[發明專利]一種無人車編隊控制方法

在審

• 申請號: 201910820091.6
• 申請日: 2019-08-31
• 公開（公告）號: CN110488840A
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 褚端峰;李正磊;呂小磊;彭威風;史美林;吳超仲
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 42102 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 鐘鋒<國際申請>=<國際公布>=<進入國

1.一種無人車編隊控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立無人車運動學模型；

2)根據無人車隊的編隊控制需要確定編隊圖形，編隊圖形包括車輛數量、車隊隊形、車車理想間距、隊形中心即隊列領航者；然后進行基于圖結構的無人車隊隊形規劃；

3)根據無人車隊隊形規劃獲得軌跡規劃，對原始的軌跡規劃進行避障軌跡規劃；

4)確定圖結構和人工勢場綜合規劃結果，并對圖結構和人工勢場綜合規劃結果進行跟蹤；

5)根據跟蹤對圖結構和人工勢場綜合規劃的結果，建立無人車穩定編隊結構模型；

6)根據無人車穩定編隊結構模型，控制無人車隊隊形保持穩定。

2.根據權利要求1所述的無人車編隊控制方法，其特征在于，所述步驟1)中，建立無人車運動學模型，所述無人車運動學模型具體如下：

X'＝vcosθ

Y'＝vsinθ

其中，X，Y，θ，L分別表示大地坐標系下車輛后軸中心縱向坐標、橫向坐標、車輛航向角、軸距，v，δ表示車輛當前速度、前輪轉角；X'、Y'為大地坐標系下車輛縱向速度、橫向速度，θ'為橫擺角速度。

3.根據權利要求1所述的無人車編隊控制方法，其特征在于，所述步驟2)中，基于圖結構的無人車隊形規劃如下：

由點集V＝{v_i,i＝1...N}和邊集E組成的有向圖定義為G＝(V,E)，E中元素為e_k＝(v_i,v_j)，k＝{1...|E|}，e_k＝(v_i,v_j)表示圖中第k條連接點v_i與點v_j的邊，|E|表示邊集的大小，對于一個有向圖，定義其關聯矩陣I^N*|E|如下：

根據關聯矩陣，定義拉普拉斯矩陣L如下:

L＝I·W·I^T

其中，W^|E|*|E|為對角矩陣，矩陣元素W_i,j表示邊的重要度；

無人車的控制方程如下：

X'＝u＝-LX+b；

上式在二維空間上的擴展形式如下：

其中，b為車輛與隊形中心的期望距離；

定義地圖某點O為原點，建立二維地圖坐標系(s,l)，橫坐標(s)為車輛在正東方向上與原點的距離，縱坐標(l)為車輛在正北方向上與原點的距離；

在地圖坐標系(s,l)下控制方程如下式：

其中，i,j表示存在相鄰關系的兩輛無人車，也是圖結構中的兩個節點，W_i,j為圖結構中邊的權重，s_i,j為車輛i與車輛j的縱向距離，b_s為車輛i與車輛j的期望縱向距離，l_i,j為車輛i與車輛j的橫向距離，l_s為車輛i與車輛j的期望橫向距離。

4.根據權利要求1所述的無人車編隊控制方法，其特征在于，，所述步驟3)中，對原始的軌跡規劃進行避障軌跡規劃采用基于人工勢場法的避障軌跡規劃如下：

無人車編隊的行車環境總勢場U_all為編隊內車輛勢場U_Fcar與無人車前進勢場U_front的疊加：

U_all＝U_Fcar+U_front

U_front＝ε-k·Δd

其中，ε為正勢場常數，k是較小的勢場系數，Δd是無人車與目標位置的距離，k_Fcar為比例系數，d_i為受控車與第i輛車的最短距離，d為編隊內無人車勢場影響范圍；

無人車編隊的行車環境總勢場U_all為：

其中，α、β分別表示受控車與他車質心連線與s軸夾角、受控車質心與目標位置連線與s軸夾角。