一种队列行驶车辆控制方法技术

本发明专利技术涉及一种队列行驶车辆控制方法，包括转向控制方法和协同驱动与制动控制方法；转向控制时，基于各跟随车自身坐标系，分别获取领航车经过的一组轨迹点的坐标值；基于车辆运动学原理和实时车轮转角及运动参数，对上述轨迹点进行同步坐标变换，据此拟合各跟随车的理想行驶轨迹，依据此轨迹控制各跟随车转向；同时，基于各跟随车与领航车的驱动制动强度差异和前后车间距，适时执行同步及反馈驱动制动控制；本发明专利技术可实现多台车辆安全稳定的同轨迹自动成列行驶，以降低车辆使用过程的人工成本和能源成本。能源成本。能源成本。

【技术实现步骤摘要】
一种队列行驶车辆控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆工程
，特别涉及一种队列行驶车辆控制方法。

技术介绍

[0002]车辆的转向控制和协同控制是队列行驶车辆的重要关键技术，前者保障车辆同轨迹行驶，后者保障前后车辆运动协同，保持车间距离稳定，防止追尾。但现有技术中，同轨迹跟随控制方法常基于大地坐标系采集车辆地理坐标信息，并据此拟合车辆行驶轨迹。但车辆精准地理坐标的采集是极为困难的，卫星定位、光学定位等方式难以满足车辆定位精度和稳定性可靠性的要求；另外，现有技术中，车辆的驱动制动控制通常基于前后车间距进行反馈控制，但该方法存在一定的延时，紧急情况下容易造成车辆追尾。基于此，本专利技术提出一种队列行驶车辆控制方法，以解决现有技术存在的问题，经检索，未发现与本专利技术相同或相似的技术方案。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的是：提供一种队列行驶车辆控制方法，以实现多台车辆的同轨迹自动成列行驶，并保障各车辆运动协同，车间距稳定。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种队列行驶车辆控制方法，其中包括车辆转向控制方法，具体如下：所述队列行驶车辆中，行驶于首位的车辆称为领航车，其前轴中心点记为F1；设定Q为大于等于2的自然数，行车队列中第Q辆车称为跟随车，记为车辆Q，其前轴中心点记为F
Q
； 车辆Q的转向控制方法，具体步骤如下：（1）定义坐标系和时间序列，设定F
Q
为坐标原点，在水平投影面内，沿车身方向且朝向车头的一侧为Y轴正方向，垂直于车身方向且朝向车身右侧为X轴正方向，建立坐标系Z
Q
；定义任一时刻为k时刻，经过时间Δt后变为k+1时刻；（2）初始化，k=0；（3）经过某一时间Δt后，时刻从k时刻变化为k+1时刻，即k=k+1；（4）解算在当前k时刻坐标系Z
Q
下，领航车前轴中心点F1的坐标值F
1k
（x
1k
，y
1k
），记录F
1k
为一个轨迹点；（5）推算从k
‑
1时刻到k时刻坐标系Z
Q
的变化参数，其中，解算从k
‑
1时刻到k时刻车辆Q的转角，即坐标系Z
Q
的转角为θ
Qk
，定义转角逆时针旋转为正，顺时针为负；θ
Qk
=Δt*ω
Qk
，ω
Qk
为车身转速，其值由安装于该车的陀螺仪测得；安装于该车的速度计获取F
Q
在k时刻的速度为ν
Qk
；k
‑
1时刻，记录的该车前轴转向角为C
Qk
‑1；依据车辆平面运动原理，可解算出坐标原点的变化参数，其中：X轴变化量a=
‑
Δt*ν
Qk
*sin(C
Qk
‑1+θ
Qk
/2)；Y轴变化量b=Δt*ν
Qk
*cos(C
Qk
‑1+θ
Qk
/2)；记录当前k时刻速度值ν
Qk
，用于下一步计算领航车在轨迹点间的行驶里程；
（6）坐标变换，将k
‑
1时刻坐标系下，位于领航车前轴与车辆Q前轴之间的n个轨迹点F
1k
‑1，F
1k
‑2，
…
，F
1k
‑
n
的坐标值依次变换成当前k时刻坐标系下的坐标值；依坐标变换方程，经变换的X轴和Y轴坐标值分别为:X
1k
‑
m
=（x
1k
‑
m
‑
a）*cosθ
QK
+（y
1k
‑
m
‑
b）*sinθ
QK
，Y
1k
‑
m
=（y
1k
‑
m
‑
b）*cosθ
QK
‑
（x
1k
‑
m
‑
a）*sinθ
QK
；其中，等式左侧的坐标值x
1k
‑
m
和y
1k
‑
m
为k时刻坐标系下轨迹点F
1k
‑
m
的坐标值，等式右侧坐标值x
1k
‑
m
和y
1k
‑
m
为k
‑
1时刻坐标系下轨迹点F
1k
‑
m
的坐标值；m取值依次为1，2，
……
，n；需要进行坐标变换的轨迹点个数n的取值方法是，假定领航车与车辆Q的速度近似相等，估算领航车从轨迹点F
1k
‑
m
至F
1k
间的行驶里程S
Qm
；S
Qm
=(ν
Qk
‑1+ν
Qk
‑2+
…
+ν
Qk
‑
m
）*Δt；设定领航车与车辆Q正常行驶时，两车前轴相对同一基准点的里程差应为L
Q
，当S
Qm
>L
Q
时，m取值不再增加,n=m，即不在领航车前轴与车辆Q前轴之间的轨迹点不影响轨迹解算及转向控制，不需要进行坐标变换，以节省计算资源；（7）基于k时刻获取的一个轨迹点F
1k
，和之前各时刻获得的，且坐标值已经变换至当前k时刻坐标系下的n个轨迹点F
1k
‑1，F
1k
‑2，
…
，F
1k
‑
n
，共n+1个轨迹点拟合车辆Q前轴中心点F
Q
的理想行驶轨迹，跟随车转向控制器据此行驶轨迹，控制该车前轴转向，使该车前轴中心点F
Q
沿该轨迹行驶，同时记录此时该车前轴转向角为C
Qk
，用于下一时刻坐标系变换参数的推算；（8）若车辆退出队列行驶状态，步骤结束；若车辆继续队列行驶，回到步骤（3）；本专利技术的车辆转向控制方法与现有技术具有本质的不同。
[0005]首先，一个突出的创造性在于，它“不需要”基于大地坐标系进行车辆定位、轨迹解算和转向控制；轨迹点定位、坐标变换、轨迹解算及转向控制是基于各跟随车自身坐标系对领航车进行实时定位，获取领航车经过的一组轨迹点的坐标值；基于车辆运动学原理，依据该车车轮转角、车身转速、车速等参数，对上述轨迹点进行实时坐标变换；据此拟合各跟随车的理想行驶轨迹。不同于在大地坐标系下，轨迹是静态的，本专利技术中，该理想轨迹应随车辆坐标系的变化在数值上是动态变化的，因为坐标系与该跟随车固定，显然可解算该车与其理想轨迹的实时偏差，并据此控制该车转向，可有效控制并减少与领航车本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种队列行驶车辆控制方法，其特征在于，其中包括车辆Q的转向控制方法，具体如下：所述队列行驶车辆中，行驶于首位的车辆称为领航车，其前轴中心点记为F1；设定Q为大于等于2的自然数，行车队列中第Q辆车称为跟随车，记为车辆Q，其前轴中心点记为F
Q
； 车辆Q的转向控制方法，具体步骤如下：（1）定义坐标系和时间序列，设定F
Q
为坐标原点，在水平投影面内，沿车身方向且朝向车头的一侧为Y轴正方向，垂直于车身方向且朝向车身右侧为X轴正方向，建立坐标系Z
Q
；定义任一时刻为k时刻，经过时间Δt后变为k+1时刻；（2）初始化，k=0；（3）经过某一时间Δt后，时刻从k时刻变化为k+1时刻，即k=k+1；（4）解算在当前k时刻坐标系Z
Q
下，领航车前轴中心点F1的坐标值F
1k
（x
1k
，y
1k
），记录F
1k
为一个轨迹点；（5）推算从k
‑
1时刻到k时刻坐标系Z
Q
的变化参数，其中，解算从k
‑
1时刻到k时刻车辆Q的转角，即坐标系Z
Q
的转角为θ
Qk
，定义转角逆时针旋转为正，顺时针为负；θ
Qk
=Δt*ω
Qk
，ω
Qk
为车身转速，其值由安装于该车的陀螺仪测得；安装于该车的速度计获取F
Q
在k时刻的速度为ν
Qk
；k
‑
1时刻，记录的该车前轴转向角为C
Qk
‑1；依据车辆平面运动原理，可解算出坐标原点的变化参数，其中：X轴变化量a=
‑
Δt*ν
Qk
*sin(C
Qk
‑1+θ
Qk
/2)；Y轴变化量b=Δt*ν
Qk
*cos(C
Qk
‑1+θ
Qk
/2)；同时记录当前k时刻速度值ν
Qk
，用于下一步计算领航车在轨迹点间的行驶里程；（6）坐标变换，将k
‑
1时刻坐标系下，位于领航车前轴与车辆Q前轴之间的n个轨迹点F
1k
‑1，F
1k
‑2，
…
，F
1k
‑
n
的坐标值依次变换成当前k时刻坐标系下的坐标值；依坐标变换方程，经变换的X轴和Y轴坐标值分别为:X
1k
‑
m
=（x
1k
‑
m
‑
a）*cosθ
QK
+（y
1k
‑
m
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b）*sinθ
QK
，Y
1k
‑
m
=（y
1k
‑
m
‑
b）*cosθ
QK
‑
（x
1k
‑
m
‑
a）*sinθ
QK
；其中，等式左侧的坐标值x
1k
‑
m
和y
1k
‑
m
为k时刻坐标系下轨迹点F
1k
‑
m
的坐标值，等式右侧坐标值x
1k
‑
m
和y
1k
‑
m
为k
‑
1时刻坐标系下轨迹点F
1k
‑
m
的坐标值；m取值依次为1，2，
……
，n；需要进行坐标变换的轨迹点个数n的取值方法是，假定领航车与车辆Q的速度近似相等，估算领航车从轨迹点F
1k
‑
m
至F
1k
间的行驶里程S
Qm
；S
Qm
=(ν
Qk
‑1+ν
Qk
‑2+
…
+ν
Qk
‑
m
）*Δt；设定领航车与车辆Q正常行驶时，两车前轴相对同一基准点的里程差应为L
Q
，当S
Qm
>L
Q
时，m取值不再增加,n=m，即不在领航车前轴与车辆Q前轴之间的轨迹点不影响轨迹解算及转向控制，不需要进行坐标变换，以节省计算资源；（7）基于k时刻获取的一个轨迹点F
1k
，和之前各时刻获得的，且坐标值已经变换至当前k时刻坐标系下的n个轨迹点F
1k
‑1，F
1k
‑2，
…
，F
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘滨，
申请(专利权)人：苏州立方元智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：