距离为圆曲线向直线过度路径，d1为直线入线距离，此两段路径的长度和车辆实际相应速度快慢相关，不在自动调头路径范围内。在圆心坐标计算时，前提条件为A点坐标、过A点的直线方向(Y轴正方向)、幅宽w和车辆转向最小转弯半径Rmin为已知量。记图中原点坐标为(0，0)，Q1的圆心坐标为(r1+w，0)；记Q2y＝((r1+r2)^2-(r1+w/2)^2)^0.5，Q2的圆心坐标为(w/2，Q2y)；记Q3y＝((r2+r3)^2-(r3+w/2)^2)^0.5，Q3的圆心坐标为(-r3,Q2y-Q3y)。
具体步骤如下：
(1)将三个圆半径设定为车辆转向最小转弯半径，即r1＝r2＝r3＝Rmin，其中Rmin为车辆转向最小转弯半径；
(2)根据图5中三个圆外切的关系，生成路径的坐标点；
(3)通过计算步骤(2)中路径中坐标点的曲率半径，检查曲率半径是否满足约束条件，即大于车辆最小转弯半径，如果不满足，就将所有的圆半径加大10厘米，再计算出路径坐标点；
(4)重复步骤(3)，直至路径坐标点的转弯半径都满足大于最小转弯半径的约束条件；
(5)计算路径坐标点所需要的前轮转速控制量Ud，并判断其是否小于执行机构最大转速Umax，如果不满足，将B，C，D所属圆半径增大10厘米；
(6)重复步骤(5)，直至满足约束条件。
其中，由于图中所示的d1d2之间的距离为路径调整距离，其值的大小与幅宽w、车辆约束条件Rmin和Umax相关。
第二种，利用满足镜像关系的圆心角为90°的两段圆弧以及所述两段圆弧的对应端点的连线确定路径的坐标点，其中，一段圆弧经过调头路径起始点，另一段圆弧经过调头路径结束点，所述连线为倒车路径，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速。
图13为本发明实施例提供的又一种自动调头方法示意图，该方法调头路径短，A’点为调头路径起始点，E为调头路径结束点，B、C、D为调头路径上的取样点，其中这两段圆弧对应的圆心角都为90°，记E点为坐标为(0，0)，圆弧EC所在的圆心坐标为(r1,0)圆弧A’B所在的圆心坐标为(r1-w,0)。B->C为后退方向，此方法为了保证调头入线与目标路径重合，即圆弧切线方向与目标导航线EF方向相同，所以路径规划先由CE路径规划坐标点生成，然后通过对称关系生成A’B的路径。
具体步骤如下：
(1)将圆半径设定为车辆转向最小转弯半径，即r1＝Rmin，其中Rmin为车辆转向最小转弯半径；
(2)以半径Rmin和点E坐标生成圆弧CE线段坐标；
(3)计算步骤(2)中路径中坐标点的曲率半径，检查曲率半径是否满足约束条件，即大于车辆最小转弯半径，如果不满足，就将圆半径加大10厘米，再计算出路径坐标点；
(4)重复步骤3，直至路径坐标点的转弯半径都满足大于最小转弯半径的约束条件；
(5)计算路径坐标点所需要的前轮转速控制量Ud，并判断其是否小于执行机构最大转速Umax，如果不满足，将圆半径增大10厘米；
(6)重复步骤(5)，直至满足约束条件；
(7)通过路径满足各个收敛条件后，将路径反转，作为A’B之间的路径。
其中，AA’为调头入线准备距离，EF为调头出线后入线距离。
第三种，利用满足外切关系的两个半径相等的圆确定路径的坐标点，其中，一个圆经过调头路径起始点，另一个圆的外切线经过调头路径结束点，两个圆的切点为倒车路径起点，所述调头路径起始点在第一导航线上，所述倒车路径起点在第二导航线上，所述第一导航线和所述第二导航线相邻，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速。
图14为本发明实施例提供的另一种自动调头方法示意图，该方法调头路径短，其中AB段为前进，BC段为倒车，CD段为前进。图中A点为调头路径起始点，B、C为调头路径上的取样点，D为调头路径结束点，记D点坐标为(0，0)，DA为X轴方向，DC为Y轴方向，圆弧AB所在的圆心坐标为(w-Rf,0)，记H＝((Rb+Rf)^2-(w-Rf+Rb)^2)^0.5，圆弧BC所在的圆心坐标为(-Rb,H)。
具体步骤如下：
(1)将圆半径设定为车辆转向最小转弯半径，即Rf＝Rb＝Rmin，其中Rmin为车辆转向最小转弯半径；
(2)根据图中两个圆外切的关系，并且Rf圆经过A点，Rb点经过C点，Rb和Rf都经过B点，A点在路径1上，C点在路径2上，路径1和路径2为相邻的目标导航线，二者之间的距离为幅宽w，满足上述约束条件，生成路径的坐标点；
(3)计算步骤2中路径中坐标点的曲率半径，检查曲率半径是否满足约束条件，即大于车辆最小转弯半径，如果不满足，就将圆半径加大10厘米，再计算出路径坐标点；
(4)重复步骤3，直至路径坐标点的转弯半径都满足大于最小转弯半径的约束条件；
(5)计算路径坐标点所需要的前轮转速控制量Ud，并判断其是否小于执行机构最大转速Umax，如果不满足，将圆半径增大10厘米；
(6)重复步骤(5)，直至满足约束条件。
在封闭场所或其他应用场景，例如水稻插秧机作业，其环境的封闭性为自动调头功能实现提供了应用场景，本发明实施例提供的上述三种自动调头路径轨迹生成和实现方法，为农机作业无人驾驶提供一种解决方法。
本发明实施例可以解决现有农机导航安装校准繁琐、成本较高、且缺乏低成本路径规划、受基站距离定位精度影响较大等问题，特别是对于具备方向盘转向的农机，控制量是由农机转向作为其执行机构，不同车辆、不同温度和不同车龄等原因，会导致其执行性能有很大的差别，而且***设备，包括控制器、IMU和GNSS天线等设备，如果其标定误差较大，那么导致自动驾驶效果不理想，更有甚者会产生失控的现象，以至于不能实现自动驾驶的目的。通过采用本发明实施例提供的车辆导航引导***，在集成基于大扭矩力矩电控方向盘的同时基于星基和地基增强***，可以很好地解决上述技术问题。
本发明实施例还提供一种车辆，该车辆包含但不限于地面车辆、飞行器和水上交通工具。所述地面车辆包含但不限于农用车辆(如拖拉机及收割机等)、工程机械车辆(如压路机以及起重机等)。车辆类型包含前轮转向、后轮转向以及履带式转向等。该车辆中安装有本发明实施例提供的任意一种车辆导航引导***。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种车辆导航引导***，其特征在于，安装于车辆内，所述***包括：导航控制器、转向角传感器、电机转向控制器和显示控制器；
所述转向角传感器与所述导航控制器通信连接，用于获取计算车轮相对车体转动的角速度信息，并向所述导航控制器输出所述角速度信息；
所述导航控制器用于根据定位信息和所述角速 度信息输出导航引导信息，其中，所述导航控制器中包含第一定位装置，所述第一定位装置用于获取所述定位信息；
所述电机转向控制器与所述导航控制器通信连接，用于根据所述导航引导信息进行转向控制；
所述显示控制器与所述导航控制器通信连接，用于显示所述导航引导信息；
所述电机转向控制器包含转向驱动电机模块、固定架模块、夹具模块、套筒模块和方向盘圈模块，所述转向驱动电机模块中包含电机；
其中，所述固定架模块安装在所述电机底部并通过所述夹具模块紧固在所述车辆的转向杆上；
所述套筒模块通过电机法兰固定在所述电机的内转轴上，实现和所述内转轴同步运动，同时套筒花键和车辆转轴端花键轴啮合传动；
所述方向盘圈模块通过电机法兰固定在所述内转轴上，实现和所述内转轴同步运动；
所述转向驱动电机模块采用内转子力矩电机设计方案，将驱动器模块、电机以及磁式编码器模块集成在一体；
所述电机的绕组采用绕组斜槽角度设计方案，防水采用骨架油封和结构性凹凸防水方案设计；
所述第一定位装置支持实时动态载波相位差分RTK、星基增强***SBAS、差分全球定位***DGPS、精密单点定位PPP以及PPP-RTK中的至少一种增强模式；
所述导航控制器和所述显示控制器中均设置有4G/GPRS接收器，所述导航控制器根据自身获取的第一运营商的4G/GPRS网络信号以及所述显示控制器获取的第二运营商的4G/GPRS网络信号，基于信号强度和/或差分龄期确定目标网络信号，并将所述目标网络信号提供给所述第一定位装置。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述显示控制器可拆卸安装于所述车辆中，所述显示控制器中包含第二定位装置，所述显示控制器还用于根据用户操作控制所述第二定位装置采集位置信息，并根据所述位置信息确定导航线和/或作业区域边界。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述第一定位装置为全球导航卫星***定位GNSS定位模块，所述导航控制器还集成有GNSS天线模块、惯性测量单元IMU传感器、电台接收器、4G/GPRS接收器、可编程逻辑控制器PLC和中央处理器CPU。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述CPU通过获取所述第一定位装置输出的定位信息以及所述IMU输出的传感信息，确定所述车辆的位置信息、姿态信息、航向信息以及速度信息，并结合预设控制算法确定下一时刻的控制量，所述控制量包含于所述导航引导信息中。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电机中包含3个霍尔传感器，所述霍尔传感器用于电机启动，所述磁式编码器用于实现电机内部闭环控制。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，手动控制转向工作状态下，所述驱动器模块断开电机供电，电机输出转矩电流为0；自动驾驶状态下，所述电机接收由所述导航控制器下发的转角或转速指令进行运动，实现机构转轴转动和前轮转角变化，其中，所述转角或转速指令包含于所述导航引导信息中。
7.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括车辆控制装置，所述车辆控制装置配置有多个校准步骤，所述多个校准步骤包括以下至少一个：
全姿态安装校准、车轮角度传感器校准、电子方向盘自动校准、以及***电子设备及传感器安装误差自动校准，其中，所述车轮角度传感器校准基于车辆运动进行，所述电子方向盘自动校准基于自动生成的转向命令进行。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述车辆包括地面车辆、飞行器和水上交通工具中的至少一种；所述地面车辆包括农用车辆和/或工程机械车辆。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述转向角传感器包括主单轴陀螺和子单轴陀螺；
所述主单轴陀螺安装于所述车辆的质心位置，用于测量所述车辆车体的第一转动角速度；
所述子单轴陀螺安装于所述车辆的前轮，用于测量所述前轮的第二转动角速度；
其中，所述第一转动角速度和所述第二转动角速度用于计算车轮相对车身的转动角速度。
10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，提供至少一种自动调头路径确定方式供用户选择，其中，所述确定方式包括以下至少一种：
利用三个半径相等的圆确定路径的坐标点，其中，第一个圆与第二个圆满足外切关系，第二个圆与第三个圆满足外切关系，所述第一个圆经过调头路径起始点，所述第三个圆经过调头路径结束点，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速；
利用满足镜像关系的圆心角为90°的两段圆弧以及所述两段圆弧的对应端点的连线确定路径的坐标点，其中，一段圆弧经过调头路径起始点，另一段圆弧经过调头路径结束点，所述连线为倒车路径，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速；
利用满足外切关系的两个半径相等的圆确定路径的坐标点，其中，一个圆经过调头路径起始点，另一个圆的外切线经过调头路径结束点，两个圆的切点为倒车路径起点，所述调头路径起始点在第一导航线上，所述倒车路径起点在第二导航线上，所述第一导航线和所述第二导航线相邻，所述坐标点的曲率半径大于所述车辆的转向最小转弯半径，所述坐标点对应的前轮转速控制量小于执行机构最大转速。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆中安装有如权利要求1-10任一所述的车辆导航引导***。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112014122B (zh) * 2020-07-21 2022-10-28 无锡卡尔曼导航技术有限公司 一种车轮转角测量装置及运行方法
CN112298177A (zh) * 2020-11-09 2021-02-02 江苏悦达集团有限公司 一种无人拖拉机控制***及其控制方法
CN112740878A (zh) * 2020-12-29 2021-05-04 黑龙江惠达科技发展有限公司 一种单人操作插秧机的控制***及其方法
CN113401217B (zh) * 2021-01-06 2022-09-13 丰疆智能(深圳)有限公司 自动驾驶的转向控制方法和方向盘转向单元
CN114162139B (zh) * 2021-12-06 2024-03-26 上海华测导航技术股份有限公司 一种车辆控制方法、控制器、***、装置及存储介质
CN114212215B (zh) * 2021-12-14 2023-02-03 深圳市博特动力技术有限公司 一种新型船舶转向控制方法及***
CN114545944B (zh) * 2022-02-24 2024-04-16 合肥工业大学 一种基于磁钉磁场强度纠正的agv航向定位导航方法
CN116931038A (zh) * 2022-04-07 2023-10-24 罗伯特·博世有限公司 车辆的绝对定位方法及设备
CN116878538B (zh) * 2023-09-06 2023-11-21 南通明泰信息科技有限公司 一种用于wms的agv小车运行数据采集***

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201961367U (zh) * 2010-12-16 2011-09-07 宁波市鄞州麦谷农业科技有限公司 插秧机的电控方向盘
CN102506852A (zh) * 2011-11-01 2012-06-20 丁幼春 农用车辆视觉导航***及其导航方法
CN105203129A (zh) * 2015-10-13 2015-12-30 上海华测导航技术股份有限公司 一种惯导装置初始对准方法
CN106314528A (zh) * 2016-08-24 2017-01-11 上海交通大学 基于双出轴电机农机方向盘自动化装置及使用方法
CN106646539A (zh) * 2016-12-02 2017-05-10 上海华测导航技术股份有限公司 一种gnss接收机航向角的测试方法及***
CN107738690A (zh) * 2017-11-20 2018-02-27 上海联适导航技术有限公司 北斗导航自动驾驶方向盘装置
CN108007417A (zh) * 2016-10-27 2018-05-08 上海华测导航技术股份有限公司 一种农机自动驾驶控制***角度传感器自动标定方法
CN108762323A (zh) * 2018-04-04 2018-11-06 上海华测导航技术股份有限公司 一种农业机械角度编码器和电动方向盘位置自动校准***及方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6211817B1 (en) * 1999-07-27 2001-04-03 Trimble Navigation Limited Differential global positioning system using almanac data for a fast time to first fix
US9791285B2 (en) * 2008-10-01 2017-10-17 Lg Electronics Inc. Navigation apparatus and method
CN103227519B (zh) * 2013-05-08 2016-06-15 佛山市威灵洗涤电机制造有限公司 电机定子及具有该电机定子的外转子电机
JP6712906B2 (ja) * 2016-05-31 2020-06-24 株式会社小松製作所 作業機械の管理装置、作業機械、及び作業機械の管理システム
KR102331763B1 (ko) * 2017-06-22 2021-11-26 현대자동차주식회사 내비게이션 장치와 연동하여 자율 주차와 자율 주행을 제어하는 장치 및 방법
CN207459873U (zh) * 2017-11-09 2018-06-05 广东泛仕达农牧风机有限公司 一种外转子电机
CN208908391U (zh) * 2018-11-15 2019-05-28 中山大洋电机股份有限公司 一种外转子电机的防水结构
US11479245B2 (en) * 2019-02-14 2022-10-25 Honda Motor Co., Ltd. Semi-autonomous vehicle control system and method of controlling a semi-autonomous vehicle
US20210197805A1 (en) * 2019-12-27 2021-07-01 Motional Ad Llc Safety system for vehicle
US11378668B2 (en) * 2020-03-03 2022-07-05 Ford Global Technologies, Llc Radar calibration

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201961367U (zh) * 2010-12-16 2011-09-07 宁波市鄞州麦谷农业科技有限公司 插秧机的电控方向盘
CN102506852A (zh) * 2011-11-01 2012-06-20 丁幼春 农用车辆视觉导航***及其导航方法
CN105203129A (zh) * 2015-10-13 2015-12-30 上海华测导航技术股份有限公司 一种惯导装置初始对准方法
CN106314528A (zh) * 2016-08-24 2017-01-11 上海交通大学 基于双出轴电机农机方向盘自动化装置及使用方法
CN108007417A (zh) * 2016-10-27 2018-05-08 上海华测导航技术股份有限公司 一种农机自动驾驶控制***角度传感器自动标定方法
CN106646539A (zh) * 2016-12-02 2017-05-10 上海华测导航技术股份有限公司 一种gnss接收机航向角的测试方法及***
CN107738690A (zh) * 2017-11-20 2018-02-27 上海联适导航技术有限公司 北斗导航自动驾驶方向盘装置
CN108762323A (zh) * 2018-04-04 2018-11-06 上海华测导航技术股份有限公司 一种农业机械角度编码器和电动方向盘位置自动校准***及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
作业车辆导航自动调头路径规划与跟踪;黄沛琛，王紫虹;《自动化应用》;20151231;正文9-12页 *

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