一种自动驾驶车辆编组方法技术

本发明专利技术的一种自动驾驶车辆编组方法，包括：头车广播道路信息和自身行驶信息，并实时接收尾车和跟随车辆的行驶信息，以及尾车转发的其他编组的头车发出的道路信息；头车接收尾车和跟随车辆的离开请求，对道路状况进行判断后，若同意该请求，则头车向离开车辆的后车发送自身行驶信息和离开车辆的前车的行驶信息；头车接收道路上的自由车辆发出的加入请求，判断该车辆是否具备加入编组的条件，若同意该请求，头车将车辆加入位置、编组速度以及编组所在车道信息发送给待加入车辆。该编组方法可实现若干智能车辆按照指定间距策略形成的高速稳定队列，实现安全、稳定的车辆编组。

An Automatic Driving Vehicle Marshalling Method

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶车辆编组方法
本专利技术属于自动控制与车载自组织网络技术应用领域，涉及一种自动驾驶车辆编组方法。
技术介绍
自动驾驶车辆，又称作无人驾驶车或智能车。依靠雷达、激光雷达、全球定位系统、里程计和视觉计算等多种技术，自动驾驶汽车可对道路环境进行检测，并利用车内先进的控制系统来对感知到的道路信息进行分析，从而实现路径规划和自动避障等自动驾驶行为。车载自组织网络作为智能交通系统的重要基础之一，能够在车辆之间、车辆与固定接入点之间及车辆与行人之间形成开放式移动Adhoc网络，其目标是在道路上构建一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的车辆间通信网络，提供无中心、自组织、支持多跳转发的数据传输能力，以实现事故预警、辅助驾驶、道路交通信息查询和Internet接入服务等应用。车载自组织网络的出现使智能车辆能够通过通信网络即时获取车辆控制所需的相关信息，使车辆具备协同合作的能力，也为自动驾驶车辆编组提供了支持。自动驾驶车辆编组是指若干智能车辆按照指定间距策略形成的高速稳定队列，车辆能够在行驶过程中保持很小的车间距，跟随车辆采用自动控制技术代替人为驾驶。其主要特点是将在同一车道上的智能车辆组成一个队列，并使所有的车辆都以相同的速度行驶，同时与前车保持固定间距。相比于单个智能车辆的独立驾驶而言，车队协同驾驶的潜在优势主要表现在以下几个方面：(a)增大交通容量，同时减少交通拥堵。这是因为在智能车队协同驾驶过程中，相邻车辆间的间距可以保持很小，甚至可以低至几米，同时不影响车辆的运行速度。这也就意味着，智能车队协同驾驶也能大大缩短通勤者在上下班高峰期时的时间浪费。(b)增加燃油效率并减少尾气排放。在智能车队协同驾驶过程中，车辆间流线型的行驶方式可以减小车辆运行过程中的空气阻力。(c)减少交通事故并提高行车的舒适度。智能车辆的行为可预测，反应速度快，感知准确，以及不知疲倦的特性，都是人类驾驶员所无法越级的优势，这使得智能车辆的无人驾驶在安全性上得以提高。而另一方面，在将智能车辆组成车队的过程中，更多先进技术将用于车队的控制，从而进一步提高智能车辆的安全。(d)有助于车辆间信息共享。同一车队内的智能车辆间具有相对固定的间距，这可能会显著提高车辆自组织网络的性能，从而更好的实现车辆间的数据共享或信息传播。目前，针对自动驾驶车辆的编组问题还没有完善的解决方案，这也是车辆编组应用与使用的重大瓶颈之一。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种自动驾驶车辆编组方法，可实现若干智能车辆按照指定间距策略形成的高速稳定队列，实现安全、稳定的车辆编组。本专利技术提供一种自动驾驶车辆编组方法，包括：车辆编组中的头车定期向尾车和跟随车辆广播道路信息和自身行驶信息，并实时接收尾车和跟随车辆的行驶信息，以及尾车转发的源自其他编组的头车发出的道路信息；车辆编组中的头车接收尾车和跟随车辆的离开请求，对道路状况进行判断后，若同意该请求，则头车向离开车辆的后车发送自身行驶信息和离开车辆的前车的行驶信息；车辆编组中的头车接收道路上的自由车辆发出的加入请求，判断该车辆是否具备加入编组的条件，若同意该请求，头车将车辆加入位置、编组速度以及编组所在车道信息发送给待加入车辆。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，所述头车、尾车和跟随车辆都设有无线射频收发器和车载控制器；车辆编组中的车辆通过DSCR专用短程通信技术，使用IEEE802.11p协议实现编组内车辆的互联；车辆通过车载控制器完成编组控制与管理。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，所述车辆编组中的车辆通过DSCR专用短程通信技术，使用IEEE802.11p协议实现编组内车辆的互联具体为：所有信息的传输均在控制信道中进行，并使用时分多址令牌传递接入信道；在一个信标循环tc中，所有车辆在其相应的时隙ts中传输数据；tc与ts的关系为tc＝10×ts；头车在时隙ts1向编组内其他车辆广播信息，对于编组中的车辆j，在相应的时隙tsj向其后方的车辆传输数据；在所有车辆接收到数据以后，各车辆的车载控制器根据得到的信息计算出期望加速度，并且在每个信息更新周期tc结束时通过车辆控制器执行这一期望加速度指令。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，判断该车辆是否具备加入编组的条件具体包括：判断编组中车辆数目是否超出上限、判断待加入车辆与编组之间的距离是否接近、判断车辆加入是否会引起交通事故。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，所述车辆编组中的车辆在同一车道组成一条队列，所有的车辆都以相同的速度行驶，同时与前车保持固定间距，编组期望车间距表示为：Dres,i(t)＝ds+hvi(t)(1)式中，Dres,i(t)是期望车间距；ds是静止时车辆间的距离，即最小的安全车间距；h代表车间时间间距，对于同类型车辆组成的编组该值不变；vi(t)表示车辆i在t时刻的速度；编组的成员数量随着车辆动态加入和退出车队不断发生变化，为了保证编组内单跳通信连通性和队列稳定性，编组的成员数的上限满足下列条件：其中，nmax是编组的成员数的上限，dcon是车载通信网络中车辆的最大通信范围，L是车身长度。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，编组中车辆i的动力学简化线性模型表示如下：其中，di(t)是车辆i和前车i-1的间距函数，di1(t)是车辆i和头车的间距函数，v1(t)是头车的速度函数，vi(t)是车辆i的速度函数，vi-1(t)是前车i-1的速度函数，ai(t)是车辆i的加速度函数，是车辆i的车载动力学装置的固有滞后量，ui(t)是车辆i的期望加速度函数；在t时刻车辆i和其前车i-1分别处于qi(t),qi-1(t)位置，车辆之间实际间距和期望间距的误差函数可以表示为：ei(t)＝[qi-1(t)-qi(t)-L]-Dres,i(t)(4)车辆i的车载控制器的简化线性模型为：其中，zi(t)是输入信息经过车载控制器处理后的加权信息，u1(t)是头车的期望加速度函数、ui-1(t)为车辆i-1的期望加速度函数、θ是车辆间传递信息的通信延时；k1(t)、k2(t)、k3(t)分别表示车辆i和前车i-1的间距误差的时域控制增益、速度误差的时域控制增益和加速度误差的时域控制增益，k4(t)表示前车的加速度的时域控制增益，k5(t)表示头车的加速度的时域控制增益；根据恒定时间间距策略有：恒定时间间距策略的传递函数为：车载控制器的输出期望加速度和车辆位置信号拉氏变换的关系为：采用H∞优化控制理论分析包含被控子系统和控制子系统的车载控制器的闭环线性模型，可得车载控制器的输出信号和头车以及前车加权输入信号之间关系的频域表达式：其中，车间通信时延的频域表达为T(s)＝e-τs。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，h代表车间时间间距；为定值表示车载动力学装置的固有滞后量，φ代表制动装置时间延时；T(s)＝e-τs，τ是车辆间传递信息的通信延时，假设同时接收到来自相邻前车和头车的信息，且所有车辆的车载收发设备相同，τ恒定。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，正常行驶时编组中的跟随车辆只向它相邻的后方车辆发送行驶信息。在本专利技术的自动驾驶车辆编组方法中，所述道路信息包括道路中的车辆密度、道路的拥堵状况、是否发生交通事故、交通信号灯与指示牌情况。在本专利技术的自动驾驶车辆编本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，包括：车辆编组中的头车定期向尾车和跟随车辆广播道路信息和自身行驶信息，并实时接收尾车和跟随车辆的行驶信息，以及尾车转发的源自其他编组的头车发出的道路信息；车辆编组中的头车接收尾车和跟随车辆的离开请求，对道路状况进行判断后，若同意该请求，则头车向离开车辆的后车发送自身行驶信息和离开车辆的前车的行驶信息；车辆编组中的头车接收道路上的自由车辆发出的加入请求，判断该车辆是否具备加入编组的条件，若同意该请求，头车将车辆加入位置、编组速度以及编组所在车道信息发送给待加入车辆。

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，包括：车辆编组中的头车定期向尾车和跟随车辆广播道路信息和自身行驶信息，并实时接收尾车和跟随车辆的行驶信息，以及尾车转发的源自其他编组的头车发出的道路信息；车辆编组中的头车接收尾车和跟随车辆的离开请求，对道路状况进行判断后，若同意该请求，则头车向离开车辆的后车发送自身行驶信息和离开车辆的前车的行驶信息；车辆编组中的头车接收道路上的自由车辆发出的加入请求，判断该车辆是否具备加入编组的条件，若同意该请求，头车将车辆加入位置、编组速度以及编组所在车道信息发送给待加入车辆。2.如权利要求1所述的自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，所述头车、尾车和跟随车辆都设有无线射频收发器和车载控制器；车辆编组中的车辆通过DSCR专用短程通信技术，使用IEEE802.11p协议实现编组内车辆的互联；车辆通过车载控制器完成编组控制与管理。3.如权利要求2所述的自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，所述车辆编组中的车辆通过DSCR专用短程通信技术，使用IEEE802.11p协议实现编组内车辆的互联具体为：所有信息的传输均在控制信道中进行，并使用时分多址令牌传递接入信道；在一个信标循环tc中，所有车辆在其相应的时隙ts中传输数据；tc与ts的关系为tc＝10×ts；头车在时隙ts1向编组内其他车辆广播信息，对于编组中的车辆j，在相应的时隙tsj向其后方的车辆传输数据；在所有车辆接收到数据以后，各车辆的车载控制器根据得到的信息计算出期望加速度，并且在每个信息更新周期tc结束时通过车辆控制器执行这一期望加速度指令。4.如权利要求1所述的自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，判断该车辆是否具备加入编组的条件具体包括：判断编组中车辆数目是否超出上限、判断待加入车辆与编组之间的距离是否接近、判断车辆加入是否会引起交通事故。5.如权利要求4所述的自动驾驶车辆编组方法，其特征在于，所述车辆编组中的车辆在同一车道组成一条队列，所有的车辆都以相同的速度行驶，同时与前车保持固定间距，编组期望车间距表示为：Dres,i(t)＝ds+hvi(t)(1)式中，Dres,i(t)是期望车间距；ds是静止时车辆间的距离，即最小的安全车间距；h代表车间时间间距，对于同类型车辆组成的编组该值不变；vi(t)表示车辆i在t时刻的速度；编组的成员数量随着车辆动态加入和退出车队不断发生变化，为了保证编组内单跳通信连通性和队列稳定性，编组的成员数的上限满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海，于冲，李鹤群，窦圣昶，王彬，施瀚，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21