一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法技术

本发明专利技术公开了一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法，包括：地图采集车采集车辆队列行驶路径上的GPS点，构建特征地图；对车辆队列中每辆车从1～n编号；车辆队列中每辆车均执行以下操作：获取本车的位置和速度信息；根据本车的位置信息，在特征地图上找到距离本车最近的点，将该点在特征地图中的位移作为本车的位移；将本车的车辆编号、位移、速度信息无线发送给其他车辆；根据本车车辆编号、速度以及接收的其他车辆的车辆编号、速度，定义期望自适应跟车间距，进而结合本车位移以及接收的其他车辆的位移计算跟车间距误差。本发明专利技术可提高协同跟车间距的计算精度、车辆队列的灵活性，兼顾交通流密度与跟车安全性。

A method of drawing vehicle queue and calculating adaptive following distance

【技术实现步骤摘要】
一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法
本专利技术涉及车辆队列协同控制领域，特别是一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法。
技术介绍
车辆队列协同控制是未来无人系统研究的重要内容之一，实现车辆队列行驶可以提高道路潜在容量、减小空气阻力，对于缓解交通压力、降低能耗具有重要应用价值。实现车辆队列协同控制首先需要对行驶路径进行建图，并获取车辆间准确的间距信息。然而，在实际场景中，仍有以下问题制约车辆队列协同控制的应用。(1)向工程应用的车辆队列特征地图创建方法是实现车辆队列协同控制的前提条件，然而，还未有公开的车辆队列建图方法；(2)传统的实际跟车间距计算方法在弯道行驶场景下存在较大的误差。如采用毫米波雷达等车载感知传感器感知前车的相对距离以及通过里程计记录本车的位移等均存在一定的问题。车载感知传感器会存在感知盲区，并且传感器获取的是两车之间的直线距离，在弯道场景下与实际的跟车间距存在偏差；里程计会存在累积误差，并且当车辆离开队列后，由于累计的车辆位移不在期望路径上，车辆无法再回到队列中，限制了队列的灵活性；(3)传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：装配有组合惯导的地图采集车采集车辆队列行驶路径上的GPS点，构建特征地图；/n步骤二：按照车辆队列行驶方向，从前到后依次对车辆队列中每辆车从1～n编号，n为车辆队列中车辆总数，所述编号记作车辆编号；/n步骤三：车辆队列中每辆车上的V2X车载终端，均通过本车上的车载组合惯导获取本车的位置和速度信息；根据本车的位置信息，在特征地图上找到距离本车最近的点，将该点在特征地图中的位移作为本车的位移；通过V2X车载终端将本车的车辆编号、位移、速度信息无线发送给其他车辆，同时接收其他车辆的车辆编号、位移、速度信息；/n步骤...

【技术特征摘要】
1.一种车辆队列建图及其自适应跟车间距计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：装配有组合惯导的地图采集车采集车辆队列行驶路径上的GPS点，构建特征地图；
步骤二：按照车辆队列行驶方向，从前到后依次对车辆队列中每辆车从1～n编号，n为车辆队列中车辆总数，所述编号记作车辆编号；
步骤三：车辆队列中每辆车上的V2X车载终端，均通过本车上的车载组合惯导获取本车的位置和速度信息；根据本车的位置信息，在特征地图上找到距离本车最近的点，将该点在特征地图中的位移作为本车的位移；通过V2X车载终端将本车的车辆编号、位移、速度信息无线发送给其他车辆，同时接收其他车辆的车辆编号、位移、速度信息；
步骤四：车辆队列中的每辆车根据本车车辆编号、速度以及接收的其他车辆的车辆编号、速度，计算期望自适应跟车间距，进而结合本车位移以及接收的其他车辆的位移计算跟车间距误差。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，期望自适应跟车间距dij(t)的计算方法为：
dij(t)＝((i-j)l+h*F(vi-vj))*sign(i-j)；
其中，dij(t)表示车辆i与车辆j之间的期望自适应跟车间距，l表示最小安全距离，h为常数，表示自适应增益；

为期望跟车间距dij(t)的自适应律；vi为车辆i的实时速度，vj为车辆j的实时速度，sign()为符号函数；
车辆i与车辆j的跟车间距误差计算方法为：



其中，表示车辆i的位移，表示车辆j的位移，Lengthi表示车辆i的车长，Lengthj表示车辆j的车长；
所述i为本车的车辆编号，j为车辆队列中可与本车通讯的其他车辆的车辆编号。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征地图包括路径、网格、路段、线段的四层结构；
所述线段是指地图采集车记录的车辆队列行驶路径上两个相邻GPS点的连线，采用相邻GPS点的位置与插值多项式系数描述，线段属性记为：
LineSeck＝[LineIDk,(xk,yk,Sk),(xk+1,yk+1,Sk+1),Δyawk,(A3,(k,k+1),A2,(k,k+1),A1,(k,k+1),A0,(k,k+1)),InOutCurvek]；
其中，LineIDk表示线段编号，(xk,yk)、(xk+1,yk+1)表示GPS点在东北天坐标系下的位置，Sk、Sk+1表示地图采集车到达该GPS点走过的位移，Δyawk表示相邻两个GPS点的航向角偏差，(A3,(k,k+1),A2,(k,k+1),A1,(k,k+1),A0,(k,k+1))表示相邻两个GPS点连线的三次方系数，InOutCurvek表示出入弯属性,下标k表示记录的第k个GPS点；
所述路段是指由相邻线段组成的集合，路段属性记为:
RoadSecp＝[RoadIDp,RoadTypep,LineNump,LineSecIfp]；
其中，RoadIDp表示路段编号；RoadTypep表示路段类型，分为直线路段与弯道路段；LineNump表示路段中所包含线段的数量，LineSecInfp表示线段信息，是指路段中所有包含的线段的属性，记为LineSecInfp＝{LineSecr|r＝1～LineNump},下标p表示第p个路段；
所述路径是指地图采集车采集车辆队列的行驶路径，表示为：
Road＝{RoadSecp|p＝1～RoadSecNum}；
其中，RoadSecNum表示路径中包含路段的数量；
所述网格是指将路径划分为面积相等的网格，网格属性包括网格编号GridIDq、网格列数GridCol、网格行数GridRow、最小经度GridLonMin、最小纬度GridLatMin，网格间距GridSpacing，网格中包含的路段数CountOfRoadSecq、网格中包含路段的路段编号RoadIdInGridp，下标q表示第q个网格。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，制作特征地图的具体流程如下：
步骤1，装配有组合惯导的地图采集车按照固定间距Spacing采集车辆队列行驶路径上GPS点的经纬度(latk,lonk)、海拔heik、航向角yawk,下标k表示记录的第k个GPS点；
步骤2，对特征地图的线段属性进行标记，具体过程如下：
步骤2.1，标记GPS点在东北天坐标系下的位置；
将GPS点的经纬度(latk,lonk)转换到东北天坐标系下，得到GPS点在东北天坐标系下的位置(xk,yk)，所有GPS点在东北天坐标系下的位置构成GPS点集Ωpoint，表示为：Ωpoint＝{Pointk|i＝1、2、…、N-1、N}，其中Pointk＝(xk,yk)，N表示采集的GPS点数目；
步骤2.2，计算相邻两个GPS点连线的三次方系数；
采用三次样条插值对GPS点集Ωpoint进行分段函数逼近，得到三次样条插值多项式，相邻两个GPS点之间的插值多项式表达式如下:
y＝A3,(k,k+1)x3+A2,(k,k+1)x2+A1,(k,k+1)x+A0,(k,k+1),x∈[xk,xk+1]；
其中，(A3,(k,k+1),A2,(k,k+1),A1,(k,k+1),A0,(k,k+1))表示相邻两个GPS点连线的三次方系数，xk、xk+1表示相邻两个GPS点在东北天坐标系下的横坐标，x、y分别表示插值多项式的横纵坐标；
步骤2.3，计算地图采集车到达GPS点走过的位移；
首先，根据三次样条插值多项式，估算地图采集车经过相邻两个GPS点之间的位移，即相邻GPS点连线的曲线长度，计算公式如下：



而后，根据相邻GPS点之间的位移，累加得到地图采集车到达第k个GPS点走过的位移Sk，表示式如下：



步骤2.4，计算航向角偏差，并根据航向角偏差，确定线段的出入弯属性；
首先，相邻两个GPS点的航向角偏差Δyawk＝yawk+1-yawk；
而后，设计长度为Diswindows的固定距离窗，计算距离窗内的航向角偏差之和其中r表示距离窗内的第r条线段，Num表示距离窗内的线段数目；
最后，根据YawerrorSum判断当前线段是否为出/入弯线段InOutCurvek，其中InOutCurvek＝0表示非出入弯线段、InOutCurvek＝1表示入弯线段、InOutCurvek＝2表示出弯线段；
步骤2.5，对所有的GPS点完成线段属性标记之后，得到所有线段组成的GPS线集ΘLineSec＝{LineSeck|k＝1、2、…、N-1}，N-1为线段总数。
步骤3，对特征地图的路段属性进行标记，具体过程如下：
步骤3.1，根据出/入弯线段对GPS线集ΘLineSec进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：余伶俐，况宗旭，王正久，周开军，白宇，霍淑欣，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43