CN109353409B - 一种基于商用车编队行驶的转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于商用车编队行驶的转向系统，属于商用车编队转向领域；系统包括信息采集系统、转向分配方案系统、转向执行系统和转向修正系统；本发明旨在保证商用车队列在转弯过程中转向灵敏、响应及时，以此解决编队距离在转弯过程中出现增大的问题；信息采集系统采集一系列信息供其他三个系统使用；转向分配方案系统时刻计算不同方案的转向车轮的转角；转向执行系统通过执行逻辑使某种转向分配方案生效以应对不同情况，从而更好的控制编队距离和提高整体队列的侧向稳定性；转向修正系统是用来提高系统的安全性。

Description

一种基于商用车编队行驶的转向系统

技术领域

本发明涉及商用车编队的转向系统，属于商用车编队转向领域。

背景技术

随着社会的进步，公路运输在路面货物运输中占比越来越高，由此带来的是加速能源消耗和环境污染。编队行驶可提高整体车队的燃油经济性，明显降低油耗，因此编队行驶收到日益关注和重视。尤其是商用车编队行驶，商用车作为主要公路运输车辆，降低商用车油耗即可降低公路运输油耗和废气排放。早在上个世纪，人们就已开始对商用车编队进行研究，但主要研究都是针对商用车的纵向控制，对其侧向控制并无太多研究。行驶在高速公路上的商用车队列在进行转弯时，可能会由于转向不灵敏、响应慢等原因使得编队距离在转向过程中变大，或者在转向过程中侧向稳定性不好。

因此，有必要开发一种商用车编队转向系统去解决上述问题，从而保证商用车队列转弯过程中的编队距离和提高整体队列的侧向稳定性。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于商用车编队行驶的转向系统，通过执行不同转向分配方案，使编队距离控制的更好和提高整体队列的侧向稳定性。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于商用车编队行驶的转向系统，包括信息采集系统、转向分配方案系统、转向执行系统和转向修正系统。

信息采集系统分为传感器模块、路况模块、天气模块和轴荷模块；转向分配方案系统分为一级方案模块、二级方案模块和三级方案模块；转向修正系统分为转角修正模块和方案修正模块。

所述的转向系统适用于行驶在高速公路上的无人驾驶商用车队列，编队中的商用车车型一致，均为半挂车。半挂车的牵引车部分为三轴式，拖车部分为三轴式且配有货箱，半挂车第一轴、第二轴、第四轴、第五轴和第六轴为转向轴。

所述的传感器模块中侧向风传感器安装位置会根据拖车长度的不同而不同。

所述的转向分配系统中的一级方案模块和三级方案模块仅包含一种转向分配方案，二级方案模块包含两种转向分配方案。

所述的转向执行系统通过执行逻辑使某种转向分配方案生效。

所述的转向修正系统中的方案修正模块在转向执行系统出现错误时具有转向执行权，且执行权利大于转向执行系统。

所述的转向系统适用于编队车辆数目是3的倍数的商用车队列，编队距离可以是固定值或不定值；当编队距离是固定值，所述的转向系统仅适用于编队距离介于最小门限值S1米和最大门限值S2米之间的商用车队列；

其中：

S1、S2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为汽车第一轴轮距，单位为米。

适配所述转向系统的商用车队列，从头车到尾车按顺序每三个商用车编为一小队，每个小队中第一辆车、第二辆车和第三辆车分别作为小队中的头车、中间车和尾车；每个小队的转向分配方案是一致的。

所述的传感器模块包括侧向风传感器、方向盘转角传感器、转向车轮的转角传感器和车速传感器。

所述的侧向风传感器处于拖车货箱的两个侧面；拖车长度小于等于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A1米和B1米；拖车长度大于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A2米和B2米；

其中：

B＝0.2v/L

A1＝2arctan(R)

B1＝0.7R

A2＝1.8arctan(R)

B2＝0.8R

B、A1、B1、A2和B2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为第一轴轮距，单位为米；R为拖车长度，单位为米。

所述的转向车轮的转角传感器是用来侦测各个转向轴的转向车轮的转角，用于转角修正模块。

所述的车速传感器获得的信号为实际编队车速。

传感器模块时刻将各个传感器获得的信号存于模块当中，以便其他系统调用。

所述的路况模块是依据摄像头1评估路况，所述的摄像头1安装在车头最前端下边缘，且处于汽车纵向对称面向左偏移A3米的平面上；摄像头1侦测到道路平整，路况模块给出良好路况；摄像头1侦测到道路不平整，路况模块给出不良路况；路况模块实时给出路况评估；

其中：

A3＝0.2D

A3单位为米；D为车头宽度，单位为米。

所述的天气模块是依据摄像头2评估天气状况，所述的摄像头2安装在车头上，安装位置距离车头最前端A4米，且处于汽车纵向对称面向右偏A5米的平面上；摄像头2侦测到有雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出恶劣天气；摄像头2侦测到无雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出无恶劣天气；天气模块实时给出天气评估。

其中：

A4＝0.4D

A5＝0.3D

A4、A5单位为米；D为车头宽度，单位为米。

轴荷模块将实时获得的汽车转向轴轴荷存于模块当中，用于转向分配方案系统中的计算。

所述的转向分配方案系统中的三个模块是编队中每个小队的转向分配方案；信息采集系统采集到的信息传输给转向分配方案系统，三个方案模块时刻通过信息采集系统传输的信息计算各自方案模块中的转向轴转角；一级方案模块和二级方案模块含有四轮转向，且三个方案模块含有多轴转向；四轮转向指汽车第一轴和第二轴的转向车轮在转向过程中有转角，其他转向轴的转向车轮转角为零；多轴转向指汽车所有转向轴的转向车轮在转向过程中有转角。

所述的一级方案模块是前轮转向、四轮转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是前轮转向，中间车是四轮转向，尾车是多轴转向；四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.2×a12×m/m2

a22＝0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.18×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.2×a12×m/m4

a42＝0.24×a11×m/m4

a51＝0.25×a12×m/m5

a52＝0.28×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

所述的二级方案模块分为两种转向方案：

(1)转向分配方案是四轮转向、四轮转向和四轮转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是四轮转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.22×a12×m/m2

a22＝0.25×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

(2)转向分配方案是四轮转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是四轮转向，中间车是多轴转向，尾车是多轴转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.2×a12×m/m2

a22＝0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.16×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.22×a12×m/m4

a42＝0.26×a11×m/m4

a51＝0.28×a12×m/m5

a52＝0.3×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.35×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

所述的三级方案模块是多轴转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是多轴转向；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.18×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.2×a12×m/m4

a42＝0.24×a11×m/m4

a51＝0.25×a12×m/m5

a52＝0.28×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

所述的转向执行系统需要结合信息采集系统使某种转向分配方案生效，其执行逻辑为：若方向盘转角信号大小没有超过门限值a，判定为不转向，则不使任何转向方案生效；若方向盘转角信号大小超过门限值a，判定为转向，又分为以下：(1)侧向风传感器测得侧向风风速小于等于b，则使一级方案模块中的转向分配方案生效；(2)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；(3)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；(4)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出恶劣天气，则使二级方案模块中的第二种转向分配方案生效；(5)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出恶劣天气，则使三级方案模块中的转向分配方案生效；

其中：

a＝200v1/M

b＝0.3v1

a单位为度，b单位为km/h；v1为实际编队车速，单位km/h；M为汽车整车整备质量，单位kg。

所述的转向修正系统需要结合信息采集系统和转角分配方案系统来进行工作；转向过程中，转角修正模块根据信息采集系统提供的转向车轮的转角与所执行的转向分配方案计算得出的转向车轮的转角进行对比，对转向车轮的转角进行修正，以使转向车轮的转角符合执行的转向分配方案通过计算得出的转向车轮的转角；方案修正模块中包含了转向执行系统的执行逻辑；转向过程中，方案修正系统依照执行逻辑给出执行方案，并与实际执行方案作对比，若方案不一致，则判定转向执行系统出现错误，方案修正系统立马获得执行权，立即执行三级方案模块中的转向分配方案。

附图说明

图1为基于商用车编队行驶的转向系统结构框图。

图2为侧向风传感器安装位置示意图。

图3为摄像头1和2安装位置示意图。

图4为转向执行系统执行逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，将基于商用车编队行驶的转向系统分为信息采集系统、转向分配方案系统、转向执行系统和转向修正系统。

信息采集系统分为传感器模块、路况模块、天气模块和轴荷模块；转向分配方案系统分为一级方案模块、二级方案模块和三级方案模块；转向修正系统分为转角修正模块和方案修正模块。

所述的转向系统适用于行驶在高速公路上的无人驾驶商用车队列，编队中的商用车车型一致，均为半挂车。半挂车的牵引车部分为三轴式，拖车部分为三轴式且配有货箱，半挂车第一轴、第二轴、第四轴、第五轴和第六轴为转向轴。

所述的传感器模块中侧向风传感器安装位置会根据拖车长度的不同而不同。

所述的转向分配系统中的一级方案模块和三级方案模块仅包含一种转向分配方案，二级方案模块包含两种转向分配方案。

所述的转向执行系统通过执行逻辑使某种转向分配方案生效。

所述的转向修正系统中的方案修正模块在转向执行系统出现错误时具有转向执行权，且执行权利大于转向执行系统。

所述的转向系统适用于编队车辆数目是3的倍数的商用车队列，编队距离可以是固定值或不定值；当编队距离是固定值，所述的转向系统仅适用于编队距离介于最小门限值S1米和最大门限值S2米之间的商用车队列；

其中：

S1、S2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为汽车第一轴轮距，单位为米。

适配所述转向系统的商用车队列，从头车到尾车按顺序每三个商用车编为一小队，每个小队中第一辆车、第二辆车和第三辆车分别作为小队中的头车、中间车和尾车；每个小队的转向分配方案是一致的。

所述的传感器模块包括侧向风传感器、方向盘转角传感器、转向车轮的转角传感器和车速传感器。

如图2所示，所述的侧向风传感器处于拖车货箱的两个侧面；拖车长度小于等于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A1米和B1米；拖车长度大于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A2米和B2米；

其中：

B＝0.2v/L

A1＝2arctan(R)

B1＝0.7R

A2＝1.8arctan(R)

B2＝0.8R

B、A1、B1、A2和B2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为第一轴轮距，单位为米；R为拖车长度，单位为米。

所述的转向车轮的转角传感器是用来侦测各个转向轴的转向车轮的转角，用于转角修正模块。

所述的车速传感器获得的信号为实际编队车速。

传感器模块时刻将各个传感器获得的信号存于模块当中，以便其他系统调用。

所述的路况模块是依据摄像头1评估路况，如图3所示，所述的摄像头1安装在车头最前端下边缘，且处于汽车纵向对称面向左偏移A3米的平面上；摄像头1侦测到道路平整，路况模块给出良好路况；摄像头1侦测到道路不平整，路况模块给出不良路况；路况模块实时给出路况评估；

其中：

A3＝0.2D

A3单位为米；D为车头宽度，单位为米。

所述的天气模块是依据摄像头2评估天气状况，如图3所示，所述的摄像头2安装在车头上，安装位置距离车头最前端A4米，且处于汽车纵向对称面向右偏A5米的平面上；摄像头2侦测到有雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出恶劣天气；摄像头2侦测到无雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出无恶劣天气；天气模块实时给出天气评估。

其中：

A4＝0.4D

A5＝0.3D

A4、A5单位为米；D为车头宽度，单位为米。

轴荷模块将实时获得的汽车转向轴轴荷存于模块当中，用于转向分配方案系统中的计算。

所述的转向分配方案系统中的三个模块是编队中每个小队的转向分配方案；信息采集系统采集到的信息传输给转向分配方案系统，三个方案模块时刻通过信息采集系统传输的信息计算各自方案模块中的转向轴转角；一级方案模块和二级方案模块含有四轮转向，且三个方案模块均含有多轴转向；四轮转向指汽车第一轴和第二轴的转向车轮在转向过程中有转角，其他转向轴的转向车轮转角为零；多轴转向指汽车所有转向轴的转向车轮在转向过程中有转角。

所述的一级方案模块是前轮转向、四轮转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是前轮转向，中间车是四轮转向，尾车是多轴转向；四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.2×a12×m/m2

a22＝0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.18×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.2×a12×m/m4

a42＝0.24×a11×m/m4

a51＝0.25×a12×m/m5

a52＝0.28×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

所述的二级方案模块分为两种转向方案：

(1)转向分配方案是四轮转向、四轮转向和四轮转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是四轮转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.22×a12×m/m2

a22＝0.25×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

(2)转向分配方案是四轮转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是四轮转向，中间车是多轴转向，尾车是多轴转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.2×a12×m/m2

a22＝0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.16×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.22×a12×m/m4

a42＝0.26×a11×m/m4

a51＝0.28×a12×m/m5

a52＝0.3×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.35×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

所述的三级方案模块是多轴转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是多轴转向；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l＝0.18×a12×m/m2

a22＝0.2×a11×m/m2

a41＝0.2×a12×m/m4

a42＝0.24×a11×m/m4

a51＝0.25×a12×m/m5

a52＝0.28×a11×m/m5

a61＝0.3×a12×m/m6

a62＝0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

如图4所示，转向执行系统需要结合信息采集系统使某种转向分配方案生效，其执行逻辑为：若方向盘转角信号大小没有超过门限值a，判定为不转向，则不使任何转向方案生效；若方向盘转角信号大小超过门限值a，判定为转向，又分为以下：(1)侧向风传感器测得侧向风风速小于等于b，则使一级方案模块中的转向分配方案生效；(2)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；(3)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；(4)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出恶劣天气，则使二级方案模块中的第二种转向分配方案生效；(5)侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出恶劣天气，则使三级方案模块中的转向分配方案生效；

其中：

a＝200v1/M

b＝0.3v1

a单位为度，b单位为km/h；v1为实际编队车速，单位km/h；M为汽车整车整备质量，单位kg。

所述的转向修正系统需要结合信息采集系统和转角分配方案系统来进行工作；转向过程中，转角修正模块根据信息采集系统提供的转向车轮的转角与所执行的转向分配方案计算得出的转向车轮的转角进行对比，对转向车轮的转角进行修正，以使转向车轮的转角符合执行的转向分配方案通过计算得出的转向车轮的转角；方案修正模块中包含了转向执行系统的执行逻辑；转向过程中，方案修正系统依照执行逻辑给出执行方案，并与实际执行方案作对比，若方案不一致，则判定转向执行系统出现错误，方案修正系统立马获得执行权，立即执行三级方案模块中的转向分配方案。

Claims (8)

1.一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

包括信息采集系统、转向分配方案系统、转向执行系统和转向修正系统；

信息采集系统分为传感器模块、路况模块、天气模块和轴荷模块；转向分配方案系统分为一级方案模块、二级方案模块和三级方案模块；转向修正系统分为转角修正模块和方案修正模块；

所述的转向系统适用于行驶在高速公路上的无人驾驶商用车队列，编队中的商用车车型一致，均为半挂车；

所述的半挂车的牵引车部分为三轴式，拖车部分为三轴式且配有货箱；

所述的半挂车第一轴、第二轴、第四轴、第五轴和第六轴为转向轴；

所述的传感器模块中侧向风传感器安装位置会根据拖车长度的不同而不同；

所述的转向分配方案系统中的一级方案模块和三级方案模块仅包含一种转向分配方案，二级方案模块包含两种转向分配方案；

所述的转向执行系统通过执行逻辑使某种转向分配方案生效；

所述的转向修正系统中的方案修正模块在转向执行系统出现错误时具有转向执行权，且执行权利大于转向执行系统；

所述的转向执行系统需要结合信息采集系统使某种转向分配方案生效，其执行逻辑为：若方向盘转角信号大小没有超过门限值a，判定为不转向，则不使任何转向方案生效；若方向盘转角信号大小超过门限值a，判定为转向，又分为以下：（1）侧向风传感器测得侧向风风速小于等于b，则使一级方案模块中的转向分配方案生效；（2）侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；（3）侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出无恶劣天气，则使二级方案模块中的第一种转向分配方案生效；（4）侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出良好路况和天气模块给出恶劣天气，则使二级方案模块中的第二种转向分配方案生效；（5）侧向风传感器测得侧向风风速大于b，且路况模块给出不良路况和天气模块给出恶劣天气，则使三级方案模块中的转向分配方案生效；

其中：

a=200v1/M

b=0.3v1

a单位为度，b单位为km/h；v1为实际编队车速，单位km/h；M为汽车整车整备质量，单位kg；

所述的转向修正系统需要结合信息采集系统和转向分配方案系统来进行工作；

转向过程中，转角修正模块根据信息采集系统提供的转向车轮的转角与所执行的转向分配方案计算得出的转向车轮的转角进行对比，对转向车轮的转角进行修正，以使转向车轮的转角符合执行的转向分配方案通过计算得出的转向车轮的转角；

方案修正模块中包含了转向执行系统的执行逻辑；转向过程中，方案修正系统依照执行逻辑给出执行方案，并与实际执行方案作对比，若方案不一致，则判定转向执行系统出现错误，方案修正系统立马获得执行权，立即执行三级方案模块中的转向分配方案。

2.如权利要求1所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的转向系统适用于编队车辆数目是3的倍数的商用车队列，编队距离可以是固定值或不定值；

当编队距离是固定值，所述的转向系统仅适用于编队距离介于最小门限值S1米和最大门限值S2米之间的商用车队列；

其中：

S1、S2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为汽车第一轴轮距，单位为米；

适配所述转向系统的商用车队列，从头车到尾车按顺序每三个商用车编为一小队，每个小队中第一辆车、第二辆车和第三辆车分别作为小队中的头车、中间车和尾车；

所述的每个小队的转向分配方案是一致的。

3.如权利要求1所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的传感器模块包括侧向风传感器、方向盘转角传感器、转向车轮的转角传感器和车速传感器；

所述的侧向风传感器处于拖车货箱的两个侧面；拖车长度小于等于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A1米和B1米；拖车长度大于B米，侧向风传感器安装位置距离地面和拖车货箱尾部分别为A2米和B2米；

其中：

B=0.2v/L

A1=2arctan(R)

B1=0.7R

A2=1.8arctan(R)

B2=0.8R

B、A1、B1、A2和B2单位为米；v为设定的编队车速，单位km/h；L为第一轴轮距，单位为米；R为拖车长度，单位为米；

所述的转向车轮的转角传感器是用来侦测各个转向轴的转向车轮的转角，用于转角修正模块；

所述的车速传感器获得的信号为实际编队车速；

传感器模块时刻将各个传感器获得的信号存于模块当中，以便其他系统调用。

4.如权利要求1所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的路况模块是依据第一摄像头（1）评估路况，所述的第一摄像头（1）安装在车头最前端下边缘，且处于汽车纵向对称面向左偏移A3米的平面上；

其中：

A3=0.2D

A3单位为米；D为车头宽度，单位为米；

第一摄像头（1）侦测到道路平整，路况模块给出良好路况；第一摄像头（1）侦测到道路不平整，路况模块给出不良路况；路况模块实时给出路况评估。

5.如权利要求1所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的天气模块是依据第二摄像头（2）评估天气状况，所述的第二摄像头（2）安装在车头上，安装位置距离车头最前端A4米，且处于汽车纵向对称面向右偏A5米的平面上；

其中：

A4=0.4D

A5=0.3D

A4、A5单位为米；D为车头宽度，单位为米；

第二摄像头（2）侦测到有雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出恶劣天气；第二摄像头（2）侦测到无雨天、雾天、雾霾和大雪，天气模块给出无恶劣天气；天气模块实时给出天气评估；

轴荷模块将实时获得的汽车转向轴轴荷存于模块当中，用于转向分配方案系统中的计算。

6.如权利要求1或2所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的转向分配方案系统中的三个方案模块是编队中每个小队的转向分配方案；信息采集系统采集到的信息传输给转向分配方案系统，三个方案模块时刻通过信息采集系统传输的信息计算各自方案模块中的转向轴转角；一级方案模块和二级方案模块含有四轮转向，且三个方案模块均含有多轴转向；四轮转向指汽车第一轴和第二轴的转向车轮在转向过程中有转角，其他转向轴的转向车轮转角为零；多轴转向指汽车第一轴、第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮在转向过程中有转角；

所述的一级方案模块是前轮转向、四轮转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是前轮转向，中间车是四轮转向，尾车是多轴转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l=0.2×a12×m/m2

a22=0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l=0.18×a12×m/m2

a22=0.2×a11×m/m2

a41=0.2×a12×m/m4

a42=0.24×a11×m/m4

a51=0.25×a12×m/m5

a52=0.28×a11×m/m5

a61=0.3×a12×m/m6

a62=0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

7.如权利要求1或2所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的二级方案模块分为两种转向方案：

（1）转向分配方案是四轮转向、四轮转向和四轮转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是四轮转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l=0.22×a12×m/m2

a22=0.25×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

（2）转向分配方案是四轮转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车是四轮转向，中间车是多轴转向，尾车是多轴转向；

四轮转向的第二轴转向车轮的转角为：

a2l=0.2×a12×m/m2

a22=0.3×a11×m/m2

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，两者单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2为汽车第二轴轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l=0.16×a12×m/m2

a22=0.2×a11×m/m2

a41=0.22×a12×m/m4

a42=0.26×a11×m/m4

a51=0.28×a12×m/m5

a52=0.3×a11×m/m5

a61=0.3×a12×m/m6

a62=0.35×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

8.如权利要求1或2所述的一种基于商用车编队行驶的转向系统，其特征在于：

所述的三级方案模块是多轴转向、多轴转向和多轴转向，即编队的每个小队中的头车、中间车和尾车均是多轴转向；

多轴转向的第二轴、第四轴、第五轴和第六轴转向车轮的转角为：

a2l=0.18×a12×m/m2

a22=0.2×a11×m/m2

a41=0.2×a12×m/m4

a42=0.24×a11×m/m4

a51=0.25×a12×m/m5

a52=0.28×a11×m/m5

a61=0.3×a12×m/m6

a62=0.33×a11×m/m6

a21为第二轴左转向车轮的转角绝对值，a22为第二轴右转向车轮的转角绝对值，a41为第四轴左转向车轮的转角绝对值，a42为第四轴右转向车轮的转角绝对值，a51为第五轴左转向车轮的转角绝对值，a52为第五轴右转向车轮的转角绝对值，a61为第六轴左转向车轮的转角绝对值，a62为第六轴右转向车轮的转角绝对值，单位均为度；a11为第一轴右转向车轮的转角绝对值，a12为第一轴左转向车轮的转角绝对值，单位均为度；m为汽车总质量，单位kg；m2、m4、m5和m6分别为汽车第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的轴荷，单位kg；

实际转向时，第二轴、第四轴、第五轴和第六轴的转向车轮转向方向与第一轴转向车轮转向方向相反。

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