一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法技术

本发明专利技术涉及一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，包括安装有磁传感器、里程计、方向盘角度传感器、低精度GPS、转向控制系统和驱动控制系统的磁导航无人车及其定位方法。路基磁钉的铺设上也和磁传感器前装方案略有不同，要求标记点的位置距离弯道至少一个车长，并且弯道磁钉铺设要略靠内侧，以保证在磁传感器始终检测到磁钉，并且车头能顺利通过。定位方法上，磁传感器后装使得在车辆的定位模型和前装不同，但同样可以获得高精度的车辆位姿信息。和现有的磁传感器前装的磁导航无人车相比，本发明专利技术的优点在于降低磁传感器前装给车头外观设计上带来的困难，提高系统设计自由度，同时不降低车辆的定位精度和控制性能。

A magnetic navigation unmanned vehicle based on vehicle tail magnetic sensor and its positioning method

The invention relates to a magnetic navigation of unmanned vehicle car based on magnetic sensor and its positioning method, including the installation of a magnetic sensor, speedometer, steering wheel angle sensor, low precision GPS, steering control system and vehicle driving unmanned magnetic navigation and positioning method of control system. The laying on magnets and magnetic sensors installed before the program is slightly different, the required location marker distance curve at least one conductor, and slightly bend magnetic nails laying on the inside, to ensure that the magnetic sensor always detected magnetic nail, and the front can pass. In the positioning method, the magnetic sensor after loading makes the vehicle positioning model and front loading different, but also can obtain high precision vehicle position and pose information. Compared with the existing magnetic sensor navigation vehicle, the advantage of the invention is that it reduces the difficulties brought by magnetic sensor front loading to the appearance design of the car head, improves the freedom of the system design, and does not reduce the positioning accuracy and control performance of the vehicle.

【技术实现步骤摘要】
一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法
本专利技术涉及基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，具体地，涉及一种磁传感器安装于车尾并利用路基磁钉、航位推算传感器和控制执行器来实现车辆自动定位和自动驾驶的无人车系统。
技术介绍
现有磁导航无人车的磁传感器安装方案主要有两种：一种是车前车尾分别安装于车前和车尾；另一种是仅在车头安装磁传感器。第一种安装方案主要出现在磁导航研究早期一些研究机构的演示项目中，车辆控制上采用前馈反馈控制的经典方法。这种方案硬件成本较高，且其控制方法在城市环境等小曲率环境中实施困难。第二种安装方案仅需要一个磁传感器，采用基于地图的方法来实现车辆的定位与控制，且基于地图的方法保证车辆可以实时实现车辆的精确定位。因而第二种安装方法被广泛使用。然而，对于实际应用产品来说，由于磁传感器具有一定的长度，所以安装于车头将带来车头部位美观设计上的困难。另一方面，车辆底盘上一般有大量铁磁材料，因而对磁传感器的检测精度有影响。
技术实现思路
针对上述磁传感器安装上存在的困难，本专利技术的目的是提出一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法来解决磁传感器带来的设计困难和由磁传感器安装于车尾而带来的车辆定位方法问题。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案。提出一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，包括路基磁钉，车体，航位推算传感器，车尾磁传感器和基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法。所述路基磁钉在铺设上要求当车尾尺寸中心位于磁轨迹线上时，车头可以通过磁导航无人车运行道路并留有足够的安全余量。所述的路基磁钉，要求磁钉道路上的定位标记点处于入弯前距离入完点或出弯后距离出弯点至少一个车长的距离，以保证车辆在入弯前由车尾磁传感器检测到定位标记点或在出弯后车辆位姿调整稳定后由车尾磁传感器检测到磁定位标记点。所述车体包含为实现自动驾驶所需的转向控制系统、驱动制动控制系统及安全避障系统。所述航位推算传感器由车载里程计和方向盘角度传感器组成。所述车尾磁传感器安装于车尾后轴之后且距离车体铁磁材料一定距离，以保证传感器的检测精度。优选地，所述的车尾磁传感器由线性排列的多个磁传感器阵列组成，用于发现磁钉，辨别磁钉的极性和计算检测到的磁钉相对于磁传感器的横向偏差。优选地，所述的车尾磁传感器，通过对其检测到的磁钉进行计数和对磁钉特定极性编码的识别，可以实现车辆在磁钉轨迹上的定位。所述的基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法利用车尾磁传感器的安装位置信息和车辆运动约束信息建立系统位姿估计模型，然后通过车尾磁传感器的磁钉检测信息和磁钉的横向偏差信息对车辆位姿进行不断的修正，保证车辆在检测到磁钉时获得准确的位姿，而里程计和方向盘角度传感器信息被输入到位姿模型中以对车辆位姿进行推算。优选地，所述的基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法，其特征在于，当车尾磁传感器在入弯前检测到磁钉标记点时，修正车辆可能存在的位姿偏差保证车辆顺利通过弯道。优选地，所述的基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法，其特征在于，当车尾磁传感器在出弯后其位姿调整进入稳态后，由车尾磁传感器检测磁钉标记点，以修正在过弯过程中由于磁钉漏检造成的车辆位姿误差。与现有技术相比，所提出的基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，可以解决磁传感器前装所带来的外观设计困难，且避免了铁磁材料带来的精度影响。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为所提基于车尾磁传感器的磁导航无人车实施例的俯视结构示意图；图中：1为车体，2为磁传感器，3为车头，4为车尾。图2为所提基于车尾磁传感器的磁导航无人车实施例的侧视结构示意图；图中，1为车体，2为磁传感器，3为里程计，4为方向盘角度传感器，5为低精度GPS。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1和图2所示为本实施例的俯视示意图和侧视示意图。本专利技术所提磁导航无人车在硬件上包含车体（如图1中1），车尾磁传感器（如图1中2）、航位推算传感器（如图2中3和4），低精度GPS（如图2中5），路面磁钉（图中未画出）。磁传感器安装于车尾距离后轴约60厘米的位置处，用于检测磁钉和计算磁钉相对于磁传感器中心的横向偏差。航位推算传感器用来进行航位推算。基于车尾磁传感器的车辆定位过程如下：首先，在车辆首次投放在磁钉道路时，要求车辆纵轴与磁钉轨迹线基本平行，且横向偏差在零附近。此时车辆通过车载低精度的GPS获得初始位置。其次，当磁钉计数器和定位算法初始化结束并正常后，车辆根据导航地图信息进行导航前进，直到车尾磁传感器检测到第一个磁钉并修正车辆位姿信息。此后，车辆在未检测到磁钉时根据航位推算传感器实时推算得到位姿信息；当车辆检测到磁钉时，根据磁钉计数器的计数值和磁传感器计算得到的横向偏差信息修正航位推算结果，从而获得高精度（精度小于等于20厘米）的车辆位姿信息。再次，对于磁传感器安装于车尾的磁导航无人车的运行轨迹，要求磁钉标记点在入弯前位于距离弯道6米的位置，以便在车辆入弯前将由于可能的磁钉漏检引起的位姿误差修正过来；而在出弯后的标记点要求位于离开弯道6米位置处，以便在车辆出弯后位姿调整稳定后再进行检测标记点，从而可靠修正车辆位姿。最后，在获得车辆高精度的位姿信息后，由于磁传感器安装于车辆后方，在车辆控制上，需要保证车辆尾部始终在磁钉轨迹上，以保证磁传感器始终能检测到磁钉。这就要求在控制上，需要将预瞄控制的车上控制点尽可能靠后。然而，太过靠后的控制点虽然保证了车辆尾部很好的跟随性，但在弯道处，车头往往在轨迹外侧。所以在实际设计中，将控制点的位置作为一个调试参数，需要在系统运行调试中整定。另一方面，在控制中，预瞄距离的选择由于控制点的不同，也会有所不同，也需要在调试中确定。从上述本实施例工作过程可以看出，所提出的磁传感器后装的磁导航无人车和磁传感器前装的一样可以获得车辆高精度的位姿信息，在车辆控制上和后者有所区别，仅多增加一个控制点位置参数需要调试确定。从实际实施中的运行结果来看，系统实施复杂度和前装方案类似，且不影响车头的外观设计，增大了车辆设计灵活性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，包括路基磁钉，车体，航位推算传感器，车尾磁传感器和基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，包括路基磁钉，车体，航位推算传感器，车尾磁传感器和基于航位推算传感器和车尾磁传感器的车辆定位方法。2.根据权利要求1所述的一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，所述路基磁钉在铺设上要求当车尾尺寸中心位于磁轨迹线上时，车头可以顺利通过磁导航无人车运行道路并留有足够的安全余量。3.根据权利要求2所述的路基磁钉，其特征在于，磁钉道路上的定位标记点处于入弯前距离入完点或出弯后距离出弯点至少一个车长的距离，以保证车辆在入弯前由车尾磁传感器检测到定位标记点或在出弯后车辆位姿调整稳定后由车尾磁传感器检测到磁定位标记点。4.根据权利要求1所述一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，所述车体包含为实现自动驾驶所需的转向控制系统、驱动制动控制系统及安全避障系统。5.根据权利要求1所述一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，所述航位推算传感器由车载里程计和方向盘角度传感器组成，用于磁钉间车辆位姿的推算。6.根据权利要求1所述的一种基于车尾磁传感器的磁导航无人车及其定位方法，其特征在于，所述车尾磁传感器安装于车尾后轴之后...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱刚，杨明，王冰，孙一飞，
申请(专利权)人：苏州青飞智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32