用以控制车辆转向的方法和设备技术

公开了一种控制车辆转向的方法、设备、系统和制造物品。一种示例性设备包括：路径获取接口，所述路径获取接口被配置成经由用户接口获得采样间隔；和控制器，所述控制器被配置成在获取模式期间：基于包括与前车轮的转弯半径相关联的距离的三角函数而确定所述车辆的车轮的转向角度；和利用所述转向角度促使全球导航卫星系统(GNSS)接收器从第一位置行进到第二位置，所述GNSS接收器在第一采样时间位于所述第一位置处并且在第二采样时间位于所述第二位置处，所述第一采样时间和所述第二采样时间相差所述采样间隔。间相差所述采样间隔。间相差所述采样间隔。

【技术实现步骤摘要】
用以控制车辆转向的方法和设备
[0001]相关申请
[0002]本专利源于要求在2019年7月5日提交的序列号为62/870,898的美围临时专利申请的权益的申请。序列号为62/870,898的美国临时专利中请借此通过全文引用并入本文中。借此要求序列号为62/870,898的美国临时专利申请的优先权。
专利

[0003]本公开一般来说涉及一种车辆控制，并且更特定来说，涉及用以控制车辆转向的方法和设备。

技术介绍

[0004]近年来，农用车辆已经变得越来越自动化。农用车辆可以半自主或完全自主地在田地上驾驶和执行操作。农用车辆使用包括种植工具、喷洒工具、收获工具、施肥工具、铲运/耕耘工具等的工具来执行操作。这些自主农用车辆包括多个传感器(例如，全球导航卫星系统(GNSS)、全球定位系统(GPS)、光检测和测距(LIDAR)、无线电检测和测距(RADAR)、声音导航和测距(SONAR)、远程信息处理传感器等)，以在没有来自人类用户的辅助的情况下或在有限的辅助的情况下帮助导航。
附图说明
[0005]图1是示例性车辆和用以引导车辆的示例性车辆控制网络的示意性图示。
[0006]图2是包括示例性前车轮转向车辆和示例性GNSS接收器的系统的运动学图示。
[0007]图3是包括示例性后车轮转向车辆和示例性GNSS接收器的系统的运动学图示。
[0008]图4是被配置成产生图1的车轮角度命令和路径显示数据的图1的控制器的示意性图示。
[0009]图5A是当由处理器执行时在阻尼比率(damping ratio)小于阈值时求解所期望的路径解的示例性代码的图示。
[0010]图5B是当由处理器执行时在阻尼比率是阈值时求解所期望的路径解的示例性代码的图示。
[0011]图5C是当由处理器执行时在阻尼比率大于阈值时求解所期望的路径解的示例性代码的图示。
[0012]图6是描绘对于变化的固有频率(natural frequency)，前车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0013]图7是描绘对于如在图6中的替代阻尼比率下变化的固有频率，前车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0014]图8是描绘对于如在图6和图7中的替代阻尼比率下不同的固有频率，前车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0015]图9是描绘对于变化的固有频率，后车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0016]图10是描绘对于如在图9中的替代阻尼比率下变化的固有频率，后车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0017]]图11是描绘对于如在图9和图10中的替代阻尼比率下不同的固有频率，后车轮转向车辆的横向误差对时间的图形图示。
[0018]图12是表示可以被执行以实施图1的示例性车辆控制网络来控制前转向车辆的转向的机器可读指令的流程图。
[0019]图13是表示可以被执行以实施图1的示例性控制器来确定用于前转向车辆的前车轮的车轮角度命令的机器可读指令的流程图。
[0020]图14是表示可以被执行以实施图1的示例性车辆控制网络来控制后转向车辆的转向的机器可读指令的流程图。
[0021]图15是表示可以被执行以实施图1的示例性控制器米确定用于后转向车辆的后车轮的车轮角度命令的机器可读指令的流程图。
[0022]图16是被构造成执行图12到图15的指令来实施图1和图4的车辆控制网络的示例性处理平台的框图。
[0023]附图不是按比例绘制的。通常，在所有附图和所附书面描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
[0024]当标识可以单独指代的多个元件或部件时，本文中使用描述符“第一”、“第二”、“第三”等。除非基于它们的使用上下文另有规定或理解，否则这样的描述符并不意在赋予任何优先级、列表中的物理顺序或布置或者时间排序的含义，而是仅仅为了便于理解所公开的示例而被用作用于单独地指代多个元件或部件的标签。在一些示例中，描述符“第一”可以被用于指代详细描述中的元件，而相同的元件可以在权利要求书中用例如“第二”或“第三”的不同描述符来指代。在这样的例项中，应该理解，使用这样的描述符仅仅是为了便于引用多个元件或部件。
具体实施方式
[0025]农用车辆的自动化在商业上是高度可期望的，因为自动化可以改进执行操作的准确性，减少操作员疲劳，改进效率，并且产生其它益处。自动车辆通过遵循引导线移动。用以产生引导线的传统方法包括使用依赖于控制参数和/或控制器增益的反馈控制系统来控制系统。举例来说，这样的控制参数包括比例控制器、积分控制器和微分(PID)控制器。这样的传统控制器需要至少四个控制参数(例如，控制器增益)以在特定的操作模式中控制车辆。控制器可以具有许多不同的操作模式，包括获取操作模式和跟踪操作模式。如本文中所使用的，“跟踪”、“跟踪模式”、“跟踪操作模式”和/或它们的派生词指代遵循和/或跟踪引导线。如本文中所使用的，“获取”、“获取模式”、“获取操作模式”和/或它们的派生词指代到达引导线、路径和/或获取与引导线基本上类似(例如，在一米内、在半米内、在两米内等)的位置。
[0026]虽然当车辆已经获取了引导线时(例如，当车辆处于跟踪模式中时)可能可期望使用传统的控制器，但是当控制车辆时在车辆获取了引导线时(例如，当车辆处于获取模式中时)，这样的传统控制器变得难以置信地麻烦。举例来说，车辆可以从许多不同的位置获取引导线。在一些示例中，车辆是停放的。在其它示例中，车辆在农田中操作并且被手动地控
制。仍然在进一步的示例中，车辆从一个引导线变换到另一个引导线。
[0027]当使用传统设计方法时，为了设计能够可靠地获取引导线的令人满意的控制器，需要许多小时的车辆操作来任意地调整控制参数以确定多个控制参数数据集，传统控制器可以使用所述控制参数数据集来从农田或其它环境中的位置获取线。每个控制参数是车辆位置相对于引导线和车辆操作获取引导线的速度的函数。因此，在设计周期期间，控制参数中的每一个必须针对预设定数量的速度和距引导线的预设定数量的距离来单独地调谐。
[0028]传统控制器必须包括针对为每个操作模式的控制参数数据集分配的大量存储器。举例来说，如果传统控制器包括用于获取模式操作的四个控制参数，则必须针对预设数量的速度(例如，五个)和距引导线的预设数量的距离(例如，5米)调谐每个控制参数。每个控制参数通常是3位数，并且具有100个控制参数来处理五个距离和五个速度，所存储的结果数据集需要至少700位的存储器。添加额外的控制参数(例如，控制器增益)将大幅增加传统控制器必须存储的控制参数的数量。
[0029]除了被存储的每个数据集所需要的已经很大的存储器之外，还需要额外的逻辑开销来维护、读取和写入存储器。在多个不同的操作模式中，传统控制器可靠地控制车辆所需要的数据量可以容易地进入千位和兆位的范围。
[0030]此外，在传统控制器的操作期间，最终用户不能够影响车辆获取引导线的速率。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用以控制车辆转向的设备，所述设备包括：路径获取接口，所述路径获取接口被配置成经由用户接口获得采样间隔；和控制器，所述控制器被配置成在获取模式期间：基于包括与所述车辆的前车轮的转弯半径相关联的距离的三角函数而确定所述车辆的车轮的转向角度；和利用所述转向角度促使全球导航卫星系统(GNSS)接收器从第一位置行进到第二位置，所述GNSS接收器在第一采样时间位于所述第一位置处并且在第二采样时间位于所述第二位置处，所述第一采样时间和所述第二采样时间相差所述采样间隔。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车轮是所述前车轮，所述三角函数是反正弦运算，所述距离是第一距离，所述转弯半径是第一转弯半径，并且所述第一距离基于与所述车辆的后车轮的第二转弯半径相关联的第二距离以及在所述前车轮和所述后车轮之间的第三距离。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述距离是第一距离，并且其中，所述控制器被配置成基于反正弦运算而确定所述转向角度，该反正弦运算包括所述车辆的前车轮和后车轮之间的第二距离除以所述第一距离。4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述GNSS接收器定位在所述车辆的后车轮和所述前车轮之间。5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车轮是后车轮，所述三角函数为反正切运算，所述距离是第一距离，所述转弯半径是第一转弯半径，并且所述第一距离基于与所述GNSS接收器的第二转弯半径相关联的第二距离以及在所述GNSS接收器和所述前车轮之间的第三距离。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述车轮是后车轮，所述距离是第一距离，并且所述控制器被配置成基于反正切运算而确定所述车辆的后车轮的转向角度，该反正切运算包括所述第一距离除以在所述前车轮和所述后车轮之间的第二距离。7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述转向角度偏移与一范围的一半相关联的恒定值，所述范围与所述转向角度相关联。8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述GNSS接收器定位在所述车辆的前车轮的前方。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述路径获取接口进一步获得阻尼比率和固有频率。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一位置是所述GNSS接收器的地理位置。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器被配置成在不使用控制器增益的情况下确定所述转向角度。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制器进一步包括显示路径产生器，所述显示路径产生器被配置成将路径投射数据传输到所述车辆中的用户显示器。13.种包含指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在被执行时促使一个或多个处理器至少：经由用户接口获得采样间隔；当在获取模式中操作时，基于包括与车辆的前车轮的转弯半径相关联的距离的三角函
数而确定所述车辆的车轮的转向角度；和利用所述转向角度促使全球导航卫星系统(GNSS)接收器从第一位置行进到第二位置，所述GNSS接收器在第一采样时间位于所述第一位置处并且在第二采样时间位于所述第二位置处，所述第一采样时间和所述第二采样时间相差所述采样间隔。14.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述车轮是所述前车轮，所述三角函数是反正弦运算，所述距离是第一距离，所述转弯半径是第一转弯半径，并且所述第一距离基于与所述车辆的后车轮的第二转弯半径相关联的第二距离以及在所述前车轮和所述后车轮之间的第三距离。15.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述距离是第一距离，并且其中，所述指令促使所述一个或多个处理器基于反正弦运算而确定所述转向角度，该反正弦运算包括所述车辆的前车轮和后车轮之间的第二距离除以所述第一距离。16.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，所述GNSS接收器定位在所述车辆的后车轮和所述前车轮之间。17.根据权利要求13所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：威廉，
申请(专利权)人：迪尔公司，
类型：发明
国别省市：