一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置及方法，包括：磁釘，設(shè)有多個，等距鋪設(shè)在地面上，用于產(chǎn)生對稱性磁場；磁傳感器，設(shè)有多個，在同一水平面內(nèi)等距安裝在智能車前方，并與所述磁釘呈垂直交叉設(shè)置，用于檢測磁釘?shù)拇艌鰪姸龋怀暡▊鞲衅?，安裝在智能車上，并與所述磁傳感器安裝在同一水平高度，用于檢測磁傳感器距離磁釘?shù)母叨?；微控制器單元，用于接收磁傳感器和超聲波傳感器的?shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理；CAN通信接口，所述微控制器單元通過該CAN通信接口與整車控制器通訊連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有簡約、適應(yīng)性強、定位精度高等優(yōu)點。
【專利說明】一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能汽車【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車 定位裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有磁導(dǎo)航技術(shù)中，提升磁導(dǎo)航智能車的行駛速度一直沒能取得較大突破，究其 根本在于誘導(dǎo)磁釘產(chǎn)生的磁場衰減快、有效范圍小、數(shù)據(jù)量大以及磁場易受干擾使得車輛 沿磁釘路徑行駛時無法準確定位，控制周期變長，車輛平穩(wěn)性無法得到保證，在道路兩側(cè)有 護欄輔助定位的情況下車輛尚可達到較理想工作狀態(tài)，而對鋪設(shè)于普通道路上的磁釘路徑 無法理想地自適應(yīng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種簡約、適應(yīng)性 強、定位精度高的基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置及方法。
[0004] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置，包括：
[0006] 磁釘，設(shè)有多個，等距鋪設(shè)在地面上，用于產(chǎn)生對稱性磁場；
[0007] 磁傳感器，設(shè)有多個，在同一水平面內(nèi)等距安裝在智能車前方，并與所述磁釘呈垂 直交叉設(shè)置，用于檢測磁釘?shù)拇艌鰪姸龋?br> [0008] 超聲波傳感器，安裝在智能車上，并與所述磁傳感器安裝在同一水平高度，用于檢 測磁傳感器距離磁釘?shù)母叨龋?br> [0009] 微控制器單元，用于接收磁傳感器和超聲波傳感器的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理；
[0010] CAN通信接口，所述微控制器單元通過該CAN通信接口與整車控制器通訊連接。
[0011] 所述磁釘為圓柱狀磁釘。
[0012] 所述磁傳感器為可檢測X、Y、Z三個方向磁場強度的三軸式磁傳感器。
[0013] -種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位方法，包括：
[0014] 磁場強度獲取步驟，獲取x、Y、z三個方向磁場強度數(shù)值；
[0015] 高度獲取步驟，獲取磁傳感器距離磁釘?shù)母叨戎担?br> [0016] 標(biāo)定步驟，標(biāo)定距離磁釘表面不同高度平面內(nèi)數(shù)據(jù)間三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)；
[0017] 橫向、縱向偏差位移計算步驟，計算智能車偏離磁釘?shù)臋M向與縱向位移。
[0018] 所述磁場強度獲取步驟具體為：磁傳感器檢測磁釘x、Y、z三個方向的磁場強度數(shù) 值并發(fā)送給微控制器單元。
[0019] 所述高度獲取步驟具體為：超聲波傳感器通過脈沖計數(shù)，并以中斷的方式實時獲 取磁傳感器距離磁釘?shù)母叨戎担⒚}沖數(shù)發(fā)送給微控制器單元，微控制器單元根據(jù)脈沖 數(shù)計算磁傳感器距離磁釘?shù)母叨戎怠?br> [0020] 所述標(biāo)定步驟具體為：微控制器單元根據(jù)高度值和磁場強度數(shù)值，利用磁場對稱 性標(biāo)定距離磁釘表面不同高度平面內(nèi)磁場數(shù)據(jù)間三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)。
[0021] 所述橫向、縱向偏差位移計算步驟具體為：
[0022] a)根據(jù)實時獲取的高度值判定磁場數(shù)據(jù)是否有效，插值求取當(dāng)前高度對應(yīng)的三次 樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)；
[0023] b)根據(jù)采集到的磁場強度數(shù)值獲取兩個最大的磁場強度值及其對應(yīng)的磁傳感器， 以判斷磁釘所處區(qū)間；
[0024] c)結(jié)合三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)、磁釘所處區(qū)間和已知的相鄰兩個磁傳感器間距， 求解三角形，即可得到車輛偏離磁釘?shù)臋M向與縱向位移，并將信息發(fā)送給整車控制器。
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下特點：
[0026] (1)本發(fā)明裝置簡單，安裝方便，降低了成本；
[0027] (2)充分利用了磁釘磁場的對稱性規(guī)律，數(shù)據(jù)的準確性可自行甄別并修正，同時數(shù) 據(jù)之間吻合三次樣條函數(shù)關(guān)系，便于通過Matlab分析處理，獲取標(biāo)定系數(shù)。
[0028] (3)超聲波傳感器實時檢測磁傳感器與磁釘表面距離，結(jié)合標(biāo)定的不同高度三次 樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)，有效實現(xiàn)車輛上下跳動時的準確定位。
[0029] (4)磁傳感器采用等間距安裝，通過求解三角形計算位移偏差，實現(xiàn)了車輛的橫向 與縱向高精度定位。
[0030] (5)無需道路兩側(cè)輔助定位，對道路的適應(yīng)性好，降低了道路的鋪設(shè)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明定位裝置的布局示意圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明定位裝置各部件的關(guān)系示意圖；
[0033] 圖3為本發(fā)明定位方法的流程示意圖；
[0034] 圖4為本發(fā)明磁釘?shù)目臻g對稱磁場分布圖；
[0035] 圖5為應(yīng)用實例中磁場數(shù)據(jù)圖線和擬合圖線示意圖。

【具體實施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于 下述的實施例。
[0037] 如圖1所示，一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置，包括磁釘1、磁傳感 器2、超聲波傳感器3、微控制器單元4和CAN通信接口，微控制器單元4分別連接磁傳感 器2、超聲波傳感器3和CAN通信接口，CAN通信接口與整車控制器通訊連接，微控制器單 元4和CAN通信接口安裝在磁導(dǎo)航控制器板上。本實施例中，0#?12#為13個磁傳感器， 間隔10cm橫向等距安裝在智能車前方，用于檢測磁釘?shù)拇艌鰪姸?，磁傳感器為可檢測X、Y、 ζ三個方向磁場強度的三軸式磁傳感器；I號與II號為兩個超聲波傳感器安裝在與磁傳感 器同一高度平面內(nèi)，間隔90cm，用于檢測磁傳感器距離磁釘?shù)母叨?；磁釘設(shè)有多個，以間距 100cm縱向等距鋪設(shè)，磁釘為圓柱狀磁釘，尺寸為直徑30mm，高度為20mm。磁傳感器與地面 高度為20cm,實際車輛運行中高度會有波動。
[0038] 如圖2所示為本發(fā)明定位裝置各部分關(guān)系：關(guān)系101為磁釘產(chǎn)生的對稱性磁場 (如圖4所示）作用于磁傳感器，關(guān)系102為磁傳感器讀取磁場強度值，由于選用的磁傳感 器為三軸式，故能分別讀取X、Y、Z三個方向的磁場強度數(shù)據(jù)，關(guān)系103確定磁傳感器與地面 距離，關(guān)系104為微控制器單元接受來自整車控制器包含喚醒和休眠命令的報文，關(guān)系105 為微控制器單元向整車控制器發(fā)送包含車輛位置信息的報文，關(guān)系106為故障診斷，檢測 到故障后通過關(guān)系107生成故障代碼，傳送給整車控制器。
[0039] 如圖3所示，上述基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置的定位方法如下：
[0040] 步驟301，進行系統(tǒng)上電；
[0041] 步驟302,開始各模塊自診斷，若檢測到故障則轉(zhuǎn)步驟303,若各模塊均無異常，則 進入步驟304 ;
[0042] 步驟303,生成相應(yīng)的故障代碼，并通過CAN總線傳送給整車控制器；
[0043] 步驟304,首先使能磁傳感器，然后依次掃描13個傳感器的X、Y、Z方向磁場強度 值；
[0044] 步驟305,濾除干擾磁場的影響，依據(jù)Z向和Y向的數(shù)據(jù)判定出磁釘所處由13個磁 傳感器劃分成的26個區(qū)段中某一確切區(qū)段；
[0045] 步驟306,選取對應(yīng)區(qū)段的兩個磁傳感器的數(shù)據(jù)計算出總磁場強度值；
[0046] 步驟307,先根據(jù)超聲波返回的信號計算出當(dāng)前傳感器距離磁釘表面即地面的高 度，判定所得磁場強度值是否有效，即是否處于以磁釘為中心、半徑25cm的圓內(nèi)，若是，則 數(shù)據(jù)有效，執(zhí)行步驟308,否則數(shù)據(jù)無效，轉(zhuǎn)步驟304 ;
[0047] 步驟308,參考所得高度值插值求取當(dāng)前高度對應(yīng)的三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)，計算 出相鄰兩磁傳感器在磁釘上表面即地面投影與磁釘?shù)闹本€距離；
[0048] 步驟309,利用已知的磁傳感器間距，通過求解三角形即可計算出車輛偏離磁釘路 徑的橫向與縱向位移，將該位移信息生成CAN報文發(fā)送給整車控制器。
[0049] 圖5所示為本發(fā)明應(yīng)用實例中磁場數(shù)據(jù)圖線和擬合圖線?？v軸表示磁釘距離磁 傳感器投影水平面的直線距離，單位為cm，橫軸為X、Y、Z方向合磁場強度，單位為5. 25mG/ LSB。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置，其特征在于，包括： 磁釘，設(shè)有多個，等距鋪設(shè)在地面上，用于產(chǎn)生對稱性磁場； 磁傳感器，設(shè)有多個，在同一水平面內(nèi)等距安裝在智能車前方，并與所述磁釘呈垂直交 叉設(shè)置，用于檢測磁釘?shù)拇艌鰪姸龋? 超聲波傳感器，安裝在智能車上，并與所述磁傳感器安裝在同一水平高度，用于檢測磁 傳感器距離磁釘?shù)母叨龋? 微控制器單元，用于接收磁傳感器和超聲波傳感器的數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理； CAN通信接口，所述微控制器單元通過該CAN通信接口與整車控制器通訊連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置，其特征在 于，所述磁釘為圓柱狀磁釘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置，其特征在 于，所述磁傳感器為可檢測X、Y、Z三個方向磁場強度的三軸式磁傳感器。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位裝置的定位方法，其 特征在于，包括 ： 磁場強度獲取步驟，獲取X、Y、Z三個方向磁場強度數(shù)值； 高度獲取步驟，獲取磁傳感器距離磁釘?shù)母叨戎担? 標(biāo)定步驟，標(biāo)定距離磁釘表面不同高度平面內(nèi)數(shù)據(jù)間三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)； 橫向、縱向偏差位移計算步驟，計算智能車偏離磁釘?shù)臋M向與縱向位移。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位方法，其特征在 于，所述磁場強度獲取步驟具體為：磁傳感器檢測磁釘X、Y、Z三個方向的磁場強度數(shù)值并 發(fā)送給微控制器單元。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位方法，其特征在 于，所述高度獲取步驟具體為：超聲波傳感器通過脈沖計數(shù)，并以中斷的方式實時獲取磁傳 感器距離磁釘?shù)母叨戎?，并將脈沖數(shù)發(fā)送給微控制器單元，微控制器單元根據(jù)脈沖數(shù)計算 磁傳感器距離磁釘?shù)母叨戎怠?br> 7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位方法，其特征在 于，所述標(biāo)定步驟具體為：微控制器單元根據(jù)高度值和磁場強度數(shù)值，利用磁場對稱性標(biāo)定 距離磁釘表面不同高度平面內(nèi)磁場數(shù)據(jù)間三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于磁場對稱性的磁導(dǎo)航智能車定位方法，其特征在 于，所述橫向、縱向偏差位移計算步驟具體為： a) 根據(jù)實時獲取的高度值判定磁場數(shù)據(jù)是否有效，插值求取當(dāng)前高度對應(yīng)的三次樣條 函數(shù)關(guān)系系數(shù)； b) 根據(jù)采集到的磁場強度數(shù)值獲取兩個最大的磁場強度值及其對應(yīng)的磁傳感器，以判 斷磁釘所處區(qū)間； c) 結(jié)合三次樣條函數(shù)關(guān)系系數(shù)、磁釘所處區(qū)間和已知的相鄰兩個磁傳感器間距，求解 三角形，即可得到車輛偏離磁釘?shù)臋M向與縱向位移，并將信息發(fā)送給整車控制器。
【文檔編號】G05D1/02GK104155979SQ201410374819
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】羅峰, 康毅慧, 王飛 申請人:同濟大學(xué)