CN109878531B - 基于旋变传感器的参数获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于旋变传感器的参数获取方法，包括：旋变传感器采集车轮的角位移和角速度变化，并根据角位移和角速度变化，生成旋转电压信号；解码器接收旋变传感器输出的旋转电压信号，并对旋转电压信号进行处理，生成电角度数值；处理器接收解码器发送的电角度数值，并对电角度数值进行处理，生成车轮机械弧度和车轮角速度。由此，保证了测量精度，降低了对环境使用条件的要求，同时可以检测旋变传感器的开路和短路状态，提高了自动驾驶的安全性能。

Description

基于旋变传感器的参数获取方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于旋变传感器的参数获取方法。

背景技术

由于低速自动驾驶车辆在运行过程中，需要有辅助定位的手段。目前均是通过轮速差来实现辅助定位。因此就需要一个相对精度较高的轮速计。

现在很多低速车辆采用的是光电传感器作为轮速测量。光电传感器采用光栅的方式测量车轮转动的角度，输出两象的PWM波信号。控制器检测PWM的频率可以获得车轮的转速。

采用光电传感器方式实现的轮速计，对工作环境要求较高，普遍不能实现防水的等级要求。另外采用光电传感器方式，轮速计不能实现传感器的开路、短路检测。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种基于旋变传感器的参数获取方法，以解决现有计算中的轮速计对工作环境要求较高，不能实现传感器的开路、短路检测的问题。

为解决上述问题，第一方面，本发明提供了一种基于旋变传感器的参数获取方法，其特征在于，所述方法包括：

旋变传感器采集车轮的角位移和角速度变化，并根据所述角位移和角速度变化，生成旋转电压信号；

解码器接收所述旋变传感器输出的旋转电压信号，并对所述旋转电压信号进行处理，生成电角度数值；

处理器接收所述解码器发送的电角度数值，并对所述电角度数值进行处理，生成车轮机械弧度和车轮角速度。

在一种可能的实现方式中，所述方法之前还包括：

所述解码器产生交流励磁信号，并对所述交流励磁信号进行放大；

所述旋变传感器的初级线圈接收所述放大后的交流励磁信号，并生成交变磁场；

所述旋变传感器的次级线圈根据所述交变磁场，采集车轮切割所述交变磁场产生的感应信号，生成旋转电压信号。

在一种可能的实现方式中，利用公式S＝angle(k)–angle(k-1)计算一个采样周期内的电角度；

其中，S为一个采样周期内转动的电角度数值，angle(k)为当前采集的电角度数值，angle(k-1)为该采样周期前采集的电角度数值。

在一种可能的实现方式中，当angle(k)>angle(k-1),且angle(k)-angle(k-1)>2400时，可视为反转时，一个采样周期内跨过了一个电周期，此时S＝angle(k)–angle(k-1)-4800；

当angle(k)<angle(k-1),且angle(k-1)-angle(k)>2400时，可视为正转时，一个采样周期内跨过了一个电周期，此时S＝angle(k)–angle(k-1)+4800。

在一种可能的实现方式中，利用公式θ1＝(S/13.3/2/N)*π，计算车轮机械弧度；

其中，S为电角度，N为旋变传感器的极对数。

在一种可能的实现方式中，利用公式α＝θ1/0.1计算车轮转动的角速度，其中，θ1为车轮机械弧度。

在一种可能的实现方式中，利用公式l＝θ1*2*R计算车轮的转动位置，其中，θ1为车轮机械弧度，R1为车轮半径。

在一种可能的实现方式中，利用公式θ2＝(l2-l1)/(2*L)计算车辆的转弯弧度；

其中，θ2为转弯弧度，l1为左轮转动距离，l2为右轮转动距离，L为左右轮之间轮距。

第二方面，本发明提供了一种设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储程序，所述处理器用于执行第一方面任一所述的方法。

第三方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得所述计算机执行如第一方面任一所述的方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一所述的方法。

通过应用本发明提供的基于旋变传感器的参数获取方法，保证了测量精度，降低了对环境使用条件的要求，同时可以检测旋变传感器的开路和短路状态，提高了自动驾驶的安全性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于旋变传感器的参数获取方法流程示意图；

图2为本发明实施例提供的基于旋变传感器的参数获取装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的旋变传感器正转时，解码器的输出示意图；

图4为本发明实施例提供的旋变传感器反转时，解码器的输出示意图；

图5为车辆转弯弧度的示意图。

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，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

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。

图1为本发明实施例一提供的定位方法流程示意图。该方法应用在车辆中，尤其可以应用在低速自动驾驶车辆中。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤110，旋变传感器采集车轮的角位移和角速度变化，并根据角位移和角速度变化，生成旋转电压信号。

参见图2，基于旋变传感器的参数获取装置包括旋变传感器、解码器和处理器，其中，处理器可以是微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)。

在步骤110之前，还包括：

解码器产生交流励磁信号，并对交流励磁信号进行放大；

旋变传感器的初级线圈接收放大后的交流励磁信号，并生成交变磁场；

旋变传感器的次级线圈根据交变磁场，采集车轮切割交变磁场产生的感应信号，生成旋转电压信号。

步骤120，解码器接收旋变传感器输出的旋转电压信号，并对旋转电压信号进行处理，生成电角度。

其中，旋转电压信号包括正弦信号和余弦信号，解码器根据正、余弦信号，计算出当前电角度，再根据当前电角度，输出一个数值，该数值可以称为电角度数值。

具体的，电角度一周为360度，旋变传感器对应有N对极，对应旋变传感器转动一周，有N个电角度周，一个机械周＝2*N*360度电角度。

当旋变传感器正转时，参见图3，解码器输出的电角度位置是增加的。当电角度位置超过360度对应值时，解码器输出的值返回0值，在此基础上，解码器后续输出的值随转动继续增加。反转时，参见图4，解码器输出的电角度位置是减少的。当电角度位置达到0时，解码器输出的值返回最大，在此基础上，解码器后续输出的值随转动继续减小。解码器精度13.3/度，即输出电角度数值为4800时，对应电角度360度(2π弧度)。

步骤130，处理器接收解码器发送的电角度数值，并对电角度数值进行处理，生成车轮机械弧度和车轮角速度。

具体的，当旋变传感器的极对数N＝3时，表示旋变传感器转动一周，输出的电角度周期为6个，这时解码器总的输出数值为6*4800＝28800。当旋变传感器对应车轮的减速比为1:1时，处理器可设置为以一定的采样周期进行采样当前位置的电角度值，示例而非限定，采样周期可以设置为100ms采样一次。通过计算可以得到累计的车轮转动距离和转速。

S＝angle(k)–angle(k-1)；

S为100ms内转动的电角度数值，angle(k)为当前采集的电角度数值，angle(k-1)为100ms前采集的电角度数值。

当跨越一个电周期时要做运算处理。

当angle(k)>angle(k-1),且angle(k)-angle(k-1)>2400(半个电周期)时，可视为反转时，100ms内跨过了一个电周期。

此时，S＝angle(k)–angle(k-1)-4800；

当angle(k)<angle(k-1),且angle(k-1)-angle(k)>2400(半个电周期)时，可视为正转时，100ms内跨过了一个电周期。

此时，S＝angle(k)–angle(k-1)+4800；

S值为正，则当前车轮正转。

S值为负，则当前车轮反转。

S为100ms内车轮转过的电角度数值，转换为车轮机械弧度为：

θ1＝(S/13.3/2/N)*π。

角速度的计算公式为α＝θ1/0.1，其中，α为角速度。

转动位置l＝θ1*2*R1，其中，R1为车轮半径。

S值小于2400时，即车轮转动角速度α<π/N时，可用此旋变传感器进行轮速计算。否则，需要缩短采样周期，保证采样周期内最大的S值小于2400。或者采用极对数少的旋变传感器。但减少极对数，实际降低了测量精度。

在步骤130之后，还包括：采用周期100ms的CAN报文输出S值和α值。

后续，可以通过对S进行累加，转换为机械弧度计算可以得到对应车轮的转动距离。

后续，还可以计算左右轮的转动距离差值，可以计算当前车辆的转弯弧度，对转弯弧度进行积分运算，可以辅助定位。

可以利用公式θ2＝(l2-l1)/(2*L)计算车辆转弯弧度。

图5为车辆转弯弧度的示意图。图5中的参数含义为：

l1：左轮转动距离；l2：右轮转动距离；L：左右轮之间轮距；R2:车辆当前的转弯半径；θ2：转弯弧度。

通过对θ2以及当前车速进行积分计算，得到计算结果，可以得到车辆的运行轨迹，辅助车辆进行定位。

进一步的，处理器设置有通信接口，可以通过通信接口设定解码器的激励参数和检测参数，解码器能够检测并反馈旋变传感器的开路和短路状态，处理器可以通过通信接口获取旋变传感器的开路和短路状态，以实现开路和短路检测。

通过应用本发明实施例提供的基于旋变传感器的参数获取方法，保证了测量精度，降低了对环境使用条件的要求，同时可以检测旋变传感器的开路和短路状态，提高了自动驾驶的安全性能。

本发明实施例二提供了一种设备，包括存储器和处理器，存储器用于存储程序，存储器可通过总线与处理器连接。存储器可以是非易失存储器，例如硬盘驱动器和闪存，存储器中存储有软件程序和设备驱动程序。软件程序能够执行本发明实施例提供的上述方法的各种功能；设备驱动程序可以是网络和接口驱动程序。处理器用于执行软件程序，该软件程序被执行时，能够实现本发明实施例提供的方法。

本发明实施例三提供了一种包含指令的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行本发明实施例一提供的方法。

本发明实施例四提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例一提供的方法。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于旋变传感器的参数获取方法，其特征在于，所述方法包括：

旋变传感器采集车轮的角位移和角速度变化，并根据所述角位移和角速度变化，生成旋转电压信号；

解码器接收所述旋变传感器输出的旋转电压信号，并对所述旋转电压信号进行处理，生成电角度数值；

处理器接收所述解码器发送的电角度数值，并对所述电角度数值进行处理，生成车轮机械弧度和车轮角速度;

利用公式S = angle(k)–angle(k-1)计算一个采样周期内的电角度;

其中，S为一个采样周期内转动的电角度数值，angle(k)为当前采集的电角度数值，angle(k-1)为该采样周期前采集的电角度数值;

当angle(k)>angle(k-1),且angle(k)- angle(k-1)>2400时，可视为反转时，一个采样周期内跨过了一个电周期，此时S =angle(k) –angle(k-1) -4800;

当angle(k)<angle(k-1),且angle(k-1)- angle(k)>2400时，可视为正转时，一个采样周期内跨过了一个电周期，此时S =angle(k) –angle(k-1) +4800;

利用公式θ1= (S/13.3/2/N)*π，计算车轮机械弧度；

其中，θ1为车轮机械弧度，N为旋变传感器的极对数；

利用公式α= θ1/T，计算车轮转动的角速度；

其中，α为车轮角速度，T为采样周期；

利用公式l = θ1*2*R1计算车轮的转动位置；

其中，l为转动位置，R1为车轮半径；利用公式θ2=（l2-l1）/（2*L）计算车辆的转弯弧度；

其中，θ2为转弯弧度，l1为左轮转动距离，l2为右轮转动距离，L为左右轮之间轮距。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法之前还包括：

所述解码器产生交流励磁信号，并对所述交流励磁信号进行放大；

所述旋变传感器的初级线圈接收所述放大后的交流励磁信号，并生成交变磁场；

所述旋变传感器的次级线圈根据所述交变磁场，采集车轮切割所述交变磁场产生的感应信号，生成旋转电压信号。

Images