一种自动驾驶仪、沿着跟踪直线引导车辆的方法以及计算机可读介质技术

本发明专利技术涉及一种自动驾驶仪，包括：中央控制单元；双天线接收机，连接于中央控制单元，双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体横滚角和车体航向角；角度传感器，连接于中央控制单元，角度传感器用于测量车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于中央控制单元，转向控制器用于控制车辆的前轮转向；其中，中央控制单元根据位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，中央控制单元依据侧滑航向角修正车体航向角，并计算期望前轮转向角，转向控制器依据期望前轮转向角控制前轮转向，以使得车辆沿着跟踪直线运动。

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶仪、沿着跟踪直线引导车辆的方法以及计算机可读介质
本专利技术涉及自动驾驶领域，尤其是涉及一种自动驾驶仪、沿着跟踪直线引导车辆的方法以及计算机可读介质。
技术介绍
当下，自动驾驶领域越来越热门，自动驾驶仪的应用也越来越广泛，实际工作中，至少存在以下问题之一：自动驾驶仪在工作时存在精度不高，定位不准，导致车辆无法按照预定的跟踪直线运动，降低了生产效率、提高了生产成本等问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种自动驾驶仪、沿着跟踪直线引导车辆的方法以及计算机可读介质。一方面，提供一种自动驾驶仪，包括：中央控制单元；双天线接收机，连接于中央控制单元，双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体横滚角和车体航向角；角度传感器，连接于中央控制单元，角度传感器用于测量车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于中央控制单元，转向控制器用于控制车辆的前轮转向；其中，中央控制单元根据位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，中央控制单元依据侧滑航向角修正车体航向角，并计算期望前轮转向角，转向控制器依据期望前轮转向角控制前轮转向，以使得车辆沿着跟踪直线运动。另一方面，提供一种沿着跟踪直线引导车辆的方法，包括步骤：S1：提供自动驾驶仪，自动驾驶仪包括：中央控制单元；双天线接收机，连接于中央控制单元，双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体横滚角和车体航向角；角度传感器，连接于中央控制单元，角度传感器用于测量车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于中央控制单元，转向控制器用于控制车辆的前轮转向；S1.2：计算侧滑航向角；S1.3：修正车体航向角，得到经修正的车体航向角；S1.4：计算期望前轮转向角；S1.5：依据期望前轮转向角控制前轮转向，以使得车辆沿着跟踪直线运动。另一方面，提供一种可以使用其上存储有计算机可执行指令的计算机可读介质来实施处理器，当指令被执行时，当指令被一个或多个处理器执行时，控制计算机以进行步骤，使一个或多个处理器进行沿着跟踪直线引导车辆的方法，所述方法采用如上所述的方法。本专利技术实施例至少可以达到以下的有益效果之一：1、车辆在斜坡上运动，尤其当斜坡土壤为沙质或斜坡土壤松软时，车辆可以很准确的沿着预先设定的跟踪直线运动，当发生侧滑时，本专利技术实施例的自动驾驶仪可以迅速的通过计算侧滑航向角来修正车体航向角，并进一步计算期望前轮转向角，从而控制前轮按照计算得到的期望前轮转向角转向，如此使车辆沿着预先设定的跟踪直线运动，也即车辆的实际运动轨迹不偏离预先设定的跟踪直线，如此，提高了生产效率，降低了生产成本，提高了经济效益；2、本专利技术实施例中的自动驾驶仪通过采用了双天线接收机，而不需要惯导IMU，这样对中央控制单元的安装要求没有那么严格；3、在颠簸路面工作时，IMU和GNSS接收机的组合导航方式容易发生组合导航不稳定的问题，而双天线接收机在这种情况下能仍能正常工作运行，因此本专利技术实施例的适用性更广，通用性更强。附图说明图1为现有技术的车辆在斜坡上工作的示意图；图2为现有技术的车体航向角和侧滑航向角的示意图；图3为本专利技术实施例的自动驾驶仪的结构示意图；图4为本专利技术实施例的自动驾驶仪的工作示意图；图5为本专利技术实施例的沿着跟踪直线运动的方法示意图；图6为本专利技术实施例的侧滑航向角滤波示意图。具体实施方式目前，自动驾驶仪被认为是现代高效农田作业的必需品。与人相比，自动驾驶仪可以实现更精确的驾驶，并且永远不会变疲惫。它可以使机械在黑暗或充满灰尘的条件下操作更加轻松和容易。操作者可以减少驾驶疲劳同时保证高质量的耕种。通过精确的路径跟踪，可以避免重耕和漏耕，提高了产量,同时还可以减少所使用的燃料和化学品的数量，从而节省金钱和保护环境。然而，如图1所示，在车辆E工作时，特别是车辆E在斜坡H上工作时，由于重力的作用，车辆E会被施加一个沿斜坡H向下的侧滑力F1，而当斜坡上的土地比较松软或者当土地是沙质土壤时，这个侧滑力F1会使车辆E发生侧滑(出现侧滑问题)，产生了侧滑航向角，因此当车辆E在斜坡H上按照预先设定的跟踪直线运动时，就会产生一个比较大的跟踪误差，导致车辆E的实际运动轨迹偏离了预先设定的跟踪直线，在农业生产中，就会导致播种不均匀，提高了农业生产成本，降低了生产效率(降低了农耕播种的效率)，也降低了经济效益，在建筑工程或矿山工程中，也提高了生产和运输成本，降低了生产效率，也降低了经济效益。然而现有技术中，一种是采用IMU和GNSS接收机，再利用组合导航算法可以求出车辆的实际航向角，而车辆的实际航向角已经包含了这个侧滑航向角，不需要额外计算这个侧滑航向角，但是车辆在实际工作过程中的振动强度很大，而在振动很大的情况下，组合导航算法容易变得不稳定，具体来说：车辆在实际工作过程中有一定的振动强度，而在路面颠簸的情况下，车辆振动将更严重，测量得到的惯导原始数据会有比较大的变化，从而导致组合导航的姿态解算不够准确，进而影响了组合导航算法的精度，也同时容易导致滤波算法发散，如此就导致车辆的实际运动轨迹与预先设定的跟踪直线之间存在跟踪误差(亦即，车辆的实际运动轨迹偏离了预先设定的跟踪直线)，导致车辆跟踪直线不稳定或者车辆跟踪直线不准确的问题，也即，采用IMU和GNSS接收机的组合导航方式，仍然无法解决车辆的实际运动轨迹偏离预先设定的跟踪直线的问题，任然存在车辆无法沿着预先设定的跟踪直线运动的问题(仍然存在侧滑问题)。还有一种是在车辆E上安装GNSS接收机，如图2所示，通过GNSS接收机可测得车辆E的车体航向角但是这种固定在车辆上的GNSS接收机所测得的车体航向角并没有包含侧滑航向角τ，因此，仍然无法解决车辆的实际运动轨迹D偏离预先设定的跟踪直线的问题，仍然存在车辆无法沿着预先设定的跟踪直线运动的问题(仍然存在侧滑问题)。有鉴于此，本专利技术提供一种自动驾驶仪、沿着跟踪直线引导车辆的方法以及计算机可读介质，通过计算侧滑航向角，从而进一步计算期望前轮转向角，并使转向控制器按照期望前轮转向角来控制前轮转向，从而能够抵消重力导致的侧滑力，使得车辆沿着预先设定的跟踪直线运动。为了能够更清楚地描述本专利技术的
技术实现思路
，下面结合具体实施例来进行可选的描述。需要说明的是：1、本专利技术实施例中，主天线为定位点；2、本专利技术实施例所述系统和方法适用于车辆，包括但不限于广义的农用车辆、建筑工程车辆和矿山车辆等；因此，为了方便起见，使用术语“车辆”来表示拖拉机、收割机、自行式喷洒机、建筑工程车辆和矿山车辆等。如图3-4所示，自动驾驶仪，包括：中央控制单元ECU；双天线接收机，连接于中央控制单元ECU，双天线接收机包括双天线，双天线包括主天线和从天线，其中，双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体航向角和车体横滚角；角度传感器，连接于中央控制单元ECU，角度传感器用于测量车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于中央控制单元ECU，转向控制器用于控制车辆的前轮转向，可选的，转向控制器包括但不限于液压阀或电动方向盘。其中，中央控制单元ECU根据位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，中央控制单元ECU依据侧滑航向角修正车体航向角，并计算期望前轮转向角，转向控制器依据期望前轮转向角控制前轮转向，以使得车辆沿着跟踪直线运动。具体的：中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动驾驶仪，包括：中央控制单元；双天线接收机，连接于所述中央控制单元，所述双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体横滚角和车体航向角；角度传感器，连接于所述中央控制单元，所述角度传感器用于测量所述车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于所述中央控制单元，所述转向控制器用于控制所述车辆的前轮转向；其中，所述中央控制单元根据所述位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，所述中央控制单元依据所述侧滑航向角修正所述车体航向角，并计算期望前轮转向角，所述转向控制器依据所述期望前轮转向角控制所述前轮转向，以使得所述车辆沿着跟踪直线运动。

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶仪，包括：中央控制单元；双天线接收机，连接于所述中央控制单元，所述双天线接收机用于测量车辆的位置、速度、车体横滚角和车体航向角；角度传感器，连接于所述中央控制单元，所述角度传感器用于测量所述车辆的前轮转向角；以及转向控制器，连接于所述中央控制单元，所述转向控制器用于控制所述车辆的前轮转向；其中，所述中央控制单元根据所述位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，所述中央控制单元依据所述侧滑航向角修正所述车体航向角，并计算期望前轮转向角，所述转向控制器依据所述期望前轮转向角控制所述前轮转向，以使得所述车辆沿着跟踪直线运动。2.根据权利要求1所述的自动驾驶仪，所述中央控制单元根据所述位置、速度、车体横滚角、车体航向角和前轮转向角计算侧滑航向角，包括：所述中央控制单元依据所述车体横滚角和所述位置，计算横向位置偏差；所述中央控制单元依据所述速度、所述车体航向角、所述前轮转向角和所述横向位置偏差，计算后验横向位置偏差，状态方程为：观测方程为：所述中央控制单元计算侧滑航向角：其中，y为横向位置偏差，k为时刻；v为车辆运动速度，T为双天线接收机计算周期，δ为前轮转向角，L为车辆的车体轴距，α为航向角偏差，且为k时刻的经双天线接收机测量得到的车体航向角，为初始时间的经双天线接收机测量得到的车体航向角，τ为侧滑航向角，y’为后验横向位置偏差。3.根据权利要求2所述的自动驾驶仪，所述中央控制单元依据所述侧滑航向角修正所述车体航向角，并计算期望前轮转向角，包括：所述中央控制单元修正所述车体航向角，得到经修正的车体航向角：其中，为经修正的车体航向角；所述中央控制单元依据所述经修正的车体航向角、所述后验横向偏差和所述前轮转向角，计算所述期望前轮转向角。4.根据权利要求2所述的自动驾驶仪，所述自动驾驶仪包括单轴陀螺仪，连接于所述中央控制单元，所述单轴陀螺仪用于测量车辆的车体航向角的角速度，所述中央控制单元计算后验横向位置偏差，状态方程为：观测方程为：其中，w：车辆的车体航向角的角速度。5.根据权利要求2所述的自动驾驶仪，所述中央控制单元比较航向角偏差与阈值的大小，其中，j>k，阈值范围为-5°至+5°：在时刻j，若所述航向角偏差大于阈值，则所述中央控制单元更新所述初始时间和初始位置，所述中央控制单元按照更新后的所述初始时间和初始位置，相应计算时刻j的侧滑航向角，并进一步修正所述车体航向角和计算所述期望前轮转向角，以使得所述车辆沿着跟踪直线运动；在时刻j，若所述航向角偏差小于阈值，则所述中央控制单元根据当前所述初始时间和初始位置，计算j时刻的侧滑航向角，并进一步修正所述车体航向角和计算所述期望前轮转向角，以使得所述车辆沿着跟踪直线运动。6.根据权利要求1-5所述的自动驾驶仪，所述双天线接收机包括双天线，所述双天线包括主天线和从天线。7.根据权利要求1-5所述的自动驾驶仪，所述自动驾驶仪包括命令输入模块，连接于所述中央控制单元，所述命令输入模块用于设定跟踪直线。8.一种沿着跟踪直线引导车辆的方法，包括步骤：S1：提供自动驾驶仪，所述自动驾驶仪包括：中央控制单元；双天线接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，许良，
申请(专利权)人：上海司南卫星导航技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31