[发明专利]基于道路曲率地图的磁导航无人车及其地图的建立方法

权利要求书

1.一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，包括车体、磁钉检测传感器、航位推算传感器、方向盘角度传感器、动力驱动系统、转向驱动系统、存储有道路曲率地图的控制计算机以及用于定义期望行驶轨迹的磁钉；所述车体作为磁钉检测传感器、航位推算传感器、方向盘角度传感器、动力驱动系统、转向驱动系统、控制计算机的载体；其中：

所述磁钉检测传感器，用于检测磁钉并计算磁钉相对于传感器中心的偏差；

所述航位推算传感器，用于对检测到的磁钉进行跟踪，在没有磁钉时由航位推算传感器推算车体的位姿；所述航位推算传感器包括惯导和里程计，惯导用于测量车辆的偏航角速度，所述里程计用于测量驱动电机转过的圈数，经过折算系数得到车行驶的里程；

所述磁钉检测传感器、所述航位推算传感器根据采集信息建立道路曲率的地图，并将该地图发送给所述控制计算机；

所述方向盘角度传感器，安装在车体的方向盘转轴上，经过折算得到前轮的转角，所述方向盘角度传感器用于前轮转角的闭环反馈控制；

所述动力驱动系统，用于执行控制计算机发出的速度指令；

所述转向驱动系统，用于执行控制计算机发出的转向命令；

所述控制计算机用于存储由磁钉检测传感器、航位推算传感器建立的曲率地图，并结合车辆自身的定位信息和曲率地图的信息控制所述动力驱动系统和所述转向驱动系统，从而实现无人车的自动驾驶。

2.根据权利要求1所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述磁钉检测传感器使用磁尺，所述磁尺和所述航位推算传感器建立所述的道路曲率地图，并且控制计算机基于所述道路曲率地图，实现无人车的有前瞻的自动驾驶。

3.根据权利要求2所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述的道路曲率地图是用道路的曲率作为地图存储和使用的基本信息，并且其建立过程是全自动化的，即手动驾驶车辆沿期望轨迹行驶一遍即可建立出曲率地图，所述的道路曲率地图作为道路先验信息的载体，是以道路曲率作为地图信息，并有序存储在地图文件中。

4.根据权利要求3所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述的道路曲率用期望轨迹上间隔一定距离的点确定的割线长度及相邻割线间的夹角表示，所述的期望轨迹上间隔一定距离的点就是用于定义期望轨迹的磁钉点。

5.根据权利要求2所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述的磁尺上安装有多个等间距的磁传感芯片，每个所述磁传感芯片测量其所在处垂直方向的磁场，并经过AD转换成数字量。

6.根据权利要求5所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述的磁尺上多个所述磁传感芯片一起将数字信号通过CAN总线发送给所述控制计算机。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述磁钉检测传感器安装于车体车头位置并与前轮轴平行，其中心在所述车体的纵轴上。

8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于道路曲率地图的磁导航无人车，其特征在于，所述惯导安装于车体顶部后轴中心所在的竖直线上；所述里程计安装于车体的驱动电机轴上。

9.一种用于磁导航无人车的道路曲率地图的建立方法，其特征在于，所述方法利用磁钉检测传感器检测结果和航位推算传感器在车辆坐标系下跟踪已经通过磁钉检测传感器的磁钉，这样如果同时跟踪过去的若干个磁钉，则每一时刻，总是知道刚通过磁尺的若干个磁钉在当前车辆坐标系下的坐标，从而利用这些跟踪结果计算磁钉之间的相对位置关系，进而得到建立地图的相关信息；通过磁钉跟踪，可以计算车辆相对于磁钉轨迹的相对位置和磁钉之间的相对位置；所述车辆相对于磁钉轨迹的相对位置表示为横向位置偏差和切向角度偏差，该相对位置可以直接用于车辆横向控制，而磁钉之间的相对位置可以用来生成曲率地图。

10.根据权利要求9所述的道路曲率地图的建立方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

a)当磁钉检测传感器检测到磁钉时，用磁钉检测传感器相对于磁尺的横向偏差和磁尺在车辆坐标系下的位置信息作为该磁钉在当前车辆坐标系下的初始位置；

b)对于位置已作初始化的磁钉，利用航位推算模型进行跟踪，航位推算利用里程计数据和惯导返回的偏航角速度计算本时刻车辆相对于上时刻车辆位置的相对位置；得到车辆相对于上一时刻的相对位置信息后，利用坐标转换推算上一时刻车辆坐标系下的磁钉在本时刻车辆坐标系下的坐标，这里的坐标转换实际是坐标的旋转和平移；

c)对于每一个经过的磁钉都用步骤a)初始化其位置，然后利用步骤b)跟踪，这样就实现同时跟踪若干个磁钉。