CN112078570A - 一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，包括：在汽车进行自动泊车前，进行：获取汽车的方向盘转角和前轮转角之间的映射表；确定阿克曼转向模型的参数，并建立采样坐标系；确定汽车旋转曲率与前轮转角的转换公式；在汽车进行自动泊车时，每一次采样时进行：实时获取当前采样时刻汽车的方向盘转角，并根据映射表确定前轮转角，再根据转换公式计算实时曲率以及转弯半径；根据汽车转弯半径和车速计算汽车角速度；根据角速度得到航向角的变化量，从而确定相对于采样起点的航向角；根据车速及采样时间间隔，得到当前采样时刻汽车的坐标值。本发明避免了对定位传感器的依赖，提高了自动泊车系统中各模块开发的并行度。
Description
技术领域
本发明涉及自动泊车技术领域，尤其涉及一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法。
背景技术
自动泊车的车辆定位是自动泊车系统进行决策规划和车辆控制的首要条件。当前，绝大部分配备自动泊车系统的车辆为实现泊车过程中的车辆定位，都会使用具有定位功能的传感器，比如GPS、IMU及其他场端定位设备，而这些传感器在精度要求下价格昂贵，会提高自动泊车系统的成本。另一方面，汽车在装配定位功能的传感器，或完成这些传感器的标定工作之前，由于车辆控制高度依赖定位数据的输入而无法展开轨迹纠偏和轨迹跟踪的实车控制调试，从而会导致研发周期延长。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，用于自动泊车系统中替代传感器提供定位数据，减少了自动泊车过程中对具有定位功能的传感器硬件的依赖，在缺少定位功能的传感器时仍可继续进行实车控制调试、并行开发从而缩短研发周期。
本发明提供一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，包括以下步骤：
在汽车进行自动泊车前，进行：
S101、获取汽车的方向盘转角和前轮转角之间的映射表；
S102、对汽车的轴长和轴距进行测量，得到阿克曼转向模型的参数，并建立采样坐标系；
S103、根据阿克曼转向模型，确定汽车旋转曲率与前轮转角的转换公式；
在汽车进行自动泊车时，根据采样时间间隔，每一次采样时进行以下步骤：
S201、实时获取当前采样时刻汽车的方向盘转角，并根据步骤S101得到的映射表确定当前采样时刻汽车的前轮转角，再根据步骤S103得到的转换公式计算实时曲率，进一步得到汽车当前采样时刻的转弯半径；
S202、根据汽车当前采样时刻的转弯半径和从车身获取的车速，计算汽车的角速度；
S203、通过对角速度在采样时间间隔上进行积分，得到当前采样周期内航向角的变化量，再根据汽车上一采样时刻相对于采样起点的航向角，确定汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角；
S204、根据车速及采样时间间隔，得到汽车的移动量，并利用步骤S203得到的航向角以及上一采样时刻确定的汽车坐标值，得到当前采样时刻汽车的坐标值。
进一步地，所述映射表用于将汽车的方向盘转角实时转换为前轮转角。
进一步地，所述采样坐标系以汽车后轮的轴中心对应的地面位置为坐标原点，以汽车的车头朝向为x轴正方向、垂直车身向左为y轴正方向。
进一步地，所述汽车旋转曲率与前轮转角之间的转换公式为：
ρ＝(tana)/(W-(tana)L/2)，
其中，ρ表示汽车旋转曲率，a表示前轮转角，W表示轴距，L表示轴长；进一步得到汽车旋转半径r＝1/ρ。
进一步地，所述步骤S202中，所述角速度为ω＝v/r，其中，v表示车速，当汽车前进时，车速为正值，当汽车后退时，车速为负值。
进一步地，所述步骤S204的具体过程为：
根据汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角得到移动量在x、y轴上的投影量：
其中，s表示汽车的移动量，dx、dy分别表示移动量在x、y轴上的投影量，θ表示汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角；再根据上一采样时刻的坐标，得到当前采样时刻的坐标：
其中，x′、y′分别表示上一采样时刻的坐标，x、y分别表示当前采样时刻的坐标。
进一步地，在汽车进行自动泊车前还包括步骤：
S104、对汽车方向盘转角和前轮转角之间的映射表以及轴长、轴距进行标定。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：利用汽车实时的方向盘转角和汽车车速数据，基于阿克曼转向模型计算出实时位置信息，避免了对定位传感器的依赖，节约研发设备费用的同时，提高了自动泊车系统中各模块开发的并行度，提高了研发效率，可以有效缩短研发周期。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法的流程图；
图2是本发明实施例一提供的采样坐标系的示意图；
图3是本发明实施例一提供的阿克曼转向模型的示意图；
图4是本发明实施例一提供的汽车自动泊车时的流程框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
实施例一
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，用于自动泊车系统，包括以下步骤：
在汽车进行自动泊车前：
S101、获取汽车的方向盘转角和前轮转角之间的映射表，所述映射表用于将汽车的方向盘转角实时转换为前轮转角；需要说明的是，不同车型有不同的转向传动比系数，所述转向传动比系数描述了方向盘转角与前轮转角之间的关系，进行车辆参数标定可确定汽车前进和后退时前轮转角和方向盘转角的映射表。
S102、对汽车的轴长和轴距进行测量，得到阿克曼转向模型的参数，并建立采样坐标系；优选地，请参考图2，所述采样坐标系以汽车后轮的轴中心对应的地面位置为坐标原点，以汽车的车头朝向为x轴正方向、垂直车身向左为y轴正方向，采样起点即为坐标原点(0,0)，初始航向角为0°。
S103、根据阿克曼转向模型，确定汽车旋转曲率与前轮转角的转换公式，由此，即可根据轴长、轴距以及实时的前轮转角计算汽车转向的实时曲率。
具体地，请参考图3，图中点A表示汽车转向时的外侧前轮，点E表示汽车前轮轴中心，点D表示后轮轴中心，点C表示转向圆心，点B表示前轮A与转向圆心C的连线与汽车中心轴的交点；根据阿克曼转向模型，所述汽车旋转曲率与前轮转角之间的转换公式为：
ρ＝(tana)/(W-(tana)L/2)，
其中，ρ表示汽车旋转曲率，a表示前轮转角，W表示轴距，L表示轴长；进一步得到汽车旋转半径r＝1/ρ，所述旋转半径表示汽车后轮轴中心D到转向圆心C的距离。
在汽车进行自动泊车时，请参考图4，根据采样时间间隔，每一次采样时进行以下步骤：
S201、实时获取当前采样时刻汽车的方向盘转角，并根据步骤S101得到的映射表确定当前采样时刻汽车的前轮转角，再根据步骤S103得到的转换公式计算实时曲率，进一步得到汽车当前采样时刻的转弯半径。
S202、根据汽车当前采样时刻的转弯半径和从车身获取的车速，计算汽车的角速度ω＝v/r，其中，v表示车速，当汽车前进时，车速为正值，当汽车后退时，车速为负值。
S203、通过对角速度在采样时间间隔上进行积分，得到当前采样周期内航向角的变化量，再根据汽车上一采样时刻相对于采样起点的航向角，即可确定汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角，也即自动泊车系统的定位模块输出的航向信息。
S204、根据车速及采样时间间隔，得到汽车的移动量，并利用步骤S203得到的航向角以及上一采样时刻确定的汽车坐标值，得到当前采样时刻汽车的坐标值，也即自动泊车系统定位模块输出的坐标信息。
具体地，根据汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角得到移动量在x、y轴上的投影量：
其中，s表示汽车的移动量，dx、dy分别表示移动量在x、y轴上的投影量，θ表示汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角；再根据上一采样时刻的坐标，即可得到当前采样时刻的坐标信息：
其中，x′、y′分别表示上一采样时刻的坐标，x、y分别表示当前采样时刻的坐标。
实施例二
基于实施例一，本实施例在汽车进行自动泊车前还包括步骤：
S104、对汽车方向盘转角和前轮转角之间的映射表以及轴长、轴距进行标定，可在一定程度上降低实际应用中由于轮胎气压不同、车辆载荷不同及道路摩擦力不同带来的定位误差，进一步提高定位精度。
其余步骤与实施例一相同。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
在汽车进行自动泊车前，进行：
S101、获取汽车的方向盘转角和前轮转角之间的映射表；
S102、对汽车的轴长和轴距进行测量，得到阿克曼转向模型的参数，并建立采样坐标系；
S103、根据阿克曼转向模型，确定汽车旋转曲率与前轮转角的转换公式；
在汽车进行自动泊车时，根据采样时间间隔，每一次采样时进行以下步骤：
S201、实时获取当前采样时刻汽车的方向盘转角，并根据步骤S101得到的映射表确定当前采样时刻汽车的前轮转角，再根据步骤S103得到的转换公式计算实时曲率，进一步得到汽车当前采样时刻的转弯半径；
S202、根据汽车当前采样时刻的转弯半径和从车身获取的车速，计算汽车的角速度；
S203、通过对角速度在采样时间间隔上进行积分，得到当前采样周期内航向角的变化量，再根据汽车上一采样时刻相对于采样起点的航向角，确定汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角；
S204、根据车速及采样时间间隔，得到汽车的移动量，并利用步骤S203得到的航向角以及上一采样时刻确定的汽车坐标值，得到当前采样时刻汽车的坐标值。
2.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，所述映射表用于将汽车的方向盘转角实时转换为前轮转角。
3.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，所述采样坐标系以汽车后轮的轴中心对应的地面位置为坐标原点，以汽车的车头朝向为x轴正方向、垂直车身向左为y轴正方向。
4.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，所述汽车旋转曲率与前轮转角之间的转换公式为：
ρ＝(tana)/(W-(tana)L/2)，
其中，ρ表示汽车旋转曲率，a表示前轮转角，W表示轴距，L表示轴长；进一步得到汽车旋转半径r＝1/ρ。
5.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，所述步骤S202中，所述角速度为ω＝v/r，其中，v表示车速，当汽车前进时，车速为正值，当汽车后退时，车速为负值。
6.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，所述步骤S204的具体过程为：
根据汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角得到移动量在x、y轴上的投影量：
其中，s表示汽车的移动量，dx、dy分别表示移动量在x、y轴上的投影量,θ表示汽车当前采样时刻相对于采样起点的航向角；再根据上一采样时刻的坐标，得到当前采样时刻的坐标：
其中，x′、y′分别表示上一采样时刻的坐标，x、y分别表示当前采样时刻的坐标。
7.根据权利要求1所述的基于阿克曼转向模型的汽车定位方法，其特征在于，在汽车进行自动泊车前还包括步骤：
S104、对汽车方向盘转角和前轮转角之间的映射表以及轴长、轴距进行标定。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201215 |