一种自动成列行驶车辆系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种自动成列行驶车辆系统，包括若干成列行驶的车辆、定位及转向控制模块、协同驱动与制动模块、安全模块、铰连件与充电模块；同时还涉及一种自动成列行驶车辆系统的控制方法，采用各模块驱动，实现车辆在高精度定位下成列行驶；本发明专利技术可大幅减轻驾驶负荷，提升安全操控性能、降低行驶能耗，提升行驶里程；自动成列行驶车辆系统特有的流场特性可节能10％～30％，应用于电动车，大幅提升里程，应用于货车，大幅降低成本。大幅降低成本。大幅降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种自动成列行驶车辆系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆工程
，特别涉及一种自动成列行驶车辆系统及控制方法。

技术介绍

[0002]减轻驾驶员的驾驶负荷、降低能源消耗、提升道路通行效率是汽车技术发展三大方向和目标。第一、目前，解决驾驶员负荷的研发热点是辅助驾驶ADAS和无人驾驶技术，然而这一研究方向尚不成熟，存在较大的安全隐患，即便取得了较大的进展，但短期内难以成熟应用，大规模的应用更是遥远；第二、节能降耗是汽车技术发展的另一个方向，我国大约每隔五年就会提出一个阶段性的节能减排目标，现有节能减排方式包括电动化、混合动力、主动隔栅、各类发动机节油技术、整车运动学控制等等；每项技术都能取得一定的成效，不过现有各项节能技术均或多或少接近瓶颈期；开创性的提出新的节能技术路线，是进一步降低汽车能耗，突破节能降耗瓶颈的重要手段；第三、道路通行效率不仅直接影响着人民的驾乘体验，更直接影响着国民经济的运行效率，同时也会对汽车的能耗有着直接的影响。
[0003]据不完全统计，我国每年的交通流量约1.3万亿车公里，驾驶人力总成本在1.5万亿以上；汽车能源消耗量1万亿以上，新建道路基础设施投入5000亿以上。若能开发出新的汽车技术，并实现新型的行驶方案，降低汽车的驾驶负荷和劳动成本、降低行驶能耗、提升通行效率，或将带来巨大的经济社会效益；因此本专利技术研制了一种自动成列行驶车辆系统及控制方法，以解决现有技术中存在的问题，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

[0004]本专利技术目的是：提供一种自动成列行驶车辆系统及控制方法，以解决现有技术中车辆在行驶时由于驾驶员负荷引发的安全问题，车辆行驶能耗高的问题，以及通行效率相对较低的问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种自动成列行驶车辆系统，包括：
[0006]若干成列行驶的车辆，包括行驶于首位的领航车和若干跟随车，其中，设定所述车辆总数为N，N≥2，设定行车队列中第Q辆车的前轴中心点为F
Q
，该第Q辆车记为车辆Q，1＜Q≤N，其中N和Q均为自然数；领航车的前轴中心点为F1；
[0007]定位及转向控制模块，植入所有车辆内，通过获取领航车行驶过程中其前轴中心点F1经过的一组坐标点，并据此拟合出各跟随车前轴中心点F
Q
的行驶轨迹，根据此行驶轨迹控制跟随车的转向；
[0008]协同驱动与制动模块，跟随车通过驱动和制动操作，保持与领航车运动特性一致。
[0009]优选的，所述定位及转向控制模块，包括摄像头，安装于车辆前部的若干定位标记码A，陀螺仪，测距传感器，车速传感器，电动方向盘，电动转向机构，跟随车转向控制器，安装于车辆尾部的若干定位标记码B；其中行车队列中安装于车辆Q前部的一组定位标记码A
记为A
Q
，安装于车辆Q尾部的一组定位标记码B记为B
Q
；
[0010]所述协同驱动与制动模块，包括安装于各跟随车上的跟随车车距传感器、跟随车电动油门踏板、跟随车电动制动踏板、领航车协同控制器、跟随车协同控制器。
[0011]优选的，还包括安全模块，所述安全模块包括领航车安全模块及跟随车控制模块；所述跟随车控制模块根据领航车安全模块发出的安全信息，对跟随车进行同步控制。
[0012]优选的，所述领航车安全模块中包括信号灯信息、制动信息、主动安全控制信息，其中所述信号灯信息包括转向灯信息、制动灯信息、紧急双跳灯信息、雾灯信息；所述跟随车控制模块包括跟随车信号灯控制模块、跟随车制动模块、跟随车安全气囊模块、跟随车安全带控制模块、跟随车紧急呼叫模块。
[0013]优选的，还包括铰连件与充电模块；
[0014]所述铰连件安装于相邻车辆之间，包括前侧连接件、后侧连接件、中间连杆、磁吸耦合件、顺直弹簧片；所述前侧连接件固定于前方车辆后部，所述后侧连接件固定于后方车辆前部，所述中间连杆一端与前侧连接件铰接，另一端与磁吸耦合件铰接，所述磁吸耦合件与后侧连接件采用磁力吸附实现耦合；所述顺直弹簧片共设置两处，一处安装于前侧连接件与中间连杆之间，另一处安装于磁吸耦合件与中间连杆之间；
[0015]所述充电模块具有内置于铰连件内的电源线及信号线，所述磁吸耦合件与后侧连接件吸附耦合时完成相邻车辆之间的电源和信号的对接。
[0016]优选的，所述铰连件还包括一对限位吸能块，一对所述限位吸能块固定于中间连杆上，并呈V字型设置，V字型开口方向朝向前方车辆。
[0017]基于上述的一种自动成列行驶车辆系统，本专利技术还研制了一种自动成列行驶车辆系统的控制方法，所述控制方法具体如下：
[0018]a、车辆Q的定位及转向控制方法：
[0019](1)定义坐标系和时间序列，所有跟随车均以自身前轴中心点为坐标原点，定义车辆Q的前轴中心点为F
Q
，并将其设定为车辆Q的坐标原点，建立坐标系Z
Q
，其中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；定义任一时刻为k时刻，经过时间Δt后变为k+1时刻；
[0020](2)初始化，k＝0，θ
Qk
＝θ
Q0
＝0，v
Qk
＝v
Q0
＝0；
[0021](3)经过某一时间Δt后，时刻从k时刻变化为k+1时刻；
[0022](4)解算在坐标系Z
Q
下，领航车前轴中心点F1的坐标值F1(x1，y1)；
[0023](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θ
Qk
，安装于车辆Q的车速传感器监测到其前轴中心点F
Q
在k时刻的速度为v
Qk
，解算出：
[0024]X轴变化量a＝
‑
Δt*v
Qk
*sinθ
Qk
，
[0025]Y轴变化量b＝Δt*v
Qk
*cosθ
Qk
；
[0026](6)变换坐标系Z
Q
，将k
‑
1时刻前，且包含k
‑
1时刻，F1(F
1k
‑1,F
1k
‑2,
…
,F
1k
‑
n
)的坐标值变换成当前k时刻坐标系的坐标值，其中，坐标原点由F
Qk
‑1变换到F
Qk
，坐标系的转角θ
Qk
，经变换的X轴和Y轴坐标值分别为:
[0027]x
1m
’
＝(x
1m
‑
a)*cosθ
Qk
+(y
1m
‑
b)*sinθ
Qk...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于，包括：若干成列行驶的车辆，包括行驶于首位的领航车和若干跟随车，其中，设定所述车辆总数为N，N≥2，设定行车队列中第Q辆车的前轴中心点为F
Q
，该第Q辆车记为车辆Q，1＜Q≤N，其中N和Q均为自然数；领航车的前轴中心点为F1；定位及转向控制模块，植入所有车辆内，通过获取领航车行驶过程中其前轴中心点F1经过的一组坐标点，并据此拟合出各跟随车前轴中心点F
Q
的行驶轨迹，根据此行驶轨迹控制跟随车的转向；协同驱动与制动模块，跟随车通过驱动和制动操作，保持与领航车运动特性一致。2.根据权利要求1所述的一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于：所述定位及转向控制模块，包括摄像头，安装于车辆前部的若干定位标记码A，陀螺仪，测距传感器，车速传感器，电动方向盘，电动转向机构，跟随车转向控制器，安装于车辆尾部的若干定位标记码B；其中行车队列中安装于车辆Q前部的一组定位标记码A记为A
Q
，安装于车辆Q尾部的一组定位标记码B记为B
Q
；所述协同驱动与制动模块，包括安装于各跟随车上的跟随车车距传感器、跟随车电动油门踏板、跟随车电动制动踏板、领航车协同控制器、跟随车协同控制器。3.根据权利要求1所述的一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于：还包括安全模块，所述安全模块包括领航车安全模块及跟随车控制模块；所述跟随车控制模块根据领航车安全模块发出的安全信息，对跟随车进行同步控制。4.根据权利要求3所述的一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于：所述领航车安全模块中包括信号灯信息、制动信息、主动安全控制信息，其中所述信号灯信息包括转向灯信息、制动灯信息、紧急双跳灯信息、雾灯信息；所述跟随车控制模块包括跟随车信号灯控制模块、跟随车制动模块、跟随车安全气囊模块、跟随车安全带控制模块、跟随车紧急呼叫模块。5.根据权利要求1所述的一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于：还包括铰连件与充电模块；所述铰连件安装于相邻车辆之间，包括前侧连接件、后侧连接件、中间连杆、磁吸耦合件、顺直弹簧片；所述前侧连接件固定于前方车辆后部，所述后侧连接件固定于后方车辆前部，所述中间连杆一端与前侧连接件铰接，另一端与磁吸耦合件铰接，所述磁吸耦合件与后侧连接件采用磁力吸附实现耦合；所述顺直弹簧片共设置两处，一处安装于前侧连接件与中间连杆之间，另一处安装于磁吸耦合件与中间连杆之间；所述充电模块具有内置于铰连件内的电源线及信号线，所述磁吸耦合件与后侧连接件吸附耦合时完成相邻车辆之间的电源和信号的对接。6.根据权利要求5所述的一种自动成列行驶车辆系统，其特征在于：所述铰连件还包括一对限位吸能块，一对所述限位吸能块固定于中间连杆上，并呈V字型设置，V字型开口方向朝向前方车辆。7.基于权利要求1
‑
6任一项的一种自动成列行驶车辆系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法具体如下：a、车辆Q的定位及转向控制方法：(1)定义坐标系和时间序列，所有跟随车均以自身前轴中心点为坐标原点，定义车辆Q
的前轴中心点为F
Q
，并将其设定为车辆Q的坐标原点，建立坐标系Z
Q
，其中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；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，θ
Qk
＝θ
Q0
＝0，v
Qk
＝v
Q0
＝0；(3)经过某一时间Δt后，时刻从k时刻变化为k+1时刻；(4)解算在坐标系Z
Q
下，领航车前轴中心点F1的坐标值F1(x1，y1)；(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θ
Qk
，安装于车辆Q的车速传感器监测到其前轴中心点F
Q
在k时刻的速度为v
Qk
，解算出：X轴变化量a＝
‑
Δt*v
Qk
*sinθ
Qk
，Y轴变化量b＝Δt*v
Qk
*cosθ
Qk
；(6)变换坐标系Z
Q
，将k
‑
1时刻前，且包含k
‑
1时刻，F1(F
1k
‑1,F
1k
‑2,
…
,F
1k
‑
n
)的坐标值变换成当前k时刻坐标系的坐标值，其中，坐标原点由F
Qk
‑1变换到F
Qk
，坐标系的转角θ
Qk
，经变换的X轴和Y轴坐标值分别为:x
1m
’
＝(x
1m
‑
a)*cosθ
Qk
+(y
1m
‑
b)*sinθ
Qk
，y
1m
’
＝(y
1m
‑
b)*cosθ
Qk
‑
(x
1m
‑
a)*sinθ
Qk
；其中，m取值依次为k
‑
1，k
‑
2，
……
，k
‑
n，且保证y
1m
’
＞0，当y
1m
’
＜0时，此时该点已经在跟随车前轴的后方；(7)若车辆退出成列行驶状态，步骤结束；若车辆继续成列行驶，回到步骤(3)；b、车辆Q的跟随车转向控制器、电动方向盘的控制方法：基于任一跟随车的坐标系Z
Q
，其定位及转向模块均能确定领航车行驶过程中前轴中心点F1在该坐标系下经过的一组坐标点，F
1k
,F
1k
‑1,F
1k
‑2,
…
,F
1k
‑
n
；每辆跟随车依据对应得到的这组坐标点的坐标值，拟合出各自对应的行驶轨迹，并据此行驶轨迹控制安装于该车的电动方向盘的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘滨，郭洁琼，刘丝雨，
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：