一种基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法，包括步骤如下：首先，针对智能网联环境下的弯道场景，自动驾驶车队中车辆接收到前后车运行信息以及路道状态信息后；再根据利用SSM以及车队间距策略构建自动驾驶车辆安全控制目标；接着利用模型预测控制与车辆动力学结合，对车辆的路径选择进行动态规划与实时控制。本发明专利技术能保障自动驾驶车队在弯道场景下的效率并提高其安全性。在弯道场景下的效率并提高其安全性。在弯道场景下的效率并提高其安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法


[0001]本专利技术涉及智能交通同步安全控制方法，尤其涉及一种基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法。

技术介绍

[0002]现有研究表明，90％以上的车辆碰撞事故是由人为失误造成的。此外，根据美国交通部研究与创新技术管理局的数据，基于自动驾驶车辆技术，每年可以减少约80％的车辆碰撞事故。由于自动驾驶车队可以准确感知周围环境，反应时间可以忽略不计，并且不受分心、疲劳驾驶的影响，可以协调多辆车安全紧凑行驶，提高交通效率和安全性。然而，当自动驾驶车队外部干扰时，很难保持预先设定的车辆间距，增加碰撞的风险。目前，大部分自动驾驶车队控制算法都是假设车辆在直线公路上行驶，如自适应巡航控制和协同自适应巡航控制。然而，在弯曲的道路上，不仅应该考虑自动驾驶车辆行驶的纵向方向，还应该考虑横向的动态变化。此外，自动驾驶车队在弯曲道路上的碰撞风险比在直线道路上的要高。在解决弯曲道路上有外部干扰的自动驾驶车队安全控制方面的研究较少。
[0003]在弯曲道路上，自动驾驶车辆不仅要具有跟踪预定路径的能力，还需要避免碰撞以及降低由外部干扰引起的碰撞风险。对于自动驾驶车队的纵向和横向同步控制，当前大多数算法采用分层分级来处理该问题：首先仅考虑自动驾驶车辆的位置和速度来规划轨迹，然后使用简单的反馈控制器来跟踪规划的轨迹。为了实现自动驾驶车辆的可靠性和安全机动，研究人员提出了大量的运动规划策略，通过跟踪下层反馈控制器来优化自动驾驶车辆在各种道路上的行驶路径或轨迹。然而，上述研究要么将风险指标(例如，最小时间间隔、最小减速度)纳入控制目标以降低碰撞风险，要么考虑安全约束(例如，最小安全间隔、最小安全间隔)以确保车辆之间有足够的距离间隔。例如，有学者提出了一种用于自动驾驶系统的滚动时域控制方法，提供了一种在交通扰动下使自动驾驶车辆的安全风险最小化的机制。有了这种机制，替代安全措施(SSM)可以很容易地纳入自动驾驶车辆安全控制目标。在各种SSM中，碰撞时间(TTC)及其综合指标，如暴露碰撞时间(TET)、时间积分碰撞时间(TIT)、追尾碰撞风险指数(RCRI)、空间和停车距离的差异(DSS)、避免碰撞的减速率(DRAC)和后侵入时间(PET)已被用于自动驾驶车辆安全评估。尽管SSM已被用于评估自动驾驶车辆的安全影响，但目前还没有研究直接将SSM作为自动驾驶车队轨迹优化的控制目标。
[0004]综上所述，在弯道情境下自动驾驶车队的轨迹优化中，直接考虑SSM的最优横向、纵向同步安全控制的关键技术亟待研究。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种在不损失车辆运行效率的前提下，提高弯道场景下自动驾驶车队中车辆的安全的基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法。
[0006]技术方案：本专利技术的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法，包括步骤如下：
[0007]S1，获取弯道场景道路信息；
[0008]S2，获取车队中所有车辆初始运行状态；
[0009]S3，设定车队中车辆安全间距控制策略，以固定车头时距策略进行车队控制；
[0010]S4，取从当前时刻到设定值的时间段作为模型预测控制的预测范围，并设计采样时间以及控制时间；
[0011]S5，基于所选取的SSM指标以及设计车辆目标车头间距，设计车辆控制目标函数；
[0012]S6，利用二次规划求取车辆控制目标函数的最优解；
[0013]S7，根据步骤S6得到的最优解，将车队中所有车辆第一个解作为控制输入对所有车辆进行控制；
[0014]S8，更新所有车辆运行状态；
[0015]S9，若车辆没有全部通过弯道场景，重复步骤S3至步骤S8，直至所有车辆通过弯道场景。
[0016]进一步，步骤S3中，设定车队中车辆安全间距控制策略，以固定车头时距策略进行车队控制的步骤如下：
[0017]S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：
[0018][0019][0020][0021][0022][0023][0024][0025][0026][0027]式中，X为自动驾驶车辆i中心点纵向位移；Y为自动驾驶车辆i中心点横向位移，为其导数；v
x
表示自动驾驶车辆i中心点的纵向速度，v
y
表示自动驾驶车辆i中心点的横向速度；ψ表示自动驾驶车辆i中心点的方向角，为其导数；r表示自动驾驶车辆i中心点的偏航率，为其导数；β为自动驾驶车辆i的侧滑角，为其导数；F
xr
表示自动驾驶车辆i后轮的纵向力，F
yf
表示自动驾驶车辆i前轮的横向力；F
yr
表示自动驾驶车辆i后轮的横向力；M为车辆质量；I
z
为中心点的偏航惯性；l
r
表示自动驾驶车辆中心点到后轮的距离；l
f
表示自动驾驶车辆中心点到前轮的距离；δ表示自动驾驶车辆i的转向角，为其导数，δ
′
表示自动驾驶车辆i的理想转向角；F
x
表示自动驾驶车辆i的纵向力，为其导数，F
′
x
表示自动驾驶车
辆i的理想纵向力。其中，δ
′
与F
′
x
为车辆输入的控制参数。
[0028]S32，求解车辆状态方程，车辆状态方程的表达式如下：
[0029]dx＝fdt+G
·
udt
[0030]其中，
[0031]x＝[X Yψβr v
x v
y
δF
x
]T
[0032][0033][0034]G＝[0 0 0 0 0 0 0 10 10]T
[0035]S33，选用固定车头时距策略，则表达式为：
[0036]τ
*
v
i,x
(t)+l
f
+l
r
＝(β
i
‑
1,y
(t)
‑
β
i,y
(t))
×
R
[0037]式中，τ
*
表示车辆间车头间距；R表示弯道的曲率半径。
[0038]进一步，步骤S5中，基于所选取的SSM指标以及设计车辆目标车头间距，设计目标函数的步骤包括：
[0039]S51，确定车辆的状态约束条件：
[0040]‑
23deg≤δ≤23deg
[0041]|F
′
x
|≤8600N
[0042]S52，车辆控制目标表示为：
[0043]min q(x,u)＝α1(τ
*
v
i,x
(t)+l
f
+l
r
‑
(β
i
‑
1,y
(t)
‑
β
i,y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法，其特征在于，包括步骤如下：S1，获取弯道场景道路信息；S2，获取车队中所有车辆初始运行状态；S3，设定车队中车辆安全间距控制策略，以固定车头时距策略进行车队控制；S4，取从当前时刻到设定值的时间段作为模型预测控制的预测范围，并设计采样时间以及控制时间；S5，基于所选取的SSM指标以及设计车辆目标车头间距，设计车辆控制目标函数；S6，利用二次规划求取车辆控制目标函数的最优解；S7，根据步骤S6得到的最优解，将车队中所有车辆第一个解作为控制输入对所有车辆进行控制；S8，更新所有车辆运行状态；S9，若车辆没有全部通过弯道场景，重复步骤S3至步骤S8，直至所有车辆通过弯道场景。2.根据权利要求1所述基于SSM的自动驾驶车队横纵向同步安全控制方法，其特征在于，步骤S3中，设定车队中车辆安全间距控制策略，以固定车头时距策略进行车队控制的步骤如下：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：S31，车辆i的横纵向状态满足下列方程：式中，X为自动驾驶车辆i中心点纵向位移；Y为自动驾驶车辆i中心点横向位移；为其导数；v
x
表示自动驾驶车辆i中心点的纵向速度，v
y
表示自动驾驶车辆i中心点的横向速度；ψ表示自动驾驶车辆i中心点的方向角，为其导数；r表示自动驾驶车辆i中心点的偏航率，为其导数；β为自动驾驶车辆i的侧滑角，为其导数；F
xr
表示自动驾驶车辆i后轮的纵向力，F
yf
表示自动驾驶车辆i前轮的横向力；F
yr
表示自动驾驶车辆i后轮的横向力；M为车辆
质量；I
z
为中心点的偏航惯性；l
r
表示自动驾驶车辆中心点到后轮的距离；l
f
表示自动驾驶车辆中心点到前轮的距离；δ表示自动驾驶车辆i的转向角，为其导数，δ
′
表示自动驾驶车辆i的理想转向角；F
x
表示自动驾驶车辆i的纵向力，为其导数，F
′
x
表示自动驾驶车辆i的理想纵向力。其中，δ
′
与F
′
x
为车辆输入的控制参数。S32，求解车辆状态方程，车辆状态方程的表达式如下：dx＝fdt+G
·
udt其中，x＝[X Y ψ β r v
x v
y δ F
x
]
TT
G＝[0 0 0 0 0 0 0 10 10]
T
S33，选用固定车头时距策略，则表达式为：τ
*
v
i,x
(t)+l
f
+l
r
＝(β
i
‑
1,y
(t)
‑
β
i,y
(t))
×
R式中，τ
*
表示车辆间车头间距；v
i,x
(t)表示第i辆自动驾驶车辆的纵向速度；β
i,y
(t)表示自动驾驶...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙冬颖，钟鸿明，程建川，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：