通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法与流程

本发明涉及农机自动驾驶领域，具体是一种通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法。

背景技术：

随着时代的发展，农机自动驾驶技术在农田作业中的使用越来越普及。农机自动驾驶过程中，由于负重或地形因素影响，需要调整转向，因此自动驾驶仪具有行进方向控制系统，目前，自动驾驶仪是以一个多层嵌套的pid(proportionintegralderivative，比例-积分-微分)控制对机车的行进方向进行控制。在实际应用中存在以下缺陷：适用的速度区间较小，转向控制不理想，不能满足机车实际作业时行驶速度的变化要求。具体表现为，当机车的速度过大时转向控制发散，车身可能大幅摇摆产生危险，当机车的速度过小时转向迟缓。

鉴于此，发明人提出了本发明创造。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，以解决现有技术存在的适用的速度区间较小、转向控制不理想的技术缺陷。

为达上述目的，发明人进行了深入研究。附图1中示出了拖拉机转向时各物理量的关系，附图1中，各物理量的定义如下，v：拖拉机行驶速度，l：拖拉机轴距，α：外转向轮的转向角，β：内转向轮的转向角，r：车辆的转弯半径，ω：车辆的转向角速度，a：车辆的横向加速度，o：车辆的转向中心。由阿克曼转向原理可知，车辆在转弯过程中，所有车轮轴线的延长线都相交于一点，即，转向中心o。

由此得出：

车辆的转弯半径r＝l/sinα

车辆的转向角速度ω＝v/r＝v*sinα/l

车辆的横向加速度a＝v*ω＝v²*sinα/l

由上述公式可以看出，当转向角α和轴距l确定的时候，车辆的横向加速度a和行驶速度v的平方成正比，车辆的转向角速度ω和行驶速度v成正比。

在上述研究的基础上，发明人提出了以下发明构思：引入速度系数，在做pid环上增加速度系数，这样就保证了在不同的行驶速度下，车辆的转向角速度保持恒定，从而提高了自动驾驶仪能适用的速度区间，使得转向控制更理想，亦可在倒车的时候也能做正确的方向控制。

本发明具体的技术方案如下：

一种通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其包括以下步骤：

步骤s1、检测机车的当前行驶速度；

步骤s2、选择当前行驶速度对应的速度系数；以及

步骤s3、用选择的速度系数对行进方向控制系统中的pid环的输出值修正。

在上述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法中，优选地，所述速度系数包括数值和符号，当机车的当前行驶速度为正时，对应的速度系数的符号为正；当机车的当前行驶速度为负时，对应的速度系数的符号为负。这样，使得在倒车的时候也能做正确的方向控制。

当所述机车为大中型拖拉机，作业场景为农田作业时，优选地，所述速度系数包括以下两种：

机车的当前行驶速度小于1米/秒时，速度系数为1；

机车的当前行驶速度不小于1米/秒时，速度系数为机车的当前行驶速度；

步骤s3中所述的修正包括：将pid环的输出值除以速度系数。

在一种方案中，所述pid环为航向pid环。

在另一种方案中，所述pid环为距离pid环。

还有一种方案中，所述pid环为距离pid环和航向pid环。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

通过引进速度系数，在拖拉机做自动驾驶作业的过程中，就可以不用刻意的控制机车行驶速度和行驶方向，即使是在变速作业的情况下，也可以正常的控制拖拉机行驶的方向，这样就拓宽了自动驾驶行驶速度的适用范围，减轻了拖拉机驾驶员作业的工作强度，提高了拖拉机工作效率。

而且具有简单，易于实施的特点。

附图说明

图1为拖拉机转向示意图；

图2为通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明引入速度系数，对现有车辆行进方向控制方案中采用的pid环控制逻辑(使用固定参数的多层嵌套的pid控制)输出的结果进行修正，以期在不同的行驶速度下，车辆的转向角速度保持恒定，从而扩大自动驾驶仪能适用的速度区间，使得转向控制更理想。

如图2所示，通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法包括以下步骤：

步骤s1、检测机车的当前行驶速度。

步骤s2、选择当前行驶速度对应的速度系数；由程序实现，选择方法包括但不限于查表。

步骤s3、用选择的速度系数对行进方向控制系统中的pid环的输出值修正。修正方法优选除法运算，即：将pid环的输出值除以速度系数。应当理解，除法运算也可以通过乘法运算实现。

进一步，所述速度系数包括数值和符号，当机车的当前行驶速度为正时，对应的速度系数的符号为正；当机车的当前行驶速度为负时，对应的速度系数的符号为负。通过用正、负符号区分，使得在倒车的时候也能做正确的方向控制，进一步扩展了自动驾驶仪能适用的速度区间。

关于速度系数的具体数值，可以根据具体的应用、作业场景等具体设置。

例如，当机车为大中型拖拉机，作业场景为农田作业时，所述速度系数优选包括以下两种：机车的当前行驶速度小于1米/秒时，速度系数为1；机车的当前行驶速度不小于1米/秒时，速度系数为机车的当前行驶速度；对应的，步骤s3中所述的修正包括：将pid环的输出值除以速度系数。这种方案，在扩大自动驾驶仪能适用的速度区间的同时，由于仅设置了两种速度系数，因而还具有运算简单，对系统要求低等特点。

如果想得到更细致的优化，可以将行驶速度的区间划分的更多，每个区间对应不同的速度系数，但是由于增加了运算复杂度，所以需要的硬件也更高。

在实际使用时，可以根据自动驾驶仪的控制流程，选择在距离pid环的输出值除以速度系数，或者在航向pid环的输出值除以速度系数，也可以同时在距离pid环的输出值和航向pid环的输出值除以速度系数。

修正后，距离pid环的输出值可表示为：k*pk/v0，航向pid环的输出值可表示为j*pj/v0，其中，k为航向值，pk为航向pid环比例系数，j为转角值，pj为转角pid环比例系数，v0为速度系数。

上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1、检测机车的当前行驶速度；

步骤s2、选择当前行驶速度对应的速度系数；以及

步骤s3、用选择的速度系数对行进方向控制系统中的pid环的输出值修正。

2.根据权利要求1所述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，所述速度系数包括数值和符号，当机车的当前行驶速度为正时，对应的速度系数的符号为正；当机车的当前行驶速度为负时，对应的速度系数的符号为负。

3.根据权利要求1所述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，

所述机车为大中型拖拉机，作业场景为农田作业，所述速度系数包括以下两种：

机车的当前行驶速度小于1米/秒时，速度系数为1；

机车的当前行驶速度不小于1米/秒时，速度系数为机车的当前行驶速度；

步骤s3中所述的修正包括：将pid环的输出值除以速度系数。

4.根据权利要求1所述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，所述pid环为航向pid环。

5.根据权利要求1所述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，所述pid环为距离pid环。

6.根据权利要求1所述的通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，其特征在于，所述pid环为距离pid环和航向pid环。

技术总结
本发明提供了一种通过速度系数优化自动驾驶仪控制效果的实现方法，涉及农机自动驾驶领域。该方法包括：步骤S1、检测机车的当前行驶速度；步骤S2、选择当前行驶速度对应的速度系数；以及步骤S3、用选择的速度系数对行进方向控制系统中的PID环的输出值修正。通过引进速度系数，在拖拉机做自动驾驶作业的过程中，就可以不用刻意的控制机车行驶速度和行驶方向，即使是在变速作业的情况下，也可以正常的控制拖拉机行驶的方向，这样就拓宽了自动驾驶行驶速度的适用范围，减轻了拖拉机驾驶员作业的工作强度，提高了拖拉机工作效率。而且具有简单，易于实施的特点。

技术研发人员：崔红杰;郑地师
受保护的技术使用者：深圳冰河导航科技有限公司
技术研发日：2020.02.25
技术公布日：2020.05.29