一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统及方法，协同控制仿真系统采用仿真模块、自动控制模块和运动规划模块，仿真模块用于将压路车状态数据输出至自动控制模块和运动规划模块；运动规划模块用于接收仿真模块输出的当前压路车状态信息，并且根据沥青路面施工要求，在满足施工工艺要求的前提下计算出压路车未来的轨迹戳信息并将其发送给自动控制模块；自动控制模块用于根据运动规划模块计算出的轨迹戳信息和仿真模块输出的当前压路车状态信息，计算出当前的控制指令并且将控制指令输出给仿真模块。本发明专利技术成本低、效率高；可抗通信延迟、可移植性好。可移植性好。可移植性好。

【技术实现步骤摘要】
一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统及方法


[0001]本专利技术涉及沥青路面无人化、智能化施工
，尤其公开了一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统及方法。

技术介绍

[0002]随着自动驾驶技术不断发展，因为人力成本、施工效率等因素，沥青路面压实施工正朝着无人化、智能化方式前进。但与此同时，无人化、智能化施工中网络通信的延迟、任务的复杂性、工作环境的恶劣性，直接或间接增加了沥青路面无人化、智能化施工出现安全事故的概率。沥青路面施工一旦出现事故，轻则造成施工失败，重则造成压路机出现损坏，造成一定的财产损失，甚至造成人身安全。基于上述的问题，验证沥青路面无人化、智能化施工的安全性，提高施工的抗通信延迟性是相关领域科研工作者和工程技术人员关注的焦点。
[0003]一种验证沥青路面施工效果的方法是直接采用目前无人驾驶领域的仿真系统，但是将这些仿真系统直接应用到沥青路面压实以验证沥青路面施工效果存在着很大的困难，一是场景复杂性：压路车在使用时需要考虑到多种环境因素，如路况、施工现场、天气等，这些因素可能会使得仿真模拟变得非常复杂，二是安全性：无人压路车需要保证行驶安全，避免与其他压路车或行人发生碰撞。因此，需要在仿真环境中进行充分的安全性测试和验证，以确保压路车在真实环境中可以安全行驶。
[0004]因此，现有技术中并没有验证沥青路面施工效果的有效方法，是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统及方法，旨在解决现有技术中并没有验证沥青路面施工效果的有效方法的技术问题。
[0006]本专利技术的一方面涉及一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统，包括仿真模块、自动控制模块和运动规划模块，其中，仿真模块分别与自动控制模块和运动规划模块相连接，用于将压路车状态数据输出至自动控制模块和运动规划模块；运动规划模块与仿真模块相连接，用于接收仿真模块输出的当前压路车状态信息，并且根据沥青路面施工要求，在满足施工工艺要求的前提下计算出压路车未来的轨迹戳信息并将其发送给自动控制模块；自动控制模块与仿真模块和运动规划模块相连接，用于根据运动规划模块计算出的轨迹戳信息和仿真模块输出的当前压路车状态信息，计算出当前的控制指令并且将控制指令输出给仿真模块。
[0007]进一步地，仿真模块包括：压路车运动学仿真单元，用于接收自动控制模块输出的控制指令，执行后生成新
的压路车状态；三维场景演示单元，与压路车运动学仿真单元相连接，用于对压路车运动学仿真单元生成的新的压路车状态进行三维仿真演示。
[0008]进一步地，压路车状态信息包括但不限于压路车GPS位置信息、压路车姿态信息和压路车速度信息。
[0009]本专利技术的另一方面涉及一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真方法，应用于上述的可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统中，可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真方法包括以下步骤：仿真场景搭建：选择仿真软件搭建仿真场景，采用摊铺机铺路，压路机紧跟摊铺机进行压路；仿真模块开发：建立压路车运动学模型，控制量为（a，W），状态量为（X，Y，ψ），其中，a为加速度，W为横摆角速度，（X，Y）为中心坐标，ψ为航向角；自动控制模块开发：首先自动控制模块读取运动规划模块输出的当前压路车轨迹戳信息、以及仿真模块输出的所有压路车当前状态信息，计算出当前压路车需要的控制指令；然后自动控制模块将控制指令输出至仿真模块中的压路车运动学仿真单元仿真执行；最后由仿真模块中的三维场景演示单元将仿真执行结果在仿真场景中进行三维显示；运动规划模块开发：运动规划模块读取当前压路车状态信息，依据沥青路面施工工艺要求来计算所有压路车接下来一段时间的轨迹，最后将计算好的各个压路车轨迹戳信息发送至压路车自动控制模块；算法仿真验证：将开发的仿真模块、自动控制模块和运动规划模块联调成一个整体的多无人压路车协同控制仿真系统进行算法仿真验证，首先运动规划模块计算出压路车的轨迹戳信息，并且输出给压路车自动控制模块；然后自动控制模块根据轨迹戳信息计算出当前控制信息并且输出给仿真模块，仿真模块执行该控制指令并且输出新的压路车状态信息，仿真场景进行三维演示；最后又将新的压路车状态信息发送给运动规划模块和压路车自动控制模块；算法移植与算法真机验证：改装压路车机身，使压路车机身佩戴机载电脑，将自动控制模块移植到机载电脑，将运动规划模块移植到控制站中心。
[0010]进一步地，采用的沥青路面施工工艺要求如下：将沥青路面压实分为初压、复压和终压，其中，多无人压路车协同控制仿真方法与系统负责初压与复压。初压要求压路车压实两遍，速度每小时2~3公里，施工温度不低于110度并紧跟摊铺机进行，复压要求压路车压实4遍，速度每小时3~5公里；碾压温度控制在80～100度。同时摊铺机速度每小时1~2公里。安全距离为3米。
[0011]进一步地，仿真模块开发的步骤中，建立的压路车运动学模型为：
[0012]其中，a为加速度，W为横摆角速度，（X，Y）为中心坐标，ψ为航向角。
[0013]进一步地，自动控制模块开发的步骤中，根据轨迹戳信息和车辆状态信息计算控制指令的方法为：控制指令由油门、刹车和方向盘组成，方向盘对应横摆角速度，每一档油门控制量都对应着一档压路车加速度，而刹车也对应一档加速度，仿真时实际控制指令是加速度a和横摆角速度w；读取轨迹戳中的第一个未达到的位置点和时间信息，设此时压路车速度为V，目标点与压路车距离为L，轨迹戳第一个目标点到达时间减去当前时间为T，目标状态与压路车当前状态的角度为θ，则加速度、目标速度和横摆角速度为：
[0014]其中，w为横摆角速度，θ为目标状态与压路车当前状态的角度，T为轨迹戳第一个目标点到达时间减去当前时间，V1为目标速度，L为目标点与压路车距离，a为加速度。将（a，W）作为控制指令输入给仿真模块。
[0015]进一步地，运动规划模块开发的步骤中，轨迹戳信息即指运动规划模块的输出，轨迹指三维轨迹，即2维位置+1维时间；轨迹戳是运动规划模块计算出的接下来一段时间该压路车的运动轨迹，指明了压路车在指定时间要到达的指定位置；自动控制模块接收轨迹戳信息后，根据该轨迹戳信息以及压路车当前运动状态计算出压路车控制指令。
[0016]进一步地，运动规划模块开发的步骤中，轨迹戳计算的方法为：将道路宽度除以压路车有效工作宽度得到n为赛道数，然后在每个赛道上计算一个前进轨迹点以及一个后退轨迹点，总共2n个轨迹点构成轨迹戳信息。
[0017]对于前进轨迹点计算方法如下：先计算压路车的第一个前进轨迹点，若压路车当前运动状态为前进，则第一个前进轨迹点位于该赛道，其前进轨迹点的横坐标不变。从沥青路面压实工艺要求可以获取到摊铺机速度区间，压路车速度区间以及安全距离，取速度区间的中值为压路车速度；同时可以从仿真模块获取到压路车当前位置以及摊铺机当前位置。获取到这些信息后，直接根据运动学公式计算出第一个前进点的位置信息和时间信息。接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统，其特征在于，包括仿真模块（10）、自动控制模块（20）和运动规划模块（30），其中，所述仿真模块（10）分别与所述自动控制模块（20）和所述运动规划模块（30）相连接，用于将压路车状态数据输出至所述自动控制模块（20）和所述运动规划模块（30）；所述运动规划模块（30）与所述仿真模块（10）相连接，用于接收所述仿真模块（10）输出的当前压路车状态信息，并且根据沥青路面施工要求，在满足施工工艺要求的前提下计算出压路车未来的轨迹戳信息并将其发送给所述自动控制模块（20）；所述自动控制模块（20）与所述仿真模块（10）和所述运动规划模块（30）相连接，用于根据所述运动规划模块（30）计算出的轨迹戳信息和所述仿真模块（10）输出的当前压路车状态信息，计算出当前的控制指令并且将所述控制指令输出给所述仿真模块（10）。2.如权利要求1所述的可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统，其特征在于，所述仿真模块（10）包括：压路车运动学仿真单元（11），用于接收所述自动控制模块（20）输出的控制指令，执行后生成新的压路车状态；三维场景演示单元（12），与所述压路车运动学仿真单元（11）相连接，用于对所述压路车运动学仿真单元（11）生成的新的压路车状态进行三维仿真演示。3.如权利要求2所述的可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统，其特征在于，所述压路车状态信息包括但不限于压路车GPS位置信息、压路车姿态信息和压路车速度信息。4.一种可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真方法，应用于如权利要求1至3任意一项所述的可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真系统中，其特征在于，所述可抗通信延迟的多无人压路车协同控制仿真方法包括以下步骤：仿真场景搭建：选择仿真软件搭建仿真场景，采用摊铺机铺路，压路机紧跟摊铺机进行压路；仿真模块开发：建立压路车运动学模型，控制量为（a，W），状态量为（X，Y，ψ），其中，a为加速度，W为横摆角速度，（X，Y）为中心坐标，ψ为航向角；自动控制模块开发：首先自动控制模块读取运动规划模块输出的当前压路车轨迹戳信息、以及仿真模块输出的所有压路车当前状态信息，计算出当前压路车需要的控制指令；然后自动控制模块将控制指令输出至仿真模块中的压路车运动学仿真单元仿真执行；最后由仿真模块中的三维场景演示单元将仿真执行结果在仿真场景中进行三维显示；运动规划模块开发：运动规划模块读取当前压路车状态信息，依据沥青路面施工工艺要求来计算所有压路车接下来一段时间的轨迹，最后将计算好的各个压路车轨迹戳信息发送至压路车自动控制模块；算法仿真验证：将开发的仿真模块、自动控制模块和运动规划模块联调成一个整体的多无人压路车协同控制仿真系统进行算法仿真验证，首先运动规划模块计算出压路车的轨迹戳信息，并且输出给压路车自动控制模块；然后自动控制模块根据轨迹戳信息计算出当前控制信息并且输出给仿真模块，仿真模块执行该控制指令并且...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，曾宪营，张军，方来，文浩雄，龚毅，张东兴，邓翔，张永健，王玉臣，周一龙，袁铜森，李武装，李园园，冯伟，杨德钊，
申请(专利权)人：湖南致同工程科技有限公司，
类型：发明
国别省市：