[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

摘要

本发明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，具体步骤如下：定义涵盖车辆状态与道路交通环境等信息的数据类型；设计车队协同驾驶分布式体系的软件架构；根据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；根据底层控制功能单元的软件需求，建立车队控制系统的输入状态。有益效果：本发明可以实时有效地对车队协同驾驶过程中的动、静态信息进行分类和融合；提供的车队协同驾驶分布式体系的软件架构可以将系统整体功能分为上下两层的功能单元。协作层的车队协同驾驶混成自动机将车队有限的驾驶策略联系起来，通过车队位置、长度、速度、间隔等触发条件的设定完成各种车队协同驾驶策略的切换控制。

主权项

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：$\left\{\begin{array}{c}{F}_i=m_i{u}_{1,i}-C_f\frac{v_{y,i}+l_f{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_i}{v_{x,i}}{\mathrm{\δ}}_i+\mathrm{\μ}{m}_{i}g\\ {\mathrm{\δ}}_i=\frac{-b-\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}\\ a=C_f\frac{v_{y,i}+l_f{\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}}_i}{m_i{v}_{x,i}}\\ b=-(u_{1,i}+\mathrm{\μ}\frac{l_r}{l_f+l_r}g+\mathrm{\μ}\frac{l_f}{m_i(l_f+l_r)}{k}_L{v}_{x,i}^2+C_f)\\ c=u_{2,i}\end{array}\right.$式中，下标i表示车队中第i辆车，状态变量$x\left[\begin{array}{ccc}{x}_1& x_2& x_3\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{v}_x& v_y& \stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}\end{array}\right]$包含车辆的纵向速度、横向速度、横摆角速度，u_1,i和u_2,i分别表示第i辆车的纵向与横向控制输入。m_i表示第i辆车的质量，F_i表示第i辆车的牵引力，δ_i表示第i辆车的前轮转角，l_f和l_r分别为车辆前后轴到质心的轴距，C_f为车辆前轮侧偏刚度，k_L为车辆的空气垂向升力系数，将计算得到的纵向与横向控制输入u₁和u₂代入表达式a、b、c，得到车辆的前轮转角的值，进而得到牵引力的大小。