本发明专利技术涉及一种智能网联车辆队列汇入‑汇出分层控制方法，属于智联网汽车领域。针对智能网联车辆队列汇入‑汇出行驶场景，本方法设计了集中式决策层。决策层位于领航车辆上，在整个协同过程中负责关键信息的决策并输出相应信号给控制层。具体包括请求评估、汇入位置判断以及队列安全间距计算。并且设计了分布式的控制层。控制层根据决策层输出的结果来控制队列成员车辆和机动车辆完成相应的协同动作。具体包括队列纵向间距控制、汇入‑汇出轨迹规划、轨迹优化和轨迹跟踪控制。本发明专利技术确保了整个车辆队列汇入‑汇出协同控制过程的安全性、稳定性和高效性，并且简单易于工程实现。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智联网汽车领域，涉及一种智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法。
技术介绍
1、基于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。车辆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。智能网联车辆队列控制由于融合了先进的自动化技术和高效的通信技术，具有极大的节能、安全、高效的潜力，成为全球汽车产业的研究发展方向。
2、目前，现有的车辆队列控制技术包括公开的专利研究重点由如何维持固定队列稳定性向着如何实现车辆安全动态汇入-汇出队列发展。如公开号为cn116682252a，名称为：一种智能网联车辆自适应汇入车辆队列控制方法，该专利主要提供一种智能网联车辆自适应汇入车辆队列控制方法，考虑车辆队列和汇入车辆的速度、位置关系，以及车辆舒适性要求，对所有候选汇入位置进行评估，以实现汇入车辆自适应选择最优汇入位置，然而，其忽略了避碰安全间距与实际车辆的底层动力学特性，难以刻画出真实驾驶场景下的队列控制。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其考虑车辆非线性动力学影响，设计包含集中式决策层和分布式控制层在内的汇入-汇出分层协同控制方法，决策层与控制层相互配合，确保了整个协同控制过程的安全性、稳定性和高效性。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，该方法包括以下步骤：
4、s1：考虑车辆传动系统、轮胎以及制动系统，建立车辆动力学模型；
5、s2：设计位于领航车辆的集中决策层，领航车与队列中每个车辆和机动车辆都建立有通信连接，每次决策层计算的结果通过v2v通信来发送给队列中的协同车辆或者汇入-汇出车辆，以此完成汇入-汇出的决策沟通，具体包括汇入-汇出的请求评估、汇入位置判断以及队列安全间距判断；
6、s3：设计位于每辆车上的分布式控制层，控制层会根据决策层输出的指令来控制车辆完成相应的具体动作，具体包括汇入-汇出间距控制、轨迹规划以及轨迹跟踪控制；
7、s4：搭建仿真环境对控制方法进行有效性验证，通过建立联合仿真环境、引入传感器系统以及通信系统完成对分层控制方法有效性验证。
8、进一步的，所述s1，考虑车辆传动系统、轮胎以及制动系统，建立车辆动力学模型如下：
9、
10、式中，fxr(t)表示后轮纵向轮胎力；fxf(t)表示前轮纵向轮胎力；ωr(t)表示后轮转速；ωf(t)表示前轮转速；ωe(t)表示发动机转速；ωp(t)表示液力变矩器转速；tb(t)表示制动力矩；te(t)表示驱动力矩；pbr(t)表示制动压力；θth(t)表示节气门开度；ftr(*)表示液力变矩扭矩特性；ftki(*)表示液力变矩容量特性；map(*)表示发动机扭矩特性；lf表示前轴到质心距离；lr表示后轴到质心距离；vx(t)表示纵向速度；rw表示车轮半径；kb表示制动压力系数；cd表示空气阻力系数；vlow表示车轮纵向速度常数；ig表示变速器传动比；i0表示减速器传动比；μa表示滚动阻力系数；ρa表示空气密度；a表示迎风面积；b表示刚度因子；c表示形状因子；d表示峰值因子；e表示曲率因子；jr表示后轮转动惯量；je表示发动机转动惯量；jf表示前轮转动惯量；vy表示车辆横向速度；m表示车辆质量；cf和cr分别表示车辆前、后轮等效侧偏刚度；ω表示车辆横摆角速度；β表示质心侧偏角；ψ表示前轮转角；iz表示车辆绕z轴的转动惯量。
11、进一步的，所述s2具体为：
12、s21：请求评估：负责根据队列自身情况来对汇入-汇出请求进行分析，判断是否接受此次请求
13、1)外部车辆请求汇入队列：领航车辆需要根据合并后的队列长度和队列当前运行状态来进行汇入请求的评估；具体判断步骤如下：
14、a)汇入车辆tm发送汇入请求给队列领航车辆t0，触发队列汇入策略，领航车辆t0与车辆tm建立通信连接；
15、b)进行队列长度判断；根据当前队列长度la计算合并后的队列长度是否大于队列设定最大长度lmax；大于则直接拒绝此次请求，小于等于则进行下一步骤的判定，如下所示；
16、la+1≤lmax
17、c)进行队列稳定性判断；根据下式进行队列串稳定性判别，当队列处于串稳定状态时，允许进行外部车辆的汇入，否则拒绝此次汇入请求；
18、
19、式中，j为虚数单位；ω为激励频率；|g(jω)|为车辆队列系统传递函数幅值；
20、d)汇入车辆tm加入队列自组织通信网络，进行下一步汇入位置判断；
21、2)内部车辆请求汇出队列：在实际行驶过程中内部车辆的汇出往往是因为目的地即将到达或目的地变更，需要驶入其他车道来达到此目的；因此领航车辆会默认同意汇出申请；具体判断步骤如下：
22、a)汇出车辆ts发送汇出请求给队列领航车辆t0，触发队列汇出策略；
23、b)领航车辆t0同意汇出请求，进行下一步队列安全间距的判断；
24、3)领航车辆同意外部车辆的汇入请求后，将进行汇入位置的判断再进行队列安全间距的判断；若同意内部车辆的汇出请求后，则直接进行队列安全间距判断；
25、s22：领航车辆t0允许汇入车辆tm的汇入请求后，需要进行汇入位置的决策；
26、1)汇入位置通常分为队尾汇入和队中汇入，汇入位置判断策略如下：
27、a)若车辆tm当前位置位于队列尾车位置xn之后，判定策略为队尾汇入；
28、b)若车辆tm当前位置位于队列头车到尾车之间，判定策略为队中汇入；
29、2)计算汇入位置pm：
30、
31、式中，pm为车辆tm的汇入位置；xi为队列中车辆i的纵向位置；
32、3)汇入位置判断完成后，领航车辆会将汇入位置发送给汇入车辆tm；然后汇入车辆tm会在纵向分层控制器的作用下，达到指定的汇入起始点并等待领航车进行队列安全间距的判断；为了方便汇入后车辆间距的调整，缩短队列恢复稳定行驶的时间，将汇入起始点与车辆汇入后的期望位置设定为相同的值；计算如下：
33、
34、式中，xmp为汇入点前车的位置；di,des为相邻车辆间的期望间距；l为车长；
35、s23：安全间距判断：设计队列安全间距判断模型，在决策层进行队列安全间距的计算并发送计算结果给控制层，控制层通过队列纵向分层控制器完成汇入-汇出位置的间距调整，使其符合汇入-汇出的安全需求；
36、1)汇入安全间距判断
37、a)汇入起始点与前车位置xmp(t)的最小安全间距：汇入过程中车辆tm与前车tmp可能发生碰撞；根据车辆tm和前车tmp的相对位置关系，得到如本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述S1，考虑车辆传动系统、轮胎以及制动系统，建立车辆动力学模型如下：
3.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述S2具体为：
4.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述S3具体为：
5.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述S4中，通过采用仿真环境进行联合仿真测试；其中，其中PreScan主要用于交通场景构建、V2X传感器配置以及进行三维仿真动画显示，TrcukSim用于生成车辆动力学模型，MATLAB/Simulink用于控制算法的加载和仿真数据的提取。
6.根据权利要求5所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述仿真环境包括MATLAB和Simulink+PreScan+TruckSim。
【技术特征摘要】
1.智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述s1，考虑车辆传动系统、轮胎以及制动系统，建立车辆动力学模型如下：
3.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述s2具体为：
4.根据权利要求1所述的智能网联车辆队列汇入-汇出分层控制方法，其特征在于：所述s3具体为：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：李永福，朱永薪，黄鑫，黄龙旺，赵杭，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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