一种适用于无人铰接车列的控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种适用于无人铰接车列的控制系统，包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体和副牵引车体，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体，置于车列最后端的副牵引车体，以及位于主副牵引车体中间的跟随车体，所述的主牵引车体和副牵引车体不同时处于牵引状态，铰接车通过铰接杆及跟随车体助力牵引实现平稳起步，其次通过将预设路径分段为多个直线段从而实现转向，并在牵引车体牵引车列行驶路径的基础之上实现了跟随车体的跟随行驶，保证了整个车列的动态稳定性，在车列行驶过程中从多个角度监测车辆稳定性保障车列的安全。定性保障车列的安全。定性保障车列的安全。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于无人铰接车列的控制系统


[0001]本专利技术涉及工程机械
,特别是指一种无人铰接车列的控制系统。

技术介绍

[0002]铰接式车列由于其车体数量众多，使得铰接车列在行驶过程中存在诸多问题，如车体的轨迹跟随能力，车列的整体转向能力、车列的避障安全等问题。现有的转向技术方法，对于车体数量超过两个的铰接式车列，由于车列车体数量众多，整体纵向长度较长，在经过弯道时，各车体路径跟随能力较难保证，整体稳定性较差。
[0003]无人驾驶车辆主要包括环境感知、定位导航、路径规划和决策控制等关键技术。保证车辆行驶安全性的前提是实现对无人驾驶车辆快速、精确、稳定的控制。
[0004]由于法规及相关技术的限制，目前暂无车体数量大于3的车列相关设计及试验标准，因此，提供一种能够实现平稳转向且具有良好的稳定性的车列控制方法，是目前本领域人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术设计了一种无人铰接式车列的控制系统，目的在提供车列起步、转向、制动、行驶的稳定控制方式。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下的技术方案：
[0007]一种适用于无人铰接车列的控制系统，包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体和副牵引车体，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体，置于车列最后端的副牵引车体，以及位于主副牵引车体中间的跟随车体，所述的主牵引车体和副牵引车体不同时处于牵引状态，且主牵引车体的控制权限高于副牵引车体。
[0008]所述车列定义一个车列坐标系，以车列未启动时牵引车体为前轴中心点为原点，牵引车体朝向为x轴，牵引车体侧向为y轴，车列坐标系在车列运行过程中位置保持不变。
[0009]包括所述n个车体中任意相邻两个车体组成的车组，共有n
‑
1个车组，每个车组包括一个车组坐标系，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较近的车体为前车体，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较远的车体为后车体，以所述后车体朝向为x轴，后车体侧向为y轴，所述车组坐标系随着车组的运动实时变换位置。
[0010]所述牵引车体与跟随车体，跟随车体与跟随车体之间通过铰接杆铰接的方式连接，所述铰接杆到车体左侧和车体右侧的距离相等，分为两种类型，一种是配有液压装置的铰接杆，一种是无液压装置的铰接杆；其中与前车体相连的铰接杆配备有液压装置，所述液压装置将车体与铰接杆相连，所述液压装置分为力控制和位移控制两种模式，同时，力控制模式下，液压装置具有缓冲作用，车列制动过程中吸收缓解车体之间的纵向冲击力，铰接杆长度保持不变，位移控制模式下，通过液压控制将铰接杆保持固定长度，所述具有液压装置的铰接杆初始长度与无液压装置液压杆长度相等。
[0011]所述车体均具有两个轮轴，每个车体与主牵引车体相近的轮轴为主轮轴，与副牵引车体相近的轮轴为副轮轴，当所述主牵引车体牵引车列时，由主轮轴进行转向及驱动，当所述副牵引车体牵引车列时，由副轮轴进行转向及驱动。
[0012]所述牵引车体包括两个模式，牵引模式和跟随模式，当主牵引车体进入牵引模式时，副牵引车体进入跟随模式，当车列需要倒车时，主牵引车体进入跟随模式，副牵引车体进入牵引模式，在所述牵引模式下，车体提供车列驱动力，控制车列依照预设规划路径行驶，所述跟随模式下，所述车体具有辅助驱动能力，该能力需要所述牵引车体信号激活，同时根据预设规划路径及前车行驶信息进行跟随行驶。
[0013]包括主控制器，分别与主控制器相连的牵引车体控制模块，跟随车体控制模块，车列铰接杆控制模块，车列信息采集模块，车列通讯模块，侧倾监测模块，故障监测模块，所述车列通讯模块在车体脱离车列后仍具有远程通讯能力。
[0014]包括两种模式，无人驾驶模式和有人驾驶模式，所述无人模式下，预设行驶路线，由当前处于运行状态的牵引车体及跟随车体驱动车列行驶，同时通过所述车列通讯模块将各个车体当前运行信息传递给主、副牵引车体，示于主、副牵引车体内的接管员，所述有人模式下，有人驾驶权限高于无人驾驶，当接管员进行驾驶操作时，系统退出无人驾驶模式，或在所述无人驾驶模式出现故障时可由接管员进行接管驾驶，有人模式下，跟随车体控制模块控制跟随车体根据当前处于运行状态的牵引车体运行信息，控制跟随车体进行跟随行驶。
[0015]进一步的，所述车列起动时，进行分组式起步，所述牵引车体第一车组起步，而其他车组不动，所述铰接杆液压装置进入力控制模式，保持车体间纵向力平衡，第一车组与第二车组之间铰接杆伸长弥补车组间距离，第一车组速度稳定时，第二车组起动，依次直到整个车列正常运行。
[0016]在所述车列正常运行之后，所述铰接杆液压装置进入位移控制模式，由最后一组车组进行加速行驶，最后一组车组与倒数第二组车组之间铰接杆恢复原长之后，倒数第二组车组进行加速将倒数第二组车组与倒数第三组车组之间铰接杆恢复原长，依次直到整个车列铰接杆恢复原长。
[0017]所述车列加速时，所述牵引车体提供车列所需牵引力：
[0018]F
t
＝nma
[0019]n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，a为车列加速度；
[0020]若所述牵引车体额定牵引力F
t
≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：
[0021]n1向下圆整；
[0022]其中F
t
为牵引车体额定牵引力，F
t0
为车列开始加速时刻牵引力，m为单个车体质量，a为所述车列加速度，所得圆整后的n1为牵引车额定功率下能牵引车体数量；
[0023]选取第n1+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：
[0024]F
t
＝(n
‑
n1)ma
[0025]其中F
t
为跟随车体辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，a为所述车列加速度；
[0026]若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提
供的牵引力为：
[0027]F
t
＝(n
‑
n1‑…‑
n
x
‑1)ma
[0028]其中n1至n
x
‑1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量；
[0029]所述车列上坡时，所述牵引车体提供车列所需牵引力:
[0030]F
t
＝nmgi
[0031]n为所述车列车体数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，i为坡度；
[0032]若所述牵引车体额定牵引力F
t
≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：
[0033]n1向下圆整；
[0034]其中F
t
为牵引车体额定牵引力，F
t0
为车列开始爬坡时刻牵引力，m为单个车体质量，g本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：包括n个纵向排列的车体，n>＝2，车体包括两类：分别是牵引车体和跟随车体(3)，其中牵引又分为两种类型，即主牵引车体(1)和副牵引车体(2)，所述车体包括置于车列最前端的主牵引车体(1)，置于车列最后端的副牵引车体(2)，以及位于主副牵引车体(2)中间的跟随车体(3)，所述的主牵引车体(1)和副牵引车体(2)不同时处于牵引状态，且主牵引车体(1)的控制权限高于副牵引车体(2)；所述车列定义一个车列坐标系，以车列未启动时牵引车体为前轴中心点为原点，牵引车体朝向为x轴，牵引车体侧向为y轴，车列坐标系在车列运行过程中位置保持不变；包括所述n个车体中任意相邻两个车体组成的车组，共有n
‑
1个车组，每个车组包括一个车组坐标系，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较近的车体为前车体(6)，以车组中距离当前处于运行状态的牵引车体较远的车体为后车体(7)，以所述后车体(7)朝向为x轴，后车体(7)侧向为y轴，所述车组坐标系随着车组的运动实时变换位置；所述牵引车体与跟随车体(3)，跟随车体(3)与跟随车体(3)之间通过铰接杆铰接的方式连接，所述铰接杆到车体左侧和车体右侧的距离相等，分为两种类型，一种是配有液压装置(8)的铰接杆，一种是无液压装置(8)的铰接杆；其中与前车体(6)相连的铰接杆配备有液压装置(8)，所述液压装置(8)将车体与铰接杆相连，所述液压装置(8)分为力控制和位移控制两种模式，同时，力控制模式下，液压装置(8)具有缓冲作用，车列制动过程中吸收缓解车体之间的纵向冲击力，铰接杆长度保持不变，位移控制模式下，通过液压控制将铰接杆保持固定长度，所述具有液压装置(8)的铰接杆初始长度与无液压装置(8)液压杆长度相等；所述车体均具有两个轮轴，每个车体与主牵引车体(1)相近的轮轴为主轮轴(4)，与副牵引车体(2)相近的轮轴为副轮轴(5)，当所述主牵引车体(1)牵引车列时，由主轮轴(4)进行转向及驱动，当所述副牵引车体(2)牵引车列时，由副轮轴(5)进行转向及驱动；所述牵引车体包括两个模式，牵引模式和跟随模式，当主牵引车体(1)进入牵引模式时，副牵引车体(2)进入跟随模式，当车列需要倒车时，主牵引车体(1)进入跟随模式，副牵引车体(2)进入牵引模式，在所述牵引模式下，车体提供车列驱动力，控制车列依照预设规划路径行驶，所述跟随模式下，所述车体具有辅助驱动能力，该能力需要所述牵引车体信号激活，同时根据预设规划路径及前车行驶信息进行跟随行驶；包括主控制器，分别与主控制器相连的牵引车体控制模块，跟随车体(3)控制模块，车列铰接杆控制模块，车列信息采集模块，车列通讯模块，侧倾监测模块，故障监测模块，所述车列通讯模块在车体脱离车列后仍具有远程通讯能力；包括两种模式，无人驾驶模式和有人驾驶模式，所述无人模式下，预设行驶路线，由当前处于运行状态的牵引车体及跟随车体(3)驱动车列行驶，同时通过所述车列通讯模块将各个车体当前运行信息传递给主、副牵引车体(2)，示于主、副牵引车体(2)内的接管员，所述有人模式下，有人驾驶权限高于无人驾驶，当接管员进行驾驶操作时，系统退出无人驾驶模式，或在所述无人驾驶模式出现故障时可由接管员进行接管驾驶，有人模式下，跟随车体(3)控制模块控制跟随车体(3)根据当前处于运行状态的牵引车体运行信息，控制跟随车体(3)进行跟随行驶。2.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：所述车列起动时，进行分组式起步，所述牵引车体第一车组起步，而其他车组不动，所
述铰接杆液压装置(8)进入力控制模式，保持车体间纵向力平衡，第一车组与第二车组之间铰接杆伸长弥补车组间距离，第一车组速度稳定时，第二车组起动，依次直到整个车列正常运行；在所述车列正常运行之后，所述铰接杆液压装置(8)进入位移控制模式，由最后一组车组进行加速行驶，最后一组车组与倒数第二组车组之间铰接杆恢复原长之后，倒数第二组车组进行加速将倒数第二组车组与倒数第三组车组之间铰接杆恢复原长，依次直到整个车列铰接杆恢复原长。3.根据权利要求1所述的一种适用于无人铰接车列的控制系统，其特征在于：所述车列加速时，所述牵引车体提供车列所需牵引力：F
t
＝nman为所述车列车体数量，m为单个车体质量，a为车列加速度；若所述牵引车体额定牵引力F
t
≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：n1向下圆整；其中F
t
为牵引车体额定牵引力，F
t0
为车列开始加速时刻牵引力，m为单个车体质量，a为所述车列加速度，所得圆整后的n1为牵引车额定功率下能牵引车体数量；选取第n1+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：F
t
＝(n
‑
n1)ma其中F
t
为跟随车体(3)辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，a为所述车列加速度；若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：F
t
＝(n
‑
n1‑…‑
n
x
‑1)ma其中n1至n
x
‑1分别为第2至第x节车体牵引的车体数量；所述车列上坡时，所述牵引车体提供车列所需牵引力:F
t
＝nmgin为所述车列车体数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，i为坡度；若所述牵引车体额定牵引力F
t
≤nma，则启动所述跟随车组的辅助牵引功能：n1向下圆整；其中F
t
为牵引车体额定牵引力，F
t0
为车列开始爬坡时刻牵引力，m为单个车体质量，g为当地重力加速度，所得圆整后的n1为牵引车额定功率下能牵引车体数量，i为坡度；选取第n1+1辆车体进行辅助牵引，所提供的牵引力为：F
t
＝(n
‑
n1)mgi其中F
t
为跟随车体(3)辅助牵引力，n为所述车列车体总数量，m为单个车体质量，g为当地重力加速度；若两节车体牵引力仍不足，重复以上牵引力计算过程，第x节提供牵引力的车体提供的牵引力为：F
t

【专利技术属性】
技术研发人员：宗长富，姜桐，郑宏宇，郭中阳，宋娟娟，吴竟启，束磊，束琦，
申请(专利权)人：江苏超力电器有限公司，
类型：发明
国别省市：