[发明专利]一种矿用车方阵编队控制系统

权利要求书

1.一种矿用车方阵编队控制系统，其特征在于，由多列纵向队列组合而成的方阵编队控制系统，该系统包括如下四个模块：

多工作模式切换模块，通过对期望车间距的控制使矿用车方阵编队控制系统适用于不同的路面、天气情况；

将路面情况分为三个等级，一级路面为冰雪路面，二级路面为湿路面，三级路面为良好干燥路面；

将车速分为三个等级，车速小于10m/s时为一级车速，车速为10m/s-15m/s之间时为二级车速，大于20m/s时为三级车速；

一级路面对应一级车速、二级车速、三级车速的路面附着系数分别为0.25、0.2、0.15；

二级路面对应一级车速、二级车速、三级车速的路面附着系数分别为0.55、0.5、0.45；

三级路面对应一级车速、二级车速、三级车速的路面附着系数分别为0.75、0.7、0.65；

多工作模式切换模块分为四种工作模式，不同的工作模式对应期望车间距计算模块中的不同控制算法，四种工作模式具体如下：

节能模式，该模式下控制策略减小期望车间距计算模块中的期望停车间距，以减小被控成员车车间距，减小空气阻力，降低燃油消耗率，降低成本；

高效模式，该模式下控制策略增大期望车间距计算模块中的期望停车间距，以增大被控成员车车间距，增加安全性，增大被控成员车车速及加速度变化率，提高运输效率；

湿滑模式，该模式下控制策略针对不同路面等级，对应计算得到不同的期望停车间距，以适应冰雪路面和湿路面环境；

雾夜模式，该模式适用于夜间或大雾天气，通过增大期望车间距计算模块中的期望停车间距，以提高行驶安全性；

期望车间距计算模块，该模块设计了基于期望制动间距与期望停车间距的期望车间距控制策略，以防止突发情况下，成员车之间需要紧急制动时易产生的追尾事故；该模块控制策略中所需的纵向期望车间距，包括延迟间距、期望制动间距和期望停车间距；

延迟间距包括方阵延迟间距和制动延迟间距；

方阵延迟的计算考虑了将被控成员车的编号、当前车速、方阵延迟时间系数方面，表示由于系统中成员车数量较多而产生通讯延迟，方阵延迟间距表示由于方阵延迟，车辆继续运动而产生的距离；

制动延迟间距表示在当前路面等级与当前车速情况下，如若发生紧急情况需要急刹车时，由于制动器动作延迟产生的行驶距离；

期望制动间距表示在当前路面等级与当前车速情况下，如若发生紧急情况需要急刹车时所期望的，车辆从制动到停车驶过的距离；

加速度计算模块，综合领航车、辅助车对跟随车的影响，计算被控成员车的加速度；加速度计算模块中，所计算的加速度包括期望加速度、协调加速度、补偿加速度、目标加速度；加速度计算模块由受控成员车的期望加速度通过算法得到受领航车、辅助车影响与控制的协调加速度，并通过与补偿加速度权重相加得到被控成员车的目标加速度；

期望加速度为被控成员车计算得出，基于第i辆被控成员车与第i-1辆被控成员车的实际加速度与位置坐标误差的影响，将第i辆被控成员车实际加速度与位置误差及其微分通过计算得到；

协调加速度将领航车对辅助车的控制、领航车和辅助车对跟随车的控制相协调，使方阵编队得到整体的协调控制，基于领航车和跟随车的影响，通过三层BP神经网络训练得到协调加速度，输入层为领航车、辅助车以及自车计算得到的期望加速度，输出层为第i辆被控成员车协调加速度；

补偿加速度根据被控成员车自车的加速情况，补偿车辆运动过程中由于侧风、路面障碍物阻力干扰各种外在因素造成的加速度不足量或过多量，基于第i辆被控成员车的实际加速度与期望加速度的差值及其变化率的影响，补偿被控成员车的外在变化；

预警模块，设定横向、纵向运动方向的误差范围，当超出设定范围即发出警报，提醒辅助车驾驶员干预辅助车进行车辆控制，同时通过改变加速度计算模块中的目标加速度，实现对车辆的安全性控制；

控制系统提供两种工作模式切换方式，包括驾驶员手动设置及控制系统自动切换两种方式；驾驶员可手动设置某种工作模式，此时系统行驶过程中按此工作模式工作；若驾驶员没有手动设置，则四种模式可自动切换；在路面等级为三级的情况下，当被控成员车车速为二级时系统自动切换到节能模式，当被控成员车车速为三级时系统自动切换到高效模式，当被控成员车车速为一级时系统自动切换到雾夜模式；当路面等级为二级或一级时系统自动切换到湿滑模式。