CN112009567B - 一种农机及其转向角度标定方法、转向控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农机及其转向角度标定方法、转向控制方法，通过车身方位角和实时轮胎转向角度对角度传感器的当前轮胎转向角度是否需要标定进行判断，且自动标定过程可以在正常作业过程中进行，无需较大空地且不需要人工干预，自动标定可以贯穿整个作业过程。针对频繁发生变化的角度传感器的误差可以持续的进行自动标定，不影响正常作业且无需驾驶员进行相应操作。并根据农机的当前轮胎转向角度得到实际轮胎转向角度，以控制农机进行转向。由此以在农机行驶过程中对角度传感器是否需要标定进行判断，并通过实际轮胎转向角度控制农机进行转向，提高转向控制精度。

Description

一种农机及其转向角度标定方法、转向控制方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，更具体地说，涉及一种农机的转向角度标定方法，还涉及一种农机的转向控制方法，还包括一种农机。

背景技术

随着现代农业的发展，农业机械化率越来越高，农业机械在越来越多的农田上进行作业。不过农机的自动化率目前还不足够高，许多方面仍旧依赖人进行工作。自动驾驶技术的迅速发展和广泛应用将给农业带来深远影响和巨大的利益。积极研究和发展农机自动驾驶技术，对于我国在激烈的国际竞争中取得有利地位具有重要意义，对于国民粮食安全也具有重要意义。

由于农机自动驾驶系统是一种运行极为精确的系统，整个系统一般由两层闭环组成，第一层闭环为以北斗导航接收机为反馈对于农机位置的闭环，第二层闭环为以轮胎角度传感器为反馈对于农机轮胎角度控制的闭环。所以该系统对于轮胎角度传感器的安装精度要求很高。正常来说，一般认为角度传感器的零位即为农机转向轮的零位，当两个零位重合时，认为角度传感器的误差为0。但是由于农机作业环境特殊且轮胎角度传感器一般都安装在车轮附近，在农田中工作时或者在田间道路行驶时，持续的颠簸和抖动可能会导致角度传感器安装部件发生位移或者旋转，此时角度传感器的零位与农机转向轮的零位便不再重合，自动驾驶得到的反馈值会出现错误，导致系统无法进行正常的高精度自动驾驶。所以不得不考虑农机自动驾驶系统对于角度传感器安装部件发生位移或者旋转时需要进行的自我校正措施。但是目前技术方案只能在农机自动驾驶系统作业之前进行角度传感器安装的标定(专利2016109567204)且需要较大的空地用于角度传感器的标定。所以在目前技术中如果发生以上所述的位移或者旋转，解决方案只能是停止正常作业，对角度传感器进行标定。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种农机的转向角度标定方法，以解决现有技术中无法判断农机在行驶过程中角度传感器是否需要标定的问题。本发明的第二个目的是提供一种农机的转向控制方法及一种农机。

为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：

一种农机的转向角度标定方法，包括：

获取农机在行驶过程中预设时间段内的多个车身方位角和多个实时轮胎转向角度；

根据全部所述车身方位角计算所述车身方位角的方差；

当所述方差小于预设值时，根据全部所述实时轮胎转向角度计算所述实时轮胎转向角度的平均值；

判断所述平均值是否处于0-0.04范围内，若否，则判定需要对所述农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定。

优选地，所述方法还包括：

对所述农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定，得到实际轮胎转向角度λ。

优选地，所述得到实际轮胎转向角度λ，包括：

根据所述平均值得到角度传感器的零位误差ε，所述零位误差ε等于所述平均值；

根据所述零位误差ε和公式λ＝λ_S+ε得到所述实际轮胎转向角度λ。

优选地，所述预设值为0.2。

优选地，所述车身方位角为农机中轴线与正北方向的夹角。

本发明提供一种农机的转向控制方法，包括上述实施例任一项所述的农机的转向角度标定方法，所述得到实际轮胎转向角度λ之后，所述方法还包括：

根据所述实际轮胎转向角度λ控制所述农机进行转向。

优选地，所述根据所述实际轮胎转向角度λ控制所述农机进行转向，包括：

根据所述实际轮胎转向角度λ和车轮的目标角度之差控制农机进行转向。

优选地，所述车轮的目标角度λ_T的获取过程为：

根据公式

计算得到，其中，Δψ为当前时刻的车身方位角ψ₂与当前时刻的直线路径的方位角ψ₁之差，Δd为北斗导航双天线的中点坐标与直线路径间的距离，L为农机的轴距，F₀为预设前视距离；

所述方位角ψ₁为直线路径起点到终点的连线与正北方向的夹角。

本发明提供一种农机，包括：

控制器和与农机导向轮转向轴固连的角度传感器；

其中，所述控制器用于执行上述实施例任一项所述的农机的转向角度标定方法的步骤。

优选地，还包括：

用于检测所述车身方位角并发送至所述控制器的北斗导航天线。

优选地，还包括：

用于与所述控制器连接、控制农机进行转向的转向装置，所述转向装置为方向盘转向电机或电磁转向液压阀。

优选地，所述角度传感器为霍尔元件、电位器或编码器。

优选地，所述北斗导航天线为两个，两个所述北斗导航天线沿农机中轴线对称设置。

本发明提供的农机的转向角度标定方法，包括：获取农机在行驶过程中预设时间段内的多个车身方位角和多个实时轮胎转向角度；根据全部所述车身方位角计算所述车身方位角的方差；当所述方差小于预设值时，根据全部所述实时轮胎转向角度计算所述实时轮胎转向角度的平均值；判断所述平均值是否处于0-0.04范围内，若否，则判定需要对所述农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定。

应用本发明提供的农机的转向角度标定方法，相较于现有技术，具有以下技术效果，第一，通过车身方位角和实时轮胎转向角度即可对角度传感器的当前轮胎转向角度是否需要标定进行判断，以防止角度传感器的零位与农机转向轮的零位不再重合，导致自动驾驶得到的反馈值出现错误无法进行正常的高精度自动驾驶的问题；第二，自动标定过程可以在正常作业过程中进行，无需较大空地且不需要人工干预，自动标定可以贯穿整个作业过程；第三，针对频繁发生变化的角度传感器安装部件误差可以持续的进行自动标定，不影响正常作业且无需驾驶员进行相应操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种农机的转向角度标定方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种农机的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种农机的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的农机转向时的主要参数示意图。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种农机的转向角度标定方法，以解决现有技术中无法判断农机在行驶过程中角度传感器是否需要标定的问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种农机的转向角度标定方法的流程示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的一种农机的转向角度标定方法，包括：

S11：获取农机在行驶过程中预设时间段内的多个车身方位角和多个实时轮胎转向角度；

车身方位角为农机中轴线与正北方向的夹角，实时轮胎转向角度一般通过设置在转向轮的轮胎附近的角度传感器检测得到。接收到的数据为自当前时刻前预设时间段的车身方位角和实时轮胎转向角度。预设时间段可根据需要进行设置如10-30秒。

S12：根据全部车身方位角计算车身方位角的方差；

S13：当方差小于预设值时，根据全部实时轮胎转向角度计算实时轮胎转向角度的平均值；

由此以判断车身方位角是否发生变化，在一种实施例中，预设值为0.2，当方差小于0.2时，认为在预设时间段内的车身方位角没有发生变化，否则，认为该组数据无法判断是否需要对角度传感器标定。当方差小于0.2时，根据获取到的全部实时轮胎转向角度计算实时轮胎转向角度的平均值，并执行步骤S14。

S14：判断平均值是否处于0-0.04范围内，若否，则判定需要对农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定。

当平均值处于0-0.04范围内时，包括端点值0和0.04，则认为角度传感器的实时轮胎转向角度为实际的轮胎角度，无需对角度传感器进行标定，否则，认为角度传感器的实时轮胎转向角度与农机转向轮的实际值存在误差，则需要对角度传感器进行标定，可控制农机停下进行人工标定，或者在行驶过程中对农机进行自动标定，均在本发明的保护范围内。

应用本发明提供的农机的转向角度标定方法及系统，相较于现有技术，具有以下技术效果，第一，通过车身方位角和实时轮胎转向角度即可对角度传感器的当前轮胎转向角度是否需要标定进行判断，以防止角度传感器的零位与农机转向轮的零位不再重合，导致自动驾驶得到的反馈值出现错误无法进行正常的高精度自动驾驶的问题；第二，自动标定过程可以在正常作业过程中进行，无需较大空地且不需要人工干预，自动标定可以贯穿整个作业过程；第三，针对频繁发生变化的角度传感器的误差可以持续的进行自动标定，不影响正常作业且无需驾驶员进行相应操作。

具体的，方法还包括：

对农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定，得到实际轮胎转向角度λ。

其中，标定方法如对多个当前轮胎转向角度取平均值的方式，以减小与实际轮胎转向角度的误差；或者通过当前轮胎转向角度与预设误差值进行计算得到实际轮胎转向角度的方式进行角度标定。

优选地，得到实际轮胎转向角度λ，包括：

根据平均值得到角度传感器的零位误差ε，零位误差ε等于平均值；

根据零位误差ε和公式λ＝λ_S+ε得到实际轮胎转向角度λ。

基于上述方法实施例，本发明还提供了一种农机的转向角度标定系统，应用于控制器，包括：

数据获取模块，用于获取农机在行驶过程中预设时间段内的多个车身方位角和多个实时轮胎转向角度；

方差计算模块，用于根据全部车身方位角计算车身方位角的方差；

平均值计算模块，用于当方差小于预设值时，根据全部实时轮胎转向角度计算实时轮胎转向角度的平均值；

当前轮胎转向角度标定判断模块，用于判断平均值是否处于0-0.04范围内，若否，则判定需要对农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定。

基于上述方法实施例，本发明还提供了一种农机的转向控制方法，包括如上述任一实施例的农机的转向角度标定方法，得到实际轮胎转向角度λ之后，方法还包括：

根据实际轮胎转向角度λ控制农机进行转向。

应用本发明提供的农机的转向控制方法及系统，通过车身方位角和实时轮胎转向角度即可对角度传感器的当前轮胎转向角度是否需要标定进行判断，且自动标定过程可以在正常作业过程中进行，无需较大空地且不需要人工干预，自动标定可以贯穿整个作业过程。针对频繁发生变化的角度传感器的误差可以持续的进行自动标定，不影响正常作业且无需驾驶员进行相应操作。并根据农机的当前轮胎转向角度得到实际轮胎转向角度，以控制农机进行转向，由此以在农机行驶过程中对角度传感器是否需要标定进行判断，并通过实际轮胎转向角度控制农机进行转向，提高转向控制精度。

如图4所示，图4为本发明实施例提供的农机转向时的主要参数示意图。在该具体实施例中，根据实际轮胎转向角度λ控制农机进行转向，包括：

根据实际轮胎转向角度λ和车轮的目标角度之差控制农机进行转向。

进一步地，车轮的目标角度λ_T的获取过程为：

根据公式

计算得到，其中，Δψ为当前时刻的车身方位角ψ₂与当前时刻的直线路径的方位角ψ₁之差，Δd为北斗导航双天线的中点坐标与直线路径间的距离，L为农机的轴距，F₀为预设前视距离。其中，当前时刻的车身方位角ψ₂为当前时刻的农机中轴线与正北方向的夹角。方位角ψ₁为直线路径起点到终点的连线与正北方向的夹角。

当农机的当前轮胎转向角度λ_S和实际值间不存在零位误差时，根据当前轮胎转向角度λ_S和车轮的目标角度λ_T之差控制农机进行转向；当二者存在零位误差ε时，对农机的当前轮胎转向角度λ_S进行标定，根据公式λ＝λ_S+ε得到实际轮胎转向角度λ，根据λ_T-(λ_S+ε)控制农机进行转向。

可以理解的是，根据上述公式，当Δψ为0时，公式如下：

由于L与F₀为定值，故可得当Δψ趋近于0时，λ_T只与Δd相关，而自动驾驶系统会根据λ_s与λ_T的差值Δλ来控制转向电机或者电磁转向液压阀。当农机在作业过程中，由于颠簸和抖动假设λ_s存在一个零位误差ε，此时的真实车轮角度为实际轮胎转向角度λ，使得Δλ＝λ_T-(λ_S+ε)＝0。由此可得，当λ_S不能反映真实的车轮角度且Δψ趋近于0，会出现Δd不为0、λ_T不为0，λ_S不为0，但实际轮胎转向角度λ为0的错误状态。且由于ε一旦存在，该错误状态就必然出现，所以本发明把这个错误状态当作识别角度传感器是否需要进行标定的表征，该错误状态被称为零位误差。

本发明还提供一种农机的转向控制系统，应用于控制器，包括如上述实施例任一项的农机的转向角度标定系统，还包括：

农机转向控制模块，用于根据实际轮胎转向角度λ控制农机进行转向。

具体的，农机转向控制模块还用于根据实际轮胎转向角度λ和车轮的目标角度之差控制农机进行转向。

如图2、3所示，图2为本发明实施例提供的一种农机的结构示意图；图3为本发明实施例提供的另一种农机的结构示意图。本发明还提供了一种农机，包括：

控制器和与农机导向轮转向轴固连的角度传感器；

其中，控制器用于执行如上述任一项实施例所述的农机的转向角度标定方法的步骤。

在该具体实施例中，该农机还包括：

用于与控制器4连接、控制农机进行转向的转向装置，转向装置为方向盘转向电机2或电磁转向液压阀5。

具体的，角度传感器1为霍尔元件、电位器或编码器。

进一步地，还包括：

用于检测车身方位角并发送至控制器的北斗导航天线。北斗导航天线为两个，两个北斗导航天线沿农机中轴线对称设置。

在一种实施例中，该农机包括装有北斗导航双天线3，且为前轮转向，作业方式为直线作业，其车轮转向可由方向盘进行控制或由电磁液压阀进行控制。控制器4用来接收、解析导向数据，计算控制过程，驱动方向盘转向电机2或者电磁转向液压阀5的控制器4。其中，北斗导航双天线3分别设置在农机车顶的两侧，且两个天线的连线与农机的中轴线垂直。

上述农机整个标定过程无需人工干预，无需手动操作。在正常作业的过程中，由于工作地况和行驶地况的原因，角度传感器1的零位误差ε可能会经常发生变化，发生变化时通过本发明可以自动检测并标定角度传感器1的反馈值，使得自动驾驶系统可以不间断的进行作业，不会因为角度传感器1的位移或者旋转而使得农事作业无法正常进行。

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直接用硬件、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。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种农机的转向控制方法，其特征在于，包括获取农机在正常作业且行驶过程中的预设时间段内的多个车身方位角和多个实时轮胎转向角度；

根据全部所述车身方位角计算所述车身方位角的方差；

当所述方差小于预设值时，根据全部所述实时轮胎转向角度计算所述实时轮胎转向角度的平均值；

判断所述平均值是否处于0-0.04范围内，若否，则判定需要对所述农机的当前轮胎转向角度

进行标定；

对所述农机的当前轮胎转向角度

进行标定，得到实际轮胎转向角度

；

其中，所述标定包括根据所述平均值得到角度传感器的零位误差

，所述零位误差

等于所述平均值；

根据所述零位误差

和公式

得到所述实际轮胎转向角度

；

所述方法还包括：

根据所述实际轮胎转向角度

和车轮的目标角度之差控制农机进行转向；

所述车轮的目标角度

的获取过程为：

根据公式

计算得到，其中，

为当前时刻的车身方位角

与当前时刻的直线路径的方位角

之差，

为北斗导航双天线的中点坐标与直线路径间的距离，

为农机的轴距，

为预设前视距离；

所述方位角

为直线路径起点到终点的连线与正北方向的夹角。

Images