[發(fā)明專利]基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510419626.0
• 申請(qǐng)日: 2015-07-16
• 公開（公告）號(hào): CN104960524B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王云鵬;王迪;王建強(qiáng);鹿應(yīng)榮;秦洪懋;胡滿江;徐成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);清華大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W30/18
• 分類號(hào): B60W30/18;B60W10/06;B60W10/18;B60W10/20
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所11121
• 代理人: 祗志潔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車輛控制領(lǐng)域，具體涉及一種在車車無線通信環(huán)境下針對(duì)車輛換道場(chǎng)景，通過車車信息交互融合換道車輛及其周圍車輛運(yùn)動(dòng)信息，實(shí)現(xiàn)自車及其周圍車輛協(xié)同換道的智能車輛控制系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)

隨著路網(wǎng)運(yùn)行車輛數(shù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，交通安全與效率問題日益嚴(yán)峻，其中換道行為是導(dǎo)致交通事故和交通擁堵的重要致因之一，尤其在城市區(qū)域，車流密度大，極易發(fā)生換道碰撞事故，甚至導(dǎo)致連環(huán)追尾碰撞。絕大多數(shù)換道碰撞事故是由于換道車輛(以下簡(jiǎn)稱“自車”)或其周圍車輛內(nèi)駕駛員對(duì)其周圍車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及位置信息感知不準(zhǔn)確并進(jìn)行了錯(cuò)誤的駕駛決策。同時(shí)，自車的換道行為，尤其是自車從當(dāng)前所在車道(以下簡(jiǎn)稱“原車道”)突然換道切入相鄰車道(以下簡(jiǎn)稱“目標(biāo)車道”)，往往引起目標(biāo)車道中與自車相鄰的跟隨車輛(以下簡(jiǎn)稱“目標(biāo)車道后車”)被迫減速，對(duì)目標(biāo)車道后車內(nèi)駕駛員舒適性產(chǎn)生消極影響，并導(dǎo)致目標(biāo)車道上游車輛依次減速，在交通密度較大情況下，甚至引發(fā)交通堵塞。另一方面，自車的換道行為往往受原車道自車前方車輛(以下簡(jiǎn)稱“原車道前車”)、目標(biāo)車道后車、目標(biāo)車道內(nèi)自車前方車輛(以下簡(jiǎn)稱“目標(biāo)車道前車”)阻礙而無法進(jìn)行。可見，換道過程中，自車及其周圍車輛間存在強(qiáng)烈的相互作用，但車車之間信息感知不全面、不準(zhǔn)確，車輛之間無法主動(dòng)協(xié)作導(dǎo)致?lián)Q道過程存在上述諸多問題，因此，基于全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的多車信息，實(shí)現(xiàn)換道過程中自車與周圍車輛的協(xié)同動(dòng)作，對(duì)提升交通安全與效率、改善換道過程駕駛員舒適性、提高換道可行性具有重要意義。

目前，在換道輔助及控制技術(shù)上，絕大多數(shù)系統(tǒng)依靠自車裝載的自主式傳感器(雷達(dá)、攝像頭等)識(shí)別周圍車輛運(yùn)動(dòng)及位置信息，存在信息感知不全面、延時(shí)高、不準(zhǔn)確、范圍有限等缺陷。在換道輔助方面，絕大多數(shù)換道輔助系統(tǒng)僅根據(jù)車載傳感器獲取的周圍車輛信息，向自車提供換道預(yù)警及建議，在換道控制方面，決策過程中大都僅考慮自車的換道控制上，在控制策略設(shè)計(jì)中往往忽略了周圍車輛的運(yùn)動(dòng)變化。車車通信技術(shù)發(fā)展迅速并已得到實(shí)際應(yīng)用，車車間可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的大范圍信息交互，全面、精確、實(shí)時(shí)的信息感知得以實(shí)現(xiàn)。但是車車通信往往被弱化為一種獲取更豐富信息的手段，目前在基于車車通信的換道場(chǎng)景中，仍少有以多車協(xié)同合作方式完成換道的研究和應(yīng)用。

綜上所述，現(xiàn)有換道輔助及控制相關(guān)技術(shù)存在的主要問題是：

(1)采用傳統(tǒng)自主式傳感器，信息感知不全面、不準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性差；

(2)僅針對(duì)自車提供換道預(yù)警或控制，未充分考慮自車周圍車輛運(yùn)動(dòng)變化及其換道行為對(duì)周圍車輛的影響；

(3)車車通信未得到充分利用，在換道過程中，車車間仍相互獨(dú)立，未形成有效的主動(dòng)協(xié)作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)換道過程中，換道車輛與周圍車輛相互獨(dú)立且相互被動(dòng)影響，從而導(dǎo)致交通安全與效率降低的問題，提供了一種基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)及其方法。本發(fā)明通過匯集自車、原車道前車、目標(biāo)車道前車、目標(biāo)車道后車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和位置信息，以提高換道可行性、安全、舒適、交通效率為目標(biāo)，集中規(guī)劃存在相互作用的四輛車在換道過程中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，通過四輛車的主動(dòng)協(xié)同，順利完成換道。

本發(fā)明提供的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)包括感知單元、通信單元、控制單元和人機(jī)交互單元。

感知單元包括車輛總線、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、縱向加速度傳感器、橫擺傳感器和高精度差分GPS。其中，高精度差分GPS天線安置于車頂，垂直方向上與車輛質(zhì)心重合。感知單元用于實(shí)時(shí)獲取自車信息，包括自車車速、油門開度、制動(dòng)壓力、前輪轉(zhuǎn)角、縱向加速度、橫向加速度、橫擺角速度、經(jīng)緯度位置以及航向角。

通信單元采用專用短程通信設(shè)備，用于車車間信息實(shí)時(shí)交互。自車通過通信單元獲取協(xié)同車輛和非協(xié)同車輛的信息，并實(shí)時(shí)由自車向周圍協(xié)同車輛發(fā)送期望控制指令。協(xié)同車輛和非協(xié)同車輛的信息包括車輛ID、車速、縱向加速度、經(jīng)緯度位置、車長(zhǎng)、車頭及車尾距質(zhì)心的距離。

控制單元包括主控器、油門/制動(dòng)執(zhí)行器和前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行器。主控器從感知單元獲取自車信息，從通信單元獲取協(xié)同車輛和非協(xié)同車輛的信息，進(jìn)行協(xié)同換道可行性判斷，當(dāng)協(xié)同換道可行時(shí)，實(shí)時(shí)獲取自車與協(xié)同車輛的期望控制量，并將協(xié)同車輛的期望控制量通過通信單元發(fā)送出去。主控器根據(jù)自車的期望控制量控制油門/制動(dòng)執(zhí)行器和前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行器執(zhí)行實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的控制運(yùn)動(dòng)。自車的期望控制量為當(dāng)前時(shí)刻的期望縱向加速度和期望橫向加速度；協(xié)同車輛的期望控制量為當(dāng)前時(shí)刻的期望縱向加速度。