CN107963120A - 一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法 - Google Patents

一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，包括如下步骤：S1.建立地面绝对坐标系和车身坐标系；S2.获取列车运行的预定轨迹，并根据所述预定轨迹确定预定目标点及其绝对坐标；S3.计算预先确定的列车上的控制目标点与所述预定目标点之间的距离，并以所述距离为负反馈对列车转向角进行调整。本发明具有算法简单，可根据预定轨迹，自动调整列车第一轴的转向角度，使得列车上的控制目标点自动跟随预定轨迹，从而实现列车的无人自动驾驶等优点。

Description

一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法
技术领域
本发明涉及胶轮低地板智能轨道列车控制领域，尤其涉及一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法。
背景技术
近年来结合快速公交系统BRT和现代有轨电车的优点的跨界的胶轮轨道交通车辆逐渐成为城市中等运量的交通系统解决方案之一，胶轮低地板智能轨道列车就是其中的一种。该种列车由多节模块化得动车和拖车组成，可双向行驶，同时具有转向灵活、多编组、大容量的特性。
目前针对核心的轨迹跟随控制技术进行了众多了研究，即第一轴角度由司机通过方向盘输入后，其它车轴可以采用车桥跟随、铰接跟随、司机意图等控制目标进行转向。归根结底属于半自动转向控制。而无人驾驶是未来列车控制的发展方向，因此，对于列车的自动转向控制进行研究，有着前瞻性意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种算法简单，可根据预定轨迹，自动调整列车第一轴的转向角度，使得列车上的控制目标点自动跟随预定轨迹，从而实现列车的无人自动驾驶的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.建立地面绝对坐标系和车身坐标系；
S2.获取列车运行的预定轨迹，并根据所述预定轨迹确定预定目标点及其绝对坐标；
S3.计算预先确定的列车上的控制目标点与所述预定目标点之间的距离，并以所述距离为负反馈对列车转向角进行调整。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中所述地面绝对坐标系以列车每次启动时的初始重心为绝对坐标系原点，列车行驶方向为绝对坐标系X轴，列车横向为绝对坐标系Y轴；所述车身坐标系以车体重心为车身坐标系原点，车身纵向为车身坐标系X轴，车身横向为车身坐标系Y轴。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中通过列车的导航系统获取列车运行的预定轨迹，并由所述导航系统直接确定预定目标点的绝对坐标。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述预先确定的列车上的控制目标点为列车上的任意一点；所述控制目标点的绝对坐标通过由列车的导航系统所预先确定的车身上的基准点的绝对坐标值，以及通过车身横摆角计算确定。
作为本发明的进一步改进，所述控制目标点的绝对坐标通过如式(1)所示公式计算，
式(1)中，(x1,y1)为所述基准点的绝对坐标，(xT,yT)为所述控制目标点的绝对坐标，LT为预先确定的所述基准点与所述控制目标点相对于车身的纵向距离，W为预先确定的车身的宽度，ψ为车身横摆角。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离通过如式(2)所示公式计算，
S＝(y'T-yT)×cosψ-(x'T-xT)×sinψ (2)
式(2)中，S所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离，(xT,yT)为所述控制目标点的绝对坐标，(x′T,y′T)为所述预定目标点的绝对坐标，ψ为车身横摆角。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述以所述距离为负反馈对列车转向角进行调整是指，以所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离为所述预定轨迹的负反馈，并将控制目标设置为使得所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离等于0，对列车第一轴的转向角度进行PID控制。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明算法简单，可根据预定轨迹，自动调整列车第一轴的转向角度，使得列车上的控制目标点自动跟随预定轨迹，从而实现列车的无人自动驾驶。
附图说明
图1为本发明绝对坐标系与车身坐标系下车辆相关关系示意图。
图2为本发明目标点跟踪示意图。
图3为本发明控制原理图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
如图3所示，本实施例的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，包括如下步骤：S1.建立地面绝对坐标系和车身坐标系；S2.获取列车运行的预定轨迹，并根据预定轨迹确定预定目标点及其绝对坐标；S3.计算预先确定的列车上的控制目标点与预定目标点之间的距离，并以距离为负反馈对列车转向角进行调整。
绝对坐标系和车身坐标系可任意设置，为了使得计算更加简单，在本实施例中，如图1所示，步骤S1中地面绝对坐标系以列车每次启动时的初始重心为绝对坐标系原点，列车行驶方向为绝对坐标系X轴，列车横向为绝对坐标系Y轴；车身坐标系以车体重心为车身坐标系原点，车身纵向为车身坐标系X轴，车身横向为车身坐标系Y轴。如图1中，XOY坐标系即绝对坐标系，X1O1Y1即为车身坐标系。绝对坐标系与车身坐标系之间存在如式(3)所示的转换关系，
式(3)中，ψ为车身横摆角，可通过车身横摆角速度传感器获取，当然也可以通过其它传感器间接获得。
在本实施例中，步骤S2中通过列车的导航系统获取列车运行的预定轨迹，并由导航系统直接确定预定目标点的绝对坐标。
步骤S3中预先确定的列车上的控制目标点为列车上的任意一点；控制目标点的绝对坐标通过由列车的导航系统所预先确定的车身上的基准点的绝对坐标值，以及通过车身横摆角计算确定。如图1和图2中所示，T为列车上的控制目标点，其在绝对坐标系中的坐标通过预先确定的基准点的绝对坐标进行计算得到，如图1中，A1为列车第一轴的中心点，即预先确定的基准点，其绝对坐标通过列车的导航系统直接获得。在确定基准点和控制目标点后，通过预先测量可确定基准点与控制目标点相对于车身的纵向距离，以及车身的宽度。则控制目标点的绝对坐标可通过如式(1)所示公式计算，
式(1)中，(x1,y1)为基准点的绝对坐标，(xT,yT)为控制目标点的绝对坐标，LT为预先确定的基准点与控制目标点相对于车身的纵向距离，W为预先确定的车身的宽度，ψ为车身横摆角。
如图2中所示，T′为预定目标点，其绝对坐标通过列车的导航系统直接获得，为了实现列车的自动控制，即控制列车在自动控制过程中，使得控制目标点T运行至预定目标点T′处，即在整个控制过程中，控制目标点T与预定目标点T′之间的距离逐渐趋于0。在本实施例中，步骤S3中控制目标点与预定目标点之间的距离通过如式(2)所示公式计算，
S＝(y'T-yT)×cosψ-(x'T-xT)×sinψ (2)
式(2)中，S控制目标点与预定目标点之间的距离，(xT,yT)为控制目标点的绝对坐标，(x′T,y′T)为预定目标点的绝对坐标，ψ为车身横摆角。
在本实施例中，步骤S3中以距离为负反馈对列车转向角进行调整是指，以控制目标点与预定目标点之间的距离为预定轨迹的负反馈，并将控制目标设置为使得控制目标点与预定目标点之间的距离等于0，对列车第一轴的转向角度进行PID控制。即在PID控制的输出值即列车第一轴的转向输入角度δ1，此时，列车第一轴的转向输入角度δ1等效到第一轴中心位置A1的转角，通过阿克曼定律转换为第一轴左、右轮的转角，对左、右轮的转向进行控制，即可实现列车对预定轨迹的跟随，实现自动驾驶。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.建立地面绝对坐标系和车身坐标系；
S2.获取列车运行的预定轨迹，并根据所述预定轨迹确定预定目标点及其绝对坐标；
S3.计算预先确定的列车上的控制目标点与所述预定目标点之间的距离，并以所述距离为负反馈对列车转向角进行调整。
2.根据权利要求1所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：所述步骤S1中所述地面绝对坐标系以列车每次启动时的初始重心为绝对坐标系原点，列车行驶方向为绝对坐标系X轴，列车横向为绝对坐标系Y轴；所述车身坐标系以车体重心为车身坐标系原点，车身纵向为车身坐标系X轴，车身横向为车身坐标系Y轴。
3.根据权利要求1所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：所述步骤S2中通过列车的导航系统获取列车运行的预定轨迹，并由所述导航系统直接确定预定目标点的绝对坐标。
4.根据权利要求3所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：步骤S3中所述预先确定的列车上的控制目标点为列车上的任意一点；所述控制目标点的绝对坐标通过由列车的导航系统所预先确定的车身上的基准点的绝对坐标值，以及通过车身横摆角计算确定。
5.根据权利要求4所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：所述控制目标点的绝对坐标通过如式(1)所示公式计算，
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>x</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>cos</mi> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>+</mo> <mi>W</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>sin</mi> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>y</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>y</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>L</mi> <mi>T</mi> </msub> <mo>&amp;times;</mo> <mi>sin</mi> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>-</mo> <mi>W</mi> <mo>&amp;times;</mo> <mi>cos</mi> <mi>&amp;psi;</mi> <mo>/</mo> <mn>2</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(1)中，(x1,y1)为所述基准点的绝对坐标，(xT,yT)为所述控制目标点的绝对坐标，LT为预先确定的所述基准点与所述控制目标点相对于车身的纵向距离，W为预先确定的车身的宽度，ψ为车身横摆角。
6.根据权利要求5所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：步骤S3中所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离通过如式(2)所示公式计算，
S＝(y'T-yT)×cosψ-(x'T-xT)×sinψ (2)
式(2)中，S所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离，(xT,yT)为所述控制目标点的绝对坐标，(x′T,y′T)为所述预定目标点的绝对坐标，ψ为车身横摆角。
7.根据权利要求6所述的胶轮低地板智能轨道列车自动转向控制方法，其特征在于：步骤S3中所述以所述距离为负反馈对列车转向角进行调整是指，以所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离为所述预定轨迹的负反馈，并将控制目标设置为使得所述控制目标点与所述预定目标点之间的距离等于0，对列车第一轴的转向角度进行PID控制。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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