[发明专利]利用半实物仿真技术手段实现车队协同驾驶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能交通仿真与试验领域，尤其涉及一种利用半实物仿真技术手段实现车队协同驾驶的方法。

背景技术

智能交通系统已经从早期以先进车辆控制技术为本的自动公路系统发展到目前以车车、车路通信为导向的智能车路系统，车队协同驾驶正是智能车路系统研究的热点问题。车队协同驾驶可以将若干辆单车组成跨车道柔性车队，通过车辆和道路的协调与配合，可以改善交通容量、增强交通安全，并在此基础上节约能源、减少环境污染。尽管美国加州大学伯克利分校提出的PATH计划(1997-2004年，7辆车)、日本JSK协会提出的ASV计划(2000-2006年，5辆车)以及欧盟赞助、VOLVO汽车制造商开展的SARTRE计划(2009-2012年，4辆车)都已经开展多车协同驾驶演示试验，但是上述项目不仅耗时长、费用昂贵，而且危险系数高，因此，迫切需要一种安全有效的智能车路仿真与试验技术实现车队协同驾驶。

半实物仿真采用相似原理，按照一定比例，构建多尺度的智能车辆与道路交通系统，通过将价格昂贵或结构复杂的车辆动力系统嵌入到计算机仿真系统，而将易于实现的车辆底盘、道路交通设施等以实物形式出现，可以降低成本、简化计算复杂程度，并且在系统设计与测试的便捷性、复验性、适应性以及安全性方面具有实车道路试验无可比拟的优势。目前，众多高校与科研单位都建立了缩微智能车和道路交通仿真平台，可以为智能交通仿真与试验提供良好的实验平台。比如，车模缩微车的电器和机械集成平台(专利号201220286006.6)、一种微缩道路路面结构(专利号201220330502.7)、一种模块化缩微道路环境模型(专利号201220332295.9)、基于缩微智能车教学实验装置(专利号201310132532.6)，缩微智能车群的智能交通硬件在线仿真系统(专利号201310320830.8)、用于智能交通硬件在线仿真系统的缩微智能车架构(专利号201310477168.7)。尽管上述专利都提供了类似的实验平台，并设计了缩微智能车的硬件结构和软件功能，但是大部分仅能实现某些特定的任务，如教学、比赛任务，或者为智能车路系统探索性研究提供系统整体架构。此外，面对车辆的高速移动性和道路交通环境的多样性，如何将半实物仿真运用到车队协同驾驶的建模与控制中，就成为本发明重点解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术的不足，而提供一种利用半实物仿真技术手段实现车队协同驾驶的方法，可以便捷高效地利用缩微智能车硬件资源与道路交通环境的实物资源，为车队协同驾驶、车联网集群行驶等研究提供统一的自动化软件测试框架。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种利用半实物仿真技术手段实现车队协同驾驶的方法，建立车辆与道路信息共享数据库和车队协同驾驶分布式体系的软件架构，将系统整体功能分为上下两层的功能单元，设定车队位置、长度、速度、间隔等触发条件，完成各种车队协同驾驶策略的切换控制；

具体步骤如下：

(1)定义涵盖车辆状态与道路交通环境等信息的数据类型，提供车辆与道路信息共享数据库，对车载多传感器采集的车辆动态信息与道路交通设施、位置等静态信息进行分类与融合；

(2)建立车队协同驾驶分布式体系的软件架构：包括车队上层协作功能单元与底层控制功能单元，所述车队上层协作功能单元根据不同道路交通场景设定车队巡航、跟随、组合与拆分、换道等策略，根据有限的道路资源完成车队不同策略的切换控制，所述底层控制功能单元根据车队上层协作功能单元发送的车队期望状态命令，控制各缩微智能车的电机转速与舵机偏转，实现车队的协同驾驶；

(3)根据步骤(2)中的车队上层协作功能单元的软件需求，设计车队协同驾驶的混成自动机；针对上述多种协同驾驶策略，建立不同的车队协作模态，借助车辆与道路信息共享数据库，构建基于事件流描述的动态驱动系统，采用直接、广播、绑定、隐藏等事件类型，设计车队协作模态的迁移动作，实现不同策略的切换控制；

(4)根据所述步骤(2)中的底层控制功能单元的软件需求，采用车辆动力学与运动学模型匹配的方式，建立车队控制系统的输入状态精确线性化关系式如下：