自动驾驶汽车的位姿估算方法技术

本发明专利技术公开了自动驾驶汽车的位姿估算方法，包括：根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角。本发明专利技术只需要轮速传感器及方向盘转角传感器，配合简单的积分算法，即可完成对汽车位姿的估算，在使用成本上相比较依靠高精度的传感器而言大大降低，同时算法简单，易于实现，可广泛应用于自动驾驶行业中。

【技术实现步骤摘要】
自动驾驶汽车的位姿估算方法
本专利技术涉及自动驾驶领域，特别是涉及一种自动驾驶汽车的位姿估算方法。
技术介绍
自动驾驶技术的实现，需要实时获取车辆的位姿信息(位置和航向角)，目前大多数科研机构及整车厂都是依靠高精度的GPS进行定位，结合陀螺仪、加速度计等进行自动驾驶汽车航向角的计算，谷歌研发的一些自动驾驶无人车则是依靠车顶搭载的多线激光雷达进行地图构建，利用SLAM技术实时估算车辆的位姿，这些方法都需要外加昂贵的传感器，同时测量精度受到传感器运行状态的影响很大，例如加速度计容易受到外部干扰而陀螺仪长时间使用容易产生漂移，GPS精度受到对流层折射、通讯延时等的影响。因为现有的自动驾驶汽车位姿估算方法都是基于高精度传感器来实现的，其高成本使得自动驾驶技术不易实现量产，同时基于单一的传感器数据不能保证估计的汽车位姿的精度和鲁棒性，通常的做法是利用多传感器进行数据的融合，弥补各自的缺陷，而多传感器数据融合算法复杂，算法的优劣直接影响到估算的汽车位姿的精度，成为自动驾驶技术的一个技术壁垒。总的来说，目前的自动驾驶汽车的位姿估算方法不仅需要采用高精度的传感器导致成本较高，而且识别算法较为复杂，这两个问题大大制约了自动驾驶汽车的位姿估算，也限制了自动驾驶技术的发展。
技术实现思路
为了解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种自动驾驶汽车的位姿估算方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：自动驾驶汽车的位姿估算方法，包括以下步骤：S1、根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；S2、根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；S3、根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角。进一步，所述步骤S1之前还包括以下步骤：S0、初始化自动驾驶汽车的位置和航向角。进一步，所述步骤S2，包括：S21、根据汽车的方向盘转角计算汽车的齿条位移；S22、对齿条位移进行多项式计算后，分别获得汽车的左前轮转角和右前轮转角；S23、对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角。进一步，所述步骤S21，其具体为：采用下式，根据方向盘转角计算汽车的齿条位移：s＝ηβ其中，s表示汽车的齿条位移，β表示汽车的方向盘转角，η表示比例系数。进一步，所述步骤S22，其具体为：根据下式，对齿条位移进行多项式计算后，分别获得汽车的左前轮转角和右前轮转角：上式中，α1(s)表示汽车的左前轮转角，α2(s)表示汽车的右前轮转角，s表示汽车的齿条位移，ki和pi分别表示n次多项式系数，其中i＝0,1，…，n。进一步，所述步骤S23，其具体为：根据下式对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角：上式中，α表示汽车的中心转向角，α1表示汽车的左前轮转角，α2表示汽车的右前轮转角。进一步，所述步骤S3，其具体为：采用下式，根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角：上式中，表示当前时刻汽车的x轴位置，表示当前时刻汽车的y轴位置，θt表示当前时刻汽车的航向角，表示上一时刻汽车的x轴位置，表示上一时刻汽车的y轴位置，θt-1表示上一时刻汽车的航向角，vf表示汽车的前轮轮速，△T表示采样周期，α表示汽车的中心转向角，l表示汽车的车身轴距。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种自动驾驶汽车的位姿估算方法，包括：根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角。本方法通过轮速传感器获取汽车运动时的前轮轮速，同时将方向盘转角传感器采集的方向盘转角换算为前轮轴的中心转向角，利用迭代计算可估算得到任意时刻汽车的位置和航向角信息。只需要轮速传感器及方向盘转角传感器，配合简单的积分算法，即可完成对汽车位姿的估算，在使用成本上相比较依靠高精度的传感器而言大大降低，同时算法简单，易于实现。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的自动驾驶汽车的位姿估算方法的流程图；图2是本专利技术的自动驾驶汽车的位姿估算方法的具体实施例中建立的自动驾驶汽车的运动模型的示意图。具体实施方式参照图1，本专利技术提供了自动驾驶汽车的位姿估算方法，包括以下步骤：S1、根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；S2、根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；S3、根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S1之前还包括以下步骤：S0、初始化自动驾驶汽车的位置和航向角。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S2，包括：S21、根据汽车的方向盘转角计算汽车的齿条位移；S22、对齿条位移进行多项式计算后，分别获得汽车的左前轮转角和右前轮转角；S23、对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S21，其具体为：采用下式，根据方向盘转角计算汽车的齿条位移：s＝ηβ其中，s表示汽车的齿条位移，β表示汽车的方向盘转角，η表示比例系数。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S22，其具体为：根据下式，对齿条位移进行多项式计算后，分别获得汽车的左前轮转角和右前轮转角：上式中，α1(s)表示汽车的左前轮转角，α2(s)表示汽车的右前轮转角，s表示汽车的齿条位移，ki和pi分别表示n次多项式系数，其中i＝0,1，…，n。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S23，其具体为：根据下式对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角：上式中，α表示汽车的中心转向角，α1表示汽车的左前轮转角，α2表示汽车的右前轮转角。进一步作为优选的实施方式，所述步骤S3，其具体为：采用下式，根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角：上式中，表示当前时刻汽车的x轴位置，表示当前时刻汽车的y轴位置，θt表示当前时刻汽车的航向角，表示上一时刻汽车的x轴位置，表示上一时刻汽车的y轴位置，θt-1表示上一时刻汽车的航向角，vf表示汽车的前轮轮速，△T表示采样周期，α表示汽车的中心转向角，l表示汽车的车身轴距。以下结合具体实施例对本专利技术做详细说明。参照图1，自动驾驶汽车的位姿估算方法，包括以下步骤：S0、初始化自动驾驶汽车的位置和航向角；将自动驾驶汽车的航向角初始化为0，位置初始化为Gx＝0,Gy＝0。S1、根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；S2、根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角，具体包括S21～S23：S21、采用下式，根本文档来自技高网...

【技术保护点】
自动驾驶汽车的位姿估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；S2、根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；S3、根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角。

【技术特征摘要】
1.自动驾驶汽车的位姿估算方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据预设的采样周期，实时地采用轮速传感器获取自动驾驶汽车的前轮轮速，同时采用方向盘转角传感器获取自动驾驶汽车的方向盘转角；S2、根据汽车的方向盘转角计算汽车前轮轴的中心转向角；S3、根据当前时刻汽车的前轮轮速、中心转向角，对上一时刻汽车的位置和航向角进行迭代计算，进而获得当前时刻汽车的位置和航向角；所述步骤S2，包括步骤S21～S23：S21、根据汽车的方向盘转角计算汽车的齿条位移；S22、对齿条位移进行多项式计算后，分别获得汽车的左前轮转角和右前轮转角；S23、对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角；所述步骤S23，其具体为：根据下式对汽车的左前轮转角和右前轮转角进行拟合后，获得汽车的中心转向角：上式中，α表示汽车的中心转向角，α1表示汽车的左前轮转角，α2表示汽车的右前轮转角。2.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的位姿估算方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括以下步骤：S0、初始化自动驾驶汽车的位置和航向角。3.根据权利要求1所述的自动驾驶汽车的位姿估算方法，其特征在于，所述步骤S21，其具体为：采用下式，根据方向盘转角计算汽车的齿条位移：s＝ηβ其中，s表示汽车的齿条位移，β表示汽车的方向盘转角，η表示比...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈盛军，夏珩，肖志光，闫雪，
申请(专利权)人：广州橙行智动汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44