CN109747637B - 一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法，是根据驾驶员的倒车入位需求，通过对驾驶员提供方向盘的转动方向与转动角度提示，从而辅助驾驶员完成倒车入位操作。本发明能降低驾驶员的倒车技能要求，减少倒车事故，同时提高倒车效率。

Description

一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法

技术领域

本发明涉及半挂车转向控制领域，具体是一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法。

背景技术

近十几年来，随着国家公路网的不断完善，公路运输已然成为综合运输体系中的一个重要运输模式，而具有载重量大、运输效率高、节油性好和运输成本低优点的各类半挂汽车列车越来越受社会的重视，已成为全球范围内的公路货运主力。

但同时由牵引车、半挂车组成的半挂汽车列车在直线行驶时的动力学状态是开环稳定的，但由于其本身的非线性、不稳定性、不确定性等因素，半挂汽车列车在倒退行驶时的动力学状态是开环不稳定的，容易发生折叠、碰撞、侧翻等非稳定状态现象。对于那些驾驶经验不足的新手司机完成倒车任务是困难的、且容易发生倒车事故。随着我国经济的发展，国内对半挂汽车列车安全性能要求也将越来越高，因此，将电子技术、自动控制技术应用于半挂车中，进行半挂汽车列车倒车入位诱导辅助智能控制，开发具有智能化的半挂汽车列车智能控制系统是提高整车安全性能与技术水平的一项关键技术，也是今后发展的必然趋势。

发明内容

本发明为克服现有技术存在的不足之处，提出一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法，以期给驾驶员不同的诱导操作使半挂汽车列车倒入目标车位，从而能提高半挂汽车列车倒车安全、降低驾驶员的倒车技能要求，进而减少倒车事故，并提高倒车效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、获取驾驶员的倒车入位需求及半挂汽车列车的当前铰接角度；

步骤2、确定所述半挂汽车列车分别从左右两个方向倒入标准位的横纵轴最小侧偏距；

步骤3、若所述半挂汽车列车当前方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于相应方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则实施倒车入位诱导控制；否则，执行步骤4；

步骤4、实施半挂汽车列车的前进操作，再执行步骤3。

本发明所述的诱导控制方法的特点也在于，所述步骤2中半挂汽车列车在左右两个方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距是按以下方法进行确定：

步骤2.1、设定牵引车与挂车在同一轴线上时，牵引车与挂车的铰接角度为零；设定所述牵引车相对于挂车朝主驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为正；设定所述牵引车相对于挂车朝副驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为负；

设定从车位下底边中心点延伸出的一条与车位长平行的直线为车位纵轴线；设定挂车传动轴线为挂车横轴线；设定挂车尾部中心点为参考点，所述参考点与半挂汽车列车铰接点的连线为参考线；设定从挂车横轴线到车位纵轴线经过的锐角为入位偏移角；

在以大地为面的俯视图中，以逆时针为正方向，反之为负方向；

当所述牵引车与挂车的铰接角度为零时，且挂车横轴线与车位纵轴线垂直时，所述半挂汽车列车到达初始工况；

步骤2.2、设定所述牵引车转向轮不偏转时的方向盘转动角度为零；设定所述牵引车转向轮朝内侧偏转时的方向盘转动角度为正；设定所述牵引车转向轮朝外侧偏转时的方向盘转动角度为负；

步骤2.3、首先使半挂汽车列车处于所述初始工况，若确定右方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.4；若确定左方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.8；

步骤2.4、方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，将方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，则执行步骤2.5；若铰接角度开始增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.5、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.6、方向盘左转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.7、保持方向盘角度不变继续倒车，直至入位偏移角在其可控范围之内；

再设定初始工况下的挂车横轴线为X轴，牵引车车头方向为正向；车位纵轴线为Y轴，车位入口方向为正向；

若半挂汽车列车进行右方向倒车入位操作，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

若半挂汽车列车进行左方向倒车入位操作，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

步骤2.8、方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，将方向盘左转至任一正值角度，若铰接角度继续增大，则执行步骤2.6；若铰接角度开始减小，则执行步骤2.5；若铰接角度不变，则执行步骤2.7。

所述步骤3中的倒车入位诱导控制是按如下步骤进行：

步骤3.1、设定参考线与车位上顶边延长线的交点的横坐标减去车位上顶边中心点横坐标的值为参考点偏移距；

当所述交点和车位上顶边中心点重合时，设定参考点偏移距为参考点的横坐标减去车位上顶边中心点的横坐标的值；

采集所述半挂汽车列车的倒车入位的需求并实时采集铰接角度、参考点偏移距以及入位偏移角数据；

步骤3.2、若半挂汽车列车需要进行右方向倒车入位操作，则执行步骤3.3；若半挂汽车列车需要进行左方向倒车入位操作，则执行步骤3.4；

步骤3.3、方向盘左转至最大转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为负值，则重复步骤3.3；若参考点偏移距为正值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的差值小于等于临界值Δ，则执行步骤3.4；若参考点与车位上顶边重合时，则执行步骤3.5；

步骤3.4、方向盘右转至最小转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为正值，则重复步骤3.4；若参考点偏移距为负值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最大角度α₂的差值小于等于临界值Δ，则执行步骤3.3；若参考点与车位上顶边重合时，执行步骤3.5；

步骤3.5、若入位偏移角在其可控范围之内，则执行步骤3.6；反之，则执行步骤3.9；

步骤3.6、若铰接角度与入位偏移角均为零，则将方向盘回正；若入位偏移角和铰接角度均为负，则执行步骤3.7；若入位偏移角和铰接角度均为正，则执行步骤3.8；若入位偏移角和铰接角度正负异号，则将方向盘回正，直至入位偏移角和铰接角度正负同号后执行步骤3.6；若入位偏移角为零，铰接角度为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8；若铰接角度为零，入位偏移角为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8；

步骤3.7、方向盘右转至最小转动角度时倒车，并将方向盘回正后执行步骤3.6；

步骤3.8、方向盘左转至最大转动角度时倒车，并将方向盘回正后执行步骤3.6；

步骤3.9、当入位偏移角为正时，若铰接角度大于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度小于零，则将方向盘左转至最大转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；

当入位偏移角为负时，若铰接角度小于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度大于零，则将方向盘右转至最小转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6。

所述入位偏移角可控范围是按如下步骤确定：

步骤a、在半挂汽车列车倒车入位过程中，设定以参考点和车位上顶点重合且铰接角度为零时的工况为基准工况；

步骤b、首先使半挂汽车列车处于基准工况，然后利用步骤c-步骤f确定入位偏移角可控范围最大角度β₂；再利用步骤g-步骤h确定入位偏移角可控范围最小角度β₁，从而得到所述入位偏移角可控范围为：[β₁,β₂]；

步骤c、方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，则执行步骤d；若铰接角度开始增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤d、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤e、方向盘左转后；若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤f、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，则增大入位偏移角，并执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，则减小入位偏移角，并执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₂；

步骤g、方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，方向盘左转至任一正值角度后，若铰接角度继续增大，则执行步骤e；若铰接角度开始减小，则执行步骤d；若铰接角度不变，则执行步骤h；

步骤h、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，则减小入位偏移角，再执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，则增大入位偏移角，再执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、由于半挂汽车列车在倒车过程中的开环特性，在实际操作中，即使是经验丰富的驾驶员，也很难准确判断此时工况下的方向盘转向，进行倒车入位操作。而本发明能根据半挂汽车列车初始工况判断此方向倒车入位的横纵轴侧偏距是否大于其横纵轴最小侧偏距，从而提示驾驶员是否可以直接进行倒车入位操作抑或是进行前进操作使得此方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于其横纵轴最小侧偏距；同时本发明能根据半挂汽车列车工况的不同，给驾驶员不同的诱导操作以使半挂汽车列车完成目标车位的倒车入位操作，从而极大程度上解决了半挂汽车列车难以实现倒车入位的情况，并在整个倒车过程中能够及时给到驾驶员实时的引导与修正，大大降低了半挂汽车列车倒车入位的操作难度。

2、本发明提出了横纵轴最小侧偏距的概念，能够判断出在当前倒车方向上的横纵轴侧偏距是否可以进行倒车入位操作，简化了倒车入位的操作步骤，减少了驾驶员反复尝试以确定是否可以倒车入位的时间。同时避免了驾驶员在尝试倒车入位时将车辆调整至更加难以倒车入位的工况，不仅简化了驾驶员操作流程，降低了操作难度，同时也大大提升了倒车入位的效率，有利于减少货运物流成本。

3、本发明提出了入位偏移角及入位偏移角可控范围的概念，能够量化地描述出在半挂汽车列车倒车入位过程中，实际倒车方向与期望倒车方向的差异。并且能够通过此参数简单有效的进行半挂汽车列车倒车入位诱导控制，既避免了控制方法过于复杂的问题，又避免了控制参数过多带来的混乱，同时经过诱导控制后的实际倒车入位轨迹曲线也非常接近于期望的倒车入位轨迹曲线，具有较高的控制完成度特性。

4、由于半挂汽车列车倒车过程的复杂性，仅仅靠人的经验很难准确的控制其进行倒车入位，并且一旦出现错误操作，回复到期望路径的过程也比较繁琐。本发明给出一套倒车入位控制方法，实时监控半挂汽车列车方向盘转角、铰接角度、横纵轴侧偏距以及入位偏移角等数据。以给驾驶员关于方向盘转角的诱导，从而在任何工况下都能够实现精准的倒车入位控制。

5、只需在半挂汽车列车原有结构上加装几个摄像头及距离传感器及角度传感器，无需其他额外传感器即可准确完成倒车入位控制。无需大规模改动半挂汽车列车的结构，改进难度低，并且改进成本低，但是改进完成后所带来的效率提升是巨大的。不仅有利于企业降低整体的物流成本带来更高的收益，而且对于半挂汽车列车驾驶员的技能要求也会降低，从而降低了人力成本，并且有效的解决了半挂汽车列车驾驶员稀少的问题。

具体实施方式

本实施例中，一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法，是在半挂汽车列车需要进行倒车入位时，根据半挂汽车列车初始工况判断此方向倒车入位的横纵轴侧偏距是否大于其横纵轴最小侧偏距，从而提示驾驶员是否可以直接进行倒车入位操作抑或是进行前进操作使得此方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于其横纵轴最小侧偏距。如果半挂汽车列车当前方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于相应方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，再对半挂汽车列车进行倒车入位诱导控制，简化了半挂汽车列车倒车入位的流程，同时减少了整个倒车入位过程中所需的时间，提高了倒车入位的效率，以及降低了对于半挂汽车列车驾驶员的技能要求，以降低物流运输的成本。具体的说，是按如下步骤进行：

步骤1、通过加装铰接角度传感器和倒车入位需求输入按键获取驾驶员的倒车入位需求及半挂汽车列车的当前铰接角度，确定此时驾驶员需要进行倒车入位；

步骤2、由于半挂汽车列车转向机构和铰接机构的限制，当挂车尾部中心点与车位上顶边中心点在横纵轴方向上的距离小于某一极限值时，半挂汽车列车即无法完成整个倒车入位操作。极限值定义为横纵轴最小侧偏距。所以为了确定半挂汽车列车在任意工况下是否能够直接完成倒车入位操作，必须首先确定半挂汽车列车分别从左右两个方向倒入标准位的横纵轴最小侧偏距；

具体的说，半挂汽车列车在左右两个方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距是按以下方法进行确定：

步骤2.1、首先设定半挂汽车列车的铰接角度为牵引车和半挂车中间牵引鞍座和牵引销组成的无间隙联接所呈的角度，再确定牵引车与挂车的铰接角度的正负关系以便讨论。即设定牵引车与挂车在同一轴线上时，牵引车与挂车的铰接角度为零；设定牵引车相对于挂车朝主驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为正；设定牵引车相对于挂车朝副驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为负；

为了方便地确立横纵轴最小侧偏距，设定从车位下底边中心点延伸出的一条与车位长平行的直线为车位纵轴线；设定挂车传动轴线为挂车横轴线；设定挂车尾部中心点为参考点，参考点与半挂汽车列车铰接点的连线为参考线；设定从挂车横轴线到车位纵轴线经过的锐角为入位偏移角；

在以大地为面的俯视图中，以逆时针为正方向，反之为负方向；

当牵引车与挂车的铰接角度为零时，且挂车横轴线与车位纵轴线垂直时，半挂汽车列车到达初始工况；

同时设定本诱导控制方法所有角度之间比较的误差为3度之内。

步骤2.2、设定牵引车转向轮不偏转时的方向盘转动角度为零；设定牵引车转向轮朝内侧偏转时的方向盘转动角度为正；设定牵引车转向轮朝外侧偏转时的方向盘转动角度为负；

步骤2.3、首先使半挂汽车列车处于初始工况，若确定右方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.4；若确定左方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.8；

步骤2.4、为了确定右方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，需要使挂车保持向右偏转的最大角度，所以首先将最大方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，此时的铰接角度为期望的铰接角度，但因为铰接角度为负且方向盘转动角度为最大角度，接下来的铰接角度还是会继续减小，为了使铰接角度尽量保持在牵引车倒车可控范围的最小角度α₁，方向盘转向角度需要在某一固定负值附近变化以实现动态平衡。为了找到上述固定负值，首先将方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，说明当前方向盘转动角度还不够小，下一步则执行步骤2.5继续减小方向盘转动角度以使铰接角度实现动态平衡；若铰接角度开始增大，说明当前方向盘转动角度过小，下一步则执行步骤2.6增大方向盘转动角度以使铰接角度实现动态平衡；若铰接角度不变，说明此时半挂汽车列车已是处于铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的动态平衡阶段，则执行步骤2.7；

步骤2.5、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.6、方向盘左转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.7、此时若是右方向倒车入位，则铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度；反之，铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度。上述工况代表着半挂汽车列车左右倒车入位的极限工况。然后使半挂汽车列车处于保持方向盘角度不变继续倒车，直至入位偏移角在其可控范围之内(入位偏移角代表着挂车实际轨迹与车位期望轨迹的重合度。当入位偏移角在其可控范围之内，即意味着半挂汽车列车以此入位偏移角越过车位上顶边，恰好能在接下来的倒车入位过程中调整车身，使得倒车入位过程结束时，入位偏移角为零)；

再设定初始工况下的挂车横轴线为X轴，牵引车车头方向为正向；车位纵轴线为Y轴，车位入口方向为正向；

若半挂汽车列车进行右方向倒车入位操作，在上述极限右倒车工况下，此时假想一个以参考点为车位上顶边中心点的车位为右方向倒车极限车位，即当前工况挂车刚好进入车位，参考点与车位上顶边中心点重合，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

若半挂汽车列车进行左方向倒车入位操作，在上述极限左倒车工况下，此时假想一个以参考点为车位上顶边中心点的车位为左方向倒车极限车位，即当前工况挂车刚好进入车位，参考点与车位上顶边中心点重合，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

步骤2.8、为了确定左方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，需要使挂车保持向左偏转的最大角度，所以首先将方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，此时的铰接角度为期望的铰接角度，但因为铰接角度为正且方向盘转动角度为最小角度，接下来的铰接角度还是会继续增大，为了使铰接角度尽量保持在牵引车倒车可控范围的最大角度α₂，方向盘转向角度需要在某一固定正值附近变化以实现动态平衡。为了找到上述固定正值，首先将方向盘左转至任一正值角度，若铰接角度继续增大，说明当前方向盘转动角度过小，下一步则执行步骤2.6继续增大方向盘转动角度以使铰接角度实现动态平衡；若铰接角度开始减小，说明当前方向盘转动角度还不够小，下一步则执行步骤2.5减小方向盘转动角度以使铰接角度实现动态平衡；若铰接角度不变，说明此时半挂汽车列车已是处于铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的动态平衡阶段，则执行步骤2.7；

步骤3、若半挂汽车列车当前方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于相应方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则实施倒车入位诱导控制；否则，执行步骤4；具体地说，上述倒车入位诱导控制是按如下步骤进行；

步骤3.1、设定参考线与车位上顶边延长线的交点的横坐标减去车位上顶边中心点横坐标的值为参考点偏移距；

当交点和车位上顶边中心点重合时，设定参考点偏移距为参考点的横坐标减去车位上顶边中心点的横坐标的值；

采集半挂汽车列车的倒车入位的需求并实时采集铰接角度、参考点偏移距以及入位偏移角数据；

步骤3.2、若半挂汽车列车需要进行右方向倒车入位操作，则执行步骤3.3；若半挂汽车列车需要进行左方向倒车入位操作，则执行步骤3.4；

步骤3.3、因为半挂汽车列车需要进行右方向倒车入位，为了让挂车获得右方向倒车转向的趋势，首先让方向盘左转至最大转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为负值，则意味着在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，最终会交车位上顶边于上顶边中心点靠X轴负方向某一点，即当前工况下的右方向倒车转向的趋势不足；或者在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，参考线交车位上顶边于上顶边中心点，但参考点在车位上顶边中心点的X轴负方向。因为当挂车恰好进入车位时，入位偏移角的绝对值越小越好，所以为了防止入位偏移角的绝对值过大，应当使参考点横坐标增大后再调整参考点偏移距，所以为了增大参考点的横坐标，下一步则重复步骤3.3；若参考点偏移距为正值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的差值小于等于临界值Δ，(1、参考点偏移距为正值则意味着在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，最终会交车位上顶边于其中心点靠X轴正方向某一点，即意味着当前工况下的右方向倒车转向的趋势过多；2、当半挂汽车列车一直保持正值方向盘转动角度，势必会使铰接角度到达牵引车倒车可控范围的最小角度，如果再继续转向，铰接角度必然减小至可控范围之外，导致无法正常倒车。同时，为了防止在方向盘调整过程中铰接角度减小至可控范围之外，必须设置一定的误差角度，即上述临界值角度Δ，本发明设置临界值Δ为5°。当铰接角度与牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的差值小于等于临界值Δ时，则右转方向盘至最小转动角度以增大铰接角度。)下一步则执行步骤3.4；若参考点与车位上顶边重合时，则执行步骤3.5；

步骤3.3中提到的牵引车倒车可控范围的确立，具体地说，是按一下方法确定的：

步骤3.3.1、首先确立半挂汽车列车到达初始工况即检测铰接角度是否为零。当半挂汽车列车到达初始工况后，使牵引车方向盘右转。此时方向盘转动角度为正值，这样会使铰接角度从零度逐渐增大。直至铰接角度增大至半挂汽车列车无法倒车，此时所对应的铰接角度为牵引车倒车可控范围的最大角度α₂；

步骤3.3.2、再次确立半挂汽车列车到达初始工况即检测铰接角度是否为零。当半挂汽车列车到达初始工况后，使牵引车方向盘左转。此时方向盘转动角度为负值，这样会使铰接角度从零度逐渐减小。直至半挂汽车列车无法倒车，此时所对应的铰接角度为牵引车倒车可控范围的最小角度α₁；

步骤3.3.3、综上获得牵引车倒车可控范围的最大值与最小值，即牵引车倒车可控范围为：[α₁,α₂]。

步骤3.4、因为半挂汽车列车需要进行左方向倒车入位，为了让挂车获得左方向倒车转向的趋势，首先让方向盘右转至最小转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为正值，则意味着在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，最终会交车位上顶边于上顶边中心点靠X轴正方向某一点，即当前工况下的左方向倒车转向的趋势不足；或者在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，参考线交车位上顶边于上顶边中心点，但参考点在车位上顶边中心点的X轴正方向。因为当挂车恰好进入车位时，入位偏移角的绝对值越小越好，所以为了防止入位偏移角的绝对值过大，应当使参考点横坐标减小后再调整参考点偏移距，所以为了减小参考点的横坐标，下一步则重复步骤3.4；若参考点偏移距为负值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最大角度α₂的差值小于等于临界值Δ，(参考点偏移距为负值则意味着在不考虑牵引车的状况下，挂车以当前参考线方向往后行驶，最终会交车位上顶边于其中心点靠X轴负方向某一点，即意味着当前工况下的左方向倒车转向的趋势过多)则执行步骤3.3；若参考点与车位上顶边重合时，执行步骤3.5；

步骤3.5、若入位偏移角在其可控范围之内，则执行步骤3.6；反之，则执行步骤3.9；

步骤3.6、此时入位偏移角在可控范围之内，即无需前进操作即可完成倒车入位操作。本步骤将对半挂汽车列车所处的工况用铰接角度及入位偏移角的正负关系进行判定，然后采取相应的操作。若铰接角度与入位偏移角均为零，则将方向盘回正；若入位偏移角和铰接角度均为负，则执行步骤3.7；若入位偏移角和铰接角度均为正，则执行步骤3.8；若入位偏移角和铰接角度正负异号，则将方向盘回正，直至入位偏移角和铰接角度正负同号后执行步骤3.6；若入位偏移角为零，铰接角度为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8；若铰接角度为零，入位偏移角为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8(当铰接角度与入位偏移角均为负值时，为了将入位偏移角调零，需使铰接角度为正值，而为了使铰接角度增大为正值，方向盘右转至最小转动角度即可；同理上述二者均为正值时，方向盘左转至最大转动角度即可；当上述二者正负异号，如入位偏移角为负值，铰接角度为正值，即只需回正方向盘保持铰接角度为正值，使得入位偏移角逐渐增大，直至增大至正值，此时二者同正号，即可进入步骤3.8；铰接角度为负值，入位偏移角为正值时同理；当铰接角度和入位偏移角二者其一为零时，只需调整不为零的参数至零再进入另一个调节循环即可)；

步骤3.7、方向盘右转至最小转动角度时倒车，并将方向盘回正，执行步骤3.6；

步骤3.8、方向盘左转至最大转动角度时倒车，并将方向盘回正，执行步骤3.6；

步骤3.9、当入位偏移角为正时，若铰接角度大于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度小于零，则将方向盘左转至最大转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；

当入位偏移角为负时，若铰接角度小于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度大于零，则将方向盘右转至最小转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6。

当参考点恰与车位上顶点重合，必须判断在当前入位偏移角工况下，半挂汽车列车是否能在接下来的入位过程中回正挂车车身。为了判断能够回正挂车车身的入位偏移角的极限值，本方法引入入位偏移角可控范围参数。具体地说，入位偏移角可控范围是按如下步骤确定：

步骤a、在半挂汽车列车倒车入位过程中，设定以参考点和车位上顶点重合且铰接角度为零时的工况为基准工况；

步骤b、首先使半挂汽车列车处于基准工况，然后利用步骤c-步骤f确定入位偏移角可控范围最大角度β₂；再利用步骤g-步骤h确定入位偏移角可控范围最小角度β₁，从而得到入位偏移角可控范围为：[β₁,β₂]；

步骤c、方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，则执行步骤d；若铰接角度开始增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f(步骤c与步骤g原理同步骤2.8，即让铰接角度在到达可控范围边界值时，转动方向盘使转动角度为任意异号值，再进行判定后调整方向盘角度——判定步骤为步骤d及步骤e，直至铰接角度始终保持在所需的可控范围边界值上，以使挂车保持最大的转向趋势)；

步骤d、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤e、方向盘左转后；若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤f、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，即说明在当前入位偏移角初始工况下倒车入位，可以完成挂车的车身回正。为了能够确定挂车车身回正的初始入位偏移角极限值，则增大入位偏移角再次以左方向倒车最大的转向趋势进行倒车入位，并执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，即说明在当前入位偏移角初始工况下倒车入位，无法完成挂车的车身回正。为了能够确定挂车车身回正的初始入位偏移角极限值，则减小入位偏移角再次以左方向倒车最大的转向趋势进行倒车入位，并执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₂；

步骤g、方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，方向盘左转至任一正值角度后，若铰接角度继续增大，则执行步骤e；若铰接角度开始减小，则执行步骤d；若铰接角度不变，则执行步骤h；

步骤h、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，即说明在当前入位偏移角初始工况下倒车入位，可以完成挂车的车身回正。为了能够确定挂车车身回正的初始入位偏移角极限值，则减小入位偏移角，再次以右方向倒车最大的转向趋势进行倒车入位再执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，即说明在当前入位偏移角初始工况下倒车入位，无法完成挂车的车身回正。为了能够确定挂车车身回正的初始入位偏移角极限值，则增大入位偏移角再次以右方向倒车最大的转向趋势进行倒车入位，再执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₁。

步骤4、实施半挂汽车列车的前进操作，再执行步骤3。

实施例：本实施例使用本发明的控制方法对某型号半挂汽车列车进行倒车入位诱导控制，具体控制过程如下：

本型号半挂汽车列车基本技术参数如下表所示:

首先从倒车入位需求输入按键得知此时驾驶员的倒车入位需求，然后需要先确立本型号半挂汽车列车的牵引车倒车可控范围、入位偏移角可控范围以及左右方向倒车入位的横纵轴侧偏距。

牵引车倒车可控范围：调整此半挂汽车列车使其铰接角度为零，将方向盘右转至-10°位置时开始倒车。直至挂车车轴质心点处沿着Y轴的速度大小大于沿着X轴的速度大小时停止，得到此时的铰接角度为70.53°；再次调整半挂汽车列车使其铰接角度为零，将方向盘左转至10°位置时开始倒车，同样在无法倒车时停止，得到此时的铰接角度为-69.63°。所以此半挂汽车列车的牵引车倒车可控范围即为[-69.63°,70.53°]。

入位偏移角可控范围：实施之前先查取相关资料了解：半挂汽车列车倒车入位时，挂车部分进入1/3时，挂车纵轴线应该80％-90％与车位纵轴线平行。依照此数据参数，首先调整半挂车列车位置，使参考点和车位上顶点重合且铰接角度为零时入位偏移角为20°。然后将方向盘左转至40°，在25.140s时铰接角度达到69.20°，此时开始使方向盘右转，当方向盘转角到达-22°时，铰接角度几乎不再变化。当入位偏移角为零时，铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，所以下一步增大初始工况的入位偏移角在进行上述操作，循环若干次后得入位偏移角可控范围最大角度为25.32°；同理得到入位偏移角可控范围最小角度为-23.78°。所以此半挂汽车列车的入位偏移角可控范围即为[-23.78°,25.32°]。

右方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距：将方向盘左转至转向轮内轮最大转角40°，在25.140s时铰接角度达到69.20°，此时开始使方向盘右转，当方向盘转角到达-22.0°时，铰接角度几乎不再变化，此时保持方向盘转动角度不变继续倒车，当入位偏移角到达其可控范围最大值25.32°时，测量得右方向倒车的横轴最小侧偏距为5.802m，纵轴最小侧偏距为1.996m；

左方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距：将方向盘左转至转向轮内轮最大转角-33°，在25.520s时铰接角度达到70.00°，此时开始使方向盘左转，当方向盘转角到达21.7°时，铰接角度几乎不再变化，此时保持方向盘转动角度不变继续倒车，当入位偏移角到达其可控范围最小值23.78°时，测量得右方向倒车的横轴最小侧偏距为5.576m，纵轴最小侧偏距为1.663m；

1、半挂汽车列车右方向倒车入位：

首先测量半挂汽车列车与当前车位的横纵轴侧偏距，其横轴侧偏距为11.170m，纵轴侧偏距为8m，都大于右方向倒车入位的最小侧偏距，即可以进行倒车入位操作，无需其余前进操作。然后左转方向盘使方向盘转角达到40°后再回正，此时参考点偏移距为-3.23m，再次执行上述步骤后参考点偏移距变为1.86m，此时参考点偏移距为正，接下来将方向盘右转至-33°后，然后将方向盘回正。经过若干次循环之后，当参考点与车位上顶边中心点重合时，参考点偏移距为0.23m。此时判断入位偏移角是否在其可控范围之内，由入位偏移角传感器可得入位偏移角为13.52°，小于入位偏移角可控范围最大角度为25.32°。此时入位偏移角为13.52°，铰接角度为21.36°，二者均为正值，所以将方向盘左转至40°后继续倒车，然后将方向盘回正后再次查看入位偏移角和铰接角度数据，入位偏移角为-7.62°，铰接角度为10.38°，此时二者正负异号，不操作方向盘，直至铰接角度达到-5°后，此时入位偏移角为4.37°。经过若干次判断及操作循环后，最终入位偏移角为1.29°，铰接角度为2.58°。符合误差范围，视作零度，下一步将方向盘回正后直接倒车即可。

2、半挂汽车列车左方向倒车入位：

首先测量半挂汽车列车与当前车位的横纵轴侧偏距，其横轴侧偏距为8.536m，纵轴侧偏距为5.149m，都大于左方向倒车入位的最小侧偏距，即可以进行倒车入位操作，无需其余前进操作。然后右转方向盘使方向盘转角达到-33°后再回正，此时参考点偏移距为5.76m，再次执行上述步骤后参考点偏移距变为1.86m，此时参考点偏移距仍为正值，即继续执行上述步骤循环，执行结束后，参考点偏移距变为-2.73。此时参考点偏移距为负，接下来将方向盘左转至44°后，然后将方向盘回正。再经过若干次循环之后，当参考点与车位上顶边中心点重合时，参考点偏移距为0.19m。此时判断入位偏移角是否在其可控范围之内，由入位偏移角传感器可得入位偏移角为-28.74°，大于入位偏移角可控范围最大角度为-23.78°。此时不能直接进行倒车操作，必须先进行前进操作。让半挂汽车列车向前行驶，直至入位偏移角小于入位偏移角可控范围最大角度。前进行驶结束后，入位偏移角为-21.94°。此时入位偏移角为-21.94°，铰接角度为-15.66°，二者均为负值，所以将方向盘右转至-33°后继续倒车，然后将方向盘回正后再次查看入位偏移角和铰接角度数据，入位偏移角为-8.31°，铰接角度为5.78°，此时二者正负异号，不操作方向盘，直至铰接角度达到-5°后，此时入位偏移角为5.63°。二者又为异号进入上述步骤循环。经过若干次判断及操作循环后，最终入位偏移角为-1.77°，铰接角度为1.41°。符合误差范围，视作零度，下一步将方向盘回正后直接倒车即可。

Claims (3)

1.一种半挂汽车列车倒车入位的诱导控制方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、获取驾驶员的倒车入位需求及半挂汽车列车的当前铰接角度；

步骤2、确定所述半挂汽车列车分别从左右两个方向倒入标准位的横纵轴最小侧偏距；

步骤2.1、设定牵引车与挂车在同一轴线上时，牵引车与挂车的铰接角度为零；设定所述牵引车相对于挂车朝主驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为正；设定所述牵引车相对于挂车朝副驾驶员座位侧偏转时，牵引车与挂车的铰接角度为负；

设定从车位下底边中心点延伸出的一条与车位长平行的直线为车位纵轴线；设定挂车传动轴线为挂车横轴线；设定挂车尾部中心点为参考点，所述参考点与半挂汽车列车铰接点的连线为参考线；设定从挂车横轴线到车位纵轴线经过的锐角为入位偏移角；

在以大地为面的俯视图中，以逆时针为正方向，反之为负方向；

当所述牵引车与挂车的铰接角度为零时，且挂车横轴线与车位纵轴线垂直时，所述半挂汽车列车到达初始工况；

步骤2.2、设定所述牵引车转向轮不偏转时的方向盘转动角度为零；设定所述牵引车转向轮朝内侧偏转时的方向盘转动角度为正；设定所述牵引车转向轮朝外侧偏转时的方向盘转动角度为负；

步骤2.3、首先使半挂汽车列车处于所述初始工况，若确定右方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.4；若确定左方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则执行步骤2.8；

步骤2.4、方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，将方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，则执行步骤2.5；若铰接角度开始增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.5、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.6、方向盘左转后，若铰接角度减小，则执行步骤2.5；若铰接角度增大，则执行步骤2.6；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤2.7、保持方向盘角度不变继续倒车，直至入位偏移角在其可控范围之内；

再设定初始工况下的挂车横轴线为X轴，牵引车车头方向为正向；车位纵轴线为Y轴，车位入口方向为正向；

若半挂汽车列车进行右方向倒车入位操作，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为右方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

若半挂汽车列车进行左方向倒车入位操作，则参考点从初始工况到当前工况在X轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的横轴最小侧偏距；参考点从初始工况到当前工况在Y轴上的位移绝对值称之为左方向倒车入位的纵轴最小侧偏距；

步骤2.8、方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，将方向盘左转至任一正值角度，若铰接角度继续增大，则执行步骤2.6；若铰接角度开始减小，则执行步骤2.5；若铰接角度不变，则执行步骤2.7；

步骤3、若所述半挂汽车列车当前方向倒车入位的横纵轴侧偏距大于相应方向倒车入位的横纵轴最小侧偏距，则实施倒车入位诱导控制；否则，执行步骤4；

步骤4、实施半挂汽车列车的前进操作，再执行步骤3。

2.根据权利要求1所述的诱导控制方法，其特征在于，所述步骤3中的倒车入位诱导控制是按如下步骤进行：

步骤3.1、设定参考线与车位上顶边延长线的交点的横坐标减去车位上顶边中心点横坐标的值为参考点偏移距；

当所述交点和车位上顶边中心点重合时，设定参考点偏移距为参考点的横坐标减去车位上顶边中心点的横坐标的值；

采集所述半挂汽车列车的倒车入位的需求并实时采集铰接角度、参考点偏移距以及入位偏移角数据；

步骤3.2、若半挂汽车列车需要进行右方向倒车入位操作，则执行步骤3.3；若半挂汽车列车需要进行左方向倒车入位操作，则执行步骤3.4；

步骤3.3、方向盘左转至最大转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为负值，则重复步骤3.3；若参考点偏移距为正值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最小角度α₁的差值小于等于临界值Δ，则执行步骤3.4；若参考点与车位上顶边重合时，则执行步骤3.5；

步骤3.4、方向盘右转至最小转动角度时开始倒车，并将方向盘回正；若参考点偏移距为正值，则重复步骤3.4；若参考点偏移距为负值或铰接角度与牵引车倒车可控范围的最大角度α₂的差值小于等于临界值Δ，则执行步骤3.3；若参考点与车位上顶边重合时，执行步骤3.5；

步骤3.5、若入位偏移角在其可控范围之内，则执行步骤3.6；反之，则执行步骤3.9；

步骤3.6、若铰接角度与入位偏移角均为零，则将方向盘回正；若入位偏移角和铰接角度均为负，则执行步骤3.7；若入位偏移角和铰接角度均为正，则执行步骤3.8；若入位偏移角和铰接角度正负异号，则将方向盘回正，直至入位偏移角和铰接角度正负同号后执行步骤3.6；若入位偏移角为零，铰接角度为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8；若铰接角度为零，入位偏移角为负，则执行步骤3.7，反之则执行步骤3.8；

步骤3.7、方向盘右转至最小转动角度时倒车，并将方向盘回正后执行步骤3.6；

步骤3.8、方向盘左转至最大转动角度时倒车，并将方向盘回正后执行步骤3.6；

步骤3.9、当入位偏移角为正时，若铰接角度大于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度小于零，则将方向盘左转至最大转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；

当入位偏移角为负时，若铰接角度小于零，则执行半挂汽车列车的前进操作，直至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6；若铰接角度大于零，则将方向盘右转至最小转动角度后执行半挂汽车列车的前进操作至入位偏移角在其可控范围之内，并执行步骤3.6。

3.根据权利要求1或2所述的诱导控制方法，其特征在于，所述入位偏移角可控范围是按如下步骤确定：

步骤a、在半挂汽车列车倒车入位过程中，设定以参考点和车位上顶点重合且铰接角度为零时的工况为基准工况；

步骤b、首先使半挂汽车列车处于基准工况，然后利用步骤c-步骤f确定入位偏移角可控范围最大角度β₂；再利用步骤g-步骤h确定入位偏移角可控范围最小角度β₁，从而得到所述入位偏移角可控范围为：[β₁,β₂]；

步骤c、方向盘左转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最小角度α₁时，方向盘右转至任一负值角度后，若铰接角度继续减小，则执行步骤d；若铰接角度开始增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤d、方向盘右转后，若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤e、方向盘左转后；若铰接角度减小，则执行步骤d；若铰接角度增大，则执行步骤e；若铰接角度不变，则执行步骤f；

步骤f、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，则增大入位偏移角，并执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，则减小入位偏移角，并执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₂；

步骤g、方向盘右转至最大角度后：

当铰接角度等于牵引车倒车可控范围的最大角度α₂时，方向盘左转至任一正值角度后，若铰接角度继续增大，则执行步骤e；若铰接角度开始减小，则执行步骤d；若铰接角度不变，则执行步骤h；

步骤h、保持方向盘角度不变继续倒车，当入位偏移角为零时，若铰接点纵坐标大于车位上顶边纵坐标，则减小入位偏移角，再执行步骤b；若半挂汽车列车在入位偏移角为零前触碰车位边缘线，则增大入位偏移角，再执行步骤b；若铰接点纵坐标等于车位上顶边纵坐标，则记录相应的入位偏移角为β₁。