一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置及方法，包括：磁钉，设有多个，等距铺设在地面上，用于产生对称性磁场；磁传感器，设有多个，在同一水平面内等距安装在智能车前方，并与所述磁钉呈垂直交叉设置，用于检测磁钉的磁场强度；超声波传感器，安装在智能车上，并与所述磁传感器安装在同一水平高度，用于检测磁传感器距离磁钉的高度；微控制器单元，用于接收磁传感器和超声波传感器的数据并进行数据处理；CAN通信接口，所述微控制器单元通过该CAN通信接口与整车控制器通讯连接。与现有技术相比，本发明具有简约、适应性强、定位精度高等优点。
【专利说明】一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能汽车【技术领域】，尤其是涉及一种基于磁场对称性的磁导航智能车 定位装置及方法。
【背景技术】
[0002] 现有磁导航技术中，提升磁导航智能车的行驶速度一直没能取得较大突破，究其 根本在于诱导磁钉产生的磁场衰减快、有效范围小、数据量大以及磁场易受干扰使得车辆 沿磁钉路径行驶时无法准确定位，控制周期变长，车辆平稳性无法得到保证，在道路两侧有 护栏辅助定位的情况下车辆尚可达到较理想工作状态，而对铺设于普通道路上的磁钉路径 无法理想地自适应。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种简约、适应性 强、定位精度高的基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置及方法。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005] -种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置，包括：
[0006] 磁钉，设有多个，等距铺设在地面上，用于产生对称性磁场；
[0007] 磁传感器，设有多个，在同一水平面内等距安装在智能车前方，并与所述磁钉呈垂 直交叉设置，用于检测磁钉的磁场强度；
[0008] 超声波传感器，安装在智能车上，并与所述磁传感器安装在同一水平高度，用于检 测磁传感器距离磁钉的高度；
[0009] 微控制器单元，用于接收磁传感器和超声波传感器的数据并进行数据处理；
[0010] CAN通信接口，所述微控制器单元通过该CAN通信接口与整车控制器通讯连接。
[0011] 所述磁钉为圆柱状磁钉。
[0012] 所述磁传感器为可检测X、Y、Z三个方向磁场强度的三轴式磁传感器。
[0013] -种基于磁场对称性的磁导航智能车定位方法，包括：
[0014] 磁场强度获取步骤，获取x、Y、z三个方向磁场强度数值；
[0015] 高度获取步骤，获取磁传感器距离磁钉的高度值；
[0016] 标定步骤，标定距离磁钉表面不同高度平面内数据间三次样条函数关系系数；
[0017] 横向、纵向偏差位移计算步骤，计算智能车偏离磁钉的横向与纵向位移。
[0018] 所述磁场强度获取步骤具体为：磁传感器检测磁钉x、Y、z三个方向的磁场强度数 值并发送给微控制器单元。
[0019] 所述高度获取步骤具体为：超声波传感器通过脉冲计数，并以中断的方式实时获 取磁传感器距离磁钉的高度值，并将脉冲数发送给微控制器单元，微控制器单元根据脉冲 数计算磁传感器距离磁钉的高度值。
[0020] 所述标定步骤具体为：微控制器单元根据高度值和磁场强度数值，利用磁场对称 性标定距离磁钉表面不同高度平面内磁场数据间三次样条函数关系系数。
[0021] 所述横向、纵向偏差位移计算步骤具体为：
[0022] a)根据实时获取的高度值判定磁场数据是否有效，插值求取当前高度对应的三次 样条函数关系系数；
[0023] b)根据采集到的磁场强度数值获取两个最大的磁场强度值及其对应的磁传感器， 以判断磁钉所处区间；
[0024] c)结合三次样条函数关系系数、磁钉所处区间和已知的相邻两个磁传感器间距， 求解三角形，即可得到车辆偏离磁钉的横向与纵向位移，并将信息发送给整车控制器。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下特点：
[0026] (1)本发明装置简单，安装方便，降低了成本；
[0027] (2)充分利用了磁钉磁场的对称性规律，数据的准确性可自行甄别并修正，同时数 据之间吻合三次样条函数关系，便于通过Matlab分析处理，获取标定系数。
[0028] (3)超声波传感器实时检测磁传感器与磁钉表面距离，结合标定的不同高度三次 样条函数关系系数，有效实现车辆上下跳动时的准确定位。
[0029] (4)磁传感器采用等间距安装，通过求解三角形计算位移偏差，实现了车辆的横向 与纵向高精度定位。
[0030] (5)无需道路两侧辅助定位，对道路的适应性好，降低了道路的铺设成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0031] 图1为本发明定位装置的布局示意图；
[0032] 图2为本发明定位装置各部件的关系示意图；
[0033] 图3为本发明定位方法的流程示意图；
[0034] 图4为本发明磁钉的空间对称磁场分布图；
[0035] 图5为应用实例中磁场数据图线和拟合图线示意图。
【具体实施方式】
[0036] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0037] 如图1所示，一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置，包括磁钉1、磁传感 器2、超声波传感器3、微控制器单元4和CAN通信接口，微控制器单元4分别连接磁传感 器2、超声波传感器3和CAN通信接口，CAN通信接口与整车控制器通讯连接，微控制器单 元4和CAN通信接口安装在磁导航控制器板上。本实施例中，0#?12#为13个磁传感器， 间隔10cm横向等距安装在智能车前方，用于检测磁钉的磁场强度，磁传感器为可检测X、Y、 ζ三个方向磁场强度的三轴式磁传感器；I号与II号为两个超声波传感器安装在与磁传感 器同一高度平面内，间隔90cm，用于检测磁传感器距离磁钉的高度；磁钉设有多个，以间距 100cm纵向等距铺设，磁钉为圆柱状磁钉，尺寸为直径30mm，高度为20mm。磁传感器与地面 高度为20cm,实际车辆运行中高度会有波动。
[0038] 如图2所示为本发明定位装置各部分关系：关系101为磁钉产生的对称性磁场 (如图4所示）作用于磁传感器，关系102为磁传感器读取磁场强度值，由于选用的磁传感 器为三轴式，故能分别读取X、Y、Z三个方向的磁场强度数据，关系103确定磁传感器与地面 距离，关系104为微控制器单元接受来自整车控制器包含唤醒和休眠命令的报文，关系105 为微控制器单元向整车控制器发送包含车辆位置信息的报文，关系106为故障诊断，检测 到故障后通过关系107生成故障代码，传送给整车控制器。
[0039] 如图3所示，上述基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置的定位方法如下：
[0040] 步骤301，进行系统上电；
[0041] 步骤302,开始各模块自诊断，若检测到故障则转步骤303,若各模块均无异常，则 进入步骤304 ;
[0042] 步骤303,生成相应的故障代码，并通过CAN总线传送给整车控制器；
[0043] 步骤304,首先使能磁传感器，然后依次扫描13个传感器的X、Y、Z方向磁场强度 值；
[0044] 步骤305,滤除干扰磁场的影响，依据Z向和Y向的数据判定出磁钉所处由13个磁 传感器划分成的26个区段中某一确切区段；
[0045] 步骤306,选取对应区段的两个磁传感器的数据计算出总磁场强度值；
[0046] 步骤307,先根据超声波返回的信号计算出当前传感器距离磁钉表面即地面的高 度，判定所得磁场强度值是否有效，即是否处于以磁钉为中心、半径25cm的圆内，若是，则 数据有效，执行步骤308,否则数据无效，转步骤304 ;
[0047] 步骤308,参考所得高度值插值求取当前高度对应的三次样条函数关系系数，计算 出相邻两磁传感器在磁钉上表面即地面投影与磁钉的直线距离；
[0048] 步骤309,利用已知的磁传感器间距，通过求解三角形即可计算出车辆偏离磁钉路 径的横向与纵向位移，将该位移信息生成CAN报文发送给整车控制器。
[0049] 图5所示为本发明应用实例中磁场数据图线和拟合图线。纵轴表示磁钉距离磁 传感器投影水平面的直线距离，单位为cm，横轴为X、Y、Z方向合磁场强度，单位为5. 25mG/ LSB。
【权利要求】
1. 一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置，其特征在于，包括： 磁钉，设有多个，等距铺设在地面上，用于产生对称性磁场； 磁传感器，设有多个，在同一水平面内等距安装在智能车前方，并与所述磁钉呈垂直交 叉设置，用于检测磁钉的磁场强度； 超声波传感器，安装在智能车上，并与所述磁传感器安装在同一水平高度，用于检测磁 传感器距离磁钉的高度； 微控制器单元，用于接收磁传感器和超声波传感器的数据并进行数据处理； CAN通信接口，所述微控制器单元通过该CAN通信接口与整车控制器通讯连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置，其特征在 于，所述磁钉为圆柱状磁钉。
3. 根据权利要求1所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置，其特征在 于，所述磁传感器为可检测X、Y、Z三个方向磁场强度的三轴式磁传感器。
4. 一种如权利要求1所述的基于磁场对称性的磁导航智能车定位装置的定位方法，其 特征在于，包括 ： 磁场强度获取步骤，获取X、Y、Z三个方向磁场强度数值； 高度获取步骤，获取磁传感器距离磁钉的高度值； 标定步骤，标定距离磁钉表面不同高度平面内数据间三次样条函数关系系数； 横向、纵向偏差位移计算步骤，计算智能车偏离磁钉的横向与纵向位移。
5. 根据权利要求4所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位方法，其特征在 于，所述磁场强度获取步骤具体为：磁传感器检测磁钉X、Y、Z三个方向的磁场强度数值并 发送给微控制器单元。
6. 根据权利要求4所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位方法，其特征在 于，所述高度获取步骤具体为：超声波传感器通过脉冲计数，并以中断的方式实时获取磁传 感器距离磁钉的高度值，并将脉冲数发送给微控制器单元，微控制器单元根据脉冲数计算 磁传感器距离磁钉的高度值。
7. 根据权利要求4所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位方法，其特征在 于，所述标定步骤具体为：微控制器单元根据高度值和磁场强度数值，利用磁场对称性标定 距离磁钉表面不同高度平面内磁场数据间三次样条函数关系系数。
8. 根据权利要求4所述的一种基于磁场对称性的磁导航智能车定位方法，其特征在 于，所述横向、纵向偏差位移计算步骤具体为： a) 根据实时获取的高度值判定磁场数据是否有效，插值求取当前高度对应的三次样条 函数关系系数； b) 根据采集到的磁场强度数值获取两个最大的磁场强度值及其对应的磁传感器，以判 断磁钉所处区间； c) 结合三次样条函数关系系数、磁钉所处区间和已知的相邻两个磁传感器间距，求解 三角形，即可得到车辆偏离磁钉的横向与纵向位移，并将信息发送给整车控制器。
【文档编号】G05D1/02GK104155979SQ201410374819
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】罗峰, 康毅慧, 王飞 申请人:同济大学