Способ определения координат наземного колесного объекта и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01C21/04 

Изобретение относится к области навигационных измерений и может быть использовано для определения текущих прямоугольных координат по информации о пройденном пути и угле между продольной осью наземного колесного объекта и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса.

В настоящее время известна наземная навигационная система типа ТНА-4, определяющая прямоугольные координаты через полярные, т.е. по величине пройденного пути и величине дирекционного угла.

Способ определения координат навигационной системой типа ТНА-4 является наиболее близким техническим решением.

Этот способ заключается в том, что в процессе движения циклически измеряют элемент пути и вычисляют координаты путем проектирования этого элемента пути на соответствующие оси координат с последующим суммированием.

aj-OM+Aa;(1) Xi XM+ASicos(aO,

Yi YM + ASisln(«),

где сц- дирекционный угол текущей точки;

Да - приращение дирекционного угла;

ОС 00

ел

со

Ј

«1-1 - дирекционный угол предыдущей точки;

Xi, YI - координаты текущей точки; Л Si - величина элемента пройденного

Изобретение относится к навигационным измерениям и может быть использовано для определения текущих прямоугольных координат по информации о пройденном пути и угла между продольной осью наземного колесного объекта и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса. Цель изобретения - расширение области применения навигационной системы на наземных колесных объектах. Поставленная цель достигается тем, что вместо определения ди- рекционного угла ft гироскопическим прибором на начальной точке и в процессе движения предлагается использовать измеритель угла между продольной осью наземного колесного объекта и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса с последующим вычислением угла а между направлением продольной оси и одной из осей опорной прямоугольной системы координат. 2 с.п.ф-лы. 3 ил. Ј

пути;

Хм, YI-I - координаты предыдущей точки.

Система ТНА-4 состоит из датчика угла и датчика пути, связанных с координатором.

Однако известный способ имеет следу- ющие недостатки. Данная система требует жесткой привязки к широте местности гироскопического прибора, определенногб времени подготовки к работе, а также технической сложности и значительной сто- имости применяемого гироскопического прибора.

Целью данного изобретения является расширение области применения навигационной системы на наземных колесных объ- ектах.

Поставленная цель достигается тем, что вместо определения дирекционного угла ft гироскопическим прибором на начальной точке и в процессе движения, предлагается использовать измеритель угла между продольной осью наземного колесного объекта (НКО) и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса с последующим вычислением угла а между направлением продольной оси НКО и одной из осей опорной прямоугольной системы координат.

Фиг. 1-3 иллюстрируют изобретение.

Рассмотрим определение приращений Д угла а(фиг.1, поясняющая зависимость угла ft от радиусов поворота передних и задний колес),

где Li - pace гояние от оси заднего колеса до оси рулевой олонки;

1 2-расс дние от оси переднего колеса до оси рулев i колонки;

RI - ради /с поворота заднего колеса;

R2 - радиус поворота переднего колеса;

ft - угол между п родол ьной осью назем- ного колесного объекта и проекций на горизонтальную плоскость переднего колеса (угол между направлениями заднее колесо - рулевая колонка и переднее колесо - рулевая колонка).

Ri-LLi и R2-LL2, т.к. радиус, проведен- ный в точку касания прямой, ей перпендикулярен. Следовательно, ft как углы с соответственно перпендикулярными сторонами. Затем сделаем следующие преобразования: выразим RI и Ra через ft, Li и Lz.

L,+ U

Ri

c,0ffi -Li-«g0H

ta(0)

sin(/3)

-.(2)

(/3) -cos(/3) sln/3

При постоянном угле/8 движение происходит по окружности, тогда (фиг.2) поясняющая зависимость изменения угла а от радиуса поворота и величины пройденного пути, при прохождении элемента пути S, угол а изменится на величину Да. Рассмотрим движение поворотного переднего колеса.

S

у Да

FV

Учитывая, получаем:

Да

U

. Li-l2 sln(0)-Cos(0) sln(0)

S-sin(fl)

U-L2 +

La

cos(/3)

При La « Ц и LI - L изменение угла а определяется как

Дом 2 sin (# )

и.соответствен но определяются текущие координаты:

XN-XN-I+ ASN cos(ob2 f -sin()) (3)

i L

YN YN-1+ Д5ы sln(ab + 2: f -sln(/3i))

I L

0

55

45

На фиг. З приведена блочная схема устройства, реализующая данный способ, на которой даны следующие обозначения;

ft- угол между продольной осью НКО и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса;

S -элемент пройденного пути:

AS - расстояние между двумя пройденными точками;

L- расстояние между осями передних и задних колес, величина базы НКО;

а-увеличение угла между направлением продольной оси НКО и одной из осей опорной прямоугольной системы координат,

Да - приращение угла а

Устройство для определения координат НКО состоит из датчика пути 1 и координатора 2 с начальными значениями координат, причем выход датчика пути 1 соединен с первым входом координатора 2.

В нее дополнительно введены датчик угла между продольной осью НКО и проекцией на горизонтальную плоскость поворотного колеса 3, синусный преобразователь 4, блок умножения 5, сумматор 6 и регистр с начальным значением дирекционного угла 7, соединенные последовательно, а также задатчик кода отношения цены импульса датчика пути к базе НКО 8, соединенный со вторым входом блока умножения 5, причем выход регистра 7 соединен со вторым входом сумматора б и вторым входом координатора 2, а второй вход регистра соединен с датчиком пути.

Устройство для определения коррдинат НКО работает следующим образом.

В исходном состоянии на координате 2 устанавливают начальные значения координат X и Y, а в регистре 7 - значение угла по НКО.

При движении НКО, по прохождении пути, соответствующего цене импульса, датчик пути 1 вырабатывает импульс, по которому координатор 2 вычисляет значение текущих координат в соответствии с выражением (1).

Текущее значение угла а в процессе движения определяется следующим образом.

Датчик угла 3 определяет угол ft между продольной осью НКО и проекцией поворотного колеса на горизонтальную плоскость, и его значение подается на синусный преобразователь 4, который вычисляет код синуса этого угла. Блок умножения 5 определяет величину поправки к углу До, перемножая код sin (б) на величину отношения цены импульса датчика пути к базе 8, т.к. на сумматоре 6 эта поправка прибавляется к текущему значению угла а, код которого поступает с выхода регистра 7. По каждому импульсу пути новое значение угла а записывается в регистр 7. Таким образом на координатор 2 поступает -текущее значение угла а, определенное в соответствии с выражением:

ON ON-I + (S/L) -sin 03м): N - 1,2,3,...

Координатор 2 вычисляет значения координат в соответствии с выражением (1) и (3).

В качестве датчика угла можно использовать разнообразные преобразователи угол-код, описанные в (2). Вал датчика соединяется с рулевой колонкой, а его корпус с шасси НКО.

Формула изобретения 1. Способ определения координат наземного колесного объекта, включающий дискретное измерение в процессе движения объекта приращений пути, проектирование полученного приращения на оси базовой системы координат, суммирование одноименных проекций с учетом начальных условий, отличающийся тем, что, с

целью расширения области использования, в процессе движения измеряют угол / между продольной осью наземного колесного объекта и проекцией поворотного колеса на горизонтальную плоскость, а значения текущих координат определяют в соответствии со следующими зависимостями:

25

XN XN-I+ ASN costob + -sin(/3i),

i L

+ ASN sln(ab

+ЈA

I L

sln(#),

где fi - угол между продольной осью наземного колесного угла и проекцией поворотного колеса на горизонтальную плоскость; XN, YN - координаты текущей точки; XN-L YN-I - координаты предыдущей точки;

A SN-расстояние между двумя текущими точками; A Si - приращение пути;

L- величина базы наземного колесного объекта;

N-1,2.3...;

Оо - начальное значение дирекционного угла.

объекта, соединенный со вторым входом блока умножения, причем выход регистра соединен с вторым входом сумматора и вторым входом координатора, второй вход регистра соединен с датчиком пути.

/

/

/

Фиа.2

со

TJ

-о

m

it

ro

CO

«o