半挂汽车列车倒车控制方法及控制器、系统、半挂汽车与流程

1.本技术涉及车辆控制技术领域，具体涉及半挂汽车列车倒车控制方法及控制器、系统、半挂汽车。


背景技术：

2.随着人工智能和自动驾驶技术的不断成熟，在干线物流、港口、矿山、园区等场景下的商用车自动驾驶应用范围不断扩大。半挂汽车列车因为载重量大、运输效率高、成本低以及节油效果好等原因，已经成为物流货物运输的主力；在港口封闭场景中半挂集装箱卡车更是不二之选。在港口和园区的应用场景中，半挂汽车列车需要在较低车速情况下高精度地自动跟踪参考路径，实现精准地倒车入位。
3.半挂汽车列车系统由牵引车和挂车组成，二者之间通过牵引鞍座和牵引销实现连接。半挂汽车列车在前向行驶时的动力学状态是开环稳定地，但是在倒车时，即使在低速情况下，运动学模型仍然具有非线性、不稳定和不确定的特点。倒车时的运动学和动力学状态是开环不稳定的，容易发生碰撞、折叠等现象，从而难以实现高精度、跟踪预定轨迹实现倒车入位。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了半挂汽车列车倒车控制方法及控制器、系统、半挂汽车，解决了现有技术中半挂汽车列车在倒车过程中难以实现高精度、跟踪预定轨迹实现倒车入位。
5.作为本技术的第一方面，本技术提供了一种半挂汽车列车倒车控制方法，包括：构建半挂汽车列车的牵引车-挂车运动学模型，其中，所述牵引车-半挂车运动学模型至少包括所述半挂汽车列车的几何参数；获取挂车的当前挂车位姿以及所述挂车的倒车参考轨迹；根据所述挂车的所述倒车参考轨迹、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；根据所述挂车的倒车参考轨迹确定所述牵引车的参考车速；获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作。
6.本技术的半挂汽车列车倒车控制方法，基于倒车参考轨迹以及挂车位姿计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪；与此同时，根据牵引车的车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作，从而可以控制牵引车在倒车时的实际车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪，即本技术提供的半挂汽车列车倒车控制方法基于倒车参考轨迹，分别以速度以及路径两个路
径协同作用，实现对倒车参考轨迹的跟踪，提高了倒车过程中对参考轨迹的跟踪精确度，从而提高了半挂汽车列车的倒车稳定性；另外半挂列车工作在需要不同倒车速度的应用场景时，均可以基于倒车参考轨迹实现精准倒车入位。
7.在本技术一实施例中，所述根据所述挂车的所述倒车参考轨迹、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，包括：根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角；基于所述牵引车-挂车运动学模型，根据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角。
8.在本技术一实施例中，所述根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角，包括：获取牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算挂车后轴中心与投影点的法向距离以及挂车的航向角和投影点航向角的差值，其中所述投影点为所述倒车参考轨迹上与挂车后轴中心之间的直线距离最短的轨迹点；根据所述挂车后轴中心与所述投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、所述投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角。可通过计算横向误差以及航向误差，并根据横向误差以及航向误差计算期望牵引车-挂车夹角。
9.在本技术一实施例中，在所述根据所述挂车后轴中心与所述投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、所述投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角之后，所述根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角还包括：根据所述挂车的倒车参考轨迹确定所述倒车参考轨迹的曲率；根据所述倒车参考轨迹的曲率，对所述牵引车-挂车的期望夹角进行补偿，以确定牵引车-挂车的补偿后的期望夹角；其中，所述基于所述牵引车-挂车运动学模型，根据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角，包括：获取所述牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，并基于所述牵引车-挂车运动学模型，根据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角。在计算牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
时，根据系统前馈向量(参考倒车轨迹中的投影点的投影点曲率)对期望牵引车-挂车夹角进行补偿，保证牵引车-挂车系统更好的跟踪曲线倒车轨迹，以达到满足不同参考倒车轨迹的需求。
10.在本技术一实施例中，所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，包括：获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定所述牵引车的期望加速度；根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力。当确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作，以使得牵引车的当前车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪。
11.在本技术一实施例中，在所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定所述牵引车的期望加速度和所述根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力之间，所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力还包括：获取所述牵引车行驶的道路的当前坡度，并根据所述当前坡度对所述牵引车的期望加速度进行补偿，以确定经过补偿后的牵引车的期望加速度；其中，所述根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力，包括：根据预设标定表、经过补偿后的牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力。通过加入倒车过程中道路的坡度来补偿牵引车的期望加速度，可以完成不同坡度下的速度跟踪，进一步基于倒车参考轨迹实现精准倒车入位。
12.在本技术一实施例中，所述半挂汽车列车的几何参数包括：牵引车轴距、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离、牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离。考虑了牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离这一导致系统非线性的重要因素，因此，降低了倒车时的系统误差，提高了倒车时的系统稳定性，从而提高了倒车过程中轨迹跟随效果。
13.作为本技术的第二方面，本技术还提供了一种半挂汽车列车倒车控制器，包括：模型构建模块，用于构建半挂汽车列车的牵引车-挂车运动学模型；数据获取模块，用于获取挂车的当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角、所述牵引车的当前车速、当前坡度以及倒车参考轨迹；横向控制器，用于根据所述挂车的倒车参考轨迹、、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；纵向控制器，用于根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作。
14.作为本技术的第二方面，本技术还提供了一种半挂汽车列车控制系统，包括：上述所述的半挂汽车列车倒车控制器；前轮转动驱动系统，用于驱动所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；油门系统，用于执行所述期望油门开度；和/或刹车系统，用于执行所述期望制动压力；其中，所述半挂汽车列车倒车控制器分别与所述前轮转动驱动系统、所述油门系统以及所述刹车系统通信连接。
15.作为本技术的第三方面，本技术还提供了一种半挂汽车列车，包括上述所述的半挂汽车列车控制系统。
附图说明
16.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其他目标、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
17.图1所示为本技术一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
18.图2所示为半挂汽车列车系统的示意图。
19.图3所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
20.图4所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
21.图5所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
22.图6所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
23.图7所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图。
24.图8所示为本技术一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制器的工作原理图。
25.图9所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制器的工作原理图。
26.图10所示为本技术另一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制器的工作原理图。
27.图11所示为本技术一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制系统的工作原理图。
28.图12所示为本技术一实施例提供的测试系统的工作原理图。
29.图13所示为采用本技术所述的控制方法对牵引车-挂车系统的横向控制时，牵引车-挂车夹角随时间变化曲线示例。
30.图14所示为采用本技术的一种半挂汽车列车倒车控制方法对牵引车-挂车系统的横向控制以及纵向控制时，倒车参考轨迹和挂车实际运行轨迹。
31.图15所示为本技术一实施例提供的电子设备的工作原理图。
具体实施方式
32.本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
33.另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
34.申请概述
35.半挂汽车列车系统由牵引车和挂车组成，二者之间通过牵引鞍座和牵引销实现连
接。半挂汽车列车在正向行驶时的动力学状态是开环稳定地，但是在倒车时，即使在低速情况下，运动学模型仍然具有非线性、不稳定和不确定的特点。
36.现有技术中的半挂汽车列车系统轨迹跟踪控制技术，大多针对其正向行驶过程，在正向行驶过程中，除了较大牵引车前轮转角的情况，牵引车-挂车夹角变化率小于0，整体系统趋于稳定。但是由于半挂汽车列车系统在正向行驶和倒车状态下，牵引车-挂车夹角的变化趋势不同，体现出整体运动的“非对称性”。因此在倒车过程中，即使不做任何操作，牵引车-挂车铰接角变化率大于0，使得牵引车-挂车铰接角变大，整体系统发散。
37.为了实现跟踪预定轨迹实现倒车入位，以半挂汽车列车系统运动学方程为基础，通过最优化理论对系统运动轨迹和参考轨迹误差进行优化从而计算控制量，但是计算量过大，无法满足车载设备实时性要求；因此，基于分层控制的方法来控制半挂卡车倒车被提出，分层控制即将横向控制分为上层控制器和下层控制器两部分，上层控制器的输出为期望挂车横摆率，下层控制器的输入为期望牵引车横摆率，采用分层控制的方法来控制控制半挂卡车倒车虽然计算量小，以期望挂车横摆率和期望牵引车横摆率分别作为上层控制器的输出和下层控制器的输入，一方面很难考虑考虑牵引车-挂车夹角约束，另一方面在低速时二者的转换过程容易引入较大误差。
38.因此，本技术提供了一种半挂汽车列车倒车控制方法，基于倒车参考轨迹以及挂车位姿计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪，即可实现对牵引车-挂车系统的横向控制；与此同时，根据牵引车的车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作，从而可以控制牵引车在倒车时的实际车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪，即可实现对牵引车-挂车系统的纵向控制；即本技术提供的半挂汽车列车倒车控制方法基于倒车参考轨迹，分别以速度跟踪以及路径跟踪两个路径协同作用，实现对倒车参考轨迹的跟踪，提高了倒车过程中对参考轨迹的跟踪精确度，从而提高了半挂汽车列车的倒车稳定性；另外半挂列车工作在需要不同倒车速度的应用场景时，均可以基于倒车参考轨迹实现精准倒车入位。
39.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.作为本技术的第一方面，本技术提供可一种半挂汽车列车倒车控制方法，图1所示为本技术一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制方法的流程示意图，如图1所示，该半挂汽车列车倒车控制方法包括如下步骤：
41.步骤s1：构建牵引车-挂车运动学模型，其中，牵引车-半挂车运动学模型至少包括半挂汽车列车的几何参数。
42.可选的，半挂汽车列车的几何参数包括：
43.牵引车轴距、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离。其中，牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离是导致半挂汽车列车系统运动的非线性特性的重要因素。即本技术构建的牵引车-挂车
运动学模型充分考虑了半挂汽车列车系统运动的非线性特性，降低了系统误差，提高了系统稳定性，从而提高了倒车过程中轨迹跟随效果。
44.具体的，图2所示为半挂汽车列车系统的示意图，在图2中，v：牵引车后轴中心速度(未示出)；v
t
：挂车后轴中心速度(未示出)；φ：牵引车前轮与牵引车纵向方向夹角；牵引车前轮转角，近似认为θ1：牵引车的航向角，即：牵引车的纵向方向与x轴夹角；(x,y)：牵引车后轴中心在惯性系下的坐标(x为横坐标、y为纵坐标)；θ2：挂车的航向角，即：挂车的纵向方向与x轴夹角；ψ：牵引车-挂车夹角，定义如下：ψ＝θ
2-θ1；(x
t
,y
t
)：挂车后轴中心在惯性系下的坐标；l：牵引车轴距，即：牵引车前轮中心与牵引车后轴中心的纵向距离；l1：牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离；l2：牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；k1：牵引车运动轨迹的曲率；k2：挂车运动轨迹的曲率。
45.构建牵引车的运动学模型，该牵引车运动学模型为：
[0046][0047]
其中，v：牵引车后轴中心速度；θ1：牵引车的航向角；牵引车前轮转角；l：牵引车轴距
[0048]
构建挂车的运动学模型，该挂车的运动学模型为：
[0049][0050]
其中，θ2：挂车的航向角；ψ：牵引车-挂车夹角；牵引车前轮转角；l1：牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离；l2：牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；l：牵引车轴距；v：牵引车后轴中心速度；v
t
：挂车后轴中心速度。
[0051]
在构建牵引车-挂车的运动学模型时，考虑了牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1这一导致系统非线性的重要因素，因此，降低了系统误差，提高了系统稳定性，从而提高了倒车过程中轨迹跟随效果。
[0052]
s2：获取挂车的当前挂车位姿以及挂车的倒车参考轨迹；
[0053]
具体的，挂车的倒车参考轨迹为上游轨迹规划模块输出。
[0054]
具体的，挂车的当前挂车位姿可以包括挂车后轴中心在惯性系下的坐标(x
t
,y
t
)和挂车的航向角θ2。
[0055]
s3：根据挂车的倒车参考轨迹、当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动；
[0056]
当计算得到牵引车的期望前轮转角后，该期望前轮转角则用于控制牵引车的前轮
以期望前轮转角转动，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪，以使得牵引车-挂车系统沿着倒车参考轨迹行驶，即可实现对牵引车-挂车系统的横向控制。
[0057]
s4：根据挂车的倒车参考轨迹确定牵引车的参考车速；
[0058]
s5：根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作。
[0059]
当确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作，以使得牵引车的当前车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪，即可实现对牵引车-挂车系统的纵向控制。
[0060]
本技术提供的半挂汽车列车倒车控制方法基于倒车参考轨迹，分别以速度以及路径两个路径协同作用，实现对倒车参考轨迹的跟踪，提高了倒车过程中对参考轨迹的跟踪精确度，从而提高了半挂汽车列车的倒车稳定性；另外半挂列车工作在需要不同倒车速度的应用场景时，均可以基于倒车参考轨迹实现精准倒车入位。
[0061]
在本技术一实施例中，采用步骤s3的方式对牵引车-挂车系统的横向控制方式可以采用以下具体的控制方式，如图3所示，s3(根据挂车的倒车参考轨迹、当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角)具体包括如下步骤：
[0062]
s31：根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角；
[0063]
具体的，如图2所示，根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿计算牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
。
[0064]
s32：基于牵引车-挂车运动学模型，根据牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车的期望夹角，计算牵引车的期望前轮夹角。
[0065]
具体的，如图2所示，牵引车-挂车的当前夹角ψ，即牵引车-挂车的实际夹角。当确定牵引车-挂车的当前夹角ψ以及牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
，即可根据步骤s1中构建的牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮夹角
[0066]
具体的，当步骤s32为pid控制器计算得到的，那么根据终值定理(将求时域趋于无穷大的值转到求复频域趋于零的值一个方法)，可知：
[0067][0068]
其中，k
p
表示比例系数，t表示系统时间，ψ
*
表示牵引车-挂车的期望夹角，ψ表示牵引车-挂车的当前夹角，l1表示牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离；l2表示牵
引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；l表示牵引车轴距；ωn表示无阻尼自振频率；s表示复频域；
[0069]
当系统稳定时，ψ
*
和ψ的关系如下：
[0070][0071]
因此，基于步骤s1的牵引车-挂车运动学模型，可知：
[0072][0073]
其中，t表示系统时间，表示牵引车的期望前轮夹角，ψ
*
表示牵引车-挂车的期望夹角，ψ表示牵引车-挂车的当前夹角，k
p
表示比例系数，ki表示积分系数，ψd表示修订后的牵引车-挂车期望夹角。
[0074]
可选的，当步骤s32中确定牵引车的期望前轮夹角之后，以牵引车的期望前轮夹角来控制牵引车转动时，需要考虑牵引车-挂车系统的控制量极限约束，包括最大牵引车-挂车夹角约束和最大牵引车前轮转角约束，即：
[0075][0076]
其中，ψ
min*
表示牵引车-挂车允许的最小夹角，ψ
max*
表示牵引车-挂车允许的最大夹角，表示牵引车允许的最小前轮夹角，表示牵引车允许的最大前轮夹角。即根据步骤s31计算得到的牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
来计算牵引车的期望前轮夹角时，首先将步骤s31中确定的牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
与牵引车-挂车允许的最大夹角ψ
max*
以及牵引车-挂车允许的最小夹角ψ
min*
共同确定，例如，当ψ
min*
≤ψ
*
≤ψ
max*
时，那么步骤s32中则采用步骤s31中确定的牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
来直接计算牵引车的期望前轮夹角当ψ
min*
＞ψ
*
时，那么步骤s32中则采用牵引车-挂车允许的最小夹角ψ
min*
来直接计算牵引车的期望前轮夹角当ψ
*
＞ψ
max*
时，那么步骤s32中则采用牵引车-挂车允许的最大夹角ψ
max*
来直接计算牵引车的期望前轮夹角
[0077]
可选的，如图4所示，步骤s31(根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角)包括如下步骤：
[0078]
s311：获取牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离l2；
[0079]
具体的，基于步骤s1中的牵引车运动学模型以及挂车运动学模型，可知牵引车-挂车夹角ψ的微分方程如下：
[0080][0081]
其中，表示牵引车前轮转角，l1表示牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离；l2表示牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；l表示牵引车轴距；ψ表示牵引车-挂车夹角；
[0082]
在和ψ＝0处对上式进行线性化，有：
[0083][0084]
s312：根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算挂车后轴中心与投影点的法向距离ed以及挂车的航向角和投影点航向角的差值e
θ
，其中投影点为倒车参考轨迹上与挂车后轴中心之间的直线距离最短的轨迹点；
[0085]
具体的，挂车后轴中心与投影点的法向距离ed，即挂车的横向误差ed；挂车的航向角和投影点航向角的差值e
θ
，即挂车的航向误差e
θ
。
[0086]
其中，航向误差e
θ
的计算公式如方程(一)：
[0087]eθ
＝θ
2-θr方程(一)，方程(一)中，θ2表示挂车的航向角，θr表示投影点航向角。
[0088]
对方程(一)两边求导，得：
[0089][0090]
其中，kr表示投影点曲率，v
t
表示挂车后轴中心速度，ψ表示牵引车-挂车夹角，l表示牵引车轴距，l1表示牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离，l2表示牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离，表示牵引车前轮转角；
[0091]
横向误差ed的计算公式如方程(二)：
[0092]
ed＝(x-xr)
·
nr方程(二)，在方程(二)中，x表示挂车后轴中心位置矢量，x＝(x
t
,y
t
)；xr表示投影点位置矢量，xr＝(xr,yr)；nr表示投影点线法线向量，nr＝(-sinθr,cosθr)。
[0093]
对方程(二)两边求导，得：
[0094][0095]
其中，v
t
表示挂车后轴中心速度，e
θ
表示航向误差，θ2表示挂车的航向角，θr表示投影点航向角。
[0096]
因此，挂车的状态空间方程如下：
[0097][0098]
由步骤s1中的牵引车-挂车运动学模型可知，稳定状态下，牵引车-挂车夹角ψ和前轮转角之间的关系如下：
[0099][0100]
在和ψ＝0处对上式线性化，得：
[0101][0102]
简化后的状态空间方程如下：
[0103]
[0104]
s313：根据挂车后轴中心与投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角。
[0105]
当在步骤s312中确定横向误差ed以及航向误差e
θ
后，即可根据横向误差ed以及航向误差e
θ
计算期望牵引车-挂车夹角，从而能够保证牵引车-挂车系统尽快消除横向误差和航向误差。
[0106]
具体的，牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
的计算公式如下：
[0107][0108]
式中，χ表示系统状态向量，k表示系统反馈向量，表示横向误差系数，表示航向误差比例系数，ed表示横向误差，e
θ
表示航向误差。
[0109]
可选的，如图5所示，在步骤s313之后，步骤s31(根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算牵引车-挂车的期望夹角)还包括如下步骤：
[0110]
步骤s314：根据挂车的倒车参考轨迹确定投影点的投影点曲率；
[0111]
步骤s315：根据投影点曲率，对牵引车-挂车的期望夹角进行补偿，以确定牵引车-挂车的补偿后的期望夹角；
[0112]
经过步骤s315后，牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
的计算公式如下：
[0113][0114]
式中，χ表示系统状态向量，k表示系统反馈向量，表示横向误差系数，表示航向误差比例系数，ed表示横向误差，e
θ
表示航向误差，δψ表示系统前馈项，kr表示投影点曲率。其中，系统反馈向量包括横向误差ed以及航向误差e
θ
，系统前馈项则包括倒车参考轨迹中的投影点曲率。
[0115]
在计算牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
时，根据系统前馈向量(参考倒车轨迹中的投影点的投影点曲率)对期望牵引车-挂车夹角进行补偿，保证牵引车-挂车系统更好的跟踪曲线倒车轨迹，以达到满足不同参考倒车轨迹的需求。即实现了对状态变量的补偿，提高了半挂汽车列车系统的动态响应特性。
[0116]
在此情况下，步骤s32(获取牵引车-挂车的当前夹角，并基于牵引车-挂车运动学模型，根据牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车的期望夹角，计算牵引车的期望前轮夹角)则包括：
[0117]
步骤s321：获取牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，并基于牵引车-挂车运动学模型，根据牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，计算牵引车的期望前轮夹角。
[0118]
即根据补偿后得到的牵引车-挂车的期望夹角来计算牵引车的期望前轮夹角。
[0119]
在本技术另一实施例中，采用步骤s5的方式对牵引车-挂车系统的纵向控制方式可以采用以下具体的控制方式，如图6所示，步骤s5(获取牵引车的当前车速，并根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力)具体包括如下步骤：
[0120]
步骤s51：获取牵引车的当前车速，并根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定牵引车的期望加速度；
[0121]
具体的，牵引车的参考车速可以根据倒车参考轨迹而确定。
[0122]
步骤s52：根据预设标定表、牵引车的期望加速度以及牵引车的当前车速，计算期望油门开度和/或期望制动压力。
[0123]
由于期望油门开度/制动压力是牵引车车速和牵引车加速度的函数，可以根据预设标定表、期望牵引车加速度和当前牵引车速度，通过插值的方法获取期望油门开度/制动压力。
[0124]
当确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作，以使得牵引车的当前车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪。
[0125]
可选的，如图7所示，在s51和s52之间，s5(获取牵引车的当前车速，并根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力)还包括如下步骤：
[0126]
s510：获取牵引车行驶的道路的当前坡度，并根据当前坡度对牵引车的期望加速度进行补偿，以确定经过补偿后的牵引车的期望加速度；
[0127]
其中，s52：根据预设标定表、牵引车的期望加速度以及牵引车的当前车速，计算期望油门开度和/或期望制动压力，包括：
[0128]
步骤s520：根据预设标定表、经过补偿后的牵引车的期望加速度以及牵引车的当前车速，计算期望油门开度和/或期望制动压力。
[0129]
通过加入倒车过程中道路的坡度来补偿牵引车的期望加速度，可以完成不同坡度下的速度跟踪，进一步基于倒车参考轨迹实现精准倒车入位。
[0130]
示例性控制器
[0131]
作为本技术的第二方面，本技术还提供了一种半挂汽车列车倒车控制器，图8所示为本技术一实施例提供的一种半挂汽车列车倒车控制器的工作原理图，如图8所示，该半挂汽车列车倒车控制器1包括：
[0132]
模型构建模块10，用于构建牵引车-挂车运动学模型；
[0133]
数据获取模块20，用于获取挂车的当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角、牵引车的当前车速、当前坡度以及倒车参考轨迹；即数据获取模块20用于执行上述所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s2(获取挂车的当前挂车位姿以及挂车的倒车参考轨迹)以及步骤s4(根据挂车的倒车参考轨迹确定牵引车的参考车速)。
[0134]
具体的，当前挂车位姿可以包括但不限于：挂车后轴中心在惯性系下的坐标(x
t
,y
t
)和挂车的航向角θ2。
[0135]
具体的，倒车参考轨迹可以为上游轨迹规划模块输出。因此，数据获取模块20与上游轨迹规划模块以及挂车位姿检测器通信连接。
[0136]
横向控制器30，用于根据挂车的倒车参考轨迹、当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动；即横向控制器30执行上述所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s3(根据挂车的倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算牵引车的期望前轮转角，以控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动)。当计算得到牵引车的期望前轮转角后，该期望前轮转角则用于控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵
引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪，以使得牵引车-挂车系统沿着倒车参考轨迹行驶，即可实现对牵引车-挂车系统的横向控制。
[0137]
纵向控制器40，用于根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作。即纵向控制器40用于执行上述所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s5(获取牵引车的当前车速，并根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作)。
[0138]
当确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制半挂汽车的油门系统以期望油门开度工作，以及刹车系统以期望制动压力工作，以使得牵引车的当前车速与参考车速保持一致，从而实现速度跟踪，即可实现对牵引车-挂车系统的纵向控制。
[0139]
可选的，如图9所示，横向控制器30具体包括：第一上层控制器31以及第一下层控制器32，其中，第一上层控制器31用于执行上述图3所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s31，即第一上层控制器31根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算牵引车-挂车的期望夹角。第一下层控制器32用于执行上述图3所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s32，即第一下层控制器32用于获取牵引车-挂车的当前夹角，并基于牵引车-挂车运动学模型，根据牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车的期望夹角，计算牵引车的期望前轮夹角。
[0140]
纵向控制器40具体包括第二上层控制器41以及第二下层控制器42，其中，第二上层控制器41用于执行上述图6所示的所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s51，即第二上层控制器41用于获取牵引车的当前车速，并根据牵引车的当前车速以及牵引车的参考车速确定牵引车的期望加速度。第二下层控制器42用于执行上述图7所示的所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s52，即第二下层控制器42用于根据预设标定表、牵引车的期望加速度以及牵引车的当前车速，计算期望油门开度和/或期望制动压力。
[0141]
具体的，如图10所示，第一上层控制器31具体包括：反馈控制器311、前馈控制器312。
[0142]
其中，反馈控制器311用于执行上述图4所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s311-步骤s313，即反馈控制器311用于获取当前挂车位姿中的牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离l2；根据倒车参考轨迹以及当前挂车位姿，计算挂车后轴中心与投影点的法向距离ed以及挂车的航向角和投影点航向角的差值e
θ
，其中投影点为倒车参考轨迹上与挂车后轴中心之间的直线距离最短的轨迹点；以及根据挂车后轴中心与投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算牵引车-挂车的期望夹角。即反馈控制器301可通过计算获取横向误差ed以及航向误差e
θ
，并根据横向误差ed以及航向误差e
θ
计算期望牵引车-挂车夹角，从而能够保证牵引车-挂车系统尽快消除横向误差和航向误差。
[0143]
前馈控制器312用于执行图5所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s314-步骤s315，即前馈控制器312用于根据挂车的倒车参考轨迹确定投影点的投影点曲率；并根据投影点曲率，对牵引车-挂车的期望夹角进行补偿，以确定牵引车-挂车的补偿后的期望夹
角；即在计算牵引车-挂车的期望夹角ψ
*
时，前馈控制器312根据系统前馈向量(参考倒车轨迹中的投影点的投影点曲率)对期望牵引车-挂车夹角进行补偿，保证牵引车-挂车系统更好的跟踪曲线倒车轨迹，以达到满足不同参考倒车轨迹的需求。
[0144]
作为本技术的第三方面，本技术还提供了一种半挂汽车列车控制系统，如图11所示，该控制系统包括：上述所述的半挂汽车列车倒车控制器1；前轮转动驱动系统2，用于驱动牵引车的前轮以期望前轮转角转动；油门系统3，用于执行期望油门开度；和/或刹车系统4，用于执行期望制动压力；其中，半挂汽车列车倒车控制器1分别与前轮转动驱动系统2、油门系统3以及刹车系统4通信连接。半挂汽车列车倒车控制器1确定期望油门开度和/或期望制动压力后，将期望油门开度以及期望制动压力分别传输至油门系统3以及刹车系统4，油门系统3根据期望油门开度控制油门的开度，刹车系统4根据期望制动压力控制刹车机构的制动压力。与此同时，半挂汽车列车倒车控制器1确定牵引车的期望前轮转角后，将牵引车的期望前轮转角传输至前轮转动驱动系统2，前轮转动驱动系统2根据期望前轮转角控制前轮转动。
[0145]
为了快速验证本技术提出的一种半挂汽车列车倒车控制方法，基于仿真手段对该方法进行测试验证。图12所示为测试系统的工作原理图，如图12所示，测试系统包括：轨迹规划模块704、角度/速度传感器模块701、定位模块703、控制器仿真模块702、以及半挂汽车列车动力学仿真模块705，其中，轨迹规划模块704、角度/速度传感器模块701、定位模块703均与控制器仿真模块702通信连接，角度/速度传感器模块701、定位模块703均与半挂汽车列车动力学仿真模块705通信连接；
[0146]
其中，轨迹规划模块704用于模拟上游轨迹规划模块，输出倒车参考轨迹，并将倒车参考轨迹发送至控制器仿真模块702；
[0147]
定位模块703用于实时定位半挂汽车列车系统的位姿信息，例如牵引车后轴中心在惯性系下的坐标(x,y)，挂车后轴中心在惯性系下的坐标(x
t
,y
t
)，牵引车前轮中心与牵引车后轴中心的纵向距离l；牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1；牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离l2；
[0148]
角度/速度传感器模块701用于实时检测半挂汽车列车系统的速度信息以及牵引车-挂车的夹角等夹角信息，例如：牵引车后轴中心速度v，挂车后轴中心速度v
t
，牵引车前轮与牵引车纵向方向夹角φ；牵引车前轮转角牵引车的航向角θ1，挂车的航向角θ2，牵引车-挂车的实时夹角ψ；
[0149]
控制器仿真模块702则根据定位模块703传输的位姿信息、角度/速度传感器模块701传输的速度以及角度等信息、轨迹规划模块704传输的倒车参考轨迹，计算牵引车的期望前轮转角、期望油门开度和/或期望制动压力，并将牵引车的期望前轮转角、期望油门开度和/或期望制动压力传输至半挂汽车列车动力学仿真模块705；具体的，控制器仿真模块702计算牵引车的期望前轮转角、期望油门开度和/或期望制动压力的具体计算方法如上述所述的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤s1-步骤s5，在此不再做赘述。
[0150]
半挂汽车列车动力学仿真模块705则根据牵引车的期望前轮转角、期望油门开度和/或期望制动压力进行动力学仿真，输出挂车运行轨迹，例如图14所示。从图14中可以看出，采用上述所述的一种半挂汽车列车倒车控制方法对牵引车-挂车系统的横向控制以及纵向控制后，挂车后轴中心的实际运行轨迹与倒车参考轨迹之间的重合度很高，能够很好
的完成倒车轨迹跟踪任务。
[0151]
具体的，基于上述所述的仿真手段对该方法对本技术提出的一种半挂汽车列车倒车控制方法进行测试验证时，在对牵引车-挂车系统的横向控制(当计算得到牵引车的期望前轮转角后，该期望前轮转角则用于控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪)进行测试验证，测试验证结果中的牵引车-挂车夹角随时间变化曲线如图13所示。牵引车-挂车期望夹角ψ
*
为30
°
，0时刻实际牵引车-挂车夹角为0
°
，牵引车轴距l为4m，牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1为0.5m，牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离l2为14m，牵引车-挂车夹角随时间变化曲线如图13所示。从图13中可以看出，在对牵引车-挂车系统的横向控制(即根据期望前轮转角横向控制牵引车的前轮以期望前轮转角转动)时，牵引车-挂车的实际夹角与牵引车-挂车的参考夹角能够保持一致，即能够很好的完成牵引车-挂车夹角的控制，从而可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪，以使得牵引车-挂车系统沿着倒车参考轨迹行驶，即可实现对牵引车-挂车系统的横向控制。
[0152]
基于上述所述的仿真手段对该方法对本技术提出的一种半挂汽车列车倒车控制方法进行测试验证时，在对牵引车-挂车系统的横向控制以及纵向控制进行测试验证，测试验证结果中的倒车参考轨迹和挂车运行轨迹如图14所示。初始时刻横向误差为1m，航向误差为5
°
，0时刻实际牵引车-挂车夹角为0
°
，牵引车轴距l为4m，牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离l1为0.5m，牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离l2为14m，倒车参考轨迹和挂车运行轨迹如图14所示。从图14中可以看出，采用上述所述的一种半挂汽车列车倒车控制方法对牵引车-挂车系统的横向控制以及纵向控制后，挂车后轴中心的实际运行轨迹与倒车参考轨迹之间的重合度很高，能够很好的完成倒车轨迹跟踪任务。
[0153]
示例性半挂汽车
[0154]
本技术还提供了一种半挂汽车列车，包括上述所述的半挂汽车列车控制系统。
[0155]
示例性电子设备
[0156]
下面，参考图15来描述根据本技术实施例的电子设备。图15所示为本技术一实施例提供的电子设备的结构示意图。
[0157]
如图15所示，电子设备600包括一个或多个处理器601和存储器602。
[0158]
处理器601可以是中央处理单元(cpu)或者具有信息处理能力和/或信息执行能力的其他形式的处理单元，并且可以控制电子设备600中的其他组件以执行期望的功能。
[0159]
存储器601可以包括一个或多个计算机程序产品，所述计算机程序产品可以包括各种形式的计算机可读存储介质，例如易失性存储器和/或非易失性存储器。所述易失性存储器例如可以包括随机存取存储器(ram)和/或高速缓冲存储器(cache)等。所述非易失性存储器例如可以包括只读存储器(rom)、硬盘、闪存等。在所述计算机可读存储介质上可以存储一个或多个计算机程序信息，处理器601可以运行所述程序信息，以实现上文所述的本技术的各个实施例的半挂汽车列车倒车控制方法或者其他期望的功能。
[0160]
在一个示例中，电子设备600还可以包括：输入装置603和输出装置604，这些组件通过总线系统和/或其他形式的连接机构(未示出)互连。
[0161]
该输入装置603可以包括例如键盘、鼠标等等。
[0162]
该输出装置604可以向外部输出各种信息。该输出装置604可以包括例如显示器、通信网络及其所连接的远程输出设备等等。
[0163]
当然，为了简化，图15中仅示出了该电子设备600中与本技术有关的组件中的一些，省略了诸如总线、输入/输出接口等等的组件。除此之外，根据具体应用情况，电子设备600还可以包括任何其他适当的组件。
[0164]
除了上述方法和设备以外，本技术的实施例还可以是计算机程序产品，其包括计算机程序信息，所述计算机程序信息在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书中描述的根据本技术各种实施例的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤。
[0165]
所述计算机程序产品可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本技术实施例操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如python、c++等，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。
[0166]
此外，本技术的实施例还可以是计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序信息，所述计算机程序信息在被处理器运行时使得所述处理器执行本说明书根据本技术各种实施例的半挂汽车列车倒车控制方法中的步骤。
[0167]
所述计算机可读存储介质可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以包括但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
[0168]
以上结合具体实施例描述了本技术的基本原理，但是，需要指出的是，在本技术中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本技术的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本技术为必须采用上述具体的细节来实现。
[0169]
本技术中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。
[0170]
还需要指出的是，在本技术的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本技术的等效方式。
[0171]
提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本技术。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本技术的范围。因此，本技术不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此发明的原理和新颖的特征一致的最宽范围。
[0172]
以上所述仅为本技术创造的较佳实施例而已，并不用以限制本技术创造，凡在本技术创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本技术创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种半挂汽车列车倒车控制方法，其特征在于，包括：构建半挂汽车列车的牵引车-挂车运动学模型，其中，所述牵引车-半挂车运动学模型至少包括所述半挂汽车列车的几何参数；获取挂车的当前挂车位姿以及所述挂车的倒车参考轨迹；根据所述挂车的所述倒车参考轨迹、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；根据所述挂车的倒车参考轨迹确定所述牵引车的参考车速；获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车列车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作。2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述挂车的所述倒车参考轨迹、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，包括：根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角；基于所述牵引车-挂车运动学模型，根据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角。3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角，包括：获取牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离；根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算挂车后轴中心与投影点的法向距离以及挂车的航向角和投影点航向角的差值，其中所述投影点为所述倒车参考轨迹上与挂车后轴中心之间的直线距离最短的轨迹点；根据所述挂车后轴中心与所述投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、所述投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角。4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在所述根据所述挂车后轴中心与所述投影点的法向距离、挂车的航向角和投影点航向角的差值、所述投影点的曲率、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离以及牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角之后，所述根据所述倒车参考轨迹以及所述当前挂车位姿，计算半挂汽车列车对应的牵引车-挂车的期望夹角还包括：根据所述挂车的倒车参考轨迹确定所述倒车参考轨迹的曲率；根据所述倒车参考轨迹的曲率，对所述牵引车-挂车的期望夹角进行补偿，以确定牵引车-挂车的补偿后的期望夹角；其中，所述基于所述牵引车-挂车运动学模型，根据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角，包括：获取所述牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，并基于所述牵引车-挂车运动学模型，根
据所述牵引车-挂车的当前夹角以及所述牵引车-挂车的补偿后的期望夹角，计算所述牵引车的期望前轮夹角。5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，包括：获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定所述牵引车的期望加速度；根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定所述牵引车的期望加速度和所述根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力之间，所述获取所述牵引车的当前车速，并根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力还包括：获取所述牵引车行驶的道路的当前坡度，并根据所述当前坡度对所述牵引车的期望加速度进行补偿，以确定经过补偿后的牵引车的期望加速度；其中，所述根据预设标定表、所述牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力，包括：根据预设标定表、经过补偿后的牵引车的期望加速度以及所述牵引车的当前车速，计算所述期望油门开度和/或期望制动压力。7.根据权利要求1所述的半挂汽车列车倒车控制方法，其特征在于，所述半挂汽车列车的几何参数包括：牵引车轴距、牵引车后轴中心与牵引车-挂车铰接点的纵向距离、牵引车-挂车铰接点与挂车后轴中心的纵向距离。8.一种半挂汽车列车倒车控制器，其特征在于，包括：模型构建模块，用于构建半挂车汽车列车的牵引车-挂车运动学模型；数据获取模块，用于获取挂车的当前挂车位姿、牵引车-挂车的当前夹角、所述牵引车的当前车速、当前坡度以及倒车参考轨迹；横向控制器，用于根据所述挂车的倒车参考轨迹、所述当前挂车位姿、所述牵引车-挂车的当前夹角以及牵引车-挂车运动学模型，计算牵引车的期望前轮转角，以控制所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；纵向控制器，用于根据所述牵引车的当前车速以及所述牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，以控制所述半挂汽车列车的油门系统以所述期望油门开度工作，以及刹车系统以所述期望制动压力工作。9.一种半挂汽车列车控制系统，其特征在于，包括：权利要求8所述的半挂汽车列车倒车控制器；前轮转动驱动系统，用于驱动所述牵引车的前轮以所述期望前轮转角转动；油门系统，用于执行所述期望油门开度；和/或刹车系统，用于执行所述期望制动压力；其中，所述半挂汽车列车倒车控制器分别与所述前轮转动驱动系统、所述油门系统以
及所述刹车系统通信连接。10.一种半挂汽车列车，其特征在于，包括权利要求9所述的半挂汽车列车控制系统。

技术总结
本申请提供了半挂汽车列车倒车控制方法及控制器、系统、半挂汽车，解决了现有技术中半挂汽车列车在倒车过程中难以实现高精度、跟踪预定轨迹实现倒车入位。本申请的半挂汽车列车倒车控制方法，基于倒车参考轨迹以及挂车位姿计算牵引车的期望前轮转角，可以控制牵引车-挂车夹角与期望的牵引车-挂车夹角一致，实现倒车过程中的路径跟踪；同时，根据牵引车的车速以及牵引车的参考车速确定期望油门开度和/或期望制动压力，从而可以控制牵引车在倒车时的实际车速与参考车速保持一致，实现速度跟踪，即分别以速度以及路径两个路径协同作用，实现对倒车参考轨迹的跟踪，提高倒车过程中对参考轨迹的跟踪精确度，提高了半挂汽车列车的倒车稳定性。倒车稳定性。倒车稳定性。


技术研发人员：任泽昱 刘亚 张正奇 潘余曦 杨子江
受保护的技术使用者：西安深信科创信息技术有限公司
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/6/28