农机的车轮转角测量方法及装置与流程

本申请属于车辆控制技术领域，尤其涉及一种农机的车轮转角测量方法及装置。

背景技术：

具有自动驾驶功能的农机在运行过程中，需要获得驱动轮的转角信息作为控制依据。车轮转角的精度直接关系到农机的行走精度，直接影响农机的作业效率和作业效果。车轮转角是指：车轮的纵向轴线与机动车的纵向轴线之间的角度。

目前，主要通过机械式转角传感器测量农机的车轮转角。但是，机械式转角传感器的结构较为复杂，在农机的车轮安装机械式转角传感器的难度较大。并且，如果机械式转角传感器安装不规范的话，那么在农机转向时，极易损坏机械式转角传感器。

对于本领域技术人员来说，如何在保证测量精度的前提下，简化车轮转角的测量方案，是亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种农机的车轮转角测量方法及装置，以便在保证测量精度的前提下，简化车轮转角的测量方案。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一方面，本申请提供一种农机的车轮转角测量方法，包括：

利用所述农机的定位装置获得所述农机的纵向轴线的角度，其中，所述农机的纵向轴线的角度为所述农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角；

利用角度传感器获得所述农机的驱动轮的角度，其中，所述角度传感器安装于与所述驱动轮连接的转向轴上，所述驱动轮的角度为所述驱动轮的纵向轴线与所述第一方向之间的夹角；

计算所述农机的纵向轴线的角度和所述驱动轮的角度之间的角度差值，将所述角度差值作为所述驱动轮的转角。

可选的，在上述车轮转角测量方法的基础上，还包括：

确定所述农机是否处于直线行驶状态；

如果所述农机处于直线行驶状态，则利用所述农机的纵向轴线的角度对所述角度传感器进行修正。

可选的，在上述车轮转角测量方法中，所述确定所述农机是否处于直线行驶状态，包括：

获得第一参数集和第二参数集，所述第一参数集为在第一时间段内利用所述定位装置获得的所述农机的纵向轴线的角度，所述第二参数集为在所述第一时间段内利用所述角度传感器获得的所述农机的转向轮的角度；

对所述第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对所述第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数；

如果任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于所述第一阈值，所述多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且所述多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于所述第二阈值，则确定所述农机处于直线行驶状态。

可选的，在上述车轮转角测量方法中，所述利用所述农机的纵向轴线的角度对所述角度传感器进行修正，包括：

确定在所述第一时间段内利用所述定位装置获得的所述农机的纵向轴线的角度的平均值；

利用所述平均值对所述角度传感器的基准角度进行修正。

可选的，所述定位装置包括第一天线、第二天线和定位板卡，所述第一天线和所述第二天线布置于所述农机的顶部，且所述第一天线和所述第二天线相对于所述农机的纵向轴线对称，所述定位板卡用于确定所述第一天线和所述第二天线的连线与正北方向的夹角；

所述利用所述农机的定位装置获得所述农机的纵向轴线的角度，包括：获得所述第一天线和所述第二天线的连线与正北方向的夹角；根据所述第一天线和所述第二天线与正北方向的夹角，确定所述农机的纵向轴线与所述第一方向之间的夹角。

另一方面，本申请提供一种农机的车轮转角测量装置，包括：

第一角度确定单元，用于利用所述农机的定位装置获得所述农机的纵向轴线的角度，其中，所述农机的纵向轴线的角度为所述农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角；

第二角度确定单元，用于利用角度传感器获得所述农机的驱动轮的角度，其中，所述角度传感器安装于与所述驱动轮连接的转向轴上，所述驱动轮的角度为所述驱动轮的纵向轴线与所述第一方向之间的夹角；

车轮转角确定单元，用于计算所述农机的纵向轴线的角度和所述驱动轮的角度之间的角度差值，将所述角度差值作为所述驱动轮的转角。

可选的，在上述车轮转角测量装置的基础上，还包括：

农机状态确定单元，用于确定所述农机是否处于直线行驶状态；

修正单元，用于在确定所述农机处于直线行驶状态的状态下，利用所述农机的纵向轴线的角度对所述角度传感器进行修正。

可选的，在上述车轮转角测量装置中，所述农机状态确定单元包括：

参数集获取子单元，用于获得第一参数集和第二参数集，所述第一参数集为在第一时间段内利用所述定位装置获得的所述农机的纵向轴线的角度，所述第二参数集为在所述第一时间段内利用所述角度传感器获得的所述农机的转向轮的角度；

采样子单元，用于对所述第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对所述第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数；

农机状态确定子单元，用于在任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于所述第一阈值，所述多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且所述多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于所述第二阈值的情况下，确定所述农机处于直线行驶状态。

可选的，在上述车轮转角测量装置中，所述修正单元具体用于：

确定在所述第一时间段内利用所述定位装置获得的所述农机的纵向轴线的角度的平均值；利用所述平均值对所述角度传感器的基准角度进行修正。

由此可见，本申请的有益效果为：

本申请提供的农机的车轮转角测量方法及装置，利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度，也就是农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角，利用安装于与驱动轮连接的转向轴上的角度传感器获得农机的驱动轮的角度，也就是驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角，计算农机的纵向轴线的角度和驱动轮的角度之间的角度差值，该角度差值即为驱动轮的转角。具有自动驾驶功能的农机本身配置有高精度的定位装置，只需要在与驱动轮连接的转向轴上安装角度传感器，就可以利用定位装置和角度传感器获得高精度的车轮转角，而在转向轴安装角度传感器的难度远小于在农机安装机械式转角传感器的难度，因此，本申请在保证测量精度的前提下，简化了车轮转角的测量方案。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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为本申请公开的一种农机的车轮转角测量方法的流程图；

图2为本申请公开的天线及角度传感器在农机的布置位置示意图；

图3为本申请公开的在直线行驶状态下农机和驱动轮的纵向轴线方向的示意图；

图4为本申请公开的在转向状态下农机和驱动轮的纵向轴线方向的示意图；

图5为本申请公开的一种农机的车轮转角测量装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请公开一种农机的车轮转角测量方法及装置，以便在保证测量精度的前提下，简化车轮转角的测量方案。

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1为本申请公开的一种农机的车轮转角测量方法的流程图。该方法由农机的控制器执行，该方法包括：

s101：利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度。

其中，农机的纵向轴线的角度为农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角。如果农机的纵向轴线与第一方向重合，那么农机的纵向轴线的角度为0°。实施中，可以将顺时针方向定义为正方向。

在一种可能的实现方式中，定位装置包括第一天线11、第二天线12和定位板卡，第一天线11和第二天线12布置于农机的顶部，且第一天线11和第二天线12相对于农机的纵向轴线对称，定位板卡用于确定第一天线11和第二天线12的连线与正北方向的夹角。在图2中示出了第一天线11和第二天线12在农机的布置位置。

可选的，第一天线11和第二天线12为gps天线。

相应的，利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度，具体为：

获得第一天线g1和第二天线g2的连线与正北方向的夹角；根据第一天线g1和第二天线g2与正北方向的夹角，确定农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角。

例如，第一方向定义为正北方向，那么将第一天线g1和第二天线g2与正北方向的夹角减去90°，得到农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角。

s102：利用角度传感器获得农机的驱动轮的角度。

其中，角度传感器2安装于与驱动轮连接的转向轴上，角度传感器2随着驱动轮的转动而转动，用于测量驱动轮的角度。驱动轮的角度为驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角。在图2中示出了角度传感器2的安装位置。

可选的，角度传感器采用六轴陀螺仪。

s103：计算农机的纵向轴线的角度和驱动轮的角度之间的角度差值，将该角度差值作为驱动轮的转角。

在前述步骤中确定出农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角α、以及驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角β，那么根据这两个夹角就可以确定驱动轮的转角。具体的，驱动轮的转角δ为β-α。

如图3所示，如果农机处于直线行驶状态，那么农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角α、以及驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角β是相等的，驱动轮的转角δ为0°。如图4所示，如果农机处于转向状态，那么农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角α、以及驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角β不等，驱动轮的转角δ为β-α。在图3和图4中，l1为农机的纵向轴线的方向，l2为驱动轮的纵向轴线的方向。

本申请公开的农机的车轮转角测量方法，利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度，也就是农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角，利用安装于与驱动轮连接的转向轴上的角度传感器获得农机的驱动轮的角度，也就是驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角，计算农机的纵向轴线的角度和驱动轮的角度之间的角度差值，该角度差值即为驱动轮的转角。具有自动驾驶功能的农机本身配置有高精度的定位装置，只需要在与驱动轮连接的转向轴上安装角度传感器，就可以利用定位装置和角度传感器获得高精度的车轮转角，而在转向轴安装角度传感器的难度远小于在农机安装机械式转角传感器的难度，因此，本申请在保证测量精度的前提下，简化了车轮转角的测量方案。

本申请公开的另一个实施例中，在图1所示农机的车轮转角测量方法的基础上，进一步设置以下步骤：

确定农机是否处于直线行驶状态；

如果农机处于直线行驶状态，则利用农机的纵向轴线的角度对角度传感器进行修正。

角度传感器输出的角度值是对角速度进行积分得到的，因此会有漂移现象。利用农机的定位装置获得的农机的纵向轴线的角度是精确的。当农机处于直线行驶状态时，车轮的纵向轴线与农机的纵向轴线是平行的。也就是说，当农机处于直线行驶状态时，利用角度传感器获得的驱动轮的角度应与利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度相同，如果利用角度传感器获得的驱动轮的角度与利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度不同，那么表明角度传感器出现漂移现象，需要对其进行修正。实施中，利用农机的纵向轴线的角度对角度传感器进行修正。

其中，确定农机是否处于直线行驶状态，可以采用多种方案实现。

第一种方案：

a1：获得第一参数集。其中，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度。

a2：对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数。

a3：如果任意两个相邻第一采样参数的变化率均小于第一阈值，且多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。

这里以一个示例进行说明：

第一参数集为在最近5秒内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度。

对第一参数集进行采样，得到10个第一采样参数。按照前述10个第一采样参数的生成时间的先后顺序依次记为：α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、α10。

如果前述10个第一采样参数中，任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，并且前述10个第一采样参数中的最大值和最小值之间的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。例如，α1和α2之间变化率(也就是角速度)为：(α2-α1)/dt。其中，dt为α1和α2之间的采样时间间隔。

第二种方案：

b1：获得第一参数集和第二参数集。其中，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在第一时间段内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

b2：对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数。

b3：如果任意两个相邻第一采样参数的变化率均小于第一阈值，且任意两个相邻第二采样参数的变化率均小于第一阈值，则确定农机处于直线行驶状态。或者，如果多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。

这里以一个示例进行说明：

第一参数集为在最近5秒内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在最近5秒内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

对第一参数集进行采样，得到10个第一采样参数，按照前述10个第一采样参数的生成时间的先后顺序依次记为：α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、α10。对第二参数集进行采样，得到10个第二采样参数，按照前述10个第二采样参数的生成时间的先后顺序依次记为：β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7、β8、β9、β10。

如果前述10个第一采样参数中，任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，并且，前述10个第二采样参数中，任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于第一阈值，则确定农机处于直线行驶状态。或者，如果前述10个第一采样参数中的最大值和最小值之间的差值小于第二阈值，并且前述10个第二采样参数中的最大值和最小值之间的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。

第三种方案：

c1：获得第一参数集和第二参数集。其中，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在第一时间段内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

c2：对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数。

c3：如果任意两个相邻第一采样参数的变化率均小于第一阈值，任意两个相邻第二采样参数的变化率均小于第一阈值，多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。

这里以一个示例进行说明：

第一参数集为在最近5秒内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在最近5秒内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

对第一参数集进行采样，得到10个第一采样参数，按照前述10个第一采样参数的生成时间的先后顺序依次记为：α1、α2、α3、α4、α5、α6、α7、α8、α9、α10。对第二参数集进行采样，得到10个第二采样参数，按照前述10个第二采样参数的生成时间的先后顺序依次记为：β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7、β8、β9、β10。

如果前述10个第一采样参数中，任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，前述10个第二采样参数中，任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于第一阈值，前述10个第一采样参数中的最大值和最小值之间的差值小于第二阈值，并且前述10个第二采样参数中的最大值和最小值之间的差值小于第二阈值，则确定农机处于直线行驶状态。

需要说明的是，第一阈值和第二阈值均为经验值。例如，第一阈值为大于0，且接近0的数值。第二阈值为大于0，且接近0的数值。

可选的，利用农机的纵向轴线的角度对角度传感器进行修正，包括：

确定在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度的平均值；利用平均值对角度传感器的基准角度进行修正。

角度传感器的工作原理为：对当前周期内的角速度进行积分，得到在当前周期内的角度变化量，在基准角度的基础上加上当前周期内的角度变化量，得到当前周期的角度值。其中，在当前周期使用的基准角度是在前一周期输出的角度值。如果角度传感器发生漂移现象，误差会逐渐累加。

在上述方案中，如果确定农机在最近的第一时间段内处于直线行驶状态，那么确定在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度的平均值αavg，利用该平均值αavg对角度传感器的基准角度进行修正，也就是，将角度传感器的基准角度设置为该平均值αavg，以保证角度传感器输出的角度具有高准确度。

实施中，如果确定农机在最近的第一时间段内处于直线行驶状态，那么利用在第一时间段内通过定位装置获得的农机的任意一个纵向轴线的角度对角度传感器的基准角度进行修正，也是可以的。

可选的，在本申请上述公开的农机的车轮转角测量方法中，对角度传感器的输出信号进行滤波处理，以消除信号中的噪声和干扰。例如，对角度传感器的输出信号进行卡尔曼滤波处理。

卡尔曼滤波算法的原理为：

xk＝axk-1+buk-1

pk＝apk-1a^t+q

pk＝(i-kkh)pk

xk＝xk+kk(zk-hxk)

其中：

a:状态转移矩阵；

b:控制矩阵，表示控制量u如何作用于被控对象，b设置为0；

u:控制量，u设置为0(忽略信号传递的延时)；

q:状态转移矩阵协方差矩阵，表示预测模型不准确所带来的噪声；

h:观测矩阵，表示角度传感器的测量值；

r:观测噪声，表示角度传感器测量的不准确性；

k:为卡尔曼系数；

x:为通过滤波后对角度传感器输出角度的最佳估计。

本申请上述公开了农机的车轮转角测量方法，相应的，本申请还公开农机的车轮转角测量装置，说明书中关于两者的描述可以相互参考。

参见图5，图5为本申请公开的一种农机的车轮转角测量装置的结构示意图。该装置包括：

第一角度确定单元501，用于利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度。其中，农机的纵向轴线的角度为农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角；

第二角度确定单元502，用于利用角度传感器获得农机的驱动轮的角度。其中，角度传感器安装于与驱动轮连接的转向轴上，驱动轮的角度为驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角。

车轮转角确定单元503，用于计算农机的纵向轴线的角度和驱动轮的角度之间的角度差值，将该角度差值作为驱动轮的转角。

本申请提供的农机的车轮转角测量装置，利用农机的定位装置获得农机的纵向轴线的角度，也就是农机的纵向轴线与第一方向之间的夹角，利用安装于与驱动轮连接的转向轴上的角度传感器获得农机的驱动轮的角度，也就是驱动轮的纵向轴线与第一方向之间的夹角，计算农机的纵向轴线的角度和驱动轮的角度之间的角度差值，该角度差值即为驱动轮的转角。具有自动驾驶功能的农机本身配置有高精度的定位装置，只需要在与驱动轮连接的转向轴上安装角度传感器，就可以利用定位装置和角度传感器获得高精度的车轮转角，而在转向轴安装角度传感器的难度远小于在农机安装机械式转角传感器的难度，因此，本申请在保证测量精度的前提下，简化了车轮转角的测量方案。

可选的，在图5所示车轮转角测量装置的基础上，进一步设置农机状态确定单元和修正单元。

其中：

农机状态确定单元，用于确定农机是否处于直线行驶状态。

修正单元，用于在确定农机处于直线行驶状态的状态下，利用农机的纵向轴线的角度对角度传感器进行修正。

在一种可能的实现方式中，农机状态确定单元包括：

参数集获取子单元，用于获得第一参数集。其中，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度。

采样子单元，用于对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数。

农机状态确定子单元，用于在任意两个相邻第一采样参数的变化率均小于第一阈值，且多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值的情况下，确定农机处于直线行驶状态。

在另一种可能的实现方式中，农机状态确定单元包括：

参数集获取子单元，用于获得第一参数集和第二参数集，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在第一时间段内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

采样子单元，用于对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数。

农机状态确定子单元，用于在任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，且任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于第一阈值的情况下，确定农机处于直线行驶状态；或者，在多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值的情况下，确定农机处于直线行驶状态。

在另一种可能的实现方式中，农机状态确定单元包括：

参数集获取子单元，用于获得第一参数集和第二参数集，第一参数集为在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度，第二参数集为在第一时间段内利用角度传感器获得的农机的转向轮的角度。

采样子单元，用于对第一参数集进行采样，得到多个第一采样参数，对第二参数集进行采样，得到多个第二采样参数。

农机状态确定子单元，用于在任意两个相邻第一采样参数之间的变化率均小于第一阈值，任意两个相邻第二采样参数之间的变化率均小于第一阈值，多个第一采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值，且多个第二采样参数中的最大值与最小值的差值小于第二阈值的情况下，确定农机处于直线行驶状态。

可选的，修正单元具体用于：

确定在第一时间段内利用定位装置获得的农机的纵向轴线的角度的平均值；利用平均值对角度传感器的基准角度进行修正。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。