一种港内智能转运车自适应箱重控制方法技术

本发明专利技术公开一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，包括自适应箱重功能交互流程的建立和验证，主要为：结合港区任务运行与智驾车辆的状态，基于Stateflow有限状态机建立自适应箱重功能交互流程；交互流程中，建立智驾车辆动力学模型，并基于扩展卡尔曼滤波进行整车质量的估计；进而搭建自适应箱重控制方法流程的仿真模型，基于实际运营数据在仿真模型中验证，该方法的交互流程能够快速、高效地适应装卸箱作业场景；对外部调度系统的依赖仅限于需要获取集装箱状态是否发生变化，降低整体系统的复杂程度；且将集装箱质量问题的处理集中在智驾系统控制模块中，增强智驾系统的功能完备性和整体性，提升测试问题排查与运营作业的效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种港内智能转运车自适应箱重控制方法


[0001]本专利技术属于智能驾驶
，具体涉及到一种港内智能转运车自适应箱重控制方法。

技术介绍

[0002]现有的港内集装箱智能转运车辆在装载不同质量的集装箱后，自动驾驶系统为保证其仍具有稳定的行驶状态，通常采用两种方案：一种是借助港区自身在集装箱吊具四角上安装的称重传感器，将质量信息传输至其任务调度系统，自动驾驶系统再通过与港区内任务调度系统建立通信机制，获取任务调度系统下发的装载集装箱的质量信息，并传输至整车自动驾驶控制模块，完成对车辆的行驶状态控制；另一种是在集装箱智能转运车辆上安装箱重质量传感器，由箱重质量传感器实时采集车辆装载的集装箱质量，并通过控制器局域网络接入整车通信总线，从而将集装箱质量信息传递至整车自动驾驶控制模块。
[0003]集装箱智能转运车辆的自动驾驶系统中，负责与港区内任务调度系统建立通信的模块为任务管理模块，任务管理模块与上游的港区调度系统在通信上面主要进行超文本传输协议通信，即作为服务端接收来自任务调度系统的命令下发，同时也作为客户端发送命令、反馈数据给任务调度系统。
[0004]在自动驾驶系统中，任务管理模块与地图定位、规划控制等其他智驾模块的通信方式为机器人操作系统的通信机制。任务管理模块通过话题的订阅与发布形式，与其他智驾模块之间建立数据的传递与交互关系；在进行装卸箱任务中，当智能转运车辆行驶到位并完成装卸箱任务后，上游调度系统会下发所装载集装箱质量的HTTP数据信息，任务管理模块接收到HTTP数据后进行解析，再以话题形式直接发布于下游规划控制模块，保证车辆的纵向行驶状态。
[0005]然而，上述这种通过与港区调度系统进行交互获取装载集装箱质量信息的方式虽然开发量少，但也存在不足之处，包括：
[0006](1)需要港区内吊具安装质量传感器，或通过其他方式获取到装吊的集装箱质量信息，加大了港区的运营成本，同时依赖调度系统下发质量信息的可靠性、准确性。港区任务调度系统下发的质量值是岸桥吊完成抓放箱后的测量值，如果这个测量值比较粗略，存在不确定的误差，误差可能过大或过小，调度系统不能保证测量质量值的准确可靠，也会对智驾系统造成影响。
[0007](2)易受到通信链路稳定性影响。该方案结合了港区任务调度系统、车辆任务管理模块、规划控制模块之间的实时通信，整体链路较长，中间环节易受影响。如果其中某一模块的通信质量收到影响，集装箱质量信息无法正常传递至后续模块，从而会造成行驶状态的不稳定。
[0008](3)质量信息只能表示单箱质量状态。智能转运车在港区内与港口业务领域深度融合，多任务实时切换，可以转运的箱型包括20尺、40尺、45尺箱。调度系统下发的质量信息只能表示当前任务结束后放置在转运车辆上的集装箱质量，若在不同箱区贝位装吊双20尺
的集装箱时，就无法直接使用该信息表示装载在车辆上的集装箱总质量。
[0009](4)测试问题的排查效率低。当测试任务中出现与集装箱质量有关的问题时，需要调动相关模块共同排查，涉及港区调度系统、任务管理模块，规划控制模块、通信链路等，问题排查效率低，占用人员时间成本高。
[0010](5)多车多任务时造成调度系统冗余。港区内智能转运车辆按照任务运行，不同的任务执行不同的行驶状态。所有智能转运车辆由调度系统派发任务，调度系统需要对每一台车辆进行配置并派发质量信息，当参与任务的车辆数量足够多时，会使得调度系统复杂冗余，缺少灵活性。
[0011]另外一种在智能转运车辆上安装箱重质量传感器，实时监测装载集装箱质量并传输至智能转运车智驾系统，与从上游任务调度系统获取质量信息相比，可以弥补装载双箱时的质量信息问题，交互链路也缩短为传感器直接接入整车智驾通信网络，不与上游任务调度系统进行交互，通信受到其他因素影响的风险降低，也降低了任务调度系统的冗余程度和排查测试问题的难度。
[0012]但加装集装箱质量传感器会不可避免地提升车辆的开发成本。当智能转运车在全国各个港区大批量地生产和参与运营，对于集装箱质量传感器费用投入是一笔不可忽视的开销。以德国HBM柱式传感器C16IC3/60t数字称重传感器为例，该传感器适用于轨道衡、汽车衡和工业集装箱的水平测量，市场单价在4400元/个。传感器的内部电路板和其他零件的更换及相关操作需要由专业工程师或技术人员进行，需要专业人员进行定期维修保养，在部分组件中包含敏感部件，可能会被静电损坏，后期也需要投入人员成本。
[0013]在集装箱吊具安装称重传感器与任务调度系统通信和在智能转运车辆上安装集装箱质量传感器并接入智驾通信网络的两种方案，在基本满足目标需求的同时都有较为明显的缺点与不足。

技术实现思路

[0014]针对上述问题，本专利技术的主要目的在于设计一种港内智能转运车自适应箱重控制方法,解决现有技术中获取集装箱装载直流时质量参数以及整体通信链路的不稳定性、易造成系统冗余、问题排查效率低，或者在智能转运车辆使用质量传感器带来的高昂的设备成本和人员成本投入的技术问题。
[0015]为了实现上述目的本专利技术采用如下技术方案：
[0016]一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，该方法包括自适应箱重功能交互流程的建立和验证，具体步骤如下：
[0017]步骤1：结合港区任务运行与智驾车辆的状态，基于Stateflow有限状态机建立自适应箱重功能交互流程；
[0018]步骤2：在交互流程中，建立智驾车辆动力学模型，并基于扩展卡尔曼滤波进行整车质量的估计；
[0019]步骤3：通过智驾车辆动力学模型的建立与基于扩展卡尔曼滤波的整车质量估计方法，搭建自适应箱重控制方法流程的仿真模型，并基于智驾车辆实际运营数据回灌在仿真模型中进行验证。
[0020]作为本专利技术的进一步描述，所述智驾车辆的自动驾驶系统包括控制模块、任务管
理模块、规划模块；
[0021]步骤1中，自适应箱重功能的有限状态机，为智驾车辆在装箱状态变化的任务中，控制模块与其他智驾车辆自动驾驶系统各模块之间的交互流程。
[0022]作为本专利技术的进一步描述，具体的自适应箱重功能交互流程为，智驾车辆的控制模块在上游任务管理模块下发的任务、规划模块下发的动作指令下行驶运作，智驾车辆到达下一次的装卸箱贝位点，反馈到上游规划模块完成下发的动作指令，规划模块向任务管理模块反馈任务结束，即完成一次装卸箱任务。
[0023]作为本专利技术的进一步描述，具体的自适应箱重功能交互流程，包括如下步骤：
[0024]S1：任务管理模块在完成智驾车辆装箱或卸箱任务后，告知下游智驾车辆的控制模块当前装箱状态是否发生变化；
[0025]若没有变化，则存储和使用上一次的箱重信息值，若有变化，则在S2中重置为初始状态；
[0026]S2：依据任务管理模块，判断智驾车辆上是否存在集装箱；
[0027]若无集装箱，则进入计算参数处理状态，若有集装箱，则进入准备驶离的等待状态；
[0028]S3：在智驾车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：该方法包括自适应箱重功能交互流程的建立和验证，具体步骤如下：步骤1：结合港区任务运行与智驾车辆的状态，基于Stateflow有限状态机建立自适应箱重功能交互流程；步骤2：在交互流程中，建立智驾车辆动力学模型，并基于扩展卡尔曼滤波进行整车质量的估计；步骤3：通过智驾车辆动力学模型的建立与基于扩展卡尔曼滤波的整车质量估计方法，搭建自适应箱重控制方法流程的仿真模型，并基于智驾车辆实际运营数据回灌在仿真模型中进行验证。2.根据权利要求1所述的一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：所述智驾车辆的自动驾驶系统包括控制模块、任务管理模块、规划模块；步骤1中，自适应箱重功能的有限状态机，为智驾车辆在装箱状态变化的任务中，控制模块与其他智驾车辆自动驾驶系统各模块之间的交互流程。3.根据权利要求2所述的一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：具体的自适应箱重功能交互流程为，智驾车辆的控制模块在上游任务管理模块下发的任务、规划模块下发的动作指令下行驶运作，智驾车辆到达下一次的装卸箱贝位点，反馈到上游规划模块完成下发的动作指令，规划模块向任务管理模块反馈任务结束，即完成一次装卸箱任务。4.根据权利要求3所述的一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：具体的自适应箱重功能交互流程，包括如下步骤：S1：任务管理模块在完成智驾车辆装箱或卸箱任务后，告知下游智驾车辆的控制模块当前装箱状态是否发生变化；若没有变化，则存储和使用上一次的箱重信息值，若有变化，则在S2中重置为初始状态；S2：依据任务管理模块，判断智驾车辆上是否存在集装箱；若无集装箱，则进入计算参数处理状态，若有集装箱，则进入准备驶离的等待状态；S3：在智驾车辆准备驶离等待状态中，等待接收规划模块下发的起步请求指令；当规划模块下发了起步请求指令时，则进入智驾车辆驱动扭矩输出状态，输出驱动扭矩到纵向控制逻辑，并驱动智驾车辆起步行驶；S4：车辆起步后，进入完成起步状态，并在此状态中对智驾车辆的整车质量进行估计计算，并进行质量参数的处理；S5：将处理后的质量参数进行存储和输出到纵向控制逻辑，控制智驾车辆按照质量参数计算输出扭矩，完成车辆的纵向控制。5.根据权利要求1所述的一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：步骤2中，智驾车辆动力学模型包括智驾车辆的纵向动力学模型，在智驾车辆的行驶过程中，纵向动力学模型的建立为：F
t
＝F
f
+F
w
+F
i
+F
j
其中，F
f
智驾车辆行驶的滚动阻力，F
w
为智驾车辆行驶迎风面阻力，F
i
为智驾车辆沿坡面所受到的坡度阻力，F
j
为智驾车辆加速时虚拟化出的一个加速阻力，F
t
为地面对智驾车辆
的驱动力。6.根据权利要求5所述的一种港内智能转运车自适应箱重控制方法，其特征在于：纵向动力学模型建立过程中，各分力的表示公式如下：地面对智驾车辆的驱动力：其中，T
t
为车辆输出的总驱动扭矩，i
o
、i
g
为减速机构的传动比，η为动力系统的机械传递效率，r为车辆轮胎行驶半径；智驾...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘灿，许正昊，曾超，张志达，李涛，刘峰，叶玉博，陈子健，安凯，
申请(专利权)人：上海友道智途科技有限公司，
类型：发明
国别省市：