无人车队的编队控制及其建模方法和装置

本技术涉及车辆控制领域，特别是涉及一种无人车队的编队控制及其建模方法和装置。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，智能化已经成为工程领域的重要研究方向。计算机、互联网、5g 和人工智能等技术推动了无人驾驶技术的快速发展，单无人车技术日趋成熟。然而，单无人车通常无法独立完成复杂多变的任务。目前针对多无人车的研究主要有运动学、动力学和控制三个方面，其中编队控制是关键技术之一。现有多车编队技术是通过合理的控制策略与方法，将原本无序的无人车辆变得有序，使得多无人车按照固定队形行驶。多车编队技术需要预先构建编队控制模型，然后在实际控制过程中通过编队控制模型对无人车队进行控制。

2、目前的无人车队的编队控制建模方法相对简单，无法构建能够改变无人车队队形的编队控制模型，使得无人车队只能按照固定队形行驶，导致无人车队无法通过复杂多变的地形。

3、针对目前的无人车队的编队控制建模方法无法构建能够改变无人车队队形的编队控制模型的问题，目前还没有提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、在本发明中提供了一种无人车队的编队控制及其建模方法和装置，以解决目前的无人车队的编队控制建模方法无法构建能够改变无人车队队形的编队控制模型的问题。

2、第一个方面，在本发明中提供了一种无人车队的编队控制建模方法，所述建模方法包括：

3、在无人车队中确定一辆领航无人车和至少一辆跟随无人车；

4、根据所述跟随无人车与所述领航无人车之间的时变相对位置构建目标队形约束；

5、根据不同所述跟随无人车之间的相对位置构建目标碰撞约束；

6、在所述无人车队的编队控制中引入所述目标队形约束和所述目标碰撞约束，得到所述无人车队的编队控制模型。

7、在其中的一些实施例中，根据所述跟随无人车与所述领航无人车之间的时变相对位置构建目标队形约束包括：

8、根据所述跟随无人车与所述领航无人车之间的时变相对位置构建期望队形约束以及队形约束误差；

9、所述期望队形约束为：

10、

11、所述队形约束误差为：

12、

13、其中，表示时间，表示随时间变化的第 i辆跟随无人车的位置，表示随时间变化的领航无人车的位置，表示随时间变化的第 i辆跟随无人车和领航无人车之间的相对位置，表示第 i辆跟随无人车与领航无人车之间的距离函数， e i表示第 i辆无人车的单位向量，用于确定第 i辆跟随无人车和领航无人车之间的相对方向，表示随时间变化的第 i辆跟随无人车的队形约束误差；

14、根据所述期望队形约束和所述队形约束误差构建所述目标队形约束。

15、在其中的一些实施例中，随时间变化的第 i辆跟随无人车和领航无人车之间的相对位置满足如下条件：

16、（i），表示第 i辆跟随无人车与所述领航无人车的最小间距；

17、（ii）当时，；当时，；当时，；其中， t1、 t2、 t3、、、均为常数。

18、在其中的一些实施例中，根据所述期望队形约束和所述队形约束误差构建所述目标队形约束包括：

19、分别对所述队形约束误差进行一阶求导和二阶求导，根据求导结果得到一阶队形约束和二阶队形约束；

20、所述一阶队形约束为：

21、

22、所述二阶队形约束为：

23、

24、其中，表示目标常量；

25、将所述一阶队形约束和所述二阶队形约束整理为矩阵形式，得到所述目标队形约束：

26、

27、在其中的一些实施例中，根据不同所述跟随无人车之间的相对位置构建目标碰撞约束包括：

28、确定不同所述跟随无人车之间的碰撞函数：

29、

30、其中，表示第 i辆跟随无人车和第 j辆跟随无人车之间的碰撞函数，表示不同所述跟随无人车之间的最小安全距离；

31、分别对不同所述跟随无人车之间的碰撞函数进行一阶求导和二阶求导，根据求导结果得到一阶碰撞约束和二阶碰撞约束；

32、所述一阶碰撞约束为：

33、

34、所述二阶碰撞约束为：

35、

36、将所述一阶碰撞约束和所述二阶碰撞约束整理为矩阵形式，得到初步碰撞约束：

37、

38、根据所述初步碰撞约束确定所述目标碰撞约束。

39、在其中的一些实施例中，所述目标碰撞约束为：

40、

41、当 i=1时，目标碰撞约束满足如下条件：

42、

43、当 i=2、3、……、n-1时，目标碰撞约束满足如下条件：

44、

45、当 i=n时，目标碰撞约束满足如下条件：

46、

47、在其中的一些实施例中，所述无人车队的编队控制模型为：

48、

49、

50、

51、

52、

53、

54、

55、

56、其中， m i表示第 i辆跟随无人车的质量矩阵， k i表示常量参数，表示第 i辆跟随无人车在速度为时所受到的科里奥利力或离心力， f i表示第 i辆跟随无人车所受到的除之外的所有外力。

57、第二个方面，在本发明提供了一种无人车队的编队控制方法，所述控制方法包括：

58、通过预先构建的编队控制模型对无人车队进行编队控制，所述编队控制模型根据第一个方面所述的无人车队的编队控制建模方法得到。

59、第三个方面，在本发明中提供了一种无人车队的编队控制建模装置，所述建模装置包括：

60、车辆确定模块，用于在无人车队中确定一辆领航无人车和至少一辆跟随无人车；

61、第一构建模块，用于根据所述跟随无人车与所述领航无人车之间的时变相对位置构建目标队形约束；

62、第二构建模块，用于根据不同所述跟随无人车之间的相对位置构建目标碰撞约束；

63、第三构建模块，用于在所述无人车队的编队控制中引入所述目标队形约束和所述目标碰撞约束，得到所述无人车队的编队控制模型。

64、第四个方面，在本发明提供了一种无人车队的编队控制装置，所述控制装置包括：

65、车队控制模块，用于通过预先构建的编队控制模型对无人车队进行编队控制，所述编队控制模型根据第一个方面所述的无人车队的编队控制建模方法得到。

66、与相关技术相比，本发明提供的无人车队的编队控制建模方法，在建模过程中引入目标队形约束和目标碰撞约束，目标队形约束可以确定跟随无人车与领航无人车之间的时变相对位置确定能够无人车队的时变队形，目标碰撞约束则可以保证不同跟随无人车之间不会碰撞。其中，通过该目标队形约束，可以实现无人车队的队形随时间的变化。因此，本发明提供的无人车队的编队控制建模方法，可以构建能够改变无人车队队形的编队控制模型。使得在无人车队的实际控制中，无人车队的队形可以随时间变化，解决了目前的无人车队的编队控制建模方法无法构建能够改变无人车队队形的编队控制模型的问题。

67、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。