[发明专利]一种车辆前轮转动跟踪的方法

说明书

本发明提供了一种车辆前轮转动跟踪系统，包括主单轴陀螺、子单轴陀螺、GNSS接收机和CPU处理器，所述主单轴陀螺用于测量车辆主体的转动角速度，所述子单轴陀螺用于测量前轮支承位置的角速度大小，所述GNSS接收机用于实时获取车辆的前进速度，所述CPU处理用于主单轴陀螺、子单轴陀螺观测角速度和GNSS速度的获取与同步，以及用于车辆前轮转动跟踪算法的运行，本发明替代传统的需要安装支架、零位标定和易磨损的机械式角度传感器，为农用机械、工程车辆等轮式运载体的自动驾驶和控制提供前轮转动角度和角速度。

技术领域

本发明涉及数据处理领域，具体涉及到一种车辆前轮转动跟踪系统及算法。

背景技术

随着传感器与控制技术的发展和国家对北斗导航定位产业的推广，在精准农业、数字化施工等领域正掀起一场自动驾驶的技术变革，而在车辆自动驾驶过程中，前轮转角和前轮转动角速度是车辆控制的重要参数，目前车辆前轮转角和转动角速度的跟踪方案主要有机械式角度传感器方案和基于车辆运动学模型的单轴陀螺方案两种。

机械式角度传感器基本原理如下：在机械式角度传感器上有一个孔，用于与传动轴相配合使用，机械式角度传感器将一周等分为n份，当轴每转过1/n圈时，角度传感器计数一次；当轴正向转动时，计数增加；当轴逆向转动时，计数减少；当需重新计数时，可将其进行复位；机械式角度传感器就是通过这种计数的方式来计算其转过的角度。但机械式角度传感器的使用有如下限制：1.需要根据使用场景定制安装支架；2.使用之前需要进行零位标定，标定的质量直接影响角度测量的绝对精度；3.因为机械式角度传感器是接触式机械结构，使用过程中不可避免产生磨损，需要定期检查、标定和更换；4.一般情况下，机械式角度传感器只能提供角度输出，而不能提供角速度输出。

发明内容

为了解决上述的缺陷，本发明提供了一种车辆前轮转动跟踪系统及算法，替代传统的需要安装支架、零位标定和易磨损的机械式角度传感器，为农用机械、工程车辆等轮式运载体的自动驾驶和控制提供前轮转动角度和角速度。

本发明提供了一种车辆前轮转动跟踪系统，包括主单轴陀螺、子单轴陀螺、GNSS接收机和CPU处理器，所述主单轴陀螺用于测量车辆主体的转动角速度，所述子单轴陀螺用于测量前轮支承位置的角速度大小，所述GNSS接收机用于实时获取车辆的前进速度，所述CPU处理用于主单轴陀螺、子单轴陀螺观测角速度和GNSS速度的获取与同步，以及用于车辆前轮转动跟踪算法的运行。

上述的一种车辆前轮转动跟踪系统，其中，所述主单轴陀螺安装于车辆中心位置，用来测量车辆主体的转动角速度并利用此角速度与车辆前轮上安装的单轴陀螺测量的角速度计算前轮转动角速度；再利用此角速度结合车辆运动学模型计算前轮转动角度。

上述的一种车辆前轮转动跟踪系统，其中，所述子单轴陀螺安装于车辆前轮支承上，用来测量前轮支承位置的角速度大小，并利用此角速度与车辆主体安装的单轴陀螺的测量值计算前轮转动角速度。

本发明的另一面提供了一种车辆前轮转动跟踪的方法，包括以下步骤：

步骤(1):完成GNSS接收机初始化，将GNSS接收机输出的速度信息和PPS信号传入CPU处理器；

步骤(2):完成主单轴陀螺、子单轴陀螺的初始化并对输出进行零偏补偿；

步骤(3):根据GNSS接收机的PPS信号和CPU处理器的时钟对GNSS速度信息和主单轴陀螺、子单轴陀螺的角速度信息进行时间同步；

步骤(4):根据主单轴陀螺、子单轴陀螺输出的角速度计算前轮转动角速度；

步骤(5):Kalman滤波器时间更新；

步骤(6):判断GNSS速度是否更新，若未更新，则利用根据主单轴陀螺、子单轴陀螺输出的角速度计算的前轮转动角速度wa进行量测更新，若GNSS速度更新，则根据车辆运动学模型计算前轮转角W，利用W进行量测更新；