一种基于5G-V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法技术

本发明专利技术涉及一种基于5G

【技术实现步骤摘要】
一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法


[0001]本专利技术属于车联网领域，涉及一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法。

技术介绍

[0002]由于卡车之间可以通过5G
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V2X通信设备进行车辆间通信，则基于5G
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V2X通信的车辆队列控制被认为是提高交通流动性、安全性和节能性的最佳选择。因为这些显而易见的好处，世界各国在过去几十年进行了大量与车辆队列控制有关的工作。卡车作为陆上交通运输中及其重要的一部分，其运输效率和安全性如何提高也越来越多地被研究。此外，无人机探测也越来越多的应用在车辆交通领域。
[0003]一般来说，队列控制算法主要可分为两类：基于车辆运动学模型和基于车辆动力学模型。对于前一种方法，其忽略了车辆的复杂动力学(如轴转矩、气动阻力等)，无法在实际应用中全面反映车辆的特性。而对于后者，该方法较少关注队列中车辆之间的运动相互作用，会导致负间距误差、负速度或不合理的加减速率。在实际的车辆队列控制中，不仅要保证队列中车辆的一致性，而且要保证车辆的行为符合交通流理论。因此，开发一种同时考虑队列中车辆的运动学和动力学的高效的队列控制器是迫切需要研究的问题。在考虑基于5G
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V2X通信设备进行智能卡车的通信条件下，如何对智能网联领航卡车进行巡航控制，使其沿着车道线保持在车道中间行驶，和对智能网联跟随卡车进行队列控制，使其趋近与领航卡车的实时运动学状态成为当下的热门研究之一。此外，在无人机具有极佳的远距离视野的情况下，如何利用无人机对智能网联卡车形成车辆队列进行辅助，以此提高智能网联卡车队列的行驶效率及安全性，成为了当下研究的趋势。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1：将智能网联卡车队列分为领航卡车和跟随卡车，在全部智能网联卡车初始状态为静止的情况下，领航卡车首先以安全的加速度启动，并且同时给无人机发送起飞指令，使得无人机起飞后在保持一定高度的情况下，一直使用摄像头获取远处道路状态图像信息，同时使用5G
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V2X通信设备传输给领航卡车，起到辅助卡车队列行驶的作用；
[0008]步骤2：领航卡车和跟随卡车通过5G
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V2X通信设备交互其通过差分GPS接收到的卡车实时运动学状态，包括位置、速度与加速度；领航卡车主控中加载的分布式分层控制算法中的上层控制器将会通过领航卡车的实时位置、速度与加速度信息计算出领航卡车的期望速度和期望加速度信息，并将期望速度和期望加速度信息传输给下层控制器；
[0009]步骤3：领航卡车的外部环境信息中的逆风风速由风速传感器获取，而道路倾角则
通过差分GPS中的海拔高度变化计算得到，并且两者都作为卡车队列分层控制下层控制算法的参数实时更新，而下层控制器中的其他参数将有当前卡车车况决定；领航卡车主控中加载的分布式分层控制算法中的下层控制器在接收到上层控制器中输出的期望速度和期望加速度信息后，结合实时变化的外部环境因素，包括逆风风速与路倾角，计算出卡车的实时期望引擎转矩，并将期望引擎转矩传输给底层控制系统，最终输出实际的引擎转矩使得领航卡车运动；
[0010]步骤4：领航卡车把通过车载摄像头与车载雷达接收到的近处道路信息通过图像融合算法进行融合，生成期望车辆转向角度，使得领航卡车沿着车道线保持行驶在车道中间；且领航卡车的车载图像服务器通过5G
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V2X通信设备获取无人机传回的远处交通状态图像信息，通过交通状态识别算法得到加速/减速信号；将分层纵向控制算法生成的期望引擎转矩与加速/减速信号同时传输给底层控制系统，最终输出实际的引擎转矩使得领航卡车行驶；
[0011]步骤5：跟随卡车通过差分GPS获取本车的实时位置、速度、加速度及道路倾角，并使用5G
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V2X通信设备与其他智能网联卡车交互对方的实时位置、速度与加速度信息，通过加载到主控芯片中的分布式分层纵向控制算法生成期望引擎转矩；把期望引擎转矩传输给车辆底层控制系统后，跟随车辆即在分层纵向控制算法的控制下与领航头车形成稳定的车辆队列；
[0012]步骤6：在前方交通状态为畅通的情况下，智能网联卡车队列将以稳定的速度平稳行驶，卡车之间也将在分层纵向控制算法的控制下保持期望的安全间距，当远处道路为拥堵时，车载服务器在通过交通状态识别算法处理远处交通状态图像信息后，将产生减速信号，使得领航卡车减速，跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下减速保持稳定；当远处交通状态重新变为畅通后，车载服务器将产生加速信号，使得领航卡车加速，跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下至加速至稳定合理的状态；
[0013]步骤7：领航卡车在接收到结束信号后会缓慢减速，同时领航卡车将会通过5G
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V2X通信设备发送降落指令给无人机，无人机将会在领航卡车彻底停止后降落在领航卡车车顶；跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下平稳减速，最终智能网联卡车队列将会平稳停止，同时分层纵向控制算法终止。
[0014]可选的，所述智能网联卡车与无人机搭载有5G
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V2X通信模块，建立通信连接的方式为：5G/C
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V2X；
[0015]通信作用如下：
[0016]1)用于领航卡车接收无人机获取的远处交通状态图像信息；
[0017]2)用于领航卡车向无人机发送起飞/降落指令；
[0018]3)用于智能网联卡车队列中的卡车之间交互自身的实时位置、速度与加速度信息。
[0019]可选的，所述车载摄像头位于智能领航卡车前方，车载雷达位于领航卡车顶端，采集的图像与雷达信息通过USB接口通信发送给车载服务器；5G
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V2X通信设备与车辆主控模块、车载服务器通过网口通信；领航卡车采集的近处道路图像信息与雷达信息通过图像融合算法处理后生成期望车辆转向角度，把期望车辆转向角度输入车辆底层控制系统后，保证领航车辆沿着车道线保持行驶在车道中间。
[0020]可选的，所述步骤4中，通过雷达获取交通道路前方障碍物信息和道路信息；车载控制平台通过雷达点云数据的在线分析实时地得到前方障碍物信息和道路信息，其中雷达测量点坐标到直角坐标系的转换关系为：
[0021][0022]其中雷达前方为x方向，左方为y方向，上方为z方向，d为雷达测量的距离，α为各扫描面同水平面之间的夹角，β为雷达旋转的角度。
[0023]可选的，所述步骤4中，将车载图像服务器处理后得到的远/近道路结构和障碍物信息通过车载局域网传输给车载控制平台；控制平台结合雷达数据，将其与视觉图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：步骤1：将智能网联卡车队列分为领航卡车和跟随卡车，在全部智能网联卡车初始状态为静止的情况下，领航卡车首先以安全的加速度启动，并且同时给无人机发送起飞指令，使得无人机起飞后在保持一定高度的情况下，一直使用摄像头获取远处道路状态图像信息，同时使用5G
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V2X通信设备传输给领航卡车，起到辅助卡车队列行驶的作用；步骤2：领航卡车和跟随卡车通过5G
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V2X通信设备交互其通过差分GPS接收到的卡车实时运动学状态，包括位置、速度与加速度；领航卡车主控中加载的分布式分层控制算法中的上层控制器将会通过领航卡车的实时位置、速度与加速度信息计算出领航卡车的期望速度和期望加速度信息，并将期望速度和期望加速度信息传输给下层控制器；步骤3：领航卡车的外部环境信息中的逆风风速由风速传感器获取，而道路倾角则通过差分GPS中的海拔高度变化计算得到，并且两者都作为卡车队列分层控制下层控制算法的参数实时更新，而下层控制器中的其他参数将有当前卡车车况决定；领航卡车主控中加载的分布式分层控制算法中的下层控制器在接收到上层控制器中输出的期望速度和期望加速度信息后，结合实时变化的外部环境因素，包括逆风风速与路倾角，计算出卡车的实时期望引擎转矩，并将期望引擎转矩传输给底层控制系统，最终输出实际的引擎转矩使得领航卡车运动；步骤4：领航卡车把通过车载摄像头与车载雷达接收到的近处道路信息通过图像融合算法进行融合，生成期望车辆转向角度，使得领航卡车沿着车道线保持行驶在车道中间；且领航卡车的车载图像服务器通过5G
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V2X通信设备获取无人机传回的远处交通状态图像信息，通过交通状态识别算法得到加速/减速信号；将分层纵向控制算法生成的期望引擎转矩与加速/减速信号同时传输给底层控制系统，最终输出实际的引擎转矩使得领航卡车行驶；步骤5：跟随卡车通过差分GPS获取本车的实时位置、速度、加速度及道路倾角，并使用5G
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V2X通信设备与其他智能网联卡车交互对方的实时位置、速度与加速度信息，通过加载到主控芯片中的分布式分层纵向控制算法生成期望引擎转矩；把期望引擎转矩传输给车辆底层控制系统后，跟随车辆即在分层纵向控制算法的控制下与领航头车形成稳定的车辆队列；步骤6：在前方交通状态为畅通的情况下，智能网联卡车队列将以稳定的速度平稳行驶，卡车之间也将在分层纵向控制算法的控制下保持期望的安全间距，当远处道路为拥堵时，车载服务器在通过交通状态识别算法处理远处交通状态图像信息后，将产生减速信号，使得领航卡车减速，跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下减速保持稳定；当远处交通状态重新变为畅通后，车载服务器将产生加速信号，使得领航卡车加速，跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下至加速至稳定合理的状态；步骤7：领航卡车在接收到结束信号后会缓慢减速，同时领航卡车将会通过5G
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V2X通信设备发送降落指令给无人机，无人机将会在领航卡车彻底停止后降落在领航卡车车顶；跟随卡车也将在分层纵向控制算法的控制下平稳减速，最终智能网联卡车队列将会平稳停止，同时分层纵向控制算法终止。2.根据权利要求1所述的一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法，其特征在于：所述智能网联卡车与无人机搭载有5G
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V2X通信模块，建立通信连接的方式为：
5G/C
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V2X；通信作用如下：1)用于领航卡车接收无人机获取的远处交通状态图像信息；2)用于领航卡车向无人机发送起飞/降落指令；3)用于智能网联卡车队列中的卡车之间交互自身的实时位置、速度与加速度信息。3.根据权利要求1所述的一种基于5G
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V2X及无人机的卡车队列纵向分层控制方法，其特征在于：所述车载摄像头位于智能领航卡车前方，车载雷达位于领航卡车顶端，采集的图像与雷达信息通过USB接口通信发送给车载服务器；5G
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V2X通信设备与车辆主控模块、车载服务器通过网口通信；领航卡车采集的近处道路图像信息与雷达信息通过图像融合算法处理后生成期望车辆转向角度，把期望车辆转向角度输入车辆底层控制系统后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永福，焦傲，朱永薪，陈邦傑，樊俊宏，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：