[发明专利]一种多车辆横纵向耦合协同控制系统及控制方法

说明书

本发明公开一种多车辆横纵向耦合协同控制系统，包括：环境检测模块，用于检测当前环境、道路以及信号灯信息；队列全局路径规划模块，其根据队列当前位置与目标位置，进行路径全局规划，并将路径信息传递给领航车局部路径规划模块；领航车局部路径规划模块，其用于接收所述环境检测模块的检测信息，并进行局部路径规划和路径跟踪，跟随车路径修正模块，其接收所述局部路径规划，并对所述局部路径规划进行再修正；车辆控制模块，其接收修正后的局部路径规划，并进行路径跟踪。本发明还提供一种多车辆横纵向耦合协同控制方法，能够更好的进行多车辆横纵向耦合协同控制。

技术领域

本发明涉及多车辆协同控制技术领域，更具体的是，本发明涉及一种多车辆横纵向耦合协同控制系统及控制方法。

背景技术

队列协同控制，集成了通信技术，计算机技术，人工智能技术以及智能车辆控制方法，通过V2X信息交互技术，实现多车辆之间的协同控制。通过环境感知，信息融合以及优化决策，提高了道路通过效率以及能量利用效率，增加了道路安全性，因此成为未来智能网联与智能车辆的重要结合领域。

现有的队列协同控制方法主要集中于纵向协同控制方向，以速度以及加速度等作为控制变量，通过某种纵向车间距控制策略，使多车辆以纵向队形的形式进行道路行驶。现存最为成熟的控制系统为分层分布式协同控制系统。整个多车辆控制系统包括任务决策层、车辆运动控制层以及执行控制层。其中，任务决策层将队列视为一个系统，根据队列质心位置以及目的地进行全局路径规划；车辆运动控制层包括领航车辆以及跟随车辆，领航车辆进行路径的局部规划与跟踪，跟随车辆根据领航车的行驶路径，结合间距控制策略进行纵向跟随；执行控制层根据车辆运动控制层中确定的车辆行驶信息，通过控制车辆的制动与加速满足车辆的运动需求。现有专利中涉及的多车辆横纵耦合向协同控制方法无法有效的对转向、换道等工况进行控制；或者单独进行横向、纵向的控制，忽略二者之间的耦合关系。具体存在的问题如下：

(1)动力学模型问题：a.为了描述控制信息与车辆响应的对应关系，多种队列车辆节点动力学模型被提出，基于这些模型设计的控制系统只包含了车辆的纵向运动而无法涵盖车辆的横向运动；b.现有的车辆动力学模型无法体现队列中不同车辆的异质性，即无法描述车辆之间动力学参数的区别；c.现有的车辆动力学模型只能体现传统车辆前轮转向控制，无法适用于未来四轮转向车辆等。

(2)控制器中，没有涉及多车辆队列横向间距优化控制策略，使车辆之间无法进行横向最优协同。

(3)队列内车辆动力学性能差异对多车辆协同控制影响较大，且领航车与跟随车面临的环境也存在区别，忽略这些要素进行控制易引发安全问题。

中国发明专利201410033746.2公开了一种车辆多目标协调换道辅助自适应巡航控制方法，以加速度为控制变量，以车辆的位置、速度以及加速度为状态变量，以前车跟踪性、多车运动安全性和纵向驾驶舒适性为优化目标，进行模型预测控制，保证车间距和车辆间相对速度误差最小。然而车辆多目标协调换道辅助自适应巡航控制方法无法实现队列内车辆的横向控制。而且由于采用的动力学模型中没有涉及不同车型的动力学特性参数，无法针对各自的动力性能进行精确控制；没有考虑跟随车辆与领航车面临的周围环境差异等问题。

中国发明专利CN201711206133公开了一种智能车队换道方法，运用相对成熟的车辆换道技术，实现车队内车辆依次安全换道。然而该换道方法只考虑了车队内车辆的换道时机，且换道时无法保证车队队形的保持和车辆横纵向耦合控制的实施。

中国发明专利201610957049.5公开了一种控制汽车以簇形式编队行驶的方法，在横向和纵向编队模型上给出了速度控制模型。然而该发明只给出了编队内车辆的运动控制函数，没有从动力学的角度对车辆进行控制，且无法体现车辆之间的动力学差异。这会导致控制模型在高速行驶时控制精度低，且编队内车辆动力学特性相同不符合实际道路行驶情境。