车辆转向角测量系统及方法与流程

本发明涉及一种信息处理技术，具体涉及一种车辆转向角测量系统及方法。

背景技术：

随着科学技术的进步，农机自动化技术已经日渐成熟。在农机自动化作业的过程中，精确控制农机设备转向成为衡量自动化作业质量的重要考核标准之一，而如何精确地计算出转向角成为亟待解决的问题。

目前，测量转向角的方法主要包括两种：

一种是，基于多个微机电系统(mems，micro-electro-mechanicalsystem)传感器分别测量航向角速度、前轮转动角速度，计算获取转向角。然而，mems传感器的噪声量级很大，无法获得精确地转向角测量结果。

另一种是，采用单天线全球卫星导航系统(gnss，globalnavigationsatellitesystem)接收机获取航向角速度，结合mems陀螺仪获取的航向角、前轮转动角速度，计算获取转向角。然而，在车辆低速运动时，单天线gnss接收机获取的航向角速度的准确度不能保证，进而影响转向角的计算精度。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明实施例提出了一种车辆转向角测量系统及方法，能够精确地计算出车辆转向角。

本发明实施例提供的车辆转向角测量系统，包括：设置在车辆前轮的第一mems陀螺仪，设置于所述车辆驾驶室内的第二mems陀螺仪，双天线gnss矢量接收机，所述双天线gnss矢量接收机的天线设置于所述车辆顶部，且前后放置，以及设置在所述驾驶室内的嵌入式控制器；

所述第一mems陀螺仪用于获取所述车辆的第一转向信息；

所述第二mems陀螺仪用于获取所述车辆的第二转向信息；

所述双天线gnss矢量接收机用于通过天线获取所述车辆的运动信息；

所述嵌入式控制器用于根据所述第二转向信息和所述运动信息对所述第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息，根据所述目标转向信息和所述运动信息生成转向角信息。

进一步地，所述天线放置的位置与所述车辆的中轴线平行，或所述天线设置在所述车辆的中轴线上。

进一步地，所述第二mems陀螺仪设置在所述嵌入式控制器内部，和/或，所述双天线gnss矢量接收机设置在所述嵌入式控制器内部。

进一步地，所述第一转向信息包括：所述车辆的第一航向角速度和转向角速度；

所述第二转向信息包括：所述车辆的第二航向角速度；

所述运动信息包括：所述车辆的速度、位置和航向信息。

本发明实施例提供的车辆转向角测量方法，包括：设置在车辆前轮的第一mems陀螺仪获取所述车辆的第一转向信息；设置于所述车辆驾驶室内的第二mems陀螺仪获取所述车辆的第二转向信息；双天线gnss矢量接收机通过设置于所述车辆顶部，且前后放置的天线获取所述车辆的运动信息；设置在所述驾驶室内的嵌入式控制器根据所述第二转向信息和所述运动信息对所述第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息；所述嵌入式控制器根据所述目标转向信息和所述运动信息，生成转向角信息。

进一步地，所述嵌入式控制器根据所述第二转向信息和所述运动信息对所述第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息包括：所述嵌入式控制器将所述第二转向信息包含的第二航向角速度与所述运动信息包含的航向信息进行融合，生成目标航向信息；所述嵌入式控制器采用所述目标航向信息补偿所述第一mems陀螺仪的零偏误差，获取所述第一mems陀螺仪修正后的目标转向信息。

本发明与现有技术相比较，由于双天线gnss矢量接收机的天线设置在车辆顶部并且前后放置，使得即使在车辆静止状态或者低速状态，双天线gnss矢量接收机也能准确地获取车辆的运动信息，解决了现有技术在车辆低速运动时，单天线gnss接收机获取的航向角速度的准确度不能保证的问题，进而提高了转向角的计算精度；另外，由于第二mems陀螺仪可以获取第二转向信息，并且嵌入式控制器可以根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，使得修正后的目标转向信息的精确度更高，进一步地提高了转向角的计算精度。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例提供的车辆转向角测量系统在车辆上的安装位置示意图一；

图2是本发明实施例提供的车辆转向角测量系统在车辆上的安装位置示意图二；

图3是本发明实施例提供的车辆转向角测量系统中计算转向角的数据处理原理框图；

图4是本发明实施例提供的车辆转向角测量方法流程图；

图5是图4所示的本发明实施例提供的车辆转向角测量方法中步骤404的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了解决现有技术计算转向角精度较低问题，本发明实施例提供一种车辆转向角测量系统及方法。

如图1和2所示，本发明实施例提供的车辆转向角测量系统，包括：设置在车辆前轮1的第一mems陀螺仪2，设置于车辆驾驶室内的第二mems陀螺仪5，双天线gnss矢量接收机，双天线gnss矢量接收机的天线3和4设置于车辆顶部，且前后放置，以及设置在驾驶室内的嵌入式控制器6。

其中，第一mems陀螺仪2用于获取车辆的第一转向信息，在本实施例中，第一转向信息具体为车辆的第一航向角速度和转向角速度，当然，在实际的使用过程中第一转向信息还可以包括其他与转向相关的信息，此处不做赘述；第二mems陀螺仪5用于获取车辆的第二转向信息，在本实施例中，第二转向信息包括：车辆的第二航向角速度，在实际的使用过程中第二转向信息还可以包括其他与转向相关的信息，此处不做赘述；双天线gnss矢量接收机通过天线3和4获取车辆的运动信息，在本实施例中，运动信息包括：车辆的速度、位置和航向信息等；嵌入式控制器6用于根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息，根据目标转向信息和运动信息生成转向角信息。

在本实施例中，嵌入式控制器6根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息，根据目标转向信息和运动信息生成转向角信息的步骤可以如图3所示，其中，ω为转向角速度，为航向角速度，ε为零偏误差，l为车辆前轮与后轮之间的轴距，v为车辆后轴中心速度，为车辆的期望转向角。

如图3所示，在本实施例中，简化的车辆二轮模型为其中，各变量的含义：l为前后轴距，图1所示；v为车辆后轮轴中心的速度；为车体航向角速度；v车辆后轮轴中心速度求取方法为：双天线接收机输出后天线所在位置处的速度，经过车辆模型补偿，得到后轮轴中心速度；航向角速度求取方法为：第二陀螺仪输出的车体航向角速度和双天线接收机输出的航向角信息进行kalman数据融合；根据第一mems陀螺仪的输出和得到的(车体航向角速度)，得到带有mems零偏的车轮转动角速度，进行积分，得到带有累积误差的转向角(∫ωdt)；根据简化的车辆二轮模型，得到数学公式计算的车轮转向角最后针对mems陀螺仪的器件特性，认为mems器件误差主要是零偏和随机游走，对其建模，利用kalman滤波算法，以转向角误差和mems陀螺仪零偏作为状态量，车辆模型求得转向角和陀螺仪积分输出转向角之间的差为观测量；进行转向角的最优估计。

进一步地，为了使双天线gnss矢量接收机能够更加准确地获取车辆的运动信息，天线3和4放置的位置与车辆的中轴线平行，或在车辆的中轴线上。

进一步地，为了提高嵌入式控制器对信息的处理速度，第二mems陀螺仪设置在嵌入式控制器内部，和/或，双天线gnss矢量接收机设置在嵌入式控制器内部。

本发明与现有技术相比较，由于双天线gnss矢量接收机的天线设置在车辆顶部并且前后放置，使得即使在车辆静止状态或者低速状态，双天线gnss矢量接收机也能准确地获取车辆的运动信息，解决了现有技术在车辆低速运动时，单天线gnss接收机获取的航向角速度的准确度不能保证的问题，进而提高了转向角的计算精度；另外，由于第二mems陀螺仪可以获取第二转向信息，并且嵌入式控制器可以根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，使得修正后的目标转向信息的精确度更高，进一步地提高了转向角的计算精度。

如图4所示，本发明实施例还提供一种车辆转向角测量方法，包括：

步骤401，设置在车辆前轮的第一mems陀螺仪获取车辆的第一转向信息。

步骤402，设置于车辆驾驶室内的第二mems陀螺仪获取车辆的第二转向信息。

步骤403，双天线gnss矢量接收机通过设置于所述车辆顶部，且前后放置的天线获取所述车辆的运动信息。

步骤404，设置在驾驶室内的嵌入式控制器根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，获取修正后的目标转向信息。

步骤405，嵌入式控制器根据目标转向信息和运动信息，生成转向角信息。

进一步地，如图5所示，步骤404可以包括：

步骤501，嵌入式控制器将第二转向信息包含的第二航向角速度与运动信息包含的航向信息进行融合，生成目标航向信息。

步骤502，嵌入式控制器采用目标航向信息补偿第一mems陀螺仪的零偏误差，获取第一mems陀螺仪修正后的目标转向信息。

本发明实施例提供的车辆转向角测量方法的具体实现原理可以参见如图3所示的本发明实施例提供的车辆转向角测量系统中计算转向角的数据处理原理框图所示，此处不再赘述。

本发明与现有技术相比较，由于双天线gnss矢量接收机的天线设置在车辆顶部并且前后放置，使得即使在车辆静止状态或者低速状态，双天线gnss矢量接收机也能准确地获取车辆的运动信息，解决了现有技术在车辆低速运动时，单天线gnss接收机获取的航向角速度的准确度不能保证的问题，进而提高了转向角的计算精度；另外，由于第二mems陀螺仪可以获取第二转向信息，并且嵌入式控制器可以根据第二转向信息和运动信息对第一转向信息进行修正，使得修正后的目标转向信息的精确度更高，进一步地提高了转向角的计算精度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。