[发明专利]一种半挂式汽车列车的路线跟踪控制方法

摘要

本发明提出一种半挂式汽车列车的路线跟踪控制方法，属于智能车辆路线跟踪控制技术领域，该方法包括：实时获取待跟踪路线信息及汽车列车各车厢位置和各车厢方位角信息，计算各车厢车轴的车轮的转向控制律，并通过转向器实现各车厢车轴的车轮转向控制，实现具有多个半挂车厢的汽车列车的路线跟踪控制。本方法可实现通过多个铰接结构连接的半挂式汽车列车的路线跟踪，提高车辆运动灵活性，并增加汽车列车的单程客流/货流运输量，且本方法对车厢数量没有限制，因此可根据客流量/货流量合理配置汽车列车车厢数量，有益于提高车辆的运输效率。相比全挂式汽车列车，半挂式汽车列车结构简单，制造成本低。

主权项

1.一种半挂式汽车列车的路线跟踪控制方法，该半挂式汽车列车包括一个牵引车厢和多个半挂车厢，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)设定一个待跟踪路线的全局坐标系，对待跟踪路线进行判断，若待跟踪路线在全局坐标系中的X轴坐标值为单调递增，则分别使半挂式汽车列车的牵引车厢和半挂车厢的控制器切换到路线跟踪控制状态，进行步骤(2)，若待跟踪路线在全局坐标系中的X轴坐标值为非单调递增，则将待跟踪路线划分为多个局部路线，并建立与各局部路线相对应的局部坐标系，使各局部待跟踪路线在相应的局部坐标系中的X轴坐标值为单调递增，分别使半挂式汽车列车的牵引车厢和半挂车厢的控制器切换到路线跟踪控制状态，进行步骤(2)；(2)半挂式汽车列车的牵引车厢控制器，实时获取当前待跟踪路线信息及自身车厢位置和方位角信息，根据下面公式计算得到牵引车厢的前轴等效转角牵引车厢的转向执行器根据前轴等效转角控制牵引车厢的前轴车轮转向：其中，L1是牵引车厢的前轴和后轴之间的距离，记o1点为牵引车厢的后轴左轮、右轮轮心连线的中点，P1点是穿过o1点并与当前坐标系的Y轴相平行的直线与待跟踪路线的交点，y1是牵引车厢的o1点在当前坐标系中Y轴的坐标值，θ1是牵引车厢的方位角，即牵引车厢行驶方向与牵引车厢所在当前坐标系的X轴之间的夹角，记y1p为P1点在当前坐标系中Y轴的坐标值，θ1p是当前待跟踪路线在P1点处的切线沿顺时针方向与当前坐标系的X轴之间的夹角，ρ1p是当前待跟踪路线在P1点处的曲率，并设定在当前坐标系中，若当前待跟踪路线的曲线上凸，则ρ1p为负，若当前待跟踪路线的曲线下凸，则ρ1p为正，若当前待跟踪路线的曲线为直线，则ρ1p为0，k1是牵引车厢的位置偏差增益，k1的取值范围为0.01～10，β1是牵引车厢的方位角偏差增益，β1的取值范围为0.01～10；定义半挂式汽车列车中牵引车厢的后轴为第1轴，记第一轴的等效转角为半挂式汽车列车中牵引车厢的第1轴为非转向轴，即(3)半挂式汽车列车中各半挂车厢的控制器，分别实时获取各半挂车厢当前待跟踪路线信息、各半挂车厢运动状态信息和前方相邻的车厢的运动状态信息，根据下面公式计算得到各半挂车厢的车轴等效转速ωi，各半挂车厢的转向执行器根据各车轴的等效转速ωi，控制各半挂车厢车轴的车轮转向：其中，n是汽车列车的车厢总数量，包括1个牵引车厢和n‑1个半挂车厢，i是半挂车厢的编号，取值为2～n，ω_i是第i车厢的车轴的等效转速，即ω_i是汽车列车第i车轴的等效转速，记o_i点为第i车轴的左轮和右轮的轮心连线的中点，L_i是第i车厢的左轮和右轮的轮心连线的中点o_i与相邻前方车厢的连接点之间的距离，P_i点是穿过o_i点并平行当前坐标系Y轴的直线与当前待跟踪路线的交点，v_i是第i车厢的o_i点的运动速度，y_i是第i车厢的o_i点在当前坐标系中的Y轴坐标值，θ_i是第i车厢的方位角，即第i车厢行驶方向沿顺时针方向与第i车厢所在的当前坐标系X轴的夹角，y_ip是P_i点在当前坐标系中的Y轴坐标值，θ_ip是当前待跟踪路线在P_i点处的切线沿顺时针方向与当前坐标系的X轴的夹角，ρ_ip是当前待跟踪路线在P_i点处的曲率，设定在当前坐标系中，若当前待跟踪路线的曲线上凸，则ρ_ip为负，若当前待跟踪路线的曲线下凸，则ρ_ip为正，若当前待跟踪路线的曲线为直线，则ρ_ip为0，是第i车厢的车轴等效转角，即是汽车列车第i车轴的等效转角，是汽车列车第i‑1车轴的等效转角，θ_i‑1是汽车列车的第i‑1车厢的行驶方向沿顺时针方向与第i车厢所在的当前坐标系X轴的夹角，k_i是第i车厢的位置偏差增益，k_i的取值范围为0.01～10，β_i是第i车厢的方位角偏差增益，β_i的取值范围为0.01～10。