[发明专利]一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法

权利要求书

1.一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是包括由主控制器(1)、检测系统(2)和转向控制系统(3)构成的控制系统硬件结构(图1)。主控制器(1)采用数字信号处理器TMS320F28335，检测系统(2)实现跟随车(11)前轮转角和跟随车(11)相对引导车(10)的航向偏角的检测，转向控制系统(3)采用步进电机配合链轮传动机构带动方向盘旋转实现车辆转弯。

2.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是所述的检测系统(2)包括前轮转角检测机构(图2)和相对航向偏角检测机构(图3)。

3.根据权利要求2所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是前轮转角检测机构(图2)中绝对型旋转编码器(4)安装于前轮导向轴(5)上，主控器(1)的AD模块采集绝对型旋转编码器(4)的输出电压，通过计算获知前轮转向角δ。

4.根据权利要求2所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是相对航向偏角检测机构(图3)中跟随车(11)前端的安装板(6)上左侧4个反射型红外传感器(7)和右侧4个反射型红外传感器(8)对引导车(10)后端的反射板(9)进行反射感应，根据不同安装位置红外传感器的接收反射信号的状态获取不同的相对航向偏角，计算相对航向偏角的方法为：

(A-1)、按照权利要求4所述的相对航向偏角检测机构(图3)，实时检测红外传感器的反射状态，并将无反射信息且距离引导车(10)反射板(9)外端最远的红外传感器位置信息告知主控器；

(A-2)、引导车(10)后端的反射板(9)宽度为W，传感器的位置信息a1(假定右侧最外端红外传感器无反射信号)，可采用下述公式求取相对航向偏角θ₁，

5.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是将所述的转向控制系统(3)转化为包含带死区继电器单元的闭环控制结构(图5)，步进电机带动前轮的转向角速度保持为定值ω_s，前轮的转向角为δ，前轮目标控制偏转角R与δ差值的极性决定步进电机的旋转方向。

6.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，其特征是前轮转向角δ和车辆航向偏转角β之间具有确定的动态传递关系(图6)，根据此动态传递关系计算跟随车(11)与引导车(10)之间的相对航向偏转角，其计算方法为步骤：

(B-1)、跟随车(11)前后轮轴距L，跟随车(11)的纵向速度v，采用下述公式求取跟随车(11)的航向角速度ω_v，

(B-2)、对跟随车(11)的航向角速度ω_v进行积分运算计算出车辆航向偏转角β。

7.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，应用权利要求6所述的前轮转向角δ和车辆航向偏转角β之间具有动态传递关系(图6)，设计了航向跟随闭环控制系统结构(图7)。

8.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，应用权利要求7所述的航向跟随闭环控制系统结构(图7)设计了航向跟随PD闭环控制器(图8)，建立了跟随车(11)实际航向偏转角β和目标相对航向偏转角θ之间偏差e与前轮偏转角R之间的传递关系。

9.根据权利要求1所述的一种自主跟随车辆航向控制装置及控制方法，应用权利要求8所述的航向跟随PD闭环控制器(图8)设计了跟随控制算法流程(图9)，跟随控制算法流程(图9)中撤销控制作用条件是所有红外传感器接收到反射信号，航向偏转角β值与控制目标θ的差值绝对值小于设定的阈值Δ_θ，前轮转向角量值小于设定的阈值Δ_δ。