一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术利用高精度的加速度感应、磁感应技术与精确的数学模型提供一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置，通过安装在车辆两后车轮的加速度模块、磁感应模块采集加速度感应、磁感应数据，利用数学模型计算出车轮转动角度，并通过车轮转动角度计算出车轮模块行驶距离，根据阿克曼转向几何，对车辆两个后车轮转弯时的过程进行建模，将车轴中心点的坐标偏移和偏向角变化量代入三角函数计算出车辆地面坐标系的位移(Δx,Δy)；相对于传统测量轨迹方法，本测量系统计算每个时间间隔内车辆后车轮轴的位置变化和角度变化，代表整台车辆的运动情况，数学模型要求的参数更少，测量或获取的方式更加简单，抗干扰能力强并且测量精度更高。

An accurate measurement method and device of moving track based on acceleration induction and magnetic induction

【技术实现步骤摘要】
一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置
本专利技术涉及一种利用传感器确定车辆位移、轨迹测量
，尤其涉及一种基于加速度感应传感器与磁感应传感器的转动角度精确测量系统。
技术介绍
精确定位技术，在过去的几十年取得了很大的进展，基本可以分为两类，一类是相对位置定位，从某个基准点出发，记录方向、距离进行定位，如惯性导航，测向测距等，另一类则为绝对位置（坐标）定位，如GPS，视觉定位，地形匹配，恒星定位；绝对位置定位，现在已经达到了较高的精度，尤其是基于GPS的差分定位技术，现在可以达到厘米级别甚至毫米级别，但是民用领域的相对定位还在一个比较低的级别。现有技术中对于转动角度的测量，多采用基于霍尔效应的脉冲计数装置，或者是与转轴联动的分度盘和旋转编码解码器方式，或者使用交流供电的自整角机：脉冲计数装置广泛应用于车辆行程采集，在车轮上固定霍尔元件，通过采集车轮转动圈数，获取车辆行驶里程，此方法的最小计量单位为车轮转动一圈的周长，精度不高。分度盘和旋转编码解码器，多用于精密伺服电机转动角度控制，通过给定脉冲控制电机转动角度，并通过分度盘、解码器获知电机当前角度。此方法成本较高，对使用环境限制严格，使用交流供电的自整角机在控制系统中得到了广泛应用，此方法成本较高，体积大，同时一般要求外部提供交流电源，对使用环境限制严格。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是克服现有技术的不足，利用加速度模块、磁传感模块及由此建立的数学模型提供一种高精度、低误差的移动轨迹精确测量方法。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法，包括以下步骤：s1、在车轮圆心位置设置用于采集左手坐标系的加速度数据的加速度模块，利用加速度模块采集到的加速度数据,，计算出车辆两个车后轮的车轮转动角度α1、α2及车轮转动角度变化量Δα1、Δα2并计算出车辆移动轨迹；s2、将车轮转动角度变化量Δα1、Δα2分别和车轮模块的半径D代入公式，计算出车轮模块行驶距离Δs1、Δs2，通过车轮移动距离Δs1、Δs2计算出车辆移动轨迹；s3、根据车轮移动圆弧外侧曲线L、车轮移动圆弧内侧曲线R、车轴长度W计算出内圆半径r；s4、将内圆半径r代入公式计算出t到t+1时刻的弧度角φ；s5、对弧度角φ进行角度制转换得到车辆偏向角变化量Δθ；s6、以t时刻的车轴中心点为原点，建立前进方向为y轴正方向，从移动圆弧外侧车轮模块指向移动圆弧内侧车轮模块的方向为x轴正方向的坐标系，命名为车辆坐标系；s7、将偏向角变化量Δθ、车轴长度W、内圆半径r代入公式计算出车轴中心点的坐标偏移d；s8、将t时刻的偏向角θ(t)、t到t+1时刻的车轴中心点的坐标偏移d和偏向角变化量Δθ代入三角函数解出t到t+1时刻车辆在地面坐标系中的位移Δx、Δy；s9、利用车辆偏向角变化量Δθ、位移Δx和位移Δy计算出车辆t+1时刻在地面坐标系上的位置x(t+1)、y(t+1)和偏向角θ(t+1)；s10、利用车辆在地面坐标系上的位置x(t)、y(t)、θ(t)和x(t+1)、y(t+1)、θ(t+1)绘制出车辆移动轨迹。所述车轮转动角度变化量Δα1、Δα2的计算方法为：根据受力平衡建立方程计算t时刻车轮转动角度α1(t)、α2(t)、t+1时刻车轮转动角度α1(t+1)、α2(t+1)，再计算出车轮转动角度变化量Δα1、Δα2:Δα1=α1(t+1)-α1(t)Δα2=α2(t+1)-α2(t)所述车轮模块行驶距离Δs1、Δs2的计算方法为：Δs1=Δα1*D*Δs2=Δα2*D*。所述车轮移动内圆半径r的计算方法：所述车轮在t+1时刻移动构成圆弧的弧度角φ的计算方法为所述弧度角φ换算成车辆偏向角变化量Δθ的计算方法为：所述t+1时刻的车轴中心点的坐标偏移d的计算方法为：所述t+1时刻车辆的地面坐标系位移Δx、Δy的计算方法为所述新的车辆偏向角θ(t+1)=θ(t)+Δθ。所述步骤s1至s5中的车轮转动角度α1、车轮模块行驶距离Δs1和车辆偏向角变化量Δθ可用于测量单个车轮的移动轨迹。一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量装置，包括：设置于车轮圆心位置的传感器、存储有可被执行用于实现如权利要求1至5中任一项所述方法的存储器；用于传输用于实现如权利要求1至5中任一项所述方法的数据传输模块；以及用于执行如权利要求1至5中任一项所述方法的数据处理器；用于融合如权利要求1至5中任一项所述方法数据的数据融合模块；所述传感器包括：加速度模块，用于检测物体在载体坐标系中三个轴的加速度信号并输出；磁感应模块，用于检测地磁场的强度和方向信息并输出。本专利技术的有益效果是：利用高精度的加速度感应、磁感应技术与精确的数学模型提供一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置，通过安装在车辆两个后车轮的加速度模块、磁感应模块采集加速度感应、磁感应数据，利用数学模型计算出车轮转动角度，并通过车轮转动角度计算出车轮模块行驶距离，根据阿克曼转向几何，对车辆两个后车轮转弯时的过程进行建模，将车轴中心点的坐标偏移和偏向角变化量代入三角函数计算出车辆地面坐标系的位移(Δx,Δy)；相对于传统测量轨迹方法，本测量系统计算每个时间间隔内车辆后车轮轴的位置变化和角度变化，代表整台车辆的运动情况，数学模型要求的参数更少，测量或获取的方式更加简单，抗干扰能力强并且测量精度更高。附图说明为了易于说明，本专利技术由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。图1是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的车辆移动距离计算流程图；图2是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的移动轨迹计算流程图；图3是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的车轮移动示意图；图4是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的车辆两后车轮测量平面移动轨迹原理图；图5是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的地面坐标系中车辆两后车轮的移动轨迹示意图；图6是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的车辆四轮测量移动轨迹原理图;图7是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的齿轮受地磁力侧视示意图；图8是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的齿轮受地磁力俯视示意图；图9是本专利技术所述一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法及其装置的实验车辆轨迹图；图10是本专利技术所述一种基于加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法，其特征在于：包括以下步骤：/ns1、在车轮圆心位置设置用于采集左手坐标系的加速度数据的加速度模块，或者在车轮任意位置设置磁感应模块，利用加速度模块采集到的加速度数据(v

【技术特征摘要】
1.一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
s1、在车轮圆心位置设置用于采集左手坐标系的加速度数据的加速度模块，或者在车轮任意位置设置磁感应模块，利用加速度模块采集到的加速度数据(vx1,vy1),(vx2,vy2)，计算出车辆两个车后轮的车轮转动角度α1、α2及车轮转动角度变化量Δα1、Δα2并计算出车辆移动轨迹；
s2、将车轮转动角度变化量Δα1、Δα2分别和车轮模块的半径D代入公式，计算出车轮模块行驶距离Δs1、Δs2，通过车轮移动距离Δs1、Δs2计算出车辆移动轨迹；
s3、根据车轮移动圆弧外侧曲线L、车轮移动圆弧内侧曲线R、车轴长度W计算出内圆半径r；
s4、将内圆半径r代入公式计算出t到t+1时刻的弧度角φ；
s5、对弧度角φ进行角度制转换得到车辆偏向角变化量Δθ；
s6、以t时刻的车轴中心点为原点，建立前进方向为y轴正方向，从移动圆弧外侧车轮模块指向移动圆弧内侧车轮模块的方向为x轴正方向的坐标系，命名为车辆坐标系；
s7、将偏向角变化量Δθ、车轴长度W、内圆半径r代入公式计算出车轴中心点的坐标偏移d；
s8、将t时刻的偏向角θ(t)、t到t+1时刻的车轴中心点的坐标偏移d和偏向角变化量Δθ代入三角函数解出t到t+1时刻车辆在地面坐标系中的位移Δx、Δy；
s9、利用车辆偏向角变化量Δθ、位移Δx和位移Δy计算出车辆t+1时刻在地面坐标系上的位置x(t+1)、y(t+1)和偏向角θ(t+1)；
s10、利用车辆在地面坐标系上的位置x(t)、y(t)、θ(t)和x(t+1)、y(t+1)、θ(t+1)绘制出车辆移动轨迹。


2.根据权利要求1所述的一种基于加速度感应与磁感应的移动轨迹精确测量方法，其特征在于，所述车轮转动角度变化量Δα1、Δα2的计算方法为：
根据受力平衡建立方程计算t时刻车轮转动角度α1(t)、α2(t)、t+1时刻车轮转动角度α1(t+1)、α2(t+1)，再计算出车轮转动角度变化量Δα1、Δα2:

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【专利技术属性】
技术研发人员：干晓明，祝峥，
申请(专利权)人：广州英卓电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44