CN105372078A - 轮式拖拉机的转弯控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轮式拖拉机的转弯控制方法及装置，方法包括：获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，轨迹圆是由轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；利用圆拟合方法对若干个点的点坐标进行拟合计算，确定轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；根据轮式拖拉机两侧前轮的前轮间距L_tw和轨迹圆半径R₀，确定轮式拖拉机行驶的转弯半径根据转弯半径对轮式拖拉机进行转弯控制。本发明提供的轮式拖拉机的转弯控制方法及装置，有效的克服了现有技术中存在的测量技术手段粗陋、测量精度低等问题，保证了对轮式拖拉机的转弯的控制精度，有利于提高轮式拖拉机的工作效率。

Description

轮式拖拉机的转弯控制方法及装置

技术领域

本发明涉及轮式拖拉机技术领域，具体涉及一种轮式拖拉机的转弯控制方法及装置。

背景技术

轮式拖拉机是拖拉机的一类，适于大农场配带宽幅农具进行农田作业，而就轮式拖拉机而言，转弯半径是指当转向盘转到极限位置时，以最低稳定车速转向行驶时，外侧转向轮的中心在支承平面上滚过的轨迹圆半径，即为转弯半径。对于轮式拖拉机而言，转弯半径指标不仅表征转向性能，更影响到拖拉机田间作业过程中所采用的转弯模式；在国外农机厂商提供的拖拉机产品参数中，转弯半径是转向系统的标准参数之一。

现有技术中，规定了汽车转弯直径测定的试验方法，其具体是通过在前外轮和后内轮胎面中心的上方，在车体离转向中心最远点和最近点垂直地面方向，安装行驶轨迹显示装置；汽车以低速行驶，方向盘转到极限位置，保持不动，待车速稳定后起动显示装置，使各测点分别在地面上显示出封闭的运动轨迹；用钢卷尺测量各测点在地面上形成的轨迹圆直径；目前，尚无针对轮式拖拉机转弯半径的方法及装置。

而如果采用现有技术中的方法确定轮式拖拉机的转弯半径并对轮式拖拉机进行转弯控制，发明人发现存在以下问题：采用如喷水针等行驶轨迹显示装置的显示精度直接影响转弯直径的测量精度，很难确定钢卷尺所测量的地面上两个测点连线，从而应该转弯直径的测量精度，国产轮式拖拉机多采用非对称转向油缸，导致左右两侧的转弯半径不同，但厂商极少提供左、右转弯半径指标参数；上述问题都会影响最终对轮式拖拉机进行转弯控制的精确度。

发明内容

本发明提供了一种轮式拖拉机的转弯控制方法及装置，实现快速、准确地输出轮式拖拉机转弯半径的测定结果，有效的解决了现有技术中的转弯半径测定方法中存在的技术手段粗陋、测量精度低等问题，进而有效的提高了对轮式拖拉机的转弯的控制精度。

本发明是的一方面是为了提供一种轮式拖拉机的转弯控制方法，包括：

获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，所述轨迹圆是由所述轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

利用圆拟合方法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；

根据所述轮式拖拉机两侧前轮的前轮间距L_tw和所述轨迹圆半径R₀，确定所述轮式拖拉机行驶的前外轮转弯半径

根据所述转弯半径对所述轮式拖拉机进行转弯控制。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，所述预设位置为所述轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置；

相应的，根据所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径确定所述轮式拖拉机的最小转弯半径。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，所述圆拟合方法为最小二乘法，通过最小二乘法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀，具体包括：

根据所述若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N},$ 其中N为正整数；

根据确定所述轨迹圆半径。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，所述确定所述轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，还包括：

获取所述轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据所述轴间距L_b与所述转弯半径R的角度关系获得所述轮式拖拉机行驶的前轮转角

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，还包括：

获取转角传感器安装在所述轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_n=\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧内轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_n=arctan\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}};$

根据前侧外轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_w=\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧外轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_w=arctan\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}};$

若将所述转角传感器安装于所述前侧内轮上，则根据所述前侧内轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将所述转角传感器安装于所述前侧外轮上，根据所述前侧外轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据所述转角传感器的安装偏差角度，确定所述转角传感器的安装角度。

本发明是的另一方面是为了提供一种轮式拖拉机的转弯控制装置，包括：设置于轮式拖拉机上的处理模块以及设置于轮式拖拉机前轮轮轴中心处的全球卫星导航系统GNSS定位模块；

所述GNSS定位模块，用于获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，所述轨迹圆是由所述轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

所述处理模块，用于利用圆拟合方法对获取的若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；并根据所述轮式拖拉机的两侧前轮的前轮间距L_tw和轨迹圆半径R₀，确定所述轮式拖拉机行驶的前外轮转弯半径并根据所述转弯半径对所述轮式拖拉机进行转弯控制。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，所述处理模块，还用于：

在所述预设位置为所述轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置的情况下，根据所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径确定所述轮式拖拉机的最小转弯半径。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，所述处理模块，还用于：

在圆拟合方法设置为最小二乘法时，通过最小二乘法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；具体用于：

根据所述轨迹圆的若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²⁾·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N},$ 其中N为正整数；

并根据确定所述轨迹圆半径。

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，所述处理模块，还用于：

在确定所述轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，获取所述轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据所述轴间距L_b与所述转弯半径R的角度关系获得所述轮式拖拉机行驶的前轮转角 $\mathrm{\δ}=arctan\left(\frac{L_b}{R}\right).$

如上所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，所述处理模块，还用于：

获取转角传感器安装在所述轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_n=\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧内轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_n=arctan\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}};$

根据前侧外轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_w=\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧外轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_w=arctan\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}};$

若将所述转角传感器安装于所述前侧内轮上，则根据所述前侧内轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将所述转角传感器安装于所述前侧外轮上，根据所述前侧外轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据所述转角传感器的安装偏差角度，确定所述转角传感器的安装角度。

本发明提供的轮式拖拉机的转弯控制方法及装置，通过获取轨迹圆上的若干个点的点坐标，并利用圆拟合方法对点坐标进行拟合计算，进而确定了轮式拖拉机的转弯半径，有效的克服了现有技术中存在的测量技术手段粗陋、测量精度低等问题，保证了对轮式拖拉机的转弯的控制精度，有利于提高轮式拖拉机的工作效率。

附图说明

图1为本发明实施例所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的流程示图；

图2为本发明实施例所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的前轮转角的示意图；

图3为本发明实施例所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的转角传感器的安装角度的示意图；

图4为本发明实施例所给出的轮式拖拉机的转弯控制装置的结构示意图一；

图5为本发明实施例所给出的轮式拖拉机的转弯控制装置的结构示意图二。

图中：

1、GNSS定位模块；2、处理模块；

3、输入模块；4、输出模块；

5、存储模块；6、转向控制模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的流程示图；参考附图1可知，本发明的一方面提供了一种轮式拖拉机的转弯控制方法，包括：

S1：获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，轨迹圆是由轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

其中，对于轮式拖拉机匀速行驶的场地不做限定，本领域技术人员可以根据具体的应用需求进行设置，如可以将轮式拖拉机设置在平整的地面上，或者是设置在田间等土地上，或者也可以将轮式拖拉机设置在合适的室内等；其中，为了保证对轮式拖拉机的所形成轨迹圆测量的准确可靠性，较为优选的，将轮胎视为刚性轮，不考虑轮胎与地面的侧向滑动，并将轮式拖拉机设置于较为平整的地面上，并且地面的面积可以有效的保证轮式拖拉机可以行使至少一圆周，这样可以有效的保证形成的轨迹圆的完成性和准确性，进而提高了计算轮式拖拉机转弯半径的精确度。

此外，对于轮式拖拉机在匀速行驶时的速度不做限定，本领域技术人员可以根据具体的测定需求进行设置，如将轮式拖拉机的速度设置为5km/h、10km/h或15km/h等等，其中，为了保证采集轮式拖拉机所形成的轨迹圆的若干个点的个数，较为优选的，将轮式拖拉机的匀速行驶的速度设置为小于或等于10km/h，如具体的，可以将轮式拖拉机的行驶速度设置为5km/h，这样可以有效的保证采集的轨迹圆上的点的个数和准确度。

另外，对于获取轨迹圆上的若干个点的点坐标的具体获取方法以及获取的点的个数不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，如将获取点坐标的获取方法设置为人为采集、定位传感器进行定位或者其他装置来采集等等，其中，较为优选的，通过设置的定位装置与GNSS进行定位，获取轨迹圆上的若干个点的大地坐标，然后通过大地坐标与普通坐标系的转换关系，将大地坐标转换为二维普通坐标，即获得了若干个点的准确的坐标信息；而对于获取的点的个数可以设置为100个、1000个或者更多等等，只要能够实现通过获取的方法获取一定数量的点的点坐标，并通过对点坐标的拟合计算，可以获得轨迹圆即可，在此不再赘述。

S2：利用圆拟合方法对若干个点的点坐标进行拟合计算，确定轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；

其中，对于具体的圆拟合方法不做限定，本领域技术人员可以根据其实现的功能进行任意设置，如可以采用最小最小二乘法、拉格朗日插值法、牛顿插值法、牛顿迭代法、区间二分法、弦截法、雅克比迭代法和牛顿科特斯数值积分法等方法，只要能够实现通过对若干个点的点坐标进行拟合计算，可以获得轨迹圆半径R₀即可，在此不再赘述。

S3：根据轮式拖拉机两侧前轮的前轮间距L_tw和轨迹圆半径R₀，确定轮式拖拉机行驶的转弯半径

其中，由于根据拟合的轨迹圆为位于轮式拖拉机的内侧车轮所形成的轨迹，因此，对于轮式拖拉机而言，其转弯半径还需要在轨迹圆半径的基础上，加和上一半的前轮间距，因此，即获得了轮式若垃圾行驶的前外轮转弯半径为 $R=R_0+\frac{L_{tw}}{2}.$

S4：根据转弯半径 $R=R_0+\frac{L_{tw}}{2}$ 对轮式拖拉机进行转弯控制。

通过获得的转弯半径，可以了解到轮式拖拉机的转弯数据，进而便于对轮式拖拉机在田间进行操作时的控制，提高了对轮式拖拉机的转弯控制，进而保证了轮式拖拉机在田间的作业质量。

本发明提供的轮式拖拉机的转弯控制方法及装置，通过获取轨迹圆上的若干个点的点坐标，并利用圆拟合方法对点坐标进行拟合计算，进而确定了轮式拖拉机的转弯半径，有效的克服了现有技术中存在的测量技术手段粗陋、测量精度低等问题，保证了对轮式拖拉机的转弯的控制精度，有利于提高轮式拖拉机的工作效率。

在上述实施例的基础上，继续参考附图1可知，由于在轮式拖拉机使用时，必要时，需要进行转弯操作，为了提高对轮式拖拉机的转弯控制能力，需要了解轮式拖拉机的最小转弯半径，因此，将预设位置设置为轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置；

此时，根据轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径确定轮式拖拉机的最小转弯半径。

通过获得的轮式拖拉机的最小转弯半径，对轮式拖拉机的转弯极限能力有了进一步的了解，进而在需要轮式拖拉机进行转弯时，可以根据预判轮式拖拉机是否能够直接完成转弯操作，并不破坏其他区域，如可以直接完成转弯操作，即说明预判转弯半径大于或等于最小转弯半径，即可直接进行转弯操作；如不可以直接完成转弯操作，即说明预判转弯半径小于最小转弯判断，则需要进行移动，直到满足转弯条件，即可进行转弯操作；进而有效的提高了轮式拖拉机的控制能力，并保证了轮式拖拉机的作业效果。

在上述实施例的基础上，继续参考附图1可知，对于本技术方案中的圆拟合方法不做限定，本领域技术人员可以根据具体的设计需求进行设置，其中，较为优选的，将圆拟合方法设置为最小二乘法，通过最小二乘法对若干个点的点坐标进行拟合计算，确定轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀，具体包括：

根据若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N},$ 其中N为正整数；

根据确定轨迹圆半径。

最小二乘法为数学中较为优化的技术，因此，采用最小二乘法对点坐标进行拟合计算，可以有效的提高了拟合计算的准确度和精度，并保证了确定的轨迹圆半径的准确度，进而保证了对轮式拖拉机的智能控制的准确度。

图2为所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的前轮转角的示意图；在上述实施例的基础上，参考附图2可知，为了提高对轮式拖拉机的控制能力，在轮式拖拉机进行转弯形成轨迹圆的过程中，可以获得轮式拖拉机的前轮转角信息，具体的：

在确定轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，还包括：

获取轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据轴间距L_b与转弯半径R的角度关系获得轮式拖拉机行驶的前轮转角 $\mathrm{\δ}=arctan\left(\frac{L_b}{R}\right).$

通过获取的前轮转角信息，进一步提高了对轮式拖拉机的控制能力，可以综合考虑轮式拖拉机的转弯半径信息和前轮转角信息综合对轮式拖拉机进行控制，保证了轮式拖拉机的作业能力，有利于市场的推广与应用。

图3为所给出的轮式拖拉机的转弯控制方法的转角传感器的安装角度的示意图；在上述实施例的基础上，继续参考附图3可知，为了方便测得轮式拖拉机的转角信息，可以在轮式拖拉机的前轮上安装转角传感器，但是，由于转角传感器在安装时会存在一定的误差，因此，会影响对转角信息的判断，为了减少转角传感器的安装误差，需要了解在安装转角传感器时允许的安装误差，具体的包括：

获取转角传感器安装在轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的前轮间距L_tw和转弯半径R的角度关系获得前侧内轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_n=arctan\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}};$

根据前侧外轮的前轮间距L_tw和转弯半径R的角度关系获得前侧外轮的转角

若将转角传感器安装于前侧内轮上，则根据前侧内轮的转角和安装预设角度δ_c，获得转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将转角传感器安装于前侧外轮上，根据前侧外轮的转角和安装预设角度δ_c，获得转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据转角传感器的安装偏差角度，确定转角传感器的安装角度。

根据获取的安装偏差角度，获得了转角传感器允许的安装误差，进而确定了转角传感器的安装角度，只要将转角传感器的安装误差设置于安装偏差角度范围内，即可满足安装条件，进而可以通过安装的转角传感器直接获得轮式拖拉机的转角信息。

图4为所给出的轮式拖拉机的转弯控制装置的结构示意图，本发明的另一方面提供了一种轮式拖拉机的转弯控制装置，包括：设置于轮式拖拉机上的处理模块2以及设置于轮式拖拉机前轮轮轴中心处的全球卫星导航系统GNSS定位模块1；

GNSS定位模块1，用于获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，轨迹圆是由轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

处理模块2，用于利用圆拟合方法对获取的若干个点的点坐标进行拟合计算，确定轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；并根据轮式拖拉机的两侧前轮的前轮间距L_tw和轨迹圆半径R₀，确定轮式拖拉机行驶的前外轮转弯半径并根据转弯半径对轮式拖拉机进行转弯控制。

其中，对于具体的GNSS定位模块1和处理模块2的具体结构不做限定，本领域技术人员可以根据其实现的功能进行任意设置，在此不再赘述；此外，本技术方案中的GNSS定位模块1和处理模块2所实现的功能步骤与本技术方案包括步骤S1-S4的技术方案中的步骤实施过程、操作方式以及技术效果相同，具体内容可参考上述陈述内容，在此不再赘述。

本发明提供的轮式拖拉机的转弯控制装置，通过GNSS定位模块1获取轨迹圆上的若干个点的点坐标，并利用处理模块2采用圆拟合方法对点坐标进行拟合计算，进而确定了轮式拖拉机的转弯半径，有效的克服了现有技术中存在的测量技术手段粗陋、测量精度低等问题，保证了对轮式拖拉机的转弯的控制精度，有利于提高轮式拖拉机的工作效率。

在上述实施例的基础上，继续参考附图4可知，处理模块2，还用于：

在预设位置为轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置的情况下，确定的轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径为轮式拖拉机的最小转弯半径。

通过处理模块2获得的轮式拖拉机的最小转弯半径，对轮式拖拉机的转弯极限能力有了进一步的了解，进而在需要轮式拖拉机进行转弯时，可以根据预判轮式拖拉机是否能够直接完成转弯操作，并不破坏其他区域，如可以直接完成转弯操作，即说明预判转弯半径大于或等于最小转弯半径，即可直接进行转弯操作；如不可以直接完成转弯操作，即说明预判转弯半径小于最小转弯判断，则需要进行移动，直到满足转弯条件，即可进行转弯操作；进而有效的提高了轮式拖拉机的控制能力，并保证了轮式拖拉机的作业效果。

在上述实施例的基础上，继续参考附图4可知，处理模块2，还用于：

在圆拟合方法设置为最小二乘法时，通过最小二乘法对若干个点的点坐标进行拟合计算，确定轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；具体用于：

根据轨迹圆的若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N},$ 其中N为正整数；

并根据确定轨迹圆半径。

最小二乘法为数学中较为优化的技术，因此，采用最小二乘法对点坐标进行拟合计算，可以有效的提高了拟合计算的准确度和精度，并保证了确定的轨迹圆半径的准确度，进而保证了对轮式拖拉机的智能控制的准确度。

在上述实施例的基础上，为了提高对轮式拖拉机的控制能力，在轮式拖拉机进行转弯形成轨迹圆的过程中，可以获得轮式拖拉机的前轮转角信息，处理模块2，还用于：

在确定轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，获取轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据轴间距L_b与转弯半径R的角度关系获得轮式拖拉机行驶的前轮转角

通过处理模块2获取的前轮转角信息，进一步提高了对轮式拖拉机的控制能力，可以综合考虑轮式拖拉机的转弯半径信息和前轮转角信息综合对轮式拖拉机进行控制，保证了轮式拖拉机的作业能力，有利于市场的推广与应用。

在上述实施例的基础上，继续参考附图4可知，为了方便测得轮式拖拉机的转角信息，可以在轮式拖拉机的前轮上安装转角传感器，但是，由于转角传感器在安装时会存在一定的误差，因此，会影响对转角信息的判断，为了减少转角传感器的安装误差，需要了解在安装转角传感器时允许的安装误差，处理模块2，还用于：

获取转角传感器安装在轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的前轮间距L_tw和转弯半径R的角度关系获得前侧内轮的转角

根据前侧外轮的前轮间距L_tw和转弯半径R的角度关系获得前侧外轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_w=arctan\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}};$

若将转角传感器安装于前侧内轮上，则根据前侧内轮的转角和安装预设角度δ_c，获得转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将转角传感器安装于前侧外轮上，根据前侧外轮的转角和安装预设角度δ_c，获得转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据转角传感器的安装偏差角度，确定转角传感器的安装角度。

根据处理模块2获取的安装偏差角度，获得了转角传感器允许的安装误差，进而确定了转角传感器的安装角度，只要将转角传感器的安装误差设置于安装偏差角度范围内，即可满足安装条件，进而可以通过安装的转角传感器直接获得轮式拖拉机的转角信息。

具体应用时，图5为所给出的轮式拖拉机的转弯控制装置的结构示意图二，参考附图5可知，本技术方案中的轮式拖拉机的转弯控制装置可以设置为包括处理模块2、输入模块3、输出模块4、存储模块5、转向控制模块6以及GNSS定位模块1等辅助设备，将该轮式拖拉机的转弯控制装置设置为适合拖拉机机载作业监控需求的嵌入式终端设备；其中，处理模块2既是整个装置控制的核心，也是计算转弯半径及前轮转角的关键模块；而对于输入模块3、输出模块4以及存储模块5而言，可以将输入模块3设置为键盘和触摸屏设备，主要用于人机界面交互和设置测量参数；输出模块4可选用LCD显示屏，用于显示拖拉机转弯半径的实时测量轨迹以及测定结果；存储模块5可选用闪存卡，用于记录和存储拖拉机实时测量轨迹文件及测定结果；而对于转向控制模块6而言，其与处理模块2相连接，用于在通过转角传感器进行标定的过程中，输出一个确定的控制转角，有效的提高了对于转角传感器的安装控制，有效减小了转角传感器在安装过程中所产生的误差；通过设置的上述各个模块，有效的提高了轮式拖拉机的转弯控制装置的实用性和智能化程度；此外，对于GNSS定位模块1而言，用于实时提供轮式拖拉机的当前位置，获取轮式拖拉机行驶的轨迹圆上的点的点坐标，并可以用于前轮转角测量与标定；当然的，本领域技术人员还可以根据具体的应用需求增加其他的应用模块或设备，如增加智能通信模块，用于与手机、电脑等终端设备进行通信连接等等，在此不再赘述。

此外，为了更好地保证轮式拖拉机的转弯半径及前轮转角的测量工作，其装置最好设计为具有“防尘、防震、防水”的三防工业级坚固壳体，进而达到农业机械车载终端的使用要求，并能够有效的保证该装置使用的稳定可靠性。

在对该转弯控制装置进行安装时，可以将处理模块2、输入模块3以及输出模块4等安装于轮式拖拉机驾驶室内，而将GNSS定位装置安装与驾驶室上的前轮轴中心处，尤其是对于GNSS定位装置中的GNSS外置天线，将GNSS外置天线安装于驾驶室上的前轮轴中心处O_A。

安装完毕后，即可通过控制装置对轮式拖拉机的转弯半径及前轮转角进行测量，以通过测得的转弯半径和前轮转角信息对轮式拖拉机进行有效控制，具体的测量步骤为：

测量场地选取平整的地面，场地大小应能够允许拖拉机进行全圆周行驶。通过测定装置的人机交互界面启动拖拉机左侧最小转弯半径测量过程，同时将拖拉机转向盘转至左侧极限位置，保持不动，以低速行驶超过一圈。

在测量过程中，测定装置实时记录轮式拖拉机当前位置并显示行驶轨迹圆，当行驶超过一圈时，轨迹圆封闭。

此时，通过人机交互界面结束测量过程，通过处理模块2计算轮式拖拉机左侧的最小转弯半径，并可以通过人机交互界面输出测量结果；然后将拖拉机方向盘转至右侧极限位置，测量拖拉机右侧的最小转弯半径，并可以通过人机交互界面输出测量结果，通过测量的最小转弯半径可以对轮式拖拉机进行有效的控制，提高了该轮式拖拉机的作业操作能力。

此外，在该轮式拖拉机上，还可以安装转角传感器，转角传感器为基于GNSS卫星定位的拖拉机自动导航系统的关键组件之一，可以将转角传感器安装在拖拉机前轮轴心处，用于测量前轮的转向角度；在进行前轮转角传感器在安装过程中，不可避免存在安装偏差，为了消除前轮转角传感器的初始安装偏差，需要进行转角传感器的标定，本发明提供的方法以装置也可用于标定前轮转角传感器的初始安装偏差值，具体的过程可参考上述描述内容，在此不再赘述，通过上述方法及装置对转角传感器的安装偏差值的获得，有效的保证了转角传感器的安装精度。

相对于现有技术而言，本技术方案具有以下优点：

(1)可以设置处理模块2、输入模块3、输出模块4、存储模块5、GNSS定位模块1等功能模块，构建了轮式拖拉机的车载嵌入式终端设备，实现轮式拖拉机最小转弯半径和前轮转角的自动测量，测量过程实时性好，操作简便，进而提高了对轮式拖拉机的控制精度和能力；

(2)应用最小二乘法求解最小转弯半径和前轮转角，极大地提高了计算精度；

(3)基于GNSS定位模块1获取轮式拖拉机行驶的轨迹圆上的若干个点的点坐标，保证了获取的点的点坐标的精确度和可靠性，并有效的提高了对轮式拖拉机的智能控制化，提高了轮式拖拉机的作业能力。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种轮式拖拉机的转弯控制方法，其特征在于，包括：

获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，所述轨迹圆是由所述轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

利用圆拟合方法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；

根据所述轮式拖拉机两侧前轮的前轮间距L_tw和所述轨迹圆半径R₀，确定所述轮式拖拉机行驶的前外轮转弯半径

根据所述转弯半径对所述轮式拖拉机进行转弯控制。

2.根据权利要求1所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，其特征在于，所述预设位置为所述轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置；

相应的，根据所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径确定所述轮式拖拉机的最小转弯半径。

3.根据权利要求1所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，其特征在于，所述圆拟合方法为最小二乘法，通过最小二乘法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀，具体包括：

根据所述若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$\begin{array}{ccc}a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},& b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},& c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N}\end{array},$ 其中N为正整数；

根据确定所述轨迹圆半径。

4.根据权利要求1或3所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，其特征在于，所述确定所述轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，还包括：

获取所述轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据所述轴间距L_b与所述转弯半径R的角度关系获得所述轮式拖拉机行驶的前轮转角

5.根据权利要求4所述的轮式拖拉机的转弯控制方法，其特征在于，还包括：

获取转角传感器安装在所述轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_n=\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧内轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_n=arctan\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}};$

根据前侧外轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_w=\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧外轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_w=arctan\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}};$

若将所述转角传感器安装于所述前侧内轮上，则根据所述前侧内轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将所述转角传感器安装于所述前侧外轮上，根据所述前侧外轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据所述转角传感器的安装偏差角度，确定所述转角传感器的安装角度。

6.一种轮式拖拉机的转弯控制装置，其特征在于，包括：设置于轮式拖拉机上的处理模块以及设置于轮式拖拉机前轮轮轴中心处的全球卫星导航系统GNSS定位模块；

所述GNSS定位模块，用于获取轮式拖拉机匀速行驶至少一圆周所形成的轨迹圆上的若干个点的点坐标，所述轨迹圆是由所述轮式拖拉机的方向盘旋转至预设位置保持不动后行驶形成的；

所述处理模块，用于利用圆拟合方法对获取的若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；并根据所述轮式拖拉机的两侧前轮的前轮间距L_tw和轨迹圆半径R₀，确定所述轮式拖拉机行驶的前外轮转弯半径并根据所述转弯半径对所述轮式拖拉机进行转弯控制。

7.根据权利要求6所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：

在所述预设位置为所述轮式拖拉机的方向盘顺时针旋转所至的极限位置，或者逆时针旋转所至的极限位置的情况下，根据所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆的转弯半径确定所述轮式拖拉机的最小转弯半径。

8.根据权利要求6所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：

在圆拟合方法设置为最小二乘法时，通过最小二乘法对所述若干个点的点坐标进行拟合计算，确定所述轮式拖拉机行驶的轨迹圆半径R₀；具体用于：

根据所述轨迹圆的若干个点的点坐标(X_i,Y_i)i∈(1,2...N)，获得以下参数：

A＝ΣX_i，

B＝ΣY_i，

C＝Σ(X_i+Y_i)，

D＝N·ΣX_i ²-(ΣX_i)²，

E＝N·ΣY_i ²-(ΣY_i)²，

F＝N·ΣX_i·Y_i-ΣX_i·ΣY_i，

G＝N·ΣX_i ³+N·ΣX_iY_i ²-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣX_i，

H＝N·ΣY_i ³+N·ΣX_i ²Y_i-Σ(X_i ²+Y_i ²)·ΣY_i；

根据x²+y²+ax+by+c＝0确定中间变量a、b和c，其中x∈X_i，y∈Y_i：

$\begin{array}{ccc}a=\frac{F\·H-E\·G}{D\·E-F^2},& b=\frac{D\·H-F\·G}{F^2-D\·E},& c=-\frac{C+a\·A+b\·B}{N}\end{array},$ 其中N为正整数；

并根据确定所述轨迹圆半径。

9.根据权利要求6或8所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：

在确定所述轮式拖拉机行驶的转弯半径之后，获取所述轮式拖拉机的左侧或右侧的前轮轮轴与后轮轮轴的轴间距L_b,并根据所述轴间距L_b与所述转弯半径R的角度关系获得所述轮式拖拉机行驶的前轮转角 $\mathrm{\δ}=arctan\left(\frac{L_b}{R}\right).$

10.根据权利要求9所述的轮式拖拉机的转弯控制装置，其特征在于，所述处理模块，还用于：

获取转角传感器安装在所述轮式拖拉机前轮的安装预设角度δ_c，0≤δ_c≤δ_max；

根据前侧内轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_n=\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧内轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_n=arctan\frac{L_b}{R-\frac{L_{tw}}{2}};$

根据前侧外轮的所述前轮间距L_tw和所述转弯半径R的角度关系 ${\mathrm{tan\δ}}_w=\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}},$ 获得所述前侧外轮的转角 ${\mathrm{\δ}}_w=arctan\frac{L_b}{R+\frac{L_{tw}}{2}};$

若将所述转角传感器安装于所述前侧内轮上，则根据所述前侧内轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_n；

若将所述转角传感器安装于所述前侧外轮上，根据所述前侧外轮的转角和所述安装预设角度δ_c，获得所述转角传感器的安装偏差角度Δδ＝δ_c-δ_w；

根据所述转角传感器的安装偏差角度，确定所述转角传感器的安装角度。