CN115407773A - 基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，在无人驾驶铰接式碾压车上设置GPS定位系统，GPS定位系统包括四个天线，四个天线中，其中两个天线横向对称设置碾压车在前车身上，另两个天线横向对称设置在碾压车的后车身上；根据前车身的定位数据，间接计算后车身的估计距离误差，与横向距离误差作差，得到横向测量偏差，后退时，当横向测量偏差的绝对值大于设定的阈值，则设置后退过程的目标横向误差等于横向测量偏差，进行修正。本发明可以保证前进后退循迹过程的准确度高和重合度高，解决了不同GPS系统之间定位存在偏差的问题，保证了前进后退循迹过程的轨迹重合。

Description

基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法

技术领域

本发明属于无人驾驶技术领域，具体涉及一种基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法。

背景技术

现有技术方案多采用单GPS天线方案或者双GPS天线方案，GPS天线布置在前车身，纵向排列或横向排列，用于测量碾压机的定位信息和航向信息。

该方法可以用于前进过程的定位和定向，但是难以满足后退过程的高精度循迹需求。后退过程用到角度编码器测量前后车身的夹角，并叠加前车身的GPS信息推算后车身定位定向，这个计算过程会面临不同传感器变化的延时带来的计算误差，难以补偿；以及传感器之间误差的叠加，导致后退过程循迹误差大。

GPS定位系统在实际的测试过程中，发现某些时候，尤其是差分信号不稳定的时候，系统之间存在定位偏差的情况，偏差值约在10～200cm之间，这将会导致碾压机前后循迹过程存在不重合的情况，导致碾压质量下降。

发明内容

本发明的目的是针对碾压机前后循迹过程存在不重合的情况的问题，提出了一种基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，在无人驾驶铰接式碾压车上设置GPS定位系统，GPS定位系统包括四个天线，四个天线中，其中两个天线设置碾压车在前车身上，这两个天线沿前车身的横向布置，分别位于前车身的左右两端，两者对称放置；另两个天线设置在碾压车的后车身上，这两个天线沿后车身的横向布置，分别位于后车身的左右两端，两者对称放置；

基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，包括以下步骤：

步骤1，初始时是前进过程，设置目标横向误差为0；

步骤2，碾压车按照设定的直线路径执行前进过程；

步骤3，前进过程判断是否到达终点，如果到达终点，进入步骤4，如果没有，继续执行步骤2；

步骤4，在到达终点时，基于前车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的前车身倾角信息，计算前车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L1，基于后车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的后车身倾角信息，计算后车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L2；所述横向距离误差L1、L2的计算公式见下式。

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁,y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂,y₂)是设定路径的终点坐标，(x_fc,y_fc)是矫正后的前车身的定位坐标，x_fc＝x_fm-hsinα_fcosα_f，y_fc＝y_fm+hsin²α_f，(x_fm,y_fm)表示前车身的GPS定位测量点坐标，α_f表示倾角传感器测得的前车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度；

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁,y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂,y₂)是设定路径的终点坐标，(x_rc,y_rc)是矫正后的后车身的定位坐标，x_rc＝x_rm-hsinα_rcosα_r，y_rc＝y_rm+hsin²α_r，(x_rm,y_rm)表示后车身的GPS定位测量点坐标，α_r表示倾角传感器测得的后车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度；

然后根据前车身的定位数据，间接计算后车身的估计距离误差

与横向距离误差L2作差，得到横向测量偏差L_2,ref：

的计算公式为：

其中，

l_f是前车身长度，l_r是后车身长度，β_f是前车身航向角，β_r是后车身航向角；

判断横向测量偏差L_2,ref的绝对值是否大于设定的阈值，如果大于阈值，则进入步骤5，如果不大于阈值，则进入步骤6；

步骤5，设置后退过程的目标横向误差等于横向测量偏差L_2,ref；

步骤6，设置后退过程的目标横向误差等于0；

步骤7，碾压机执行后退过程；

步骤8，后退过程判断是否到达起点，如果到达起点，进入步骤9，如果没有到达起点，进入步骤7；

步骤9，判断是否完成碾压任务，如果完成，结束运行，如果没有完成，继续执行步骤2。

本发明的优点和有益效果为：

本发明采用了四天线GPS系统和测量偏差修正方法的碾压机，可以保证前进后退循迹过程的准确度高和重合度高，解决了不同GPS系统之间定位存在偏差的问题，保证了前进后退循迹过程的轨迹重合。在多次实车测试中，碾压机的循迹精度可保证在20cm以内，前进后退的轨迹偏差可保证在5cm以内。

附图说明

图1是本发明碾压车GPS定位系统的排布侧视图。

图2是本发明碾压车GPS定位系统的排布俯视图。

图3是碾压机前车身的前视图。

图4是碾压机俯视图。

图5是本发明的碾压车循迹控制方法流程图。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

本发明的基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，具体如下：

参见附图1-2，在无人驾驶铰接式碾压车上设置GPS定位系统，GPS定位系统包括四个天线，四个天线中，其中两个天线201和202设置碾压车在前车身上，这两个天线沿前车身的横向布置，分别位于前车身的左右两端，两者对称放置；另两个天线203和204设置在碾压车的后车身上，这两个天线沿后车身的横向布置，分别位于后车身的左右两端，两者对称放置；当前车身处于初始位置时(即前车身无转向时)，四个天线呈矩形排布。

基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，参见附图5，包括以下步骤：

步骤1，初始时是前进过程，设置目标横向误差为0；

步骤2，碾压车按照设定的直线路径执行前进过程；

步骤3，前进过程判断是否到达终点，如果到达终点，进入步骤4，如果没有，继续执行步骤2；

步骤4，在到达终点时，基于前车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的前车身倾角信息，计算前车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L1，基于后车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的后车身倾角信息，计算后车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L2；所述横向距离误差L1、L2的计算公式见下式。

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁,y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂,y₂)是设定路径的终点坐标，(x_fc,y_fc)是矫正后的前车身的定位坐标，参见附图3，x_fc＝x_fm-hsinα_fcosα_f，y_fc＝y_fm+hsin²α_f，(x_fm,y_fm)表示前车身的GPS定位测量点坐标，α_f表示倾角传感器测得的前车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度。

同理可得：

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁,y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂,y₂)是设定路径的终点坐标，(x_rc,y_rc)是矫正后的后车身的定位坐标，x_rc＝x_rm-hsinα_rcosα_r，y_rc＝y_rm+hsin²α_r，(x_rm,y_rm)表示后车身的GPS定位测量点坐标，α_r表示倾角传感器测得的后车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度。

然后，参见附图4，根据前车身的定位数据，间接计算后车身的估计距离误差

(上标三角符号表示“估计”)，与横向距离误差L2作差，得到横向测量偏差L_2,ref：

的计算公式为：

其中，

l_f是前车身长度，l_r是后车身长度，β_f是前车身航向角，β_r是后车身航向角。

判断横向测量偏差L_2,ref的绝对值是否大于设定的阈值(本实施例中，阈值设定为10cm)，如果大于10cm，则进入步骤5，如果不大于10cm，则进入步骤6；

步骤5，设置后退过程的目标横向误差等于横向测量偏差L_2,ref，进行补偿；

步骤6，设置后退过程的目标横向误差等于0(即，由于横向测量偏差L_2,ref比较微小，可以忽略)；

步骤7，碾压机执行后退过程；

步骤8，后退过程判断是否到达起点，如果到达起点，进入步骤9，如果没有到达起点，进入步骤7；

步骤9，判断是否完成碾压任务，如果完成，结束运行，如果没有完成，继续执行步骤2。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，其特征在于：在无人驾驶铰接式碾压车上设置GPS定位系统，GPS定位系统包括四个天线，四个天线中，其中两个天线设置碾压车在前车身上，这两个天线沿前车身的横向布置，分别位于前车身的左右两端，两者对称放置；另两个天线设置在碾压车的后车身上，这两个天线沿后车身的横向布置，分别位于后车身的左右两端，两者对称放置；

基于四天线的无人驾驶铰接式碾压车循迹控制方法，包括以下步骤：

步骤1，初始时是前进过程，设置目标横向误差为0；

步骤2，碾压车按照设定的直线路径执行前进过程；

步骤3，前进过程判断是否到达终点，如果到达终点，进入步骤4，如果没有，继续执行步骤2；

步骤4，在到达终点时，基于前车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的前车身倾角信息，计算前车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L1，基于后车身的两个天线所获得的定位和航向信息以及倾角传感器检测的后车身倾角信息，计算后车身与设定的终点位置之间的横向距离误差L2；所述横向距离误差L1、L2的计算公式见下式。

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁，y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂，y₂)是设定路径的终点坐标，(x_fc，y_fc)是矫正后的前车身的定位坐标，x_fc＝x_fm-hsinα_fcosα_f，y_fc＝y_fm+hsin²α_f，(x_fm，y_fm)表示前车身的GPS定位测量点坐标，α_f表示倾角传感器测得的前车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度；

A＝y₁-y₂

B＝x₂-x₁

C＝(x₁-x₂)y₁-(y₁-y₂)x₁

式中，(x₁，y₁)是设定路径的起点坐标，(x₂，y₂)是设定路径的终点坐标，(x_rc，y_rc)是矫正后的后车身的定位坐标，x_rc＝x_rm-hsinα_rcosα_r，y_rc＝y_rm+hsin²α_r，(x_rm,y_rm)表示后车身的GPS定位测量点坐标，α_r表示倾角传感器测得的后车身倾斜角度，h表示GPS天线到车底面的高度；

然后根据前车身的定位数据，间接计算后车身的估计距离误差

与横向距离误差L2作差，得到横向测量偏差L_2,ref：

的计算公式为：

其中，

l_f是前车身长度，l_r是后车身长度，β_f是前车身航向角，β_r是后车身航向角；

判断横向测量偏差L_2,ref的绝对值是否大于设定的阈值，如果大于阈值，则进入步骤5，如果不大于阈值，则进入步骤6；

步骤5，设置后退过程的目标横向误差等于横向测量偏差L_2,ref；

步骤6，设置后退过程的目标横向误差等于0；

步骤7，碾压机执行后退过程；

步骤8，后退过程判断是否到达起点，如果到达起点，进入步骤9，如果没有到达起点，进入步骤7；

步骤9，判断是否完成碾压任务，如果完成，结束运行，如果没有完成，继续执行步骤2。

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