一种智能网联车队插入式协同换道控制方法技术

本发明专利技术涉及一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，包括：中央控制器采集智能网联车队内受控车辆信息和参考坐标原点信息，针对受控车队进行行为、速度以及换道决策；建立后向跟随的信息拓扑结构，受控车辆以跟随后车为目标；中央控制器接收决策控制命令，依据行为指令，采取对应的速度决策以及运动控制命令；在换道过程中，采用后向跟随的信息拓扑结构，在时间域中优化控制各受控车辆的加速及制动和转向过程，生成优化的控制指令给各受控车辆的动力系统、制动系统和转向系统，完成协同换道。与现有技术相比，本发明专利技术能使智能网联车队实现插入式协同换道加塞，从而大大提高智能网联车队在高密度交通环境下的换道能力以及在现实交通流中的机动性。现实交通流中的机动性。现实交通流中的机动性。

【技术实现步骤摘要】
一种智能网联车队插入式协同换道控制方法


[0001]本专利技术涉及智能网联车队控制
，尤其是涉及一种智能网联车队插入式协同换道控制方法。

技术介绍

[0002]智能网联汽车搭载了先进的传感器、决策器、控制器、执行器等装置，融合了现代通信技术、网络技术，具备车车、车路通信，车载感知等功能。车载通信设备、车载感知设备使智能网联汽车具备了环境感知的能力，环境感知信息经由决策系统进行决策、从而产生决策命令，控制系统接受决策命令、从而控制车辆的加速及制动和转向过程，最终由车辆执行器完成自动驾驶的控制操作。
[0003]智能网联汽车协同编队驾驶是智能网联汽车应用中一项关键技术。编队驾驶能够有效改善交通系统的机动性、安全性以及可持续发展性。将多个智能网联汽车组建成车队的形式，能够降低车队内部车辆的跟车间距，从而可以提高近乎一倍的道路通行能力、降低10％到20％的燃油消耗和14％的碳排放。而为了实现智能网联汽车的编队驾驶，往往需要基于完善的智能网联汽车编队控制，即多场景下的多车协同横纵向耦合控制。为实现这一控制目标，目前主要是利用中央控制器通过多车通信技术，采集车队内车辆信息，结合数据信息处理并发送车辆控制指令，从而相应控制车队内部智能网联汽车的加速、制动及转向。
[0004]然而，当前大部分智能网联汽车协同编队驾驶技术仅考虑纵向层面，这会使得被控车辆在采取换道措施时容易脱离车队，由于仅仅在单车层面上进行横向控制，无法保证编队驾驶的连续性和稳定性。现有技术尽管研究考虑了智能网联汽车编队换道行为，提出了一些智能网联车队换道方法，但现有的智能网联车队换道方法依然存在以下明显缺陷：
[0005]1.现有的控制方法中，最突出的问题在于，车队换道对换道间隙以及车队前车和换道间隙前后车辆的速度、加速度等条件要求较高。在高密度交通环境下，换道间隙较小，采用现有的控制方法车队换道成功率很低，从而大大降低了智能网联车队的机动性和对现实交通场景的适应性。
[0006]2.现有的控制方法中，车队稳定性没有被验证，被控车辆跟随误差可能沿着车队从头到尾增加，不仅增加碰撞的概率，而且还会造成交通振荡。
[0007]3.现有的控制方法计算时间过长且不确定，对硬件造成较大压力，且无法保证算法实时性。
[0008]4.现有的控制方法中，车辆横向控制仅以优化当前偏移量或某一位置偏移量为目标，无法实现对未来一段时间内的误差进行整体考量，从而导致控制精度较低，车辆编队容易发生超调摆动的现象。
[0009]以上缺陷将导致编队驾驶中的车辆无法准确跟随参考目标车辆的轨迹，无法利用高密度交通环境下较小的换道间隙实现智能网联车队协同换道。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，使车队能够在高密度交通环境下利用较小换道间隙完成车队的换道，从而有效提升车队在高密度交通环境下的换道能力和换道效率。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，包括以下步骤：
[0012]S1、根据不同的换道场景，选定编队换道的初始参考坐标系；
[0013]S2、中央控制器采集智能网联车队内受控车辆信息和参考坐标原点信息，受控车辆与中央控制器之间发起通讯连接，若通讯连接失败，则执行步骤S3，否则执行步骤S4；
[0014]S3、判断出现数据丢包，中央控制器从数据库中读取上一条信息，以作为当前受控车辆信息，之后执行步骤S4；
[0015]S4、将车队内所有受控车辆的信息保存至数据库；
[0016]S5、中央控制器根据各受控车辆以及车队周围车辆的信息，针对受控车队进行行为决策、速度决策以及换道决策，生成相应的决策命令，并将决策命令信息保存至数据库；
[0017]S6、建立换道过程中后向跟随的信息拓扑结构，受控车辆以跟随后车为目标，采用其所处车队中相邻后一辆车的状态作为参考状态，所述后向跟随的信息拓扑结构用于实现插入并扩大较小间距，进而为编队换道制造空间；
[0018]S7、中央控制器接收步骤S5生成的决策控制命令，依据行为指令，采取对应的速度决策以及运动控制命令；
[0019]在换道过程中，采用步骤S6建立的后向跟随的信息拓扑结构，根据各受控车辆信息，在时间域中优化控制各受控车辆的加速及制动和转向过程，将优化的控制指令传递至各受控车辆的动力系统、制动系统和转向系统，并将优化的状态信息保存至数据库中；
[0020]S8、各受控车辆的动力系统、制动系统和转向系统对应执行步骤S7中生成的优化的控制指令，完成协同换道。
[0021]进一步地，所述步骤S1中，编队换道的初始参考坐标系包括横向相对参考坐标系和纵向相对参考坐标系，所述初始参考坐标系无需在编队运行中全程固定，只需在换道过程中进行明确；
[0022]对于在道路上固定位置上进行车队协同换道的场景，以该道路上固定位置为纵向坐标原点，沿道路方向为纵向的正方向；
[0023]对于在车流中固定位置进行换道的场景，如利用车流中某一车辆前方可穿越间隙进行换道，以该车辆的位置为纵向坐标原点，沿道路方向为正方向；
[0024]横向控制的坐标原点统一设置为道路左侧边缘，以垂直道路方向指向右侧的方向为横向坐标系的正方向。
[0025]进一步地，所述步骤S2中，中央控制器收集的受控车辆信息包括：道路坐标系的纵向位置、横向位置、航偏角，车辆速度、方向盘转角、加速度、轴距、前轮转角；纵向控制参照物的车辆速度以及在道路坐标系下的纵向位置。
[0026]进一步地，所述步骤S5具体包括以下步骤：
[0027]S51、在行为决策部分，中央控制器对受控车队状态进行决策，包括巡航、跟车以及换道状态；
[0028]S52、在速度决策部分，中央控制器对车队的参考速度进行决策；
[0029]S53、在换道决策部分，中央控制器对车队中的受控车辆进行换道决策，包括寻找换道间隙和进行换道。
[0030]进一步地，所述步骤S51具体包括以下步骤：
[0031]S511、追踪全局路径，若车队面临强制换道需求，则车队进入换道状态；若不满足强制换道需求，则执行步骤S512；
[0032]S512、若车队前方存在车辆，且车队面临随机换道需求，则车队进入换道状态；否则执行步骤S513；
[0033]S513、若车队前方存在车辆，则车队进入跟车状态；若车队前方不存在车辆，则车队进入巡航状态。
[0034]进一步地，所述步骤S52具体包括以下步骤：
[0035]S521、当车队处于巡航状态时，车队参考速度为：
[0036][0037]其中，为车队期望速度；
[0038]S522、当车队处于跟车状态时，车队参考速度为：
[0039][0040]其中，为车队前车的速度；
[0041]S523、当车队处于寻找换道间隙状态时，若车队面临随机换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据不同的换道场景，选定编队换道的初始参考坐标系；S2、中央控制器采集智能网联车队内受控车辆信息和参考坐标原点信息，受控车辆与中央控制器之间发起通讯连接，若通讯连接失败，则执行步骤S3，否则执行步骤S4；S3、判断出现数据丢包，中央控制器从数据库中读取上一条信息，以作为当前受控车辆信息，之后执行步骤S4；S4、将车队内所有受控车辆的信息保存至数据库；S5、中央控制器根据各受控车辆以及车队周围车辆的信息，针对受控车队进行行为决策、速度决策以及换道决策，生成相应的决策命令，并将决策命令信息保存至数据库；S6、建立换道过程中后向跟随的信息拓扑结构，受控车辆以跟随后车为目标，采用其所处车队中相邻后一辆车的状态作为参考状态，所述后向跟随的信息拓扑结构用于实现插入并扩大较小间距，进而为编队换道制造空间；S7、中央控制器接收步骤S5生成的决策控制命令，依据行为指令，采取对应的速度决策以及运动控制命令；在换道过程中，采用步骤S6建立的后向跟随的信息拓扑结构，根据各受控车辆信息，在时间域中优化控制各受控车辆的加速及制动和转向过程，将优化的控制指令传递至各受控车辆的动力系统、制动系统和转向系统，并将优化的状态信息保存至数据库中；S8、各受控车辆的动力系统、制动系统和转向系统对应执行步骤S7中生成的优化的控制指令，完成协同换道。2.根据权利要求1所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，编队换道的初始参考坐标系包括横向相对参考坐标系和纵向相对参考坐标系，所述初始参考坐标系无需在编队运行中全程固定，只需在换道过程中进行明确；对于在道路上固定位置上进行车队协同换道的场景，以该道路上固定位置为纵向坐标原点，沿道路方向为纵向的正方向；对于在车流中固定位置进行换道的场景，如利用车流中某一车辆前方可穿越间隙进行换道，以该车辆的位置为纵向坐标原点，沿道路方向为正方向；横向控制的坐标原点统一设置为道路左侧边缘，以垂直道路方向指向右侧的方向为横向坐标系的正方向；所述步骤S2中，中央控制器收集的受控车辆信息包括：道路坐标系的纵向位置、横向位置、航偏角，车辆速度、方向盘转角、加速度、轴距、前轮转角；纵向控制参照物的车辆速度以及在道路坐标系下的纵向位置。3.根据权利要求1所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括以下步骤：S51、在行为决策部分，中央控制器对受控车队状态进行决策，包括巡航、跟车以及换道状态；S52、在速度决策部分，中央控制器对车队的参考速度进行决策；S53、在换道决策部分，中央控制器对车队中的受控车辆进行换道决策，包括寻找换道间隙和进行换道。4.根据权利要求3所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所
述步骤S51具体包括以下步骤：S511、追踪全局路径，若车队面临强制换道需求，则车队进入换道状态；若不满足强制换道需求，则执行步骤S512；S512、若车队前方存在车辆，且车队面临随机换道需求，则车队进入换道状态；否则执行步骤S513；S513、若车队前方存在车辆，则车队进入跟车状态；若车队前方不存在车辆，则车队进入巡航状态。5.根据权利要求3所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所述步骤S52具体包括以下步骤：S521、当车队处于巡航状态时，车队参考速度为：其中，为车队期望速度；S522、当车队处于跟车状态时，车队参考速度为：其中，为车队前车的速度；S523、当车队处于寻找换道间隙状态时，若车队面临随机换道需求，则车队参考速度为：若车队面临强制换道需求，则车队参考速度为：其中，为间隙搜寻过程中的期望速度差；S524、当车队处于换道状态时，则车队参考速度为：其中，为换道间隙前车的速度，为换道间隙扩大过程中的期望速度差。6.根据权利要求5所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所述步骤S53具体包括以下步骤：S531、计算换道间隙后车与受控车辆的安全换道距离：其中，为人类驾驶反应时间，t
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为制动延迟，为换道间隙后车速度，v为受控车辆的速度，a
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是车辆最大减速度；之后计算换道间隙前车与受控车辆的安全换道距离：
其中，为智能网联车辆反应时间，为换道间隙前车的速度；S532、将受控车辆与换道间隙后车、前车的实际距离与相应的安全换道距离进行比较，如果同时满足受控车辆与换道间隙后车的实际距离以及受控车辆与换道间隙前车的实际距离则受控车辆在当前换道间隙条件下采取换道措施。7.根据权利要求1所述的一种智能网联车队插入式协同换道控制方法，其特征在于，所述步骤S6具体包括以下步骤：S61、选择目标车道的一个换道间隙；S62、操纵车队最后一辆受控车辆采取换道措施进入换道间隙；S63、减小车队最后一辆受控车辆的速度，以扩大换道间隙；S64、...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡笳，王浩然，严学润，熊璐，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：