[发明专利]一种车辆协作式编队行驶系统

权利要求书

1.一种车辆协作式编队行驶系统，其特征在于，所述车辆协作式编队行驶系统从上到下包括网络层、链接层、协调层、控制层和物理层；

所述网络层包括中心服务单元CSU、路侧单元RSU、车载单元OBU；车载单元OBU通过无线网络与链接层的无线路由器通信；所述无线路由器通过以太网分别与中心服务单元CSU、路侧单元RSU通信；中心服务单元CSU与路侧单元RSU采用ZeroMQ的通信；

所述协调层包括：编队人机交互界面HMI，用于接收人机交互系统中驾驶员设置的起点和终点，完成自动驾驶行为的全局路径规划；并结合全局路径规划规划的行驶路线和车辆定位模块的定位信息；在高精度地图上，规划满足交通规则和安全性要求的局部行驶路线；

所述控制层，用于对传感器和网络融合信息进行分析，实现车辆的自动驾驶决策和控制；包括：环境感知、纵横向行驶速度规划、发送车辆控制指令；所述环境感知，由自身附加安装的毫米波雷达感知车辆行驶的外部环境；所述纵横向行驶速度规划，利用GPS/INS组合定位方式，获取车辆姿态和位置状态信息；

所述物理层包括：转向控制、油门控制、制动控制；用于执行控制层轨迹规划和速度规划的指令，通过计算各执行器的给定量，油门、转向和制动器接收到命令后执行相应操作，完成轨迹跟踪、车辆加减速、换道行驶动作；

所述编队人机交互界面HMI，完成自动驾驶行为的全局路径规划中，人机交互模块HMI创建编队；创建编队完成后向控制层下发编队指令；根据车辆汇聚、车辆跟驰、退出编队、编队停车、协作式换道的编队状态填充控制字段实现实时控制；

控制层的控制器根据车载传感器获得的前车状态信息，进行速度控制，完成车辆汇聚；车辆汇聚达到目标距离时进入车辆跟驰状态；车辆中途退出编队时，进入编队车辆退出状态；编队到达全局规划终点前，进入编队车辆停车状态；

所述车辆汇聚包括：

车辆的编队状态模型描述如下：

τ_i是发动机时间常数，是上一次的控制输出；控制的误差量描述为：

δ_i＝x_i-1-x_i-H_i；

其中H_i＝Δd_tar为目标车间距；引入一个期望空间误差具体描述为：

t_go表示从当前时刻保持t_go时间所达到的期望间距；通过应用lyapunov直接法，构造一个原函数为正，导数严格递减的lyapunov函数，具体定义为：

联立方程后得到控制输出模型：

车载计算单元将控制输出信号反馈给车辆执行单元，最终由节气门开度和刹车力共同作用下完成车辆速度控制，实现编队车辆汇聚。

2.如权利要求1所述的车辆协作式编队行驶系统，其特征在于，所述车辆协作式编队行驶系统加装有车载传感器；所述车载传感器包括感知模块，所述感知模块为视觉传感器和毫米波雷达传感器；所述视觉传感器采用单目相机和立体相机；所述毫米波雷达传感器包含前向长距毫米波雷达传感器和四角中距毫米波雷达传感器；

所述车辆协作式编队行驶系统还加装有包含GPS\惯导和高精度地图的定位模块，所述GPS\惯导用于接收GPS信号和车载传感器信号，解算出自车的绝对位置信息；并将绝对位置信息通过以太网送入控制层的自动驾驶控制器及车载单元OBU；高精度地图用于存储车辆行驶道路的道路边沿、车道中心线、隧道、路段坡道、路段曲率、匝道出入口、服务区出入口的相关信息、交通标志位置和地标性建筑的绝对位置信息；

所述车辆协作式编队行驶系统还加装无线路由器，车载控制分别通过CAN总线和以太网获取感知模块和定位模块的通信数据，并与网络层进行交互，同时获取路侧系统提供的交通信息，形成链接层。

3.如权利要求1所述的车辆协作式编队行驶系统，其特征在于，车辆跟驰时，设定目标跟驰距离Δd_tar，车载计算单元根据当前车辆状态信息，计算Δd＝x_i-1-x_i，为目前实际编队车辆距离；当|Δd_tar-Δd|≤1m时令v_i＝v_i-1，向底层执行单元透传速度控制目标为前车速度，车辆进入跟驰状态，否则进入车辆汇聚状态。