CN109976385A - 一种基于加速度的跟随车控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于加速度的跟随车控制方法，涉及智能控制技术领域，包括以下步骤：1.设定跟随车的基站与目标物标签的安全距离L_s、跟随车的最大速度V_max和将跟随车的基站与目标物标签的距离缩短至安全距离L_s的时间缩短量T_v，初始化获取次数i＝0；2.令i＝1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度；3.令i＝i+1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t，同时获取当前跟随车的基站与目标物标签的距离L_i；4.根据跟随车在ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t和时间间隔ΔT_i‑1后的速度计算跟随车的当前加速度A_n；5.根据距离L_i、安全距离L_s、当前速度V_t和时间T_v计算跟随车的预估加速度A_m；6.根据A_m、A_n、V_t和V_max控制跟随车的运动状态；重复步骤3至6。

Description

一种基于加速度的跟随车控制方法

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，具体涉及一种基于加速度的跟随车控制方法。

背景技术

载物车在生活中的职能就是运送货物，比如超市的购物车、图书馆的运货小车等，它们增大了人们的单次搬运容量，提高了工作效率。随着科技与经济的快速发展，人们对生活质量的要求越来越高，于是各类智能设备相继出现，方便了我们的生活。伴随着控制技术的不断发展和成熟，为解放人类双手，使人类无需人力推动载物车，人们开发了一种能自动跟随使用者的载物车，并将其应用在大型商场、超市、图书馆和智能家居等领域，为人们带来更多智能技术的使用体验。

现有的跟随车实现了获取与特定目标的间隔距离，对特定目标进行准确定位跟随，智能判断其行为方式，包括前进、后退、转弯，以实现对特定目标的智能跟随。然而，当特定目标出现突然减速情况时，跟随车可能会由于惯性而撞向特定目标。当特定目标出现突然加速情况时，跟随车可能会由于惯性导致与特定目标的距离超出预先设定的最大距离，使得特跟随车无法自动跟随特定目标，无法保证跟随车的跟随效果。

发明内容

本发明的目的在于：为解决特定目标出现突然加速或突然减速时，跟随车跟随效果差的问题，提供了一种基于加速度的跟随车控制方法，本方法为跟随车提供了一套动力控制的解决方案，使跟随车能在安全距离不远处平缓跟随目标。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于加速度的跟随车控制方法，包括以下步骤：

步骤1：设定跟随车的基站与目标物标签的安全距离L_s、跟随车的最大速度V_max和将跟随车的基站与目标物标签的距离缩短至安全距离L_s的时间缩短量T_v，初始化获取次数i＝0；

步骤2：令获取次数i＝1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度；ΔT_i表示霍尔信号产生两个相邻脉冲的时间；

步骤3：令获取次数i＝i+1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t，同时获取当前跟随车的基站与目标物标签的距离L_i；

步骤4：根据跟随车在ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t和时间间隔ΔT_i-1后的速度，计算跟随车的当前加速度A_n；

步骤5：根据距离L_i、安全距离L_s、当前速度V_t和时间T_v计算跟随车的预估加速度A_m；

步骤6：根据预估加速度A_m、当前加速度A_n、当前速度V_t以及最大速度V_max控制跟随车的运动状态；

重复步骤3至6。

具体地，跟随车的预估加速度A_m的计算公式如下：

A_m＝2*(L_i-L_s-V_t*T_v)/T_v ²。

具体地，跟随车的当前加速度A_n的计算公式如下：

A_n＝(V_t-V₀)/(ΔT_i-ΔT_i-1)

其中，V_t表示跟随车的当前速度，V₀表示跟随车在经过ΔT_i-1时间间隔后的速度。

具体地，所述跟随车的运动状态控制步骤如下：

步骤6.1：若A_m＜0或V_t＞V_max，则根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车，反之则进入步骤6.2；

步骤6.2：若A_m＝0，则使跟随车以当前速度V_t保持前行，反之则进入步骤6.3；

步骤6.3：若A_m≥A_n，则根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度，反之则进入步骤6.4；其中，加速度差值D_v1＝A_m-A_n；

步骤6.4.若A_m＜A_n，则根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车；其中，加速度差值D_v2＝A_n-A_m。

具体地，所述步骤6.1中，根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询A类条件规定表中预估加速度A_m所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值P，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值；所述A类条件规定表如下：

其中，X₁、X₂、X₃、X₄均为划分加速度A_m大小参考值范围的边界值，且满足X₁＜X₂＜X₃＜X₄；G_xa、G_xb、G_xc分别表示加速度A_m满足X₁≤A_m＜X₂时跟随车所需减少的动力值、满足X₂≤A_m＜X₃时跟随车所需减少的动力值、满足X₃≤A_m≤X₄时跟随车所需减少的动力值，p表示条件阈值P的取值。

具体地，所述步骤6.3中，根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度具体方法为：查询B类条件规定表中加速度差值D_v1所在的参考值范围对应的需要增加的动力值，使跟随车增加对应的动力值；所述B类条件规定表如下：

加速度差值D<sub>v1</sub>	需要增加的动力值
		Y<sub>1</sub>≤D<sub>v1</sub>＜Y<sub>2</sub>	G<sub>Ya</sub>
Y<sub>2</sub>≤D<sub>v1</sub>＜Y<sub>3</sub>	G<sub>Yb</sub>
		Y<sub>3</sub>≤D<sub>v1</sub>≤Y<sub>4</sub>	G<sub>Yc</sub>

其中，Y₁、Y₂、Y₃、Y₄均为划分加速度差值D_v1大小参考值范围的边界值，且满足Y₁＜Y₂＜Y₃＜Y₄；G_Ya、G_Yb、G_Yc分别表示加速度差值D_v1满足Y₁≤D_v1＜Y₂时跟随车所需增加的动力值、满足Y₂≤D_v1＜Y₃时跟随车所需增加的动力值、满足Y₃≤D_v1≤Y₄时跟随车所需增加的动力值。

具体地，所述步骤6.4中，根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询C类条件规定表中加速度差值D_v2所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值Q，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值；所述C类条件规定表包括：

其中，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄均为划分加速度差值D_v2大小参考值范围的边界值，且满足Z₁＜Z₂＜Z₃＜Z₄；G_za、G_zb、G_zc分别表示加速度差值D_v2满足Z₁≤D_v2＜Z₂时跟随车所需减少的动力值、满足Z₂≤D_v2＜Z₃时跟随车所需减少的动力值、满足Z₃≤D_v2≤Z₄时跟随车所需减少的动力值；q表示条件阈值Q的取值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过采集车辆行驶数据，再基于对车上基站到标签位置的距离的检测，计算出跟随车当前运动的加速度和跟随车以后运动所需加速度，根据各计算出的数据，使跟随车自动切换自身的运动状态更为平缓，保证了跟随车的跟随效果。本方法运算工作量小，为跟随车提供了更好的运动控制方案。

2、本发明中，通过设置当前跟随车运行的最大速度，在跟随车超过最大速度时就控制车减速或刹车，保证了跟随车不会速度过快而造成安全问题。

3、本发明中，增加和减少的动力通过依据条件判定表所得，可以更加直观看到动力增加或者减少的幅度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明的计算当前加速度的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本发明较佳实施例提供的一种基于加速度的跟随车控制方法，如图1和2所示，包括以下步骤：

步骤1：设定跟随车的基站与目标物标签的安全距离L_s、跟随车的最大速度V_max和将跟随车的基站与目标物标签的距离缩短至安全距离L_s的时间缩短量T_v，初始化历史速度V₀、当前速度V_t和获取次数i＝0。

步骤2：令获取次数i＝1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度；ΔT_i表示霍尔信号产生两个相邻脉冲的时间，霍尔信号产生两个相邻脉冲时，跟随车行驶的距离为固定值S。具体如下：

第一次获取跟随车行驶数据ΔT₁和L₁，当前速度V_t＝V₁＝S/ΔT₁。其中，V₁表示根据固定距离S和时间间隔ΔT₁计算得到的跟随车当前速度，L₁表示当前跟随车的基站与目标物标签的距离。跟随车上安装有用于测量跟随车行驶速度的霍尔传感器，跟随车行驶过程中，霍尔信号产生两个相邻脉冲的时间间隔不一定相同。跟随车行驶速度越快，产生两个霍尔信号的时间间隔越短；跟随车行驶速度越慢，产生两个霍尔信号的时间间隔越长。

步骤3：令获取次数i＝i+1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t，同时获取当前跟随车的基站与目标物标签的距离L_i。具体如下：

第i次采集跟随车行驶数据ΔT_i和L_i，当前速度V_t＝V_i＝S/ΔT_i、历史速度V₀＝V_i-1。其中，V_i表示跟随车经过ΔT_i时间间隔后的当前速度，V_i-1表示跟随车经过ΔT_i-1时间间隔后的速度。

步骤4：根据跟随车在ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t和时间间隔ΔT_i-1后的速度，计算跟随车的当前加速度A_n。当前加速度A_n的计算公式如下：

A_n＝(V_t-V₀)/(ΔT_i-ΔT_i-1)。

其中，V_t表示跟随车的当前速度，V₀表示跟随车在经过ΔT_i-1时间间隔后的速度。

步骤5：根据距离L_i、安全距离L_s、当前速度V_t和时间缩短量T_v计算跟随车的预估加速度A_m，预估加速度A_m的计算公式如下：

A_m＝2*(L_i-L_s-V_t*T_v)/T_v ²。

步骤6：根据预估加速度A_m、当前加速度A_n、当前速度V_t以及最大速度V_max控制跟随车的运动状态。跟随车的运动状态控制步骤如下：

步骤6.1：若A_m＜0或V_t＞V_max，则根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车，反之则进入步骤6.2。

根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询A类条件规定表中预估加速度A_m所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值P，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值。A类条件规定表如下：

其中，X₁、X₂、X₃、X₄均为划分加速度A_m大小参考值范围的边界值，且满足X₁＜X₂＜X₃＜X₄；G_xa、G_xb、G_xc分别表示加速度A_m满足X₁≤A_m＜X₂时跟随车所需减少的动力值、满足X₂≤A_m＜X₃时跟随车所需减少的动力值、满足X₃≤A_m≤X₄时跟随车所需减少的动力值，p表示条件阈值P的取值。

步骤6.2：若A_m＝0，则使跟随车以当前速度V_t保持前行，反之则进入步骤6.3。

步骤6.3：若A_m≥A_n，则根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度，反之则进入步骤6.4；其中，加速度差值D_v1＝A_m-A_n。

根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度具体方法为：查询B类条件规定表中加速度差值D_v1所在的参考值范围对应的需要增加的动力值，使跟随车增加对应的动力值。B类条件规定表如下：

加速度差值D<sub>v1</sub>	需要增加的动力值
		Y<sub>1</sub>≤D<sub>v1</sub>＜Y<sub>2</sub>	G<sub>Ya</sub>
Y<sub>2</sub>≤D<sub>v1</sub>＜Y<sub>3</sub>	G<sub>Yb</sub>
		Y<sub>3</sub>≤D<sub>v1</sub>≤Y<sub>4</sub>	G<sub>Yc</sub>

其中，Y₁、Y₂、Y₃、Y₄均为划分加速度差值D_v1大小参考值范围的边界值，且满足Y₁＜Y₂＜Y₃＜Y₄；G_Ya、G_Yb、G_Yc分别表示加速度差值D_v1满足Y₁≤D_v1＜Y₂时跟随车所需增加的动力值、满足Y₂≤D_v1＜Y₃时跟随车所需增加的动力值、满足Y₃≤D_v1≤Y₄时跟随车所需增加的动力值。

步骤6.4.若A_m＜A_n，则根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车；其中，加速度差值D_v2＝A_n-A_m。

根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询C类条件规定表中加速度差值D_v2所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值Q，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值。C类条件规定表包括：

其中，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄均为划分加速度差值D_v2大小参考值范围的边界值，且满足Z₁＜Z₂＜Z₃＜Z₄；G_za、G_zb、G_zc分别表示加速度差值D_v2满足Z₁≤D_v2＜Z₂时跟随车所需减少的动力值、满足Z₂≤D_v2＜Z₃时跟随车所需减少的动力值、满足Z₃≤D_v2≤Z₄时跟随车所需减少的动力值；q表示条件阈值Q的取值。

重复步骤3至6。

本方法的具体应用如下：

跟随车包括有控制系统、测速系统等，测速系统包含在跟随车上某一固定位置处设置的超宽带UWB定位基站。在人手上佩戴设置有超宽带UWB定位标签的手环，超宽带UWB定位基站和超宽带UWB定位标签均采用超宽带无线通信的实时定位装置。当佩戴着该手环的人移动时，超宽带UWB定位标签向超宽带UWB定位基站发送UWB信号，超宽带UWB定位基站根据接收到的UWB信号计算跟随车预估加速度A_m、当前加速度A_n、当前速度V_t以及计算出当前速度V_t所用时间，跟随车的控制系统根据预估加速度A_m、当前加速度A_n、当前速度V_t以及最大速度V_max，再结合A类、B类、C类条件规定表中数据控制跟随车的运动状态。

如图1所示，若满足A_m＜0或V_t＞V_max，则查询A类条件规定表中加速度A_m所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于数值p，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值。若不满足A_m＜0或V_t＞V_max，则判断预估加速度A_m＝0是否成立。若A_m＝0，则控制车以当前车速保持前行，反之则判断A_m≥A_n是否成立。若A_m≥A_n成立，则查询B类条件规定表中加速度差值D_v1所在的参考值范围对应的需要增加的动力值，使跟随车增加对应的动力值。若A_m≥A_n不成立，则判断A_m＜A_n是否成立，若成立，则查询C类条件规定表中加速度差值D_v2所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于数值q，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值。本方法以10Hz频率控制跟随车的动力使控制更加精确。

采用本方法的跟随车，不需要人工驾驶或者推拉车辆，自动跟随人行驶，解放了人的双手，同时也降低了工作强度。通过采用超宽带无线通信，使得跟随车跟随人不受天气的影响。超宽带UWB定位标签可方便放在人身上的任何地方，做成手环的方式带在手上，或者做成手持机的方式放在衣兜、包等，携带方便。通过超宽带UWB定位基站和超宽带UWB定位标签采集车辆行驶数据计算出跟随车行驶距离、当前速度、当前加速度和预估加速度，控制系统根据各计算出的数据控制跟随车切换自身的运动状态更为平缓，保证了跟随车的跟随效果。本方法运算工作量小，为跟随车提供了更好的运动控制方案。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设定跟随车的基站与目标物标签的安全距离L_s、跟随车的最大速度V_max和将跟随车的基站与目标物标签的距离缩短至安全距离L_s的时间缩短量T_v，初始化获取次数i＝0；

步骤2：令获取次数i＝1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度；ΔT_i表示霍尔信号产生两个相邻脉冲的时间；

步骤3：令获取次数i＝i+1，获取跟随车在经过ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t，同时获取当前跟随车的基站与目标物标签的距离L_i；

步骤4：根据跟随车在ΔT_i时间间隔后的当前速度V_t和时间间隔ΔT_i-1后的速度，计算跟随车的当前加速度A_n；

步骤5：根据距离L_i、安全距离L_s、当前速度V_t和时间T_v计算跟随车的预估加速度A_m；

步骤6：根据预估加速度A_m、当前加速度A_n、当前速度V_t以及最大速度V_max控制跟随车的运动状态；

重复步骤3至6。

2.根据权利要求1所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，跟随车的预估加速度A_m的计算公式如下：

A_m＝2*(L_i-L_s-V_t*T_v)/T_v ²。

3.根据权利要求1所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，跟随车的当前加速度A_n的计算公式如下：

A_n＝(V_t-V₀)/ΔT_i-ΔT_i-1

其中，V_t表示跟随车的当前速度，V₀表示跟随车在经过ΔT_i-1时间间隔后的速度。

4.根据权利要求1所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，所述跟随车的运动状态控制步骤如下：

步骤6.1：若A_m＜0或V_t＞V_max，则根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车，反之则进入步骤6.2；

步骤6.2：若A_m＝0，则使跟随车以当前速度V_t保持前行，反之则进入步骤6.3；

步骤6.3：若A_m≥A_n，则根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度，反之则进入步骤6.4；其中，加速度差值D_v1＝A_m-A_n；

步骤6.4.若A_m＜A_n，则根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车；其中，加速度差值D_v2＝A_n-A_m。

5.根据权利要求4所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，所述步骤6.1中，根据跟随车预估加速度A_m的大小来控制减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询A类条件规定表中预估加速度A_m所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值P，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值；所述A类条件规定表如下：

其中，X₁、X₂、X₃、X₄均为划分加速度A_m大小参考值范围的边界值，且满足X₁＜X₂＜X₃＜X₄；G_Xa、G_Xb、G_Xc分别表示加速度A_m满足X₁≤A_m＜X₂时跟随车所需减少的动力值、满足X₂≤A_m＜X₃时跟随车所需减少的动力值、满足X₃≤A_m≤X₄时跟随车所需减少的动力值，p表示条件阈值P的取值。

6.根据权利要求4所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，所述步骤6.3中，根据加速度差值D_v1的大小来控制跟随车增加加速度的幅度具体方法为：查询B类条件规定表中加速度差值D_v1所在的参考值范围对应的需要增加的动力值，使跟随车增加对应的动力值；所述B类条件规定表如下：

加速度差值D_v1 需要增加的动力值 Y₁≤D_v1＜Y₂ G_Ya Y₂≤D_v1＜Y₃ G_Yb Y₃≤D_v1≤Y₄ G_Yc

其中，Y₁、Y₂、Y₃、Y₄均为划分加速度差值D_v1大小参考值范围的边界值，且满足Y₁＜Y₂＜Y₃＜Y₄；G_Ya、G_Yb、G_Yc分别表示加速度差值D_v1满足Y₁≤D_v1＜Y₂时跟随车所需增加的动力值、满足Y₂≤D_v1＜Y₃时跟随车所需增加的动力值、满足Y₃≤D_v1≤Y₄时跟随车所需增加的动力值。

7.根据权利要求4所述的一种基于加速度的跟随车控制方法，其特征在于，所述步骤6.4中，根据加速度差值D_v2的大小来控制跟随车减少加速度的幅度或者刹车的具体方法为：查询C类条件规定表中加速度差值D_v2所在的参考值范围对应的需要减少的动力值，若该动力值大于预设的条件阈值Q，则直接刹车，反之则使跟随车减少对应的动力值；所述C类条件规定表包括：

其中，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄均为划分加速度差值D_v2大小参考值范围的边界值，且满足Z₁＜Z₂＜Z₃＜Z₄；G_Za、G_Zb、G_Zc分别表示加速度差值D_v2满足Z₁≤D_v2＜Z₂时跟随车所需减少的动力值、满足Z₂≤D_v2＜Z₃时跟随车所需减少的动力值、满足Z₃≤D_v2≤Z₄时跟随车所需减少的动力值；q表示条件阈值Q的取值。