[發明專利]高速公路場景中開放式無人駕駛車車群模型及車群形成方法

有效

• 申請號: 202010774258.2
• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN114071421B
• 公開（公告）日: 2023-01-10
• 發明（設計）人: 程久軍;原桂遠
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: H04W4/46
• 分類號: H04W4/46;H04W84/18
• 代理公司: 上海科律專利代理事務所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 葉鳳

1.一種高速公路場景中開放式無人駕駛車車群模型及車群形成方法，其特征在于，包括如下步驟：

一、預定義步驟

給出如下定義：

定義1無人駕駛車輛直接連通性DVC(Driverless Vehicle Connectivity)以表示兩個無人駕駛車輛節點直接連接的穩定程度，其數學表達式為(1)：

其中，

DCR(Driverless Communication Range)表示無人駕駛車輛通信的最大連通范圍；

dist_t(v_i,v_j)表示t時刻無人駕駛車輛節點v_i與另一無人駕駛車輛節點v_j之間的距離；當節點之間的距離大于最大連通范圍時，DVC為0，表明兩個無人駕駛車輛節點不存在連接，即反映在拓撲圖上是兩個節點之間不存在邊；當無人駕駛車輛節點之間的距離小于或等于最大傳輸范圍時，DVC與車輛之間的距離成負相關；節點之間距離越近，DVC越大，兩個無人駕駛車輛節點之間直接連接的可靠程度越高，聯系越緊密，反映到拓撲圖上邊的權重就越大；

定義2鄰居節點NeiNode：如果無人駕駛車輛節點v_i與另一無人駕駛車輛節點v_j滿足DVC(v_i,v_j)0，則稱v_i與v_j互為鄰居節點，反映在拓撲圖中即是v_i與v_j之間存在一條邊；所述鄰居節點NeiNode由數學表達式表征為(2)：

NeiNode(v_i,v_j)＝1 if DVC(v_i,v_j)0 (2)

定義3鄰居節點集N_i,t：表示無人駕駛節點v_i在t時刻的鄰居節點的集合V_j，數學表達式為(3)：

二、構建無人駕駛車群網絡拓撲結構步驟

無人駕駛車群即鄰居車群NeiVG，如果兩個無人駕駛車群VG_i與VG_j中的節點之間存在連接邊，那么這兩個車群互為鄰居車群，所述無人駕駛車群的網絡結構采用數學表達式為(4)：

為無人駕駛車輛在高速公路道路的每一個方向上形成多跳車群拓撲，是一個三跳車群網絡拓撲結構，其中：車輛的可連通半徑由R表示，在連通半徑R范圍內車輛節點之間連通，不在連通范圍內的車輛節點可由其他車輛轉發通信；

三、定義車輛狀態步驟

定義4為了描述高速公路場景下無人駕駛車群形成過程，定義了以下五種無人駕駛車輛狀態：

(1)初始化狀態IN(Initialization)

初始化狀態是無人駕駛車輛節點的起始狀態；

在初始化時，每個無人駕駛車輛節點維護一個車輛基本信息表VIBT(VehicleInformation Basic Table)，包括節點自身及其鄰居節點的車輛信息；

(2)選舉狀態SE(Select State)

每個無人駕駛車輛節點在初始化狀態后，全面感知其鄰居節點信息，同時將自身信息發送給周圍鄰居節點，將車輛基本信息表VIBT更新為最新狀態，此時，該無人駕駛車輛節點將自身的狀態切換為選舉狀態；

(3)、(4)引領節點LN狀態與普通節點CN狀態

為了表征無人駕駛車輛節點在車群中的地位與其在車群維護中的貢獻程度，在選舉狀態后，一個無人駕駛車群產生一個以上引領節點LN，Leading node，和若干個普通節點CN，Common node；

每個引領節點LN負責管理所在車群的各項信息；在車群運動過程中，引領節點LN往往決定一個非本車群的節點是否可以加入本車群；

同時,車群的節點集合N_i中除引領節點LN外，剩下無人駕駛車輛節點處于普通節點CN狀態；

(5)游離節點FN(Freeing Node)狀態

在無人駕駛車輛節點運動過程中，若節點不能連接到任何現有車群，且周圍不存在可以連通的節點，則此節點處于游離節點狀態；

四、無人駕駛車輛狀態轉換過程步驟

根據無人駕駛車輛節點在高速公路場景中運動特性和五種狀態，給出無人駕駛車輛狀態轉換過程：

1)無人駕駛車輛節點開始處于初始化狀態，這種狀態下車輛周期性的交換HELLO數據包構建自己的車輛基本信息表VIBT；

然后車輛轉換到選舉狀態SE，在該狀態中車輛做出其下一狀態的決定，進入步驟2)；

2)當處于選舉狀態SE的無人駕駛車輛節點附近不存在鄰近節點時，車輛轉換為游離節點FN狀態，進入步驟3)；

3)當處于游離節點FN狀態的無人駕駛車輛節點發現可以直接連接的其他游離節點FN后，車輛轉換為選舉狀態SE；

而當處于游離節點狀態的無人駕駛車輛節點附近存在引領節點LN或普通節點CN的車群節點，則轉換為普通節點CN，或者車輛節點轉換為選舉狀態SE；

4)處于選舉狀態SE的無人駕駛車輛節點附近存在且不屬于任何車群的節點，并且節點的相對屬性度量最好，則車輛狀態轉換為引領節點LN狀態；進入步驟5)或者步驟6)；

5)在選舉狀態SE中，所述引領節點LN必然存在無人駕駛車輛節點度量性不是最優，則轉換為普通節點CN狀態；否則轉換為引領節點LN狀態；

6)當引領節點LN附近不存在普通節點CN時，則轉換為選舉狀態SE；

7)當普通節點CN所屬的車群引領節點LN不存在時，轉換為選舉狀態SE。