算获得跟随车辆（R,)根据参考轨迹 所需控制的线速度（(V 1)和角速度（ω)，公式（F-3)如下：
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[0159] 其中，k4、k5、k6、1均为正实数，Φ ljd和I ljd分别表示领航车辆（R J和跟随车辆 (R)期望的角度和车间距，
[0160] 位姿误I )
[0161] 尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的 具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性 的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围 的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。
【主权项】
1. 一种基于信息物理网的车队编队控制装置，其中，所述车队包括领航车辆（R1)和跟 随车辆（R,)，设在车队中的每辆车狀、R,)上的所述车队智能避障装置包括车外传感器模 块（1)、GPS定位模块（2)、无线通信模块（3)和中央处理单元模块（4)，其中， 车外传感器模块（1)包括用于检测前方障碍物的红外传感器（5)和用于检测车行驶速 度的速度传感器（6); GPS定位模块（2)安装在每辆车（&、R,)前端中间位置用于实时采集所述车的位置信 息且同步时间； 所述无线通信模块（3)包括无线网卡和无线路由器用于与所述车队中的其他车辆建 立网络连接； 用于实现通信和应用协议的所述中央处理单元模块（4)通过所述无线通信模块（2)接 收车辆的速度、位置信息并处理，其中，当红外传感器（5)检测前方存在障碍物，所述中央 处理单元模块⑷通过公式（F-I)计算获得跟随车辆（R,)的线速度（ V])和角速度（《)， 公式（F-I)如下：? ? yij= 0 ykj= 0k-0p~=〇；2(< -~），ai、（^为 常数，L为领航车辆（R1)和跟随车辆（R,)之间的相对距离，d表示跟随车辆（R,)质心到轴 心的距离，其中定义虚拟车辆Rk，它以恒定线速度Vk相切于障碍物的方向0 k沿着障碍物运 动，即9 k的运动方向Vk始终垂直于R j与虚拟车辆Rk的连线S jk，S jk表示跟随车辆（R j) 与障碍物间的最近距离，9k为虚拟车辆RdS切于障碍物的方向，9 P 9 Av别是领航车辆 (R1)和跟随车辆（R,)的角度，'、'分别是领航车辆（R 1)和跟随车辆（R,)的线速度，^和 L分别表示领航车辆（R1)和跟随车辆（R,)间相对角度和距离；跟随车辆（R,)通过CAN总 线将中央处理单元模块（4)获得的线速度（ v])和角速度发送到车辆控制器（7)进行 调整跟随车辆（Rj)的线速度（Vj)和角速度（Q j)从而确保车队在编队的情况下进行避障； 当红外传感器（5)检测前方不存在障碍物，所述中央处理单元模块（4)通过公式（F-2) 计算获得领航车辆（R1)根据参考轨迹所需控制的线速度（V1)和角速度（％)，公式（F-2) 如下：其中，分别为参考轨迹的线速度和角速度，e、k2、k3均为正常数，O < a < 1，位 姿误差e;=[xif；，yif；，0Jt收敛到零，所述中央处理单元 模块⑷通过公式（F-3)计算获得跟随车辆（R,)根据参考轨迹所需控制的线速度（(V])和 角速度（Qj)，公式（F-3)如下：其中，1^4、1^、1^6、1^均为正实数，11^(1和1^ (1分别表示领航车辆（1?1)和跟随车辆（1^)期 望的角度和车间距，2. 如权利要求1所述的一种基于信息物理网的车队编队控制装置，其中，车外传感器 模块（1)在车辆（RpR^左前侧和右前侧分别安装红外传感器（5)用于检测前方障碍物，在 车轮轴上安装速度传感器（6)用于检测车辆（RpR,)行驶的速度。3. 如权利要求1所述的一种基于信息物理网的车队编队控制装置，其中，GPS定位模块 (2)含有GPS天线及转接线，其供电电压为5V。4. 如权利要求1所述的一种基于信息物理网的车队编队控制装置，其中，所述无线通 信模块（3)采用FPV5.8G200丽发送接收套装，其供电电压均为12V。5. 如权利要求1所述的一种基于信息物理网的车队编队控制装置，其中，所述中央处 理单元模块（4)为嵌入式DSP处理单元。6. -种基于信息物理网的车队编队控制方法，其中， 第一步骤（SI)中，将所述车队编队，其中所述车队包括领航车辆（R1)和跟随车辆（R,)， 设在车队中的每辆车（RpR,)上的所述车队智能避障装置包括车外传感器模块（1)、GPS定 位模块（2)、无线通信模块（3)和中央处理单元模块（4)，其中， 车外传感器模块（1)包括用于检测前方障碍物的红外传感器（5)和用于检测车行驶速 度的速度传感器（6); GPS定位模块（2)安装在每辆车（&、R,)前端中间位置用于实时采集车的位置信息且 同步时间； 所述无线通信模块（3)包括无线网卡和无线路由器用于与所述车队中的其他车辆建 立网络连接； 用于实现通信和应用协议的所述中央处理单元模块（4)通过无线通信模块（2)接收车 辆的速度、位置信息并处理； 第二步骤（S2)中，红外传感器（5)检测前方是否存在障碍物，如果存在障碍物，执行第 三步骤，如果不存在障碍物，执行第四步骤； 第三步骤（S3)中，所述中央处理单元模块（4)建立坐标系，并通过公式（F-I)计算获 得跟随车辆（Rj)的线速度（Vj)和角速度（Qj)，公式（F-I)如下：? ? 丫i j = 9 i+边i.厂9 j、丫kj = 9 k_ 9 j、'"=辽丨-~=汉2 (\ _ ~），a I、a 2为 常数，L为领航车辆（R1)和跟随车辆（R,)之间的相对距离，d表示跟随车辆（R,)质心到轴 心的距离，其中定义虚拟车辆Rk，它以恒定线速度Vk相切于障碍物的方向0 k沿着障碍物运 动，即9 k的运动方向Vk始终垂直于R j与虚拟车辆Rk的连线S jk，S jk表示跟随车辆（R j) 与障碍物间的最近距离，9 k为虚拟车辆9 ^目切于障碍物的方向，9 P 9 Av别是领航车辆 (R1)和跟随车辆（R,)的角度，'、'分别是领航车辆（R 1)和跟随车辆（R,)的线速度，^和 L分别表示领航车辆（R1)和跟随车辆（R,)间相对角度和距离，跟随车辆（R,)通过CAN总 线将中央处理单元模块（4)获得的线速度（ v])和角速度发送到车辆控制器（7)进行 调整跟随车辆（Rj)的线速度（Vj)和角速度（Q j)从而确保车队在编队的情况下进行避障； 第四步骤（S4)中，所述中央处理单元模块（4)通过公式（F-2)计算获得领航车辆（R 1) 根据参考轨迹所需控制的线速度（V1)和角速度（W1)，公式（F-2)如下：W1^分别为参考轨迹的线速度和角速度，e、k2、k3均为正常数，O < a < 1 位姿误差ei = [xie，yie，0 Jt收敛到零，所述中央处理单元模块（4)通过公式（F-3)计算获得跟随车辆（R,)根据参考轨迹所 需控制的线速度（(V])和角速度，公式（F-3)如下：其中，1^4、1^、1^6、1^均为正实数，11)1(?(1和1^ (1分别表示领航车辆（1?1)和跟随车辆（1^)期 望的角度和车间距，7. 如权利要求6所述的一种基于信息物理网的车队编队控制方法，其中，车外传感器 模块（1)在车辆（Ri、R])左前侧和右前侧分别安装红外传感器（5)用于检测前方障碍物，在 车轮轴上安装速度传感器（6)用于检测车辆（RpR,)行驶的速度。8. 如权利要求6所述的一种基于信息物理网的车队编队控制方法，其中，GPS定位模块 (2)含有GPS天线及转接线，其供电电压为5V。9. 如权利要求6所述的一种基于信息物理网的车队编队控制方法，其中，所述无线通 信模块（3)采用FPV5.8G200丽发送接收套装，其供电电压为12V。10. 如权利要求6所述的一种基于信息物理网的车队编队控制方法，其中，所述中央处 理单元模块（4)为嵌入式DSP处理单元。
【专利摘要】一种基于信息物理网的车队编队控制装置和编队控制方法，其中，所述车队包括领航车辆(Ri)和跟随车辆(Rj)，设在车队中的每辆车(Ri、Rj)上的所述车队智能避障装置包括车外传感器模块(1)、GPS定位模块(2)、无线通信模块(3)和中央处理单元模块(4)，用于实现通信和应用协议的所述中央处理单元模块(4)通过无线通信模块(2)接收车辆的速度、位置信息并处理，当红外传感器(5)检测前方存在障碍物，所述中央处理单元模块(4)通过公式计算获得领航车辆(Ri)、跟随车辆(Rj)的线速度和角速度，领航车辆(Ri)、跟随车辆(Rj)通过CAN总线将获得的线速度(vj)和角速度(ωj)发送到车辆控制器(7)确保车队保持编队行进。
【IPC分类】G05D27/02
【公开号】CN105138044
【申请号】CN201510401951
【发明人】李宏峰, 高振清, 续明进
【申请人】北京印刷学院
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年7月10日