基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统及优化方法技术方案

本发明专利技术提供了基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统及优化方法

【技术实现步骤摘要】
基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统及优化方法


[0001]本专利技术属于农用车辆自动驾驶领域，尤其涉及轮式车辆的前轮转角测量与传感器零位误差优化方法
。

技术介绍

[0002]在农用车辆自动驾驶领域，大部分的路径跟踪算法，其最终控制量均为车辆的前轮转角，因此控制系统中需要能够获取车辆的实时前轮转角的方法
。
当前常用方法为使用接触式传感器，将其安装至前轮旋转轴处，并使用平行四杆结构连接，机构加工与安装较为繁琐，尤其是较为特殊的农机；在实际应用中使用效果与安装精度程正相关；若安装精度较低，在长时间运行后传感器有损坏的可能，影响传感器使用寿命；且并未分析零位误差对前轮转角的影响，及对传感器零位误差的优化方法
。
基于此背景下，本专利技术采用非接触式传感器测量车辆前轮转角，提出测量方法并提出一种基于路径跟踪偏差的传感器零位误差优化方法
。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于实现对传统角度传感器安装方式的简化
、
提高传感器使用寿命
、
提高角度获取的准确性并提高路径跟踪精度，为此提供一种基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角方法与零位误差优化方法
。
[0004]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的
。
[0005]一种基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统，其中非接触式角度传感器测量车辆前轮转角方法由传感器单元和控制单元以及外围组件组成，所述的传感器单元包括前轮非接触式角度传感器1及车身角度传感器2；所述的控制单元包括工控板3及串口屏4；所述的外围组件包括支撑平台
5、
螺栓6以及抱箍
7。
[0006]所述的前轮非接触式角度传感器1通过螺栓6固定到支撑平台5，通过焊接的方式，将支撑平台5固定到抱箍7，将可拆卸抱箍通过螺纹固定到车辆右前轮旋转轴
A
处，确保能够测量该旋转轴的旋转角度
。
[0007]所述的车身角度传感器2，通过螺栓6，以螺纹固定的方式，安装在车辆中心位置
F。
[0008]所述的工控板3，需要与前轮非接触式角度传感器
1、
车身角度传感器
2、
与串口屏4进行电气连接，并运行获取角度的方法及零位误差优化方法
。
[0009]所述的串口屏4，需要显示前轮非接触式角度传感器
1、
车身角度传感器
2、
计算后的前轮转角即优化后的前轮转角的数值；同时能够设定优化参数，例如周期
T、
阈值上限
S
以及偏差等级
G。
[0010]进一步，所述的车辆前轮转角数值具有左正右负的特点，与非接触式传感器角度增长律相同
。
[0011]所述的基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角方法包括以下步骤：
[0012]步骤一：分析测量原理，尤其是前轮非接触式角度传感器
1、
车身角度传感器2以及实际前轮转角数值之间的关系；
[0013]步骤二：建立非接触式角度传感器获取车辆前轮转角的关系式；
[0014]步骤三：根据路径跟踪模型建立误差分析模型
。
[0015]步骤四：通过运算得到车辆前轮理论前轮转角，同时运行优化方法减少零位误差对路径跟踪效果的影响
。
[0016]进一步，步骤二包括以下步骤：
[0017](1)
工控板接收来自前轮非接触式角度传感器
、
车身角度传感器的角度信息，显示在串口屏上；
[0018](2)
记录中间值，中间值为前轮非接触式角度传感器数值减车身角度传感器数值，将计算后的数值显示在串口屏上；
[0019](3)
判断中间值的大小及正负，并根据结果解算实际前轮转角
。
[0020]进一步，由步骤三建立误差分析模型，设零位误差为
Δδ
，
δ0为真实的前轮转角角度，
δ1为带有零位误差的前轮转角角度，有
δ0＝
δ1+
Δδ
；
[0021]Δδ
与车轮角度具有同样的特性，左为正，右为负
。
[0022]所述的零位误差优化方法包括分析零位误差对于路径跟踪效果的影响，并根据影响调整零位误差，主要包括以下几个步骤：
[0023]步骤一：在开始直线路径跟踪后，以时间
T
为周期采集路径跟踪产生的横向偏差，并进行积分，有
d(t)
为时刻
t
的横向偏差；
s
为起始时刻，
j
为步长；
[0024]步骤二：以式进行判断，
d
int
为在周期
T
内的横向偏差积分，
d
set
为用户设定的阈值，当满足阈值要求时，不再进行优化；
[0025]步骤三：以式计算偏差等级和方向，得到本次偏差等级
deg
，其为正表示右偏；
[0026]步骤四：以偏差
deg
结合调整步长
k
，对零位偏差进行估计，并更新零位误差，有
Δδ
i
＝
Δδ
‑
deg
×
k
，
Δδ
i
表示更新后的零位误差，有
k∈[0.05
，
0.2]；
[0027]步骤五：边界处理，判断更新后的零位误差是否超出可调范围
[
‑
δ
s
，
δ
s
]，若超出则进行限幅处理，有
[0028][0029]式中
δ
s
为可调范围边界值，由用户设定且一般有
δ
s
≤1。
[0030]步骤六：更新
Δδ
，并根据
Δδ
结合
δ0＝
δ1+
Δδ
，得到估算后的前轮转角角度，以
δ0代入路径跟踪控制算法，并不断重复上述步骤
。
[0031]所述的前轮非接触式角度传感器1及车身角度传感器2均为广州阿路比生产的角度传感器，其型号分别为
LPMS
‑
IG1 RS232
及
LPMS
‑
IG1 RS485
型号，角度分辨率
0.01
°
、
发送频率
100Hz、
防水等级
IP67、
零位稳定性4°
/h
；分别通过
RS232
串口与
RS485
串口与工控板的
RS232
接口
A8
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统，其特征在于，包含传感器单元和控制单元；所述的传感器单元为两个非接触式角度传感器，其一安装在车辆前轮处，其二安装在车身中心位置，安装方式为焊接与螺纹紧固；控制单元由工控板和串口屏组成，其中工控板负责读取两传感器数据，通过运算得到车辆前轮理论前轮转角，同时运行优化方法减少零位误差对路径跟踪效果的影响；串口屏用于显示各阶段的数据，以及优化详情
。2.
根据权利要求1所述的一种系统，其特征在于：所述两个非接触式角度传感器具有上电归零的特点，且角度变化与初始位置有关，不依赖于车辆的相对位置，因此在运行时，需要人为将车辆调整至前轮与车身平行的状态，然后将两传感器上电，以确保初始状态为零
。3.
根据权利要求1所述的一种系统，其特征在于：无人驾驶车辆中的导航数据信息同步发送给控制单元中的工控板，导航数据中包含横向偏差数据；在车辆开启路径跟踪后以时间
T
为周期进行数据采集并运行优化方法，其中周期
T
的选择与偏差数据的频率相关
。4.
根据权利要求3所述的一种基于非接触式角度传感器测量车辆前轮转角与零位误差优化系统的方法，其特征在于，包含如下步骤：步骤一：正确安装各传感器，分析转角测量原理；步骤二：建立转角获取公式；步骤三：对传感器的零位误差进行分析并建立模型；步骤四：通过运算得到车辆前轮理论前轮转角，同时运行优化方法减少零位误差对路径跟踪效果的影响
。5.
根据权利要求4所述的一种方法，其特征在于，所述步骤二具体包括以下步骤：
(1)
工控板接收来自前轮非接触式角度传感器

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋阳，尚志坚，葛德强，吴昭昭，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：