一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法技术

本发明专利技术公开了一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，包括以下步骤,S1车辆纵向排队行驶并编号,S2所有车辆将自车信息发送给其他车辆，跟随车根据接收到的信息调整自身状态，S3为队列内的车辆建立车辆动力学模型，S4每个跟随车辆，以参考道路轨迹为控制目标，以与前车的最小安全距离为约束条件，设计代价函数并求解，得到一段预测时域内的最优的控制序列，S5将控制序列的第一个元素作用于自车系统进行控制，S6重复S4和S5，直至结束队列行驶。本发明专利技术可有效补充目前缺少的关于弯曲道路场景下的车辆队列控制方法，并实现较好的车辆队列跟踪效果。踪效果。踪效果。

【技术实现步骤摘要】
一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法


[0001]本专利技术涉及智能交通系统和智能网联汽车领域，特别是关于一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法。

技术介绍

[0002]随着汽车数量的不断增加，交通堵塞问题日益严重，传统的交通管理模型及车辆安全技术越来越难以应对这些挑战。而智能交通系统为解决这些问题提供了一条有效的途径。智能交通系统是一种融合了信息、传感、通讯、控制、计算机等多个学科先进技术的智能化交通网络管理系统，具备高效、实时、精准等优势。智能网联汽车是智能交通系统的重要组成部分，为实现智能交通具有重要的研究意义。
[0003]车辆队列控制是智能网联汽车领域一个重要的研究方向。它将所有位于同一车道的车辆，根据其临近车辆的状态信息，如车间距、车速等，自动调整本车的横纵向运动状态，以达到车辆队列中所有车辆的速度一致并实现期望的车间距。由于所有的车辆的运行状态相似，因此车辆队列行驶在缓解交通拥堵、提高交通容量、增强驾驶安全性等方面具有巨大的潜力，是智能网联汽车研究领域的热点。
[0004]目前，研究车辆队列控制方法的专利有不少，比如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：车辆纵向排队行驶，各车辆通过无线通信技术与相邻车辆之间进行信息交换，将第一辆车记为首车，也称领航车辆，编号为0，将剩余车辆称为跟随车辆，编号为1至N
‑
1，其中N为队列内车辆总数；S2：首车根据自动驾驶规划的道路行驶，并将自车的状态信息发送给其他车辆，跟随车根据接收到的状态信息调整自身状态，所述状态信息包括位置、速度和加速度；S3：对队列中的每辆车，建立考虑动力学特性的车辆动力学模型，为车辆实现横向跟踪轨迹和纵向调整车速打下基础；S4：每个跟随车辆，以参考道路轨迹为控制目标，以与前车的距离为约束条件，基于模型预测控制算法，设计代价函数并求解，得到一段预测时域内最优的控制序列；S5：每个跟随车辆将该控制序列的第一个元素作用于自车进行控制，得到该时刻自车的实际状态信息，将该信息发送给其他车辆，用于其他车辆使用；S6：重复步骤S4和S5，直到结束队列行驶。2.根据权利要求书1所述的一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，其特征在于，所述对队列中的每辆车，建立考虑动力学特性的车辆动力学模型的步骤具体包括：建立三自由度横纵向耦合动力学模型，由车辆的以下参数建模得到：车辆质量m，重力加速度g，转动惯量I
z
，前轮侧偏刚度C
f
，后轮侧偏刚度C
r
，质心到前轮的距离l
f
，质心到后轮的距离l
r
，滚动阻力系数f
r
，空气纵向阻力系数c
x
，空气垂向升力系数c
z
，车辆纵向速度v
x
，车辆横向速度v
y
，车辆横摆角速度车辆纵向位置X，车辆横向位置Y，车辆横摆角ψ，轮胎纵向力F
x
，前轮转角δ；三自由度横纵向耦合动力学模型为：，前轮转角δ；三自由度横纵向耦合动力学模型为：，前轮转角δ；三自由度横纵向耦合动力学模型为：，前轮转角δ；三自由度横纵向耦合动力学模型为：，前轮转角δ；三自由度横纵向耦合动力学模型为：将所述三自由度横纵向耦合动力学模型写成状态空间方程形式：y＝g(x)选择状态量为：选择控制量为：u＝[F
x
，δ]
T
；选择输出量为：
v
x
为车辆纵向速度，v
y
为车辆横向车速，为车辆横摆角速度，X为车辆纵向位置，Y为车辆横向位置，ψ为车辆横摆角，F
x
为轮胎纵向力，δ为前轮转角。3.根据权利要求1所述的一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，其特征在于，所述S4中的控制目标选为：S4中的控制目标选为：S4中的控制目标选为：S4中的控制目标选为：S4中的控制目标选为：即通过控制使得车辆与参考道路的纵向位置差、横向位置差、横摆角速度差及参考横纵向速度差趋近于0；X
r
为参考道路中心的参考纵向坐标，Y
r
为参考道路中心的参考横向坐标，为参考横摆角速度，v
xr
为期望车速，v
yr
为参考横向车速。4.根据权利要求1所述的一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，其特征在于：所述代价函数设定为如下：其中，η(k+i|k)为k+i时刻预测方程输出量，η
ref
(k+i)为k+i时刻期望的参考量，Δu(k+i|k)为k+i时刻的控制增量，ρ为权重系数，ε为松弛因子，Q
Q
，R
R
为权重矩阵，N
p
为预测时域，N
c
为控制时域；第一项可拆解为如下五项：
分别表示为在预测时域N
p
内跟随车辆与参考车速的速度误差、横向速度误差、与参考道路中心的纵向位置误差、横向位置误差、横摆角误差，反映了系统对参考量的跟踪能力；第二项表示在控制时域N
c
内控制增量的大小，反映了系统对控制增量平稳变化的要求；对各项控制目标都设置了相应的权重，通过调整控制权重Q
Q
，R
R
的值可调整各性能的控制要求。5.根据权利要求2所述的一种针对弯曲道路场景下的队列控制方法，其特征在于，首车的约束条件考虑道路几何形状约束和车辆本身执行机构约束；道路几何形状约束体现在道路曲率和道路摩擦系数对车速的影响，即：其中：g为重力加速度，μ为道路摩擦系数，ρ为道路曲率；车辆本身执行机构约束体现在车辆加速和减速时的最大加减速度限制以及车辆转弯时的转角限制，也即为对控制量和控制增量的约束；跟随车的约束条件在前车约束条件的基础上，考虑与前车的最小安全距离约束，使其满足两车实际距离与期望间距的差值趋近于零：τ≥d
fl
‑
d
des
≥0d
fl
为跟随车与前车的距离，d
des
为跟随车与前车的期望间距，τ为一个极小的常数；特别地，由于针对弯曲道路场景进行控制，只考虑纵向方向上的距离计算并不合理，将两车的绝对距离值作为两车的实际距离：
(X，Y)为跟随车辆的位置点，(X
l
，Y
l
)为前车的位置点(假设(X
l
，Y
l
)值已知)；两车期望间距通过基于紧急制动的安全间距策略计算得到：在间距策略中考虑不同车辆性能差异，将车辆的制动能力考虑进去，保证车辆安全，得到更为合理的两车跟车距离；其中：v
x
为跟随车辆当前的速度，a
x
为跟随车当前的加速度，α为车速控制系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡广地，周红梅，胡坚耀，
申请(专利权)人：四川嘉垭汽车科技有限公司，
类型：发明
国别省市：