一种基于车车通信的多车协同换道控制系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于车车通信的多车协同换道控制系统及方法，多车协同换道控制系统包括感知单元、通信单元、决策单元、控制单元和提示单元。本方法主要设计上层决策层在设定场景下的多车协同换道控制方法，在该方法中，设定场景内的所有车辆通过车车通信共享行驶信息，换道车辆在发出请求后根据所述信息进行可行性判断，判断可行后通过求解本发明专利技术设计的一个二次规划问题确定三辆协同车辆的期望控制输入即纵向期望加速度，并共享给协同车辆。本发明专利技术假设每辆车的控制单元能够根据所需的控制输入实现精确的纵向和横向车辆控制，不详细设计控制的实现，充分利用了车车通信技术，改善了车辆换道时的安全性与舒适性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于车车通信的多车协同换道控制系统及方法
本专利技术属于智能网联汽车主动安全控制领域，具体涉及一种基于车车通信的多车协同换道控制系统及方法。
技术介绍
车辆换道汇入行为作为最基本也是最危险的驾驶行为之一，它要求驾驶员在换道汇入时要充分考虑车辆所处道路环境信息与周围车辆行驶状况，决策过程复杂。随着近几年我国高速公路及城市公路网的不断发展，因车辆换道汇入而导致的交通安全事故数量不断上升。这其中绝大部分事故是由于换道车辆及周围车辆在换道汇入时不能及时全面地获取其他车辆行驶信息从而使驾驶员做出错误决策行为而造成的。同时由于换道行为的突发性，周围车辆不能及时获取换道车辆换道信号及其行驶信息，从而被迫迅速改变本车行驶状态，严重影响了驾驶员驾驶效率及舒适性。因此，基于车车通信技术，实现换道车辆与周围车辆在换道汇入过程中的信息共享与协同配合，对降低车辆换道安全隐患，提高车辆行驶效率及驾驶员舒适性具有重要意义。随着近年来车辆无线通信网络技术的发展，智能网联汽车能够实时获取周围车辆信息，这为实现车辆在换道汇入过程中的协同配合提供了通信基础。但是，目前基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于车车通信的多车协同换道控制系统，其特征在于：包含设置在各个车辆上的协同换道模块，所述协同换道模块包含感知单元、通信单元、决策单元、控制单元和提示单元；/n所述感知单元包含差分全球定位系统DGPS、CAN总线、轮速传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，DGPS、轮速传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器均通过所述CAN总线和所述决策单元相连；其中，差分全球定位系统DGPS用于实时定位车辆位置并将其传递给所述决策单元；轮速传感器安装在车轮上，用于实时获取自车速度并将其传递给所述决策单元；纵向加速度传感器、横向加速度传感器分别用于实时获取自车纵向加速度、横向加速度，并将其传递给...

【技术特征摘要】
1.一种基于车车通信的多车协同换道控制系统，其特征在于：包含设置在各个车辆上的协同换道模块，所述协同换道模块包含感知单元、通信单元、决策单元、控制单元和提示单元；
所述感知单元包含差分全球定位系统DGPS、CAN总线、轮速传感器、横向加速度传感器和纵向加速度传感器，DGPS、轮速传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器均通过所述CAN总线和所述决策单元相连；其中，差分全球定位系统DGPS用于实时定位车辆位置并将其传递给所述决策单元；轮速传感器安装在车轮上，用于实时获取自车速度并将其传递给所述决策单元；纵向加速度传感器、横向加速度传感器分别用于实时获取自车纵向加速度、横向加速度，并将其传递给所述决策单元；
所述通信单元用于通过DSRC设备实现预设距离内车辆间信息的交换；
所述决策单元分别和所述感知单元、通信单元、控制单元、提示单元、以及车辆的ECU电气相连，用于控制通信单元将自车位置、自车速度、自车纵向加速度、自车横向加速度以周期性广播形式发送至周围预设距离内的车辆，同时接收周围预设距离内车辆的自车位置、自车速度、自车纵向加速度、自车横向加速度、换道信号；在接收到车辆ECU的变道信号后判断能否换道，如果不能够换道、控制提示单元提醒驾驶员换道不安全，如果能够换道，分别计算出当前时刻自车及协同车辆的横向期望加速度和纵向期望加速度，将自车的横向期望加速度和纵向期望加速度传递给控制单元、将协同车辆的横向期望加速度和纵向期望加速度通过通信单元发送至协同车辆；在接收到其他车辆的换道信号后，将换道车辆传来的纵向期望加速度传递给控制单元；所述换道车辆为发出换道信号的车辆SV，所述协同车辆包括目标车道的相邻前车PV和相邻后车FV，所述非协同车辆包括目标车道上相邻前车PV的前车NPV和相邻后车FV的后车NFV；
所述控制单元用于根据接收到的纵向期望加速度、横向期望加速度控制车辆行驶，使车辆的纵向加速度、横向加速度分别等于接收到的纵向期望加速度、横向期望加速度。
所述提示单元用于通过车载显示器提示驾驶员换道是否可行及换道是否结束。


2.基于权利要求1所述的基于车车通信的多车协同换道控制系统的协同换道控制方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤1)，DGPS、轮速传感器、横向加速度传感器、纵向加速度传感器分别获得自车位置、自车速度、自车纵向加速度、自车横向加速度并将其处传递给决策单元；
步骤2)，决策单元控制通信单元将自车位置、自车速度、自车纵向加速度、自车横向加速度以周期性广播形式发送至周围预设距离内的车辆，同时接收周围预设距离内的车辆发送回的各自的位置、速度、纵向加速度和横向加速度；
步骤3)，如果决策单元接收到自车ECU的变道信号，自车进入所述换道状态，自车为换道车辆：
步骤3.1)，换道车辆SV的决策单元判断多车协同换道的可行性：
步骤3.1.1)，令自车横向加速度按预设正弦函数变化规律，根据预设标准车道宽度阈值计算换道车辆换道时间Tlc，所述换道时间为车辆从开始换道到结束换道的时间；
预设的横向加速度变化规律为：
式中，asv,y(t)为换道车辆横向加速度，ay,max为预设的最大横向加速度阈值，Tlc为变道时间；
步骤3.1.2)，令变道过程中非协同车辆保持初始时刻速度匀速行驶，协同车辆FV、PV分别以预设的最大安全减速度阈值和预设的最大安全加速度阈值做匀减速和匀加速运动；令换道车辆以最小纵向加速度aSV,min匀加速至换道中间时刻与FV之间恰好满足所述第一安全距离模型，以最大纵向加速度aSV,max匀加速至结束时刻Tlc与PV之间恰好满足所述第一安全距离模型，求出aSV,min和aSV,max，所述换道中间时刻为从开始换道后时刻；
所述第一安全距离模型即换道车辆与协同车辆间的安全距离模型为：



所述第二安全距离模型即协同车辆与非协同车辆间的安全距离模型为：
ΔX2≥ΔX2S＝Ts*vf+L+ds
式中，ΔX1为换道车辆与协同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹阳，林棻，孙铭鸿，赵又群，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32