高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法技术

本发明专利技术公开高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，属于计算、推算或计数的技术领域。本发明专利技术定义了协同自适应巡航编组车辆的车头时距控制策略；提出了反馈

【技术实现步骤摘要】
高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法


[0001]本专利技术涉及车联网与智能驾驶领域，主要涉及车联网与车辆自动控制领域的关键技术，公开高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，属于计算、推算或计数的


技术介绍

[0002]高速公路交织区是限制高速公路通行能力的关键路段，也是高速公路中碰撞事故发生频率较高的路段。如何提升高速公路交织区中的车辆通行能力，提升交织区中车辆的驾驶稳定性与安全性，越来越受到研究者的关注。近年来，随着无线通信技术的不断进步，车联网领域也在不断地完善，其中，车车通信和车路协同通信技术的发展，给协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)技术带来了新的发展机遇，车联网技术是实现车辆之间协同行驶的基础，是实现车辆间信息传递的有效方式之一。
[0003]协同自适应巡航自动驾驶技术作为自适应巡航术(Adaptive Cruise Control，ACC)的延伸。ACC车辆主要依靠车载雷达和视屏处理设备来感知自身所处的交通环境；而CACC车辆不仅利用雷达和视屏设备来感知环境，还通过车载网络通信设备来组建自组织局部通信网络，并且形成的局部V2V和V2I网络实时传递交通上游的车辆行驶信息，各辆车在行驶状态信息共享的基础上，就可以实现协同行驶。协同行驶不仅可以提升道路的交通通行能力，还可以提升车辆行驶的安全性，降低车辆追尾的风险。
[0004]高速公路交织区通常是高速公路中的瓶颈区域，它不仅影响着高速公路整体的通行效率，也是交通安全管理的关键性区域。目前，对自动驾驶车辆协同编队控制的研究基本处于试验阶段，所考虑的交通场景较为简单，并不能充分满足自动驾驶车队在高速公路交织区中实现稳定的协同自动行驶的要求。目前的研究对CACC车队在高速公路交织区中广泛存在的切入
‑
切出车辆干扰的关注还比较缺乏。现有的自适应巡航控制算法主要考虑高速公路常规路段的车队协同行驶，而随着车联网技术和协同控制编组行驶技术的发展，满足CACC车队在高速公路各个区段都能实现协同行驶的控制系统将成为科技发展的必然要求。本专利技术旨在提出高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，融入了针对交织区中非网联车辆切入切出干扰的前馈控制模块(内嵌加速度控制算法)与传统的自适应巡航控制系统相比，本文提出的网联协同巡航控制算法其主要优势在于通过前馈模块及其内置算法减小了因为不确定切入
‑
切出干扰带来的负面影响，提升了网联协同车队在高速公路交织区中行驶的稳定性和驾驶舒适度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的是针对上述
技术介绍
的不足，提供高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，融入针对交织区中非网联车辆切入切出干扰的前馈控制，实现高速公路交织区自适应巡航优化的专利技术目的，解决的技术问题是现有的车辆队列在协同自适应巡航控制时不能很好得消除因为高速公路交织区中变道车辆的切入
‑
切出等干扰对交通安全
和车队稳定性产生的消极影响。
[0006]本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：
[0007]协同行驶车队中的受控车辆通过车载装置获取当前道路环境下各辆协同行驶车辆在车队中的位置。假设当前车队由n+1辆网联自动驾驶汽车组成，那么车队的第一辆车记为头车Car0；队列中的除队首车辆的任意车辆记为Car
i
,其中，下标i表示车辆在队列中的跟驰位置。
[0008]步骤S1：协同行驶车辆利用车载雷达和定位装置获取CACC车队中各车的实时位置、速度和加速度信息。
[0009]步骤S2：在CACC编组车队的内部，各被控车辆，通过V2V车联网通讯实现车辆行驶信息的共享。根据共享的各车的行驶信息车载运算系统即可以计算得到本车与前车的相对位置d
i
＝x
i
‑
x
i
‑1,其中x
i
,x
i
‑1分别表示本车与前车的绝对位置坐标。
[0010]步骤S3：根据前两个步骤得到的车间距误差和速度误差，控制器根据当前车速以及车辆当前运行状态调整控制输出，补偿当前车队中车辆间的距离误差。
[0011]其中C1代表被控车辆的前车与队列头车的比重值，其值一般取(0,1)之间；ξ代表系统的助理系数比，临界阻尼可以设置为1；ω
n
表示控制器的带宽。按照以上公式进行组织起来的CACC车队，车辆就可以以恒定间距来跟踪前车。
[0012]步骤S4:根据当前车辆输出的期望加速度，车辆更新本车的位置、速度和加速度信息，并将其再次传递给CACC编组车队中的其它车辆，同时计算并更新当前各车之间的距离误差。
[0013]步骤S5：自动驾驶控制的前馈控制控制模块监听CACC车队中的各车是否有特定的交通行为请求如：离开CACC队列或者等待加入CACC队列的请求。当监听到邻近车道的车辆有加入或者离开协同车队的请求时，前馈加速度变化限制的高速公路交织区协同自适应巡航控制模块，将会对切入切出CACC车排干扰，进行前馈控制，其模块内的加速度变化限制算法的具体的算法表达式为：
[0014][0015][0016]其中公式(1)表示CACC控制系统接收到有车辆队要切出队列离开CACC排的信号时所启动的前馈控制模块中的内置控制算法，表示第i辆车的最大加速度；表示当前时刻的加速度值；f
i
(Δt/t
al
)表示加速度限制的限制函数。公式(2)表示CACC控制系统接收到有相邻车道的车辆发出的加入CACC排的信号时所启动的前馈控制模块中的内置控制算法，表示第i辆车的最大减速度值。
[0017]步骤S6：根据实际的交通状况控制系统选择是否触发前馈控制系统中的加速度变化限制模块。如果有CACC车辆离开CACC车队编组其紧邻的后一辆CACC车辆的控制系统触发前馈加速度变化限制模块，避免突然加速度变化太大，而产生的危险驾驶行为。
[0018]进一步地，步骤S5中，采用基于MPC的滚动预测算法来对前车和相邻车道的可能出现切入
‑
切出的交通行为进行预测，具体为：对监听车辆在未来一段时间内的横向位置进行
预测，根据预测序列中各预测值计算的横向位置函数值未超过阈值时，判断被监听车辆切入CACC车队，根据预测序列中各预测值计算的横向位置函数值超过阈值时，判断被监听车辆切出CACC车队。
[0019]本专利技术采用上述技术方案，具有以下有益效果：
[0020](1)本专利技术提供的协同自适应巡航控制方法，包含车辆信息传输的信息的设计，在本专利技术中受控车辆在协同编组驾驶的过程中，在实时地向队列中的其它车辆发送本车位置、速度、加速度的同时，信息接收装置也不间断地接收由其它车辆发来的驾驶信息，受控车辆主要关注前车与CACC队列头车的驾驶信息，能够实现CACC车队中各车稳定跟驰前车的目的。
[0021](2)本专利技术提供的高速公路交织区车辆自适应巡航控制方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，其特征在于，获取CACC车队中各车的位置、速度、加速度，通过V2X通信系统在CACC车队中共享各车的位置、速度、加速度；求解当前车辆与前车的车头间距误差；根据当前车辆与前车的车头间距误差、速度误差调整当前车辆的期望加速度，更新当前车辆的车速和位置，通过V2X通信系统与CACC车队中各车共享当前车辆的位置、速度、加速度；监听CACC车队中各车是否有切入或切出车队的请求，在有车辆切入或切出CACC车队时，对紧跟切入或切出车辆之后的车辆的加速度进行限制，更新紧跟切入或切出车辆之后的车辆的位置、速度，通过V2X通信系统与CACC车队中各车共享紧跟切入或切出车辆之后的车辆的位置、速度、加速度。2.根据权利要求1所述高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，其特征在于，所述根据当前车辆与前车的车头间距误差、速度误差调整当前车辆的期望加速度的表达式为：其中，a
i,des
表示当前车辆i的期望加速度；a0表示队列头车的加速度；a
i
‑1表示当前车辆i的前一车辆的加速度；C1代表示当前车辆i的前车与队列头车的权重值，表示当前车辆对队列首车的控制信号的反应，其值一般取(0,1)；ξ代表系统的助理系数比，临界阻尼设置为1；ω
n
表示控制器的带宽；ε
i
分别表示当前车辆i与其紧随车辆的间距误差，为ε
i
的导数；v
i
‑
v0表示当前车辆i和队列头车的速度之差。3.根据权利要求1所述高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，其特征在于，所述判断有车辆切入或切出CACC车队的具体方法为：采用基于MPC的滚动预测方法预测当前车辆横向位置序列，在所述横向位置序列对应的横向位置函数值未超过阈值时，判定当前车辆切入CACC车队，在所述横向位置序列对应的横向位置函数值超过阈值时，判定当前车辆切出CACC车队。4.根据权利要求1所述高速公路交织区协同自适应巡航优化控制方法，其特征在于，在有车辆切入CACC车队时，按照如下表达式对紧跟切入车辆之后的车辆的加速度进行限制，其中，u
i
(t+Δt)表示当前车辆i的实时控制输入量；a
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王炜，刘毅，华雪东，赵德，王建，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：