[發(fā)明專利]一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410091047.3
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN104908808A
• 公開（公告）日: 2015-09-16
• 發(fā)明（設計）人: 丁永前;王致情;畢偉平;李楊;譚星祥;林小蘭
• 申請（專利權）人: 南京農業(yè)大學
• 主分類號: B62D6/00
• 分類號: B62D6/00;B62D137/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是包括由主控制器(1)、檢測系統(tǒng)(2)和轉向控制系統(tǒng)(3)構成的控制系統(tǒng)硬件結構(圖1)。主控制器(1)采用數(shù)字信號處理器TMS320F28335，檢測系統(tǒng)(2)實現(xiàn)跟隨車(11)前輪轉角和跟隨車(11)相對引導車(10)的航向偏角的檢測，轉向控制系統(tǒng)(3)采用步進電機配合鏈輪傳動機構帶動方向盤旋轉實現(xiàn)車輛轉彎。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是所述的檢測系統(tǒng)(2)包括前輪轉角檢測機構(圖2)和相對航向偏角檢測機構(圖3)。

3.根據(jù)權利要求2所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是前輪轉角檢測機構(圖2)中絕對型旋轉編碼器(4)安裝于前輪導向軸(5)上，主控器(1)的AD模塊采集絕對型旋轉編碼器(4)的輸出電壓，通過計算獲知前輪轉向角δ。

4.根據(jù)權利要求2所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是相對航向偏角檢測機構(圖3)中跟隨車(11)前端的安裝板(6)上左側4個反射型紅外傳感器(7)和右側4個反射型紅外傳感器(8)對引導車(10)后端的反射板(9)進行反射感應，根據(jù)不同安裝位置紅外傳感器的接收反射信號的狀態(tài)獲取不同的相對航向偏角，計算相對航向偏角的方法為：

(A-1)、按照權利要求4所述的相對航向偏角檢測機構(圖3)，實時檢測紅外傳感器的反射狀態(tài)，并將無反射信息且距離引導車(10)反射板(9)外端最遠的紅外傳感器位置信息告知主控器；

(A-2)、引導車(10)后端的反射板(9)寬度為W，傳感器的位置信息a1(假定右側最外端紅外傳感器無反射信號)，可采用下述公式求取相對航向偏角θ₁，

5.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是將所述的轉向控制系統(tǒng)(3)轉化為包含帶死區(qū)繼電器單元的閉環(huán)控制結構(圖5)，步進電機帶動前輪的轉向角速度保持為定值ω_s，前輪的轉向角為δ，前輪目標控制偏轉角R與δ差值的極性決定步進電機的旋轉方向。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，其特征是前輪轉向角δ和車輛航向偏轉角β之間具有確定的動態(tài)傳遞關系(圖6)，根據(jù)此動態(tài)傳遞關系計算跟隨車(11)與引導車(10)之間的相對航向偏轉角，其計算方法為步驟：

(B-1)、跟隨車(11)前后輪軸距L，跟隨車(11)的縱向速度v，采用下述公式求取跟隨車(11)的航向角速度ω_v，

(B-2)、對跟隨車(11)的航向角速度ω_v進行積分運算計算出車輛航向偏轉角β。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，應用權利要求6所述的前輪轉向角δ和車輛航向偏轉角β之間具有動態(tài)傳遞關系(圖6)，設計了航向跟隨閉環(huán)控制系統(tǒng)結構(圖7)。

8.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，應用權利要求7所述的航向跟隨閉環(huán)控制系統(tǒng)結構(圖7)設計了航向跟隨PD閉環(huán)控制器(圖8)，建立了跟隨車(11)實際航向偏轉角β和目標相對航向偏轉角θ之間偏差e與前輪偏轉角R之間的傳遞關系。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種自主跟隨車輛航向控制裝置及控制方法，應用權利要求8所述的航向跟隨PD閉環(huán)控制器(圖8)設計了跟隨控制算法流程(圖9)，跟隨控制算法流程(圖9)中撤銷控制作用條件是所有紅外傳感器接收到反射信號，航向偏轉角β值與控制目標θ的差值絕對值小于設定的閾值Δ_θ，前輪轉向角量值小于設定的閾值Δ_δ。