CN1928499A - 无人驾驶车辆的磁引导装置 - Google Patents

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Abstract

一种机电控制技术领域的无人驾驶车辆的磁引导装置，包括：磁钉、磁传感器阵列以及磁传感器阵列安装导轨，磁钉沿车辆运行轨迹埋设在道路路面底下；磁传感器阵列由13个传感器及相应的外围电路、PCB板及环氧胶木板构成，传感器采用磁阻传感器，其中9个传感器及相应的外围电路焊接在一块大的PCB板上，另外4个传感器及各自的外围电路分别焊接在四块小的PCB板上，五块PCB板都设置在一块环氧胶木板上，传感器以不等间距的方式呈一字排列；磁传感器阵列安装导轨包括水平导轨和竖直导轨，水平导轨和竖直导轨中间均有导槽。本发明采用不等间距的磁传感器阵列方式，提高了车辆横向偏差的测量，保证无人驾驶车辆能高精度、高可靠性运行。

Description

无人驾驶车辆的磁引导装置
技术领域
本发明涉及的是一种机电控制技术领域的装置，具体是一种无人驾驶车辆的磁引导装置。
背景技术
无人驾驶车辆，也称智能车，是室外轮式移动机器人在交通领域的重要应用。它使用车载传感器，例如视觉、激光雷达、超声传感器、微波雷达、GPS、里程计、磁罗盘等，感知车辆周围环境，并根据感知所获得的道路、车辆位姿和障碍物信息，控制车辆的转向和速度，从而保证车辆能够安全可靠地在道路上行驶。导航是无人驾驶车辆的核心技术，目前比较成熟的导航方式包括惯性导航、视觉导航、激光导航、GPS导航及磁导航等，但惯性导航随时间的增加误差会积累，不适合长时间导航，视觉导航计算量大，容易受光照条件影响，GPS导航易受城市建筑干扰，对于激光导航，激光雷达价格昂贵，会出现镜面反射和漫反射。相对于其它导航方式，磁导航测量精度高，重复性好，不易受天气及光照的影响，具有较高的可靠性和鲁棒性，成本低廉，维护费用低，使用寿命长等优点，是一种非常有前景的无人驾驶车辆导航技术。
目前国内外已有的磁引导装置存在以下几个问题：1.安装高度太低：在无人驾驶车辆磁导航系统中，磁阻传感器一般是安装在车辆的前保险杠处，过低的传感器安装高度会使车辆在运行时与地面发生碰撞，破坏磁引导装置。2.价格昂贵：为了增大磁阻传感器的安装高度，大多采用增大磁钉尺寸或采用价格昂贵的磁阻传感器，这大大增加了磁引导装置费用。3.测量精度不高：大多是利用三个或五个传感器排成一排，组成用于车辆横向偏差测量的传感器阵列，由于传感器间距离较大，测量精度不高。4.灵敏度差：使用霍尔传感器或者线圈感应式磁阻传感器对弱小磁场的感应不灵敏。
经对现有技术的文献检索发现，王春燕等在《交通与计算机》(2002年第20卷第3期第10-13页)上发表的“磁道钉导航的智能公路传感器研制”，该文中提出一种道路车道保持磁性诱导装置，该装置由五个电磁线圈传感器组成，五个传感器呈一字形等距安装在车辆前保险杠下方，其不足在于：电磁阻传感器间的间距较大，车辆横向偏差测量精度不够高，电磁阻传感器灵敏度相对比较低，需要较大尺寸的磁道钉作为磁信号源。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种无人驾驶车辆的磁引导装置，通过采用低成本、高灵敏度的磁阻传感器来提高磁传感器阵列的安装高度，减小作为磁信号发生源的磁钉尺寸，减少投入费用，通过采用不等间距的磁传感器阵列方式，来提高车辆横向偏差的测量，保证无人驾驶车辆能高精度、高可靠性运行。
本发明是通过以下技术方案实现的：本发明所述的无人驾驶车辆的磁引导装置包括磁钉、磁传感器阵列以及磁传感器阵列安装导轨三个部分。
所述的磁钉，作为磁场信号发生源沿车辆运行轨迹埋设在道路路面底下，在直线路段磁钉之间间距相对比较大，在曲线路段磁钉之间的间距相对要减小，磁钉的材料采用钕铁硼，形状为圆柱形。
所述的磁传感器阵列，由13个传感器及相应的外围电路、PCB板及环氧胶木板构成，传感器采用的是磁阻传感器，其中9个传感器及相应的外围电路焊接在一块大的PCB板上，另外4个传感器及各自的外围电路分别焊接在四块小的PCB板上，总共五块PCB板都安装在一块环氧胶木板上，构成磁传感器阵列结构，传感器以不等间距的方式呈一字排列，根据磁传感器阵列的测量结果可以检测出车辆的横向偏差。
所述的磁传感器阵列安装导轨，包括水平导轨和竖直导轨，通过调整水平导轨可以调节传感器阵列的安装高度，水平导轨和竖直导轨中间均有导槽，材料为铝合金型材。两条竖直导轨分别固定在车体的前保险杠左右两边，两条竖直导轨的导槽与水平导轨上的导槽通过螺栓连接。
与现有技术相比，本发明可以达到以下效果：1.增大了磁传感器阵列的安装高度，有利于无人驾驶车辆的运行。2.通过采用尺寸较小的磁钉及使用价格便宜的磁阻传感器，降低了磁引导装置的成本。3.水平导轨及竖直导轨可以很方便地调节磁阻传感器的安装高度，有利于试验调试及在不同场所的应用。4.采用了不等间距的磁传感器阵列方式，既保证了测量精度，又不需大量增加磁阻传感器的使用数量。
附图说明
图1为本发明实施例结构侧视图
图2为本发明实施例结构主视图
具体实施方式
如图1和2所示，本实施例包括：竖直导轨2、螺栓3、水平导轨4、PCB板5、环氧胶木板6、磁钉7、传感器外围电路10、磁阻传感器11。
为了防止铁磁性材料干扰磁钉的磁场分布，水平导轨4、竖直导轨2采用铝合金材料，螺钉采用铜材料，磁钉的材料为钕铁硼，形状为直径25mm、高度25mm的圆柱形。
所述的水平导轨4和两条所述的竖直导轨2，横截面为矩形状，都各带有一个导槽，用螺钉把两条所述的竖直导轨2分别固定在车体的前保险杠1左右两边，用螺栓3连接两条竖直导轨2的竖直导轨导槽8与水平导轨4上的水平导轨导槽9，需要调整导轨高度及水平位置时，拧松螺栓，水平导轨4可以利用螺栓3沿着自身的水平导轨导槽9水平移动，可实现水平方向位置调整，也可以利用螺栓3沿竖直导轨导槽8竖直移动，实现竖直方向的高度调整，具有比较好的灵活性。环氧胶木板6通过铜螺钉与水平导轨4固定，PCB板5分别通过铜螺钉安装在环氧胶木板6上，每块PCB板5上都焊有磁阻传感器11及相关的传感器外围电路10，其中一块大的PCB板5上焊有9个磁阻传感器11，传感器间的距离为5cm；另外四个小的PCB板上各焊有一个磁阻传感器11，以15cm的间距分别安装在中间9个磁阻传感器11的两边，13个传感器11以不等的间距呈一字排列，既有比较高的测量精度，又没有大量增加磁阻传感器11的数目。
在车辆进行无人驾驶试验之前，首先要把作为磁信号发生源的磁钉7沿着车辆目标轨迹竖直地埋设在路面底下，距离地面0.5~1cm。然后调整水平导轨4的高度，保证安装在水平导轨4上磁阻传感器11阵列距离地面的高度在18cm左右，也可以根据不同试验要求调整到不同的高度。完成准备工作后，接通磁阻传感器11阵列电源，磁阻传感器11会检测到磁钉7的磁场信号，输出电压信号，磁阻传感器11外围电路对信号进行滤波放大，去除外界干扰及地磁场，获得各磁阻传感器的测量结果，距离磁钉7最近的磁阻传感器11输出值最大，远离磁钉7的磁阻传感器11的输出较小，通过比较各磁阻传感器11的输出结果大小，运用磁定位算法，得出车辆相对于目标轨迹的横向偏差，从而实现车辆的无人驾驶。

Claims (5)

1、一种无人驾驶车辆的磁引导装置，包括：磁钉、磁传感器阵列以及磁传感器阵列安装导轨，其特征在于：所述的磁钉，作为磁场信号发生源沿车辆运行轨迹埋设在道路路面底下；所述的磁传感器阵列，由13个传感器及相应的外围电路、PCB板及环氧胶木板构成，传感器采用的是磁阻传感器，其中9个传感器及相应的外围电路焊接在一块大的PCB板上，另外4个传感器及各自的外围电路分别焊接在四块小的PCB板上，总共五块PCB板都设置在一块环氧胶木板上，构成磁传感器阵列结构，传感器以不等间距的方式呈一字排列，根据磁传感器阵列的测量结果检测出车辆的横向偏差；所述的磁传感器阵列安装导轨，包括水平导轨和竖直导轨，用于安装磁阻传感器，水平导轨和竖直导轨中间均有导槽。
2、根据权利要求1所述的无人驾驶车辆的磁引导装置，其特征是，所述的水平导轨和竖直导轨，两条竖直导轨分别固定在车体的前保险杠左右两边，两条竖直导轨的导槽与水平导轨上的导槽通过螺栓连接。
3、根据权利要求1或者2所述的无人驾驶车辆的磁引导装置，其特征是，所述的水平导轨和竖直导轨，材料为铝合金材料。
4、根据权利要求1所述的无人驾驶车辆的磁引导装置，其特征是，所述的磁钉，材料为钕铁硼，形状为直径25mm，高度25mm的圆柱形。
5、根据权利要求1所述的无人驾驶车辆的磁引导装置，其特征是，所述的13个传感器，其中：大的PCB板上的9个磁阻传感器间的距离为5cm，小的PCB板上的4个磁阻传感器以15cm的间距分别安装在中间9个磁阻传感器的两边，这样13个传感器以不等的间距呈一字排列。
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