本发明专利技术公开了基于弹簧‑阻尼机构连接的公交队列协同控制方法及系统，涉及车辆编队构型、通信及控制技术领域，包括：通过由弹簧‑阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型构建横向动力学模型；基于横向动力学模型计算前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率，并设计后车的前馈输入和反馈输入；利用后车的前馈输入和反馈输入设计两车公交队列跟随车的控制器，实现基于弹簧‑阻尼机构连接的两车公交队列的协同控制。本发明专利技术采用弹簧‑阻尼机构连接两辆相同制式公交车，在提升通行流量的同时，相比铰接车辆增加了两车连接的灵活性与性价比，相比无线通信的车辆队列可提升其通信可靠性，并且本发明专利技术可有效提升两车公交队列的可驾驶性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及车辆编队构型、通信及控制，具体为基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法及系统。
技术介绍
1、城市道路上的公共交通需求普遍集中在白天的特定时段，为了最大限度地满足乘客的乘车需求，并使城市公交系统转变成有利可图的业务，公交车的调度与管理必须能够灵活调整。实现这一目标主要有两种方法：(1)调整各路公交的调度间隔；(2)增加每次公交调度的载客量。前者是最常见和最直观的解决方案，然而，在城市早晚通行高峰期间增加公交车的班次与调度频率只会加剧交通拥堵，且恶化通行能力。
2、引入铰接式或双层式公交车以提高公交系统的调度性价比是后一种解决方法。然而，尽管这两种车辆构型具有通行流量高的优点，但其缺点也很明显：(1)维护和维修成本高；(2)由于其独特的配置，它们并不适用于所有运营线路，因此其应用范围不广；(3)由于铰接式公交车的驾驶行为与普通公交车不同，因此驾驶员需要接受额外的培训。此外，双层车需要更长的停留时间，这也是这两种车型不能更广泛地引入公共交通的原因之一。基于上述考虑，本专利技术介绍了一种新型的两车公交队列系统，可以规避上述两种方案的弊端，在提升通行流量的同时，增强公交系统的调度灵活性与性价比。
技术实现思路
1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
2、因此，本专利技术提供了基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法及系统解决解决公交车通行流量低及调度灵活性不足的问题。
3、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：</p>4、第一方面，本专利技术提供了基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，包括：通过由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型构建横向动力学模型；基于所述横向动力学模型计算前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率，通过所述前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率设计后车的前馈输入和反馈输入；利用所述后车的前馈输入和反馈输入设计两车公交队列跟随车的控制器，实现基于弹簧-阻尼机构连接的两车公交队列的协同控制。
5、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型包括：
6、通过一个弹簧-阻尼机构连接前公交车车尾的中部铰接点和后公交车车头的中部铰接点，其中，两公交车制式相同，所述弹簧-阻尼机构与汽车悬挂系统类似，弹簧-阻尼机构上设置有用于两车通信的线缆。
7、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述构建横向动力学模型包括：
8、根据由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型构建横向动力学模型，表示为：
9、
10、其中，m表示车身质量，ay1，vx1，β1及γ1分别表示前车的横向加速度、纵向车速、质心侧偏角及横摆角速度，fy1,f,fy1,r分别表示前车前轮、后轮受到的侧向力，fl表示连接机构受力，θ1、θ2分别表示中央连接机构与前后两车的纵轴线夹角，ay2，vx2，β2及γ2分别表示后车的横向加速度、纵向车速、质心侧偏角及横摆角速度，fy2,f,fy2,r分别表示后车前轮、后轮受到的侧向力，i表示绕垂向轴的转动惯量，lf、lr分别表示质心与前轴、后轴的距离，lf、lr分别表示质心与车头、车尾的距离。
11、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率的计算为：
12、
13、其中，ci表示轨迹曲率，当i＝1时为前车历史轨迹曲率，当i＝2时为后车当前轨迹曲率。
14、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述后车的前馈输入和反馈输入的设计包括：
15、所述后车的前馈输入的计算为：
16、
17、其中，δ2,ff(t)表示当前时刻后车的前馈转向角控制量，δ1(t-td)表示td时刻前的前车转向角，td表示前后两辆车通过路径上同一点位的预期时间，k表示中央连接机构的刚度，c1,c2分别表示前车历史轨迹曲率与后车的轨迹曲率，lnom表示中央连接机构的静态长度；
18、基于当前时刻后车位置相对历史时刻前车位置的前后车几何关系，定义前后车在同一轨迹点位处的相对位置矢量为：
19、
20、其中，l表示中央连接机构的动态长度；
21、根据所述前后车在同一轨迹点位处的相对位置矢量利用坐标转换技术获得后车横向位置误差ey，表示为：
22、
23、其中，t表示坐标转换矩阵，表示后车的横摆角变化量，δx,δy分别表示当前时刻后车坐标系下后车位置与历史时刻后车位置的横纵向距离；
24、基于所述后车横向位置误差ey获取后车的反馈输入，所述后车的反馈输入的计算为：
25、
26、其中，δ2,fb(t)表示当前时刻后车的反馈转向角控制量，kp,kd分别表示比例和微分系数。
27、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述两车公交队列跟随车的控制器的设计包括：
28、利用所述后车的前馈输入和反馈输入得到后车的综合控制量，表示为：
29、δ2(t)＝δ2,ff(t)+δ2,fb(t)
30、其中，δ2(t)表示后车的综合控制量。
31、作为本专利技术所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的一种优选方案，其中：所述连接机构受力fl的计算为：
32、
33、其中，k、c分别表示中央连接机构的刚度和阻尼，lnom、l及δl分别表示中央连接机构的静态长度、动态长度及形变量。
34、第二方面，本专利技术提供了基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制系统，包括：
35、模型构建单元，用于通过由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型构建横向动力学模型；
36、分析设计单元，用于基于所述横向动力学模型计算前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率，通过所述前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率设计后车的前馈输入和反馈输入；
37、协同控制单元，用于利用所述后车的前馈输入和反馈输入设计两车公交队列跟随车的控制器，实现基于弹簧-阻尼机构连接的两车公交队列的协同控制。
38、第三方面，本专利技术提供了一种计算设备，包括：
39、存储器和处理器；
40、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述方法的步骤。
41、第四方面，本专利技术提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述方法的步骤。
42、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供了基于弹簧本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型包括：
3.如权利要求2所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述构建横向动力学模型包括：
4.如权利要求3所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率的计算为：
5.如权利要求4所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述后车的前馈输入和反馈输入的设计包括：
6.如权利要求5所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述两车公交队列跟随车的控制器的设计包括：
7.如权利要求3所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述连接机构受力Fl的计算为：
8.一种应用如权利要求1～7任一所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法的系统，其特征在于，包括：
9.一种电子设备，包括：
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现权利要求1～7任意一项所述方法的步骤。
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【技术特征摘要】
1.基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述由弹簧-阻尼机构连接的公交队列系统构型的整体模型包括：
3.如权利要求2所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述构建横向动力学模型包括：
4.如权利要求3所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述前车历史轨迹曲率及后车当前轨迹曲率的计算为：
5.如权利要求4所述的基于弹簧-阻尼机构连接的公交队列协同控制方法，其特征在于，所述后车的前馈...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯剑波，王衍学，陈洋，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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