CN113682375B - 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法 - Google Patents

一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113682375B
CN113682375B CN202110960688.8A CN202110960688A CN113682375B CN 113682375 B CN113682375 B CN 113682375B CN 202110960688 A CN202110960688 A CN 202110960688A CN 113682375 B CN113682375 B CN 113682375B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
rotation angle
vehicle body
tire
theta
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110960688.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113682375A (zh
Inventor
具大源
李晓宇
张兴兴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Lianshi Navigation Technology Co ltd
Original Assignee
Shanghai Lianshi Navigation Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Lianshi Navigation Technology Co ltd filed Critical Shanghai Lianshi Navigation Technology Co ltd
Priority to CN202110960688.8A priority Critical patent/CN113682375B/zh
Publication of CN113682375A publication Critical patent/CN113682375A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113682375B publication Critical patent/CN113682375B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D15/00—Steering not otherwise provided for
    • B62D15/02—Steering position indicators ; Steering position determination; Steering aids
    • B62D15/021—Determination of steering angle
    • B62D15/024—Other means for determination of steering angle without directly measuring it, e.g. deriving from wheel speeds on different sides of the car
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/001—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits the torque NOT being among the input parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D6/00—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits
    • B62D6/002—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits computing target steering angles for front or rear wheels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Control Of Driving Devices And Active Controlling Of Vehicle (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法：S100：在车体上安装GNSS天线，在车辆方向盘的电机上安装编码器；S200：根据GNSS位置坐标计算车辆的航向角；S300：根据计算得到的航向角得到航向角差值和车体偏航角速率；S400：根据车体运动学计算轮胎的绝对转角；S500：读取车辆方向盘电机上编码器的数值，对该数值进行计算处理得到相应的编码器转角；再对编码器转角进行修正；S600：当轮胎转角变化率大于设定阈值时使用卡尔曼滤波算法估算轮胎转角；发明结合了基于车辆轨迹计算的轮胎转角长期稳定以及通过编码器计算的轮胎转角短期精度高的特点，能够在农机车辆正常作业的情况下提供精确、稳定性高的轮胎转角。

Description

一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体为一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法。
背景技术
农机自动驾驶***是一种根据车辆的位置信息对车辆进行转向控制的设备***。在农机自动驾驶转向控制中，需要以轮胎转角作为反馈量来对车辆进行实时控制；精确的轮胎转角测量是实现农机转向控制的重要前提之一；传统的测量轮胎转角的方法是在轮胎上安装霍尔角度传感器，将该传感器的读数作为轮胎转角的测量值，虽然精确，但该方法存在安装复杂，价格较昂贵，容易磨损等缺点；此外，轮胎转角也可以通过在车辆的车身和前轴上各安装一个陀螺仪，计算两者之间的相对坐标并与车辆的速度信息进行融合来估算获得，但该方法同样成本较高；在理想的状况下，轮胎转角可以通过方向盘转角以及车辆传动比来计算；若在方向盘上安装编码器来读取方向盘转角，则通过传动比可以直接计算出轮胎转角；但在农机车辆实际作业的过程中，由于泄压和间隙问题的存在，方向盘转角与轮胎转角的关系存在不对应的状况：方向盘转角变化时，轮胎转角并未变化；农机车辆在使用过程中存在老化和磨损的问题，因此泄压和间隙的问题不可避免；当这两种问题存在时，使用方向盘转角和传动比无法获取准确的轮胎角度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，估算方法包括：
S100：在车体上安装GNSS天线，在车辆方向盘的电机上安装编码器；
S200：根据GNSS位置坐标计算车辆的航向角；
S300：根据步骤S200计算得到的航向角得到航向角差值，根据所述航向角差值计算车体偏航角速率；
S400：根据车体运动学计算轮胎的绝对转角；
S500：读取车辆方向盘电机上编码器的数值，对该数值进行计算处理得到相应的编码器转角；再对编码器转角进行修正；
S600：当轮胎转角变化率大于设定阈值时使用卡尔曼滤波算法估算轮胎转角；
上述方法可以估算出轮胎转角的最优值，并且在转角变化率大的情况下给出最优估计，重复上述过程，即可在车辆正常作业的状态下持续的估算出轮胎转角。
进一步的，步骤S200包括：
S201：通过GNSS天线获取车体坐标东和坐标北的位置信息；
S202：根据步骤S201获取的位置信息得到车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差；
S203：根据公式计算车辆的航向角，公式为：ψ＝tan-1(ΔE/ΔN)；其中，ψ表示航向角；ΔE表示车体坐标东的坐标差；ΔN表示车体坐标北的坐标差。
进一步的，在步骤S201中GNSS天线的采样频率为10Hz；在步骤S202中采用的是相隔固定时间间隔的数据来计算得到车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差，从而得到相隔固定时间间隔的车辆航向角；
通过设置GNSS天线的采样频率为10Hz，采用相隔固定时间间隔的数据来计算车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差可以在实际使用中减少噪声的影响，从而获得较为精确的计算结果。
进一步的，步骤S300中车体偏航角速率的计算公式为：
Figure BDA0003221956300000021
其中，Δψ为航向角差；Δt为时间间隔；
与使用陀螺仪读取的Z轴角速率相比，使用车体轨迹计算的车体偏航角速率极大的减少了噪声，进而在后续的计算中提高了估算轮胎转角的精度。
进一步的，步骤S400包括：
S401：测量车辆的轴距，获取车辆的行驶速度；
S402：根据公式计算车体轮胎的绝对转角，公式为：
Figure BDA0003221956300000022
其中，L为车辆的轴距；V为车辆的行驶速度；
Figure BDA0003221956300000023
为车体偏航角速率。
进一步的，步骤S500包括：
S501：将读取到的车辆方向盘电机上编码器的数值除以车辆传动比获得基于方向盘转角的车辆的轮胎转角θe；
S502：将步骤S400中计算得到的车体轮胎的绝对转角θv与车辆的轮胎转角θe之间做差，可计算得到两者的差值Δθ＝θv-θe；
S503：对差值Δθ的前三秒数据做平均处理得到差值Δθ的前三秒数据的平均值，将平均值对编码器进行补偿，获取平滑的轮胎转角θt；
在进行轮胎转角计算的过程中总会有实验误差的产生，通过上述步骤可以减少由于实验误差带来的数据波动，从而使得对编码器进行补偿后得到的轮胎转角θt更为的精确。
进一步的，步骤S600：
S601：列出车辆状态空间方程，车辆状态空间方程如下：
Figure BDA0003221956300000031
其中，θr为估算轮胎转角；θt为对编码器进行补偿所得轮胎转角；τ为时间常数；ur和ut分别为θr和θt对应的噪声；
S602：列出车辆输出方程，输出方程如下：
Figure BDA0003221956300000032
其中，y为测量输出；
S603：将车辆状态空间方程和车辆输出方程进行离散化，分别得到车辆状态空间方程和车辆输出方程的离散方程：
Figure BDA0003221956300000033
Figure BDA0003221956300000034
其中，Δt为采样时间间隔，θr(k)代表k时刻的轮胎转角；
因为在轮胎转角变化率大于阈值的情况下，上述对编码器进行补偿的方法无法获得准确的轮胎转角，上述步骤可以对出现这种情况时进行适用，使得在轮胎转角变化率大于阈值的情况下给出最优估算。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过车辆的运动轨迹和车辆运动学来计算轮胎转角，将该转角与编码器读取的方向盘转角进行融合来估算轮胎转角；结合了基于车辆轨迹计算的轮胎转角长期稳定以及通过编码器计算的轮胎转角短期精度高的特点，能够在农机车辆正常作业的情况下提供精确、稳定性高的轮胎转角。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，估算方法包括：
S100：在车体上安装GNSS天线，在车辆方向盘的电机上安装编码器；
S200：根据GNSS位置坐标计算车辆的航向角；其中，步骤S200包括：
S201：通过GNSS天线获取车体坐标东和坐标北的位置信息；其中，在步骤S201中GNSS天线的采样频率为10Hz；在步骤S202中采用的是相隔固定时间间隔的数据来计算得到车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差，从而得到相隔固定时间间隔的车辆航向角；
S202：根据步骤S201获取的位置信息得到车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差；
S203：根据公式计算车辆的航向角，公式为：ψ＝tan-1(ΔE/ΔN)；其中，ψ表示航向角；ΔE表示车体坐标东的坐标差；ΔN表示车体坐标北的坐标差；
S300：根据步骤S200计算得到的航向角得到航向角差值，根据航向角差值计算车体偏航角速率；其中，车体偏航角速率的计算公式为：
Figure BDA0003221956300000041
其中，Δψ为航向角差；Δt为时间间隔；
S400：根据车体运动学计算轮胎的绝对转角；其中，步骤S400包括：
S401：测量车辆的轴距，获取车辆的行驶速度；
S402：根据公式计算车体轮胎的绝对转角，公式为：
Figure BDA0003221956300000051
其中，L为车辆的轴距；V为车辆的行驶速度；
Figure BDA0003221956300000052
为车体偏航角速率；
S500：读取车辆方向盘电机上编码器的数值，对该数值进行计算处理得到相应的编码器转角；再对编码器转角进行修正；其中，步骤S500包括：
S501：将读取到的车辆方向盘电机上编码器的数值除以车辆传动比获得基于方向盘转角的车辆的轮胎转角θe；
S502：将步骤S400中计算得到的车体轮胎的绝对转角θv与车辆的轮胎转角θe之间做差，可计算得到两者的差值Δθ＝θv-θe；
S503：对差值Δθ的前三秒数据做平均处理得到差值Δθ的前三秒数据的平均值，将平均值对编码器进行补偿，获取平滑的轮胎转角θt；
S600：当轮胎转角变化率大于设定阈值时使用卡尔曼滤波算法估算轮胎转角；
其中，步骤S600：
S601：列出车辆状态空间方程，车辆状态空间方程如下：
Figure BDA0003221956300000053
其中，θr为估算轮胎转角；θt为对编码器进行补偿所得轮胎转角；τ为时间常数；ur和ut分别为θr和θt对应的噪声；
S602：列出车辆输出方程，输出方程如下：
Figure BDA0003221956300000054
其中，y为测量输出；
S603：将车辆状态空间方程和车辆输出方程进行离散化，分别得到车辆状态空间方程和车辆输出方程的离散方程：
Figure BDA0003221956300000061
Figure BDA0003221956300000062
其中，Δt为采样时间间隔，θr(k)代表k时刻的轮胎转角。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，其特征在于，所述估算方法包括：
S100：在车体上安装GNSS天线，在车辆方向盘的电机上安装编码器；
S200：根据GNSS位置坐标计算车辆的航向角；
S300：根据步骤S200计算得到的航向角得到航向角差值，根据所述航向角差值计算车体偏航角速率；
S400：根据车体运动学计算轮胎的绝对转角；
S500：读取车辆方向盘电机上编码器的数值，对该数值进行计算处理得到相应的编码器转角；再对所述编码器转角进行修正；
所述步骤S500包括：
S501：将读取到的车辆方向盘电机上编码器的数值除以车辆传动比获得基于方向盘转角的车辆的轮胎转角θe；
S502：将步骤S400中计算得到的车体轮胎的绝对转角θv与所述车辆的轮胎转角θe之间做差，可计算得到两者的差值Δθ＝θv-θe；
S503：对所述差值Δθ的前三秒数据做平均处理得到所述差值Δθ的前三秒数据的平均值，将所述平均值对编码器进行补偿，获取平滑的轮胎转角θt；
S600：当轮胎转角变化率大于设定阈值时使用卡尔曼滤波算法估算轮胎转角；
所述步骤S600：
S601：列出车辆状态空间方程，所述车辆状态空间方程如下：
Figure FDA0003536018720000011
其中，θr为估算轮胎转角；θt为对编码器进行补偿所得轮胎转角；τ为时间常数；ur和ut分别为θr和θt对应的噪声；
S602：列出车辆输出方程，所述输出方程如下：
Figure FDA0003536018720000021
其中，y为测量输出；
S603：将所述车辆状态空间方程和所述车辆输出方程进行离散化，分别得到所述车辆状态空间方程和所述车辆输出方程的离散方程：
Figure FDA0003536018720000022
Figure FDA0003536018720000023
其中，Δt为采样时间间隔，θr(k)代表k时刻的轮胎转角。
2.根据权利要求1所述的一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，其特征在于：所述步骤S200包括：
S201：通过GNSS天线获取车体坐标东和坐标北的位置信息；
S202：根据步骤S201获取的位置信息得到车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差；
S203：根据公式计算车辆的航向角，所述公式为：ψ＝tan-1(ΔE/ΔN)；其中，ψ表示航向角；ΔE表示车体坐标东的坐标差；ΔN表示车体坐标北的坐标差。
3.根据权利要求2所述的一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，其特征在于：在所述步骤S201中GNSS天线的采样频率为10Hz；在步骤S202中采用的是相隔固定时间间隔的数据来计算得到所述车体坐标东的坐标差和车体坐标北的坐标差，从而得到相隔固定时间间隔的车辆航向角。
4.根据权利要求1所述的一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，其特征在于：所述步骤S300中所述车体偏航角速率的计算公式为：
Figure FDA0003536018720000024
其中，Δψ为航向角差；Δt为时间间隔。
5.根据权利要求1所述的一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法，其特征在于：所述步骤S400包括：
S401：测量车辆的轴距，获取车辆的行驶速度；
S402：根据公式计算车体轮胎的绝对转角，所述公式为：
Figure FDA0003536018720000031
其中，L为车辆的轴距；V为车辆的行驶速度；
Figure FDA0003536018720000032
为车体偏航角速率。
CN202110960688.8A 2021-08-20 2021-08-20 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法 Active CN113682375B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110960688.8A CN113682375B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110960688.8A CN113682375B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113682375A CN113682375A (zh) 2021-11-23
CN113682375B true CN113682375B (zh) 2022-05-17

Family

ID=78581169

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110960688.8A Active CN113682375B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113682375B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114132323B (zh) * 2021-12-01 2022-09-27 上海联适导航技术股份有限公司 一种基于陀螺仪和方向盘转角的轮胎转角分析方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW430620B (en) * 1997-04-15 2001-04-21 Toyoda Automatic Loom Works Industrial vehicle with power steering apparatus and steering wheel angle correction device
US9778659B2 (en) * 2012-09-10 2017-10-03 Trimble Inc. Agricultural autopilot steering compensation
CN107765271A (zh) * 2016-08-20 2018-03-06 王艺霖 一种基于gnss的农机自动导航控制***
CN108762323B (zh) * 2018-04-04 2021-08-20 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方法
US10753752B2 (en) * 2018-07-26 2020-08-25 Trimble Inc. Vehicle manual guidance systems with steering wheel angle sensors and road wheel angle sensors
US11178805B2 (en) * 2019-07-05 2021-11-23 Deere & Company Apparatus and methods for vehicle steering to follow a curved path

Also Published As

Publication number Publication date
CN113682375A (zh) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110221333B (zh) 一种车载ins/od组合导航***的量测误差补偿方法
US7096116B2 (en) Vehicle behavior detector, in-vehicle processing system, detection information calibrator, and in-vehicle processor
US4788645A (en) Method and apparatus for measuring relative heading changes in a vehicular onboard navigation system
CN112050809B (zh) 轮式里程计与陀螺仪信息融合的无人车定向定位方法
US20090265054A1 (en) In-vehicle sensor-based calibration algorithm for yaw rate sensor calibration
CN106687764B (zh) 用于初始化传感器融合***的方法和***
CN110133694B (zh) 基于双天线gnss航向和轮速辅助的车辆定位方法及***
CN107063305B (zh) 用惯导、压力传感器修正下坡悬空后轮里程计误差的方法
CN110530361B (zh) 基于农业机械双天线gnss自动导航***的转向角度估计器
WO2007059134A1 (en) Dead reckoning system
CN114076610B (zh) Gnss/mems车载组合导航***的误差标定、导航方法及其装置
CN112284415B (zh) 里程计标度误差标定方法、***及计算机存储介质
CN111024074A (zh) 一种基于递推最小二乘参数辨识的惯导速度误差确定方法
CN113682375B (zh) 一种基于车辆轨迹的轮胎转角估算方法
CN112762961A (zh) 一种车载惯性里程计组合导航在线标定方法
CN112014599B (zh) 一种集装箱卡车的轮速计速度修正方法及装置
CN114964222A (zh) 一种车载imu姿态初始化方法、安装角估计方法及装置
US20230194565A1 (en) Method of compensating for sensor tolerances
CN114475581B (zh) 基于轮速脉冲和imu卡尔曼滤波融合的自动泊车定位方法
CN116338719A (zh) 基于b样条函数的激光雷达-惯性-车辆融合定位方法
CN113126136A (zh) 基于电机方向盘的无前轮传感器自动驾驶***
US6085149A (en) Integrated inertial/VMS navigation solution
CN114964262A (zh) 一种基于多源融合的机器人定位方法
KR20050018440A (ko) 차량의 위치 보정 시스템
CN116625360B (zh) 一种基于强跟踪模型的扫地机打滑识别和修正方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant