一种多编组无轨电车循迹控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多编组无轨电车循迹控制方法及系统，方法包括：计算目标车厢的前铰接点处的虚拟轨道曲率ρ1以及后铰接点处的虚拟轨道曲率ρ2；若ρ1或ρ2不为0，根据ρ1和ρ2的值构建轨迹跟随路径，根据目标车厢在所述轨迹跟随路径上的位置，更新瞬时角速度以及各车轮期望转角；分别将各车轮的期望转角与瞬时角速度的乘积作为各车轮的期望速率，将各车轮的转角调整为对应的期望转角，将各车轮的速率调整为对应的期望速率；若ρ1和ρ2都为0，选取新的目标车厢。本发明专利技术相比现有的“轴跟轴”或“轴跟质心”轨迹跟随方式有效避免蛇形摆动并减小行驶过程中的道路占宽，同时简化了控制方式。同时简化了控制方式。同时简化了控制方式。

【技术实现步骤摘要】
一种多编组无轨电车循迹控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及无轨电车控制领域，尤其涉及一种多编组无轨电车循迹控制方法及系统。

技术介绍

[0002]随着城市快速发展，居住人口逐年增加，市内公共交通合理化建设逐渐成为制约城市发展一大关键问题。智能轨道快运列车(智轨列车)是一种多编组的无轨电车，通过多节车厢的编组和铰接实现载客量变化，能有效应对当代交通出现的交通拥堵、出行不便、环境污染等问题。
[0003]无轨电车采用“虚拟轨道”跟随控制技术，可根据车身周围所装各类传感器采集信号，准确分析出当前行驶道路的虚拟轨道信息，发出合理控制信号，通过牵弓、制动、转向等动作，进而保证列车精准行驶在既定“虚拟轨道”上。无轨电车的每节车厢均采用两车轴作为承重支撑和行驶控制，车轴上各车轮都要求具有独立转向功能。车辆不仅在转弯过程中需要精确完成转向动作，在直行过程中也需对车身姿态进行微调。如图1所示，在转向过程中，无轨电车每节车厢车轮转角均不相同。
[0004]目前，多编组无轨电车多为“轴跟轴”或“轴跟质心”的轨迹跟随方式，如图2所示，在转向过程中需保持多个车厢的车轴中点或者多个车厢的质心在虚拟轨道(图2中虚线)上，需要较大的转弯半径，导致多编组无轨电车的车厢在较小曲率半径的道路上转弯时，未转弯的后部车厢的行驶路径相比虚拟轨道发生较大偏移，从而易产生蛇形摆动，造成行驶过程中的道路占宽增加，难以实现精确轨迹跟随，其次“轴跟轴”或“轴跟质心”的轨迹跟随方式还需要较多的跟随点来调整车厢的行驶状态，过多跟随点会造成多维度控制竞争，使得控制方式较为复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种多编组无轨电车循迹控制方法，将车厢的前端铰接点和后端铰接点作为虚拟轨道上的跟随点来进行循迹控制，相比现有的“轴跟轴”或“轴跟质心”轨迹跟随方式有效避免蛇形摆动并减小行驶过程中的道路占宽，同时简化了控制方式。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0007]一种多编组无轨电车循迹控制方法，包括以下步骤：
[0008]选取目标车厢，计算所述目标车厢的前铰接点处的虚拟轨道曲率ρ1以及后铰接点处的虚拟轨道曲率ρ2；
[0009]若ρ1或ρ2不为0，根据ρ1和ρ2的值构建轨迹跟随路径，所述前铰接点和后铰接点分别位于轨迹跟随路径上，根据所述目标车厢在所述轨迹跟随路径上的位置，更新前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角所述目标车厢前铰接点的速度矢量并根据更新瞬时角速度以及各车轮期望转角；
[0010]分别将各车轮的期望转角与瞬时角速度的乘积作为各车轮的期望速率，将各车轮的转角调整为对应的期望转角，将各车轮的速率调整为对应的期望速率；
[0011]继续执行计算所述目标车厢的前铰接点处的虚拟轨道曲率ρ1以及后铰接点处的虚拟轨道曲率ρ2的步骤，直到ρ1和ρ2都为0，然后选取新的目标车厢直到所有车厢选取完毕。
[0012]进一步的，根据ρ1和ρ2的值构建轨迹跟随路径的具体步骤包括：生成曲率ρ1对应的第一轨迹以及曲率ρ2对应的第二轨迹，将所述第一轨迹和第二轨迹连接，所述前铰接点位于第一轨迹上，且所述后铰接点位于第二轨迹上。
[0013]进一步的，根据所述目标车厢在所述轨迹跟随路径上的位置，更新前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角所述目标车厢前铰接点的速度矢量的具体步骤包括：将前铰接点和后铰接点的连接线作为车身中心轴，获取轨迹跟随路径中前铰接点处的切线与车身中心轴形成的第一夹角的值，作为前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角的值，获取轨迹跟随路径中后铰接点处的切线与车身中心轴形成的第二夹角的值，作为后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角的值，获取轨迹跟随路径中前铰接点处的切线矢量方向以及前铰接点的当前速度，作为目标车厢前铰接点的速度矢量的矢量方向以及速度值。
[0014]进一步的，根据更新瞬时角速度的具体步骤包括：将后铰接点作为转动中心，计算前铰接点和后铰接点的速度矢量差将所述速度矢量差除以前铰接点和后铰接点之间的距离，得到瞬时角速度。
[0015]进一步的，根据更新各车轮期望转角的具体步骤包括：
[0016]选取当前车轮，根据所述瞬时角速度和当前车轮中心与后铰接点的距离计算当前车轮相对后铰接点的速度矢量；
[0017]根据当前车轮的速度矢量、当前车轮相对后铰接点的速度矢量以及后铰接点的速度矢量构建当前车轮的矢量三角形；
[0018]解析当前车轮的矢量三角形，得到当前车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角；
[0019]将当前车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角减去后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角得到当前车轮的期望转角。
[0020]进一步的，根据更新瞬时角速度的具体步骤包括：
[0021]将所述轨迹跟随路径中前铰接点处切线的法线与轨迹跟随路径中后铰接点处切线的法线的交点作为原点；
[0022]计算所述前铰接点与原点间的距离，计算目标车厢前铰接点的速度矢量与所述距离的商得到瞬时角速度。
[0023]进一步的，根据更新各车轮期望转角的具体步骤包括：
[0024]以所述后铰接点与原点的连线方向为Y轴正方向，垂直于Y轴且指向所述目标车厢行驶方向为X轴正方向，建立二维坐标系；
[0025]计算各车轮二维坐标系下的中心点坐标，并计算各车轮二维坐标系下的中心点坐标的横坐标值与纵坐标值的比值的反正切函数，得到各车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角；
[0026]分别将各车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角减去后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角得到各车轮的期望转角。
[0027]进一步的，将各车轮的转角调整为对应的期望转角，将各车轮的速率调整为对应的期望速率的具体步骤包括：
[0028]获取当前期望转角和期望速率，实时获取所述目标车厢上预设的检测点的轨迹信息，若所述轨迹信息与虚拟轨迹的偏差大于预设阈值，根据所述偏差的值生成对应的补偿值，用所述补偿值更新当前期望转角和期望速率，然后执行下一步；若所述轨迹信息与虚拟轨迹的偏差小于预设阈值，直接执行下一步；
[0029]根据当前期望转角和期望速率生成对应控制信号并分别发送给各车轮。
[0030]进一步的，将各车轮的转角调整为对应的期望转角，将各车轮的速率调整为对应的期望速率的具体步骤包括：
[0031]若所述目标车厢的前一节车厢生成的调整值不为0，根据所述前一节车厢生成的调整值调整所述期望转角和期望速率，生成对应控制信号并分别发送给各车轮；
[0032]实时计算所述目标车厢相比所述目标车厢的前一节车厢的侧向偏移，并根据所述侧向偏移生成调整值，供所述目标车厢的后一节车厢调整期望转角和期望速率。
[0033]本专利技术还提出一种多编组无轨电车循迹控制系统，包括：
[0034]目标选取单元，用于选取目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多编组无轨电车循迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：选取目标车厢，计算所述目标车厢的前铰接点处的虚拟轨道曲率ρ1以及后铰接点处的虚拟轨道曲率ρ2；若ρ1或ρ2不为0，根据ρ1和ρ2的值构建轨迹跟随路径，所述前铰接点和后铰接点分别位于轨迹跟随路径上，根据所述目标车厢在所述轨迹跟随路径上的位置，更新前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角所述目标车厢前铰接点的速度矢量并根据更新瞬时角速度以及各车轮期望转角；分别将各车轮的期望转角与瞬时角速度的乘积作为各车轮的期望速率，将各车轮的转角调整为对应的期望转角，将各车轮的速率调整为对应的期望速率；继续执行计算所述目标车厢的前铰接点处的虚拟轨道曲率ρ1以及后铰接点处的虚拟轨道曲率ρ2的步骤，直到ρ1和ρ2都为0，然后选取新的目标车厢直到所有车厢选取完毕。2.根据权利要求1所述的多编组无轨电车循迹控制方法，其特征在于，根据ρ1和ρ2的值构建轨迹跟随路径的具体步骤包括：生成曲率ρ1对应的第一轨迹以及曲率ρ2对应的第二轨迹，将所述第一轨迹和第二轨迹连接，所述前铰接点位于第一轨迹上，且所述后铰接点位于第二轨迹上。3.根据权利要求1所述的多编组无轨电车循迹控制方法，其特征在于，根据所述目标车厢在所述轨迹跟随路径上的位置，更新前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角所述目标车厢前铰接点的速度矢量的具体步骤包括：将前铰接点和后铰接点的连接线作为车身中心轴，获取轨迹跟随路径中前铰接点处的切线与车身中心轴形成的第一夹角的值，作为前铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角的值，获取轨迹跟随路径中后铰接点处的切线与车身中心轴形成的第二夹角的值，作为后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角的值，获取轨迹跟随路径中前铰接点处的切线矢量方向以及前铰接点的当前速度，作为目标车厢前铰接点的速度矢量的矢量方向以及速度值。4.根据权利要求1所述的多编组无轨电车循迹控制方法，其特征在于，根据更新瞬时角速度的具体步骤包括：将后铰接点作为转动中心，计算前铰接点和后铰接点的速度矢量差将所述速度矢量差除以前铰接点和后铰接点之间的距离，得到瞬时角速度。5.根据权利要求4所述的多编组无轨电车循迹控制方法，其特征在于，根据更新各车轮期望转角的具体步骤包括：选取当前车轮，根据所述瞬时角速度和当前车轮中心与后铰接点的距离计算当前车轮相对后铰接点的速度矢量；根据当前车轮的速度矢量、当前车轮相对后铰接点的速度矢量以及后铰接点的速度矢量构建当前车轮的矢量三角形；解析当前车轮的矢量三角形，得到当前车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角；
将当前车轮速度矢量与后铰接点的速度矢量的夹角减去后铰接点速度矢量与车身中心轴的偏角得到当前车轮的期望转角...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖罡，杨钦文，袁涛，万可谦，杨旭静，刘轩，赵斯杰，
申请(专利权)人：江西科骏实业有限公司，
类型：发明
国别省市：