一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其包括：从陀螺，其安装于车辆的前轮转向机构处，其用于测量前轮转向角速度ω

【技术实现步骤摘要】
一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置


[0001]本专利技术涉及车辆前轮转向角测量
，尤其涉及一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置。

技术介绍

[0002]前轮转向角的测量对于农机自动驾驶至关重要，现有的方案主要有两种。第一种是使用机械角度传感器，但机械角度传感器安装困难，且由于农机作业环境恶劣，其故障率较高；第二种是使用安装于车体的陀螺仪，结合车身速度，根据车体的运动学模型来计算前轮转向角，但由于农机作业时普遍速度较低，导致直接计算得到的转向角存在较大的噪声，给后续自动控制系统设计带来了挑战。
[0003]因此，有必要提出一种技术方案来克服上述问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其安装方便、故障率低、测量噪声低。
[0005]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其包括：从陀螺，其安装于车辆的前轮转向机构处，其用于测量前轮转向角速度ω
S
；车身速度测量模块，其安装于所述车辆上，其用于测量车身速度v
b
；主陀螺，其安装于所述车辆的车身处，所述主陀螺用于测量车身角速度ω
M
，所述主陀螺与所述从陀螺和车身速度测量模块通信连接，所述主陀螺还用于接收所述从陀螺测量的前轮转向角速度ω
S
以及所述车身速度测量模块测量的车身速度v
b
，并利用卡尔曼滤波器，融合所述车身角速度ω
>M
、前轮转向角速度ω
S
和车身速度v
b
计算得到校准后的车辆前轮转向角。
[0006]进一步的，所述主陀螺计算前轮相对于车身的角速度：
[0007]ω＝ω
S
‑
ω
M
#(1)
[0008]其中，ω
S
为所述前轮转向角速度ω
S
，ω
M
为所述车身角速度ω
M
。
[0009]进一步的，所述主陀螺将前轮相对于车身的角速度进行积分：
[0010]θ(k)＝θ(k
‑
1)+ω(k)
·
dt#(2)
[0011]其中，k表示第k次陀螺测量，dt为相邻两次陀螺测量的时间间隔。
[0012]进一步的，根据车体运动学，所述主陀螺计算出初测的车身前轮转向角：
[0013][0014]其中，L为所述车辆同侧前后轮的距离，ω
M
为所述车身角速度ω
M
，v
b
为所述车身速度v
b
。
[0015]进一步的，所述主陀螺通过卡尔曼滤波器，结合公式(2)和公式(3)，得到校准后的车辆前轮转向角，其中，公式(2)属于所述卡尔曼滤波器的时间更新部分，公式(3)属于所述卡尔曼滤波器的测量更新部分。
[0016]进一步的，所述车身速度测量模块为车载里程计或全球导航卫星系统接收机。
[0017]进一步的，所述主陀螺通过CAN总线或者第一UART接口与所述从陀螺通信连接；所述主陀螺通过CAN总线或者第二UART接口与所述车身速度测量模块通信连接。
[0018]进一步的，所述主陀螺、从陀螺和车身速度测量模块与上位机通信连接；所述从陀螺与所述主陀螺通信连接。
[0019]进一步的，所述主陀螺、从陀螺和车身速度测量模块通过CAN总线与所述上位机通信连接；所述从陀螺通过第一UART接口与所述主陀螺通信连接；所述主陀螺通过第二UART接口与所述上位机通信连接，所述上位机通过所述第二UART接口转发所述车身速度测量模块测量的车身速度v
b
给所述主陀螺。
[0020]与现有技术相比，本专利技术在车体安装主陀螺仪，在前轮转向机构处安装从陀螺仪，主陀螺仪接收车身速度以及从陀螺仪测量的前轮转向角速度，利用卡尔曼滤波器，融合主陀螺仪测量的车身角速度、从陀螺仪测量的前轮角速度以及车身速度，解决机械角度传感器安装困难且故障率高以及根据车身运动学计算的前轮转向角噪声大的问题。
【附图说明】
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
[0022]图1为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的安装示意图；
[0023]图2为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的CAN接口连接示意图；
[0024]图3为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的UART接口连接示意图；
[0025]图4为在一个实施例中本专利技术所示的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的测量结果与真值和运动学计算结果的波形对比图。
【具体实施方式】
[0026]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0027]此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
[0028]请参阅图1所示，其为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的安装示意图。请参阅图2所示，其为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的CAN接口连接示意图；请参阅图3所示，其为本专利技术在一个实施例中的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置的UART接口连接示意图。图1
‑
图3所示的基于陀螺
仪的车辆前轮转向角测量装置200包括：主陀螺210、从陀螺220和车身速度测量模块230。
[0029]从陀螺220安装于车辆100的前轮转向机构处，其用于测量前轮转向角速度ω
S
。车身速度测量模块230安装于车辆100上，其用于测量车身速度v
b
。在一个实施例中，车身速度测量模块230为里程计或者GNSS(Global Navigation Satellite System，即全球导航卫星系统)接收机。
[0030]主陀螺210安装于车辆100的车身处，其用于测量车身角速度ω
M
；所述主陀螺210与从陀螺220通信连接，且所述主陀螺210与车身速度测量模块230通信连接，所述主陀螺210还用于接收所述从陀螺220测量的前轮转向角速度ω
S
以及所述车身速度测量模块230测量的车身速度v
b
，并利用Kalman(卡尔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其特征在于，其包括：从陀螺，其安装于车辆的前轮转向机构处，其用于测量前轮转向角速度ω
S
；车身速度测量模块，其安装于所述车辆上，其用于测量车身速度v
b
；主陀螺，其安装于所述车辆的车身处，所述主陀螺用于测量车身角速度ω
M
，所述主陀螺与所述从陀螺和车身速度测量模块通信连接，所述主陀螺还用于接收所述从陀螺测量的前轮转向角速度ω
S
以及所述车身速度测量模块测量的车身速度v
b
，并利用卡尔曼滤波器，融合所述车身角速度ω
M
、前轮转向角速度ω
S
和车身速度v
b
计算得到校准后的车辆前轮转向角。2.根据权利要求1所述的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其特征在于，所述主陀螺计算前轮相对于车身的角速度：ω＝ω
S
‑
ω
M
#(1)其中，ω
S
为所述前轮转向角速度ω
S
，ω
M
为所述车身角速度ω
M
。3.根据权利要求2所述的基于陀螺仪的车辆前轮转向角测量装置，其特征在于，所述主陀螺将前轮相对于车身的角速度进行积分：θ(k)＝θ(k
‑
1)+ω(k)
·
dt#(2)其中，k表示第k次陀螺测量，dt为相邻两次陀螺测量的时间间隔。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓光，
申请(专利权)人：新纳传感系统有限公司，
类型：发明
国别省市：