一种车轮转角测量装置及运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自动驾驶辅助装置，具体说是车轮转角测量装置及运行方法。它包括车轮陀螺仪、力矩电机和导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。运行时，导航控制箱先通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车轮转向角速度和方向盘的转向角速度信息，对二者信息进行加权融合，融合后的角速度信息进行积分得到车轮角度信息，再在车辆运动过程中，导航控制箱根据车辆运动学模型预估车辆前轮转角，采用kalman滤波估计，实时估计和修正车轮角度积分误差和陀螺零偏，确保了车轮角度信息的准确性。该测量装置的安装过程简便、消耗的人力较少，使用效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种车轮转角测量装置及运行方法
本专利技术涉及一种自动驾驶辅助装置，具体说是车轮转角测量装置及运行方法，特别适用于农机。
技术介绍
在精准农业领域，农机在自动驾驶时需要知晓驱动轮的转角信息，作为车辆状态信息用于反馈控制，车轮角度信息的精度直接关系到农机的行走精度，直接影响农机作业效率和效果。传统的车轮转角测量装置为接触式霍尔式传感器。然而，接触式霍尔传感器的缺点是结构件较为复杂，安装较麻烦。并且霍尔旋转中心和农机转向节中心要求同轴安装，安装时需要专业人员花费很长时间校准车轮中心位置的角度，导致安装过程较繁琐，消耗的人力较多。而且，需专业人员花费很长时间校准车轮中心位置的角度，导致使用效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种车轮转角测量装置及运行方法，该测量装置的安装过程简便、消耗的人力较少，使用效率较高。为解决上述问题，提供以下技术方案：本专利技术的车轮转角测量装置的特点是包括安装在车辆前轮转向节上的车轮陀螺仪。与车辆方向盘相连的力矩电机。安装在车辆车身上的导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。本专利技术的车轮转角测量装置的运行方法的特点是包括如下步骤：步骤1：导航控制箱通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车辆前轮角速度信息和方向盘的角速度信息，对二者信息进行加权融合，对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分得到车辆前轮角度信息，具体含有以下步骤：步骤101，导航控制箱高频率实时获取车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro其中，ωgyro＝ω1+Biasa，ω1是车辆前轮实际角速度，Biasa是车轮陀螺仪偏置。步骤102：导航控制箱实时获取力矩电机的转向速度信息ωmotor其中，ωmotor＝ω2，ω2是力矩电机输出的角速度。步骤103：导航控制箱对车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro和力矩电机的角速度信息ωmotor进行加权融合其中，ω＝(ωgyro+ωmotor)/2，ω加权融合后的车轮陀螺仪的角速度信息和力矩电机的角速度信息。步骤104：导航控制箱实时获取车身旋转角速度信息ωvehicle其中，ωvehicle＝ω3+Biasb，ω3是车身实际角速度，Biasb是车身陀螺仪偏置，Biasb是被导航控制箱中的GNSS/INS组合导航估计出来的已知量。步骤105：导航控制箱对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分，得到车辆前轮角度信息θ1，积分公式是：θ1(k)＝θ1(k-1)+(ω-ωvehicle)*dt＝θ1(k-1)+[(ω1+Biasa+ω2)/2-(ω3+Biasb)]*dt其中，dt是积分时间间隔，它等于＝0.02秒，k表示k时刻，车轮陀螺仪偏置Biasa未知，随着积分时间增加，θ1的积分误差会越来越大。步骤2：车辆运动过程中，导航控制箱根据车辆运动学模型预估车辆前轮转角，采用kalman滤波估计，实时估计和修正车辆前轮角度误差和车轮陀螺仪偏置，具体含有以下步骤，步骤201：导航控制箱根据陀螺误差特性，动态初始化kalman滤波估计相关的参数矩阵状态量其中，δθ是车辆前轮转向角度误差。观测量Z＝θ1-θ2，其中，Z是观测角度误差，θ2是根据车辆运动学模型预估的车辆前轮转角；系统状态方程为：其中，φ是状态转移矩阵，τ是车轮陀螺仪相关时间，根据陀螺数据手册给定。系统观测方程：其中，H是状态观测矩阵。系统初始状态量系统状态噪声矩阵系统观测噪声矩阵R＝1。系统状态初始协方差矩阵系统初始增益矩阵步骤202：导航控制箱根据车辆运动学模型，预估车辆前轮转角θ2，其中，L是车辆轴距，V是车辆中心处速度。步骤203：如果陀螺仪数据更新，导航控制箱则进行kalman滤波估计，修正积分误差和陀螺零偏。一步预测状态量：一步预测状态协方差：滤波增益计算：状态协方差矩阵更新：状态估计更新：最终得到修正后的车辆转角：θ＝θ1-X[1]，其中X[1]是δθ，即车辆前轮转向角度误差。陀螺估计零偏：Biasa＝Biasa+X[2]，其中X[2]是Biasa，即车轮陀螺仪偏置。其中，所述步骤101和步骤102中，高频率是200Hz，然后均值滤波为50Hz的数据更新频率。力矩电机的速度反馈频率是50Hz，除以传动比之后转换到车轮的转向。所述kalman滤波估计是扩展kalman滤波估计。采取以上方案，具有以下优点：由于本专利技术的车轮转角测量装置的包括车轮陀螺仪、力矩电机和导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。使用时，将车轮陀螺仪安装在车辆前轮转向节上，将力矩电机与车辆方向盘相连，将导航控制箱安装到车辆车身上。工作时，导航控制箱先通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车轮转向角速度和方向盘的转向角速度信息，对二者信息进行加权融合，融合后的角速度信息进行积分得到车轮角度信息，再在车辆运动过程中，导航控制箱根据车辆运动学模型预估车辆前轮转角，采用kalman滤波估计，实时估计和修正车轮角度积分误差和陀螺零偏，确保了车轮角度信息的准确性。陀螺仪和力矩电机的车轮角度测量方法是非接触式，只需要陀螺仪和车辆驱动轮刚性链接即可，不需要复杂结构或同轴安装，大大简化了安装过程，减小了人力的消耗。而且，安装过程简便，工作人员消耗的时间较少，从而大大提高了车辆使用效率。附图说明图1是本专利技术的车轮转角测量装置及运行方法中车轮转角测量装置的安装示意图；图2是本专利技术的车轮转角测量装置及运行方法中车轮转角测量装置的运行方法的原理图；图3是本专利技术的车轮转角测量装置及运行方法中kalman滤波估计的流程图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的车轮转角测量装置包括安装在车辆前轮转向节上的车轮陀螺仪。与车辆方向盘相连的力矩电机。安装在车辆车身上的导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。如图2所示，本专利技术的车轮转角测量装置的运行方法包括如下步骤：步骤1：导航控制箱通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车辆前轮角速度信息和方向盘的角速度信息，对二者信息进行加权融合，对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分得到车辆前轮角度信息，具体含有以下步骤：步骤101，导航控制箱高频率实时获取车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro其中，ωgyro＝ω1+Biasa，ω1是车辆前轮实际角速度，Biasa是车轮陀螺仪偏置。步骤102：导航控制箱实时获取力矩电机的转向速度信息ωmotor其中，ωmotor＝ω2，ω2是力矩电机输出的角速度。步骤103：导航控制箱对车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro和力矩电机的角速度信息ωmotor进行加权融合其中，ω＝(ωgyro+ωmotor)/2，ω加权融合后的车轮陀螺仪的角速度信息和力矩电机的角速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车轮转角测量装置，其特征在于包括安装在车辆前轮转向节上的车轮陀螺仪；与车辆方向盘相连的力矩电机；安装在车辆车身上的导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种车轮转角测量装置，其特征在于包括安装在车辆前轮转向节上的车轮陀螺仪；与车辆方向盘相连的力矩电机；安装在车辆车身上的导航控制箱，导航控制箱内有车身陀螺仪。


2.如权利要求1所述的车轮转角测量装置的运行方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：导航控制箱通过车轮陀螺仪和力矩电机分别获得车辆前轮角速度信息和方向盘的角速度信息，对二者信息进行加权融合，对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分得到车辆前轮角度信息，具体含有以下步骤：
步骤101，导航控制箱高频率实时获取车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro
其中，ωgyro＝ω1+Biasa，ω1是车辆前轮实际角速度，Biasa是车轮陀螺仪偏置；
步骤102：导航控制箱实时获取力矩电机的转向速度信息ωmotor
其中，ωmotor＝ω2，ω2是力矩电机输出的角速度；
步骤103：导航控制箱对车轮陀螺仪的角速度信息ωgyro和力矩电机的角速度信息ωmotor进行加权融合
其中，ω＝(ωgyro+ωmotor)/2，ω加权融合后的车轮陀螺仪的角速度信息和力矩电机的角速度信息；
步骤104：导航控制箱实时获取车身旋转角速度信息ωvehicle
其中，ωvehicle＝ω3+Biasb，ω3是车身实际角速度，Biasb是车身陀螺仪偏置，Biasb是被导航控制箱中的GNSS/INS组合导航估计出来的已知量；
步骤105：导航控制箱对融合后的角速度信息去除车体旋转角速度后进行积分，得到车辆前轮角度信息θ1，积分公式是：
θ1(k)＝θ1(k-1)+(ω-ωvehicle)*dt
＝θ1(k-1)+[(ω1+Biasa+ω2)/2-(ω3+Biasb)]*dt
其中，dt是积分时间间隔，它等于＝0.02秒，k表示k时刻，车轮陀螺仪偏置Biasa未知，随着积分时间增加，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱龙泉，陈向东，程方，印辰昊，陈彬，周光，王烁，吴飞，
申请(专利权)人：无锡卡尔曼导航技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32