CN111504309A - 低速运动中汽车位姿的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种本发明通过惯性测量装置获取的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴角速度算出一组位姿变化量；再根据胎压传感器、轮速传感器获取的脉冲距离参数、左右后轮的脉冲数差值以及上周期航向角变化量算出另一组位姿变化量，通过卡尔曼滤波处理得到准确的位姿变化量，再结合上个计算周期的位姿得到本周期位姿，这样计算的汽车位姿误差小，提高了汽车操控的准确性和安全性。

Description

低速运动中汽车位姿的计算方法
技术领域
本发明涉及汽车测量技术领域，具体地指一种低速运动中汽车位姿的计算方法。
背景技术
在当汽车低速运动时，比如在周边近距离内具有其他障碍物的情况下，需要准确获取汽车的位姿以避免与周边障碍物碰撞。目前普遍的做法是根据轮速脉冲得出的实时车速结合惯性测量装置得到实际位姿信息。中国专利CN108731667A公开了一种用于确定无人驾驶车辆的速度和位姿的方法和装置，该专利是在根据激光定位或GPS定位数据修正实际运动距离。中国专利CN106289275A公开了用于改进定位精度的单元和方法，该专利是直接融合惯性测量单元数据修正实际运动距离。这些方法存在较大的误差，降低了汽车操控的准确性和安全性。
发明内容
本发明的目的就是要克服上述现有技术存在的不足，提供一种低速运动中汽车位姿的计算方法，该方法可以减小汽车位姿的误差，提高汽车操控的准确性和安全性。
为实现上述目的，本发明提供一种低速运动中汽车位姿的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)对计算周期内车辆的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴角速度分别积分，获得X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ；
2)实时获取左后轮和右后轮的胎压，得到计算周期内的脉冲距离参数ls；
3)实时获取当前计算周期内左后轮和右后轮的脉冲数差值△Sum左、△Sum右，再根据脉冲距离参数ls和左右后轮轮距l得到航向角改变量△θ；
4)获取上一个计算周期的航向角θodd，得到X轴位移量△X和Y轴位移量△Y；
5)将步骤1)和步骤3)、4)中获取的两种X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ进行卡尔曼滤波处理，得到最终的位姿改变量，结合上个计算周期的位姿得到本计算周期的位姿。
进一步地，步骤3)中，航向角改变量△θ的计算公式为
Figure BDA0002472133710000021
进一步地，步骤4)中，X轴位移量△X和Y轴位移量△Y的计算公式为
Figure BDA0002472133710000022
本发明的有益效果是：通过惯性测量装置算出一组位姿变化量；再根据胎压传感器、轮速传感器算出另一组位姿变化量，通过卡尔曼滤波处理得到准确的位姿变化量，再结合上个计算周期的位姿得到本周期位姿，这样计算的汽车位姿误差小，提高了汽车操控的准确性和安全性。
附图说明
图1为航向角改变量的计算几何关系图。
图2为X、Y轴位移量的计算几何关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。
当汽车车速小于30Km/h时为低速，车轮与地面之间的滑动摩擦距离可以忽略，本发明提供一种低速运动中汽车位姿的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
1、对计算周期内从惯性测量装置获取的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴角速度分别积分，获得X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ。
2、通过胎压传感器实时获取左后轮和右后轮的胎压，通过轮胎形变模块结合已知的轮胎尺寸得到计算周期内的脉冲距离参数ls。
3、通过轮速传感器实时获取当前计算周期内左后轮和右后轮的脉冲数△Sum左、△Sum右，再根据脉冲距离参数ls和左右后轮轮距l得到航向角改变量△θ；航向角改变量△θ的计算几何关系图如图1所示，通过两个同心扇形的弧长差值比上两个扇形的半径差值得到，其计算公式为
Figure BDA0002472133710000031
4、获取上一个计算周期的航向角θodd，得到X轴位移量△X和Y轴位移量△Y。X轴位移量△X和Y轴位移量△Y的计算几何关系图如图2所示，图中，原点为上个计算周期车辆的位姿，(x1,y1)为本计算周期的位姿，X轴位移量△X和Y轴位移量△Y的计算公式为
Figure BDA0002472133710000032
5、将步骤1和步骤3、4中获取的两种X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ采用经典卡尔曼滤波模型进行处理，得到最终的位姿改变量，结合上个计算周期的位姿得到本计算周期的位姿。
本发明通过惯性测量装置获取的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴角速度算出一组位姿变化量；再根据胎压传感器、轮速传感器获取的脉冲距离参数、左右后轮的脉冲数差值以及上周期航向角变化量算出另一组位姿变化量，通过卡尔曼滤波处理得到准确的位姿变化量，再结合上个计算周期的位姿得到本周期位姿，这样计算的汽车位姿误差小，提高了汽车操控的准确性和安全性。

Claims (3)

1.一种低速运动中汽车位姿的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)对当前计算周期内车辆的X轴加速度、Y轴加速度和Z轴角速度分别积分，获得X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ；
2)实时获取左后轮和右后轮的胎压，得到计算周期内的脉冲距离参数ls；
3)实时获取当前计算周期内左后轮和右后轮的脉冲数△Sum左、△Sum右，再根据脉冲距离参数ls和左右后轮轮距l得到航向角改变量△θ；
4)获取上一个计算周期末时刻的航向角θodd，得到X轴位移量△X和Y轴位移量△Y；
5)将步骤1)和步骤3)、4)中获取的两种X轴位移量△X、Y轴位移量△Y和航向角改变量△θ进行卡尔曼滤波处理，得到最终的位姿改变量，结合上个计算周期的位姿得到本计算周期的位姿。
2.根据权利要求1所述的低速运动中汽车位姿的计算方法，其特征在于：步骤3)中，航向角改变量△θ的计算公式为
Figure FDA0002472133700000011
3.根据权利要求1所述的低速运动中汽车位姿的计算方法，其特征在于：步骤4)中，X轴位移量△X和Y轴位移量△Y的计算公式为
Figure FDA0002472133700000012
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