本發(fā)明涉及車輛編隊技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能車輛編隊行駛方法。

背景技術(shù)：

當前，自動駕駛技術(shù)已經(jīng)成為汽車新技術(shù)發(fā)展的熱點之一。國內(nèi)智能汽車的發(fā)展在國家自然科學基金委等相關(guān)機構(gòu)推動下取得了巨大的進展，“中國智能車未來挑戰(zhàn)賽”吸引了國內(nèi)各大高校、研究機構(gòu)的參與，極大的推動了國內(nèi)自動駕駛技術(shù)的發(fā)展?！翱缭诫U阻——地面無人系統(tǒng)挑戰(zhàn)賽”，促進了自動駕駛技術(shù)在野外復雜環(huán)境下的應(yīng)用。

智能車輛編隊行駛通過個體間的相互協(xié)作可以完成單一智能車無法完成的復雜任務(wù),智能車在執(zhí)行一些復雜任務(wù)過程中,如安全巡邏、護衛(wèi)等,保持某種隊形具有重要意義。自動駕駛技術(shù)的發(fā)展對于增強車輛的安全性、提高車輛的經(jīng)濟性、減少由于排放造成的環(huán)境污染具有巨大的積極意義。在自動駕駛技術(shù)的發(fā)展中，智能車輛的編隊行駛方法，對于緩解道路擁堵，提高道路的通行能力，增強車輛的安全性，改善車輛燃油經(jīng)濟性具有較為明顯的效果。目前，智能車輛編隊行駛技術(shù)環(huán)境適應(yīng)性較差，不能滿足不同環(huán)境下的引導-跟隨要求，且安全、穩(wěn)定性不足。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種智能車輛編隊行駛方法，用以解決現(xiàn)有編隊行駛環(huán)境適應(yīng)性較差、安全穩(wěn)定性不足的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種智能車輛編隊行駛方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1、判斷編隊中車輛的類型，并對車輛信息進行注冊；

具體地，判斷車輛為領(lǐng)航車輛還是跟隨車輛，其中領(lǐng)航車輛為人工駕駛模式，跟隨車輛為自動駕駛模式；

步驟S2、領(lǐng)航車輛獲取自身車輛信息及跟隨車輛信息，發(fā)送給每一跟隨車輛；

步驟S3、跟隨車輛解析領(lǐng)航車輛發(fā)來的領(lǐng)航車輛信息及編隊其他跟隨車輛信息；

步驟S4、跟隨車輛依據(jù)路線地圖信息、定位導航信息、環(huán)境感知信息、領(lǐng)航車輛信息及編隊其他跟隨車輛信息自主規(guī)劃路徑；

步驟S5、跟隨車輛在得到本車的規(guī)劃結(jié)果之后，將規(guī)劃結(jié)果在橫、縱向控制程序中轉(zhuǎn)化為車輛可執(zhí)行的控制量并下發(fā)給整車控制器，完成車輛的控制；

步驟S6、跟隨車輛將自身車輛信息打包發(fā)送給領(lǐng)航車輛；

步驟S7、領(lǐng)航車輛解析收到的跟隨車輛信息，調(diào)整自身動作；

重復上述步驟S2-S7，進行編隊行駛。

進一步，所述步驟S2中，領(lǐng)航車輛根據(jù)接收到的感知設(shè)備信息、組合導航信息和駕駛員干預指令，調(diào)整自身行駛狀態(tài)；并將自身車輛信息打包，通過電臺廣播方式發(fā)送給跟隨車輛。

進一步，所述感知設(shè)備信息包括車道線、前方車輛距離、速度及加速度信息；

所述組合導航信息包括車輛位置信息和車輛速度信息；車輛位置信息包括經(jīng)度、緯度信息；車輛速度信息包括車輛速度、加速度及航向信息；

所述領(lǐng)航車輛的自身車輛信息以打包方式存入數(shù)據(jù)包中，數(shù)據(jù)格式分為包頭、設(shè)備信息、當前幀數(shù)據(jù)量、車輛信息、校驗信息、包尾。

進一步，所述設(shè)備信息包括電臺序列號、波特率信息；

所述數(shù)據(jù)包中的車輛信息包括數(shù)據(jù)類型、車輛位置信息、車輛速度信息、車輛CAN總線信息、車輛類型信息、車牌號信息、時間信息；

其中，數(shù)據(jù)類型用于作為一輛車的完整數(shù)據(jù)的開始判斷根據(jù)；車輛位置信息為車輛經(jīng)度、緯度；車輛速度信息包括速度大小及方向、加速度大小及方向；車輛CAN總線信息用于分析車輛行駛行為，包括轉(zhuǎn)向、制動等信息；車輛類型信息用于區(qū)分是否為特殊避讓車輛；車牌號信息包括車牌號、通信設(shè)備序列號，作為車輛的標識；時間信息為數(shù)據(jù)接收發(fā)送的時間信息，用于判斷車輛鏈表中車輛信息時效性。

進一步，所述跟隨車輛解析領(lǐng)航車輛發(fā)來的領(lǐng)航車輛信息，解析過程包括：

首先分析數(shù)據(jù)來源IP及端口，判斷是否為電臺數(shù)據(jù)；判斷是，則進行包頭、包尾校驗解析出領(lǐng)航車輛信息；以數(shù)據(jù)更新時間或更新頻率作為依據(jù)判斷是否為有效領(lǐng)航車輛，將解析出的領(lǐng)航車輛信息存入領(lǐng)航車輛信息列表中或更新領(lǐng)航車輛信息。

進一步，所述步驟S3中路線地圖信息為事先規(guī)定的行駛路線、路段限速信息，提前設(shè)定；

所述定位導航信息包括車輛位置、航向信息，依靠GPS和慣性導航系統(tǒng)獲得；

所述環(huán)境感知信息包括前方車輛距離、速度信息、車輛所在車道線信息，依靠毫米波雷達、相機獲得。

進一步，所述步驟S4包括跟隨車輛根據(jù)通信模塊獲得領(lǐng)航車輛信息、編隊其他車輛信息及車載網(wǎng)絡(luò)信息；通過感知模塊獲得感知設(shè)備信息，將上述信息發(fā)送至控制模塊，控制模塊對上述信息進行處理，完成路徑規(guī)劃。

進一步，所述控制模塊根據(jù)接收到的信息，綜合分析得出規(guī)劃結(jié)果；將規(guī)劃結(jié)果在橫向控制、縱向控制程序中轉(zhuǎn)化為車輛可執(zhí)行的控制量下發(fā)給整車控制器，由整車控制器控制本車的轉(zhuǎn)向控制、油門控制及制動控制，得到方向盤、油門開度及制動踏板的動作量，執(zhí)行動作完成跟隨車輛的控制。

進一步，所述領(lǐng)航車輛獲得跟隨車輛信息，結(jié)合領(lǐng)航車輛的本身車輛信息，將上述信息在駕駛員監(jiān)控界面中進行顯示，領(lǐng)航車輛根據(jù)編隊中跟隨車輛狀態(tài)，及時對領(lǐng)航車輛速度、加速度及車間距離作出相應(yīng)調(diào)整，控制編隊速度和車間距離在合適的范圍內(nèi)。

本發(fā)明有益效果如下：

本發(fā)明提出的智能車輛編隊行駛方法，有助于提高自動駕駛車輛在不同環(huán)境下的引導-跟隨能力。融合GPS、慣導、雷達等信息完成車輛與車輛及車輛與道路相對位置的精確定位，而不需要高精度定位設(shè)備和高精度地圖。在編隊行駛時，能夠有效保證跟隨車輛沿著領(lǐng)航車輛的行駛路徑行駛，保證了行駛車輛的相對距離與速度；在遭遇突發(fā)狀況時，領(lǐng)航車輛駕駛員能立即發(fā)現(xiàn)危險，并對危險做出相應(yīng)的反應(yīng)，避免事故的發(fā)生，大大提高了編隊車輛的安全、穩(wěn)定性。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分的從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖僅用于示出具體實施例的目的，而并不認為是對本發(fā)明的限制，在整個附圖中，相同的參考符號表示相同的部件。

圖1為本發(fā)明實施例編隊行駛示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例編隊行駛流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例領(lǐng)航車輛數(shù)據(jù)流向示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)協(xié)議打包示意圖

圖5為本發(fā)明實施例數(shù)據(jù)協(xié)議解析示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例自動駕駛平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明實施例跟隨車輛通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為本發(fā)明實施例中感知模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明實施例控制模塊結(jié)構(gòu)圖；

圖10為本發(fā)明實施例跟隨車輛數(shù)據(jù)流向示意圖；

圖11為本發(fā)明實施例領(lǐng)航車輛通信模塊結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖來具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中，附圖構(gòu)成本申請一部分，并與本發(fā)明的實施例一起用于闡釋本發(fā)明的原理。

如圖1所示，智能車輛編隊行駛方法，采用領(lǐng)航跟隨方式實現(xiàn)，Leader車作為編隊領(lǐng)航車輛，搭載相應(yīng)傳感器及設(shè)備，為人工駕駛行駛模式；跟隨車輛為自動駕駛車輛，可根據(jù)編隊期望行駛狀態(tài)進行車輛環(huán)境感知、定位導航及運動行為控制，實現(xiàn)自動駕駛跟隨。

圖1中參數(shù)含義定義如下：

車輛跟隨誤差距離S_Error：車輛編隊行駛過程中由于車輛自身系統(tǒng)(傳感器感知、定位系統(tǒng)、車輛自身控制等)精度使后方車輛跟隨帶來的距離誤差；

車輛期望行車距離S_De：編隊行駛過程中兩車之間期望跟隨距離，該距離應(yīng)該考慮車輛期望行駛效率、編隊行駛速度、編隊行駛經(jīng)濟性、車輛自身控制特性等因素綜合考慮，包括車輛延遲距離和車輛期望停車距離；

車輛響應(yīng)距離S_Delay：考慮到車輛通訊周期、傳感器數(shù)據(jù)接收與處理周期、車輛控制器響應(yīng)周期及延遲、路面附著系數(shù)等因素引起的前方車輛速度變化由此帶來的后方車輛的響應(yīng)距離；

車輛期望停車距離S_Safe：即在控制良好狀況下后方車輛距離前方車輛的停車距離。

本實施例車輛編隊行駛限制條件為：

1)不允許跟隨車輛離開編隊；

2)不允許其他車輛加入編隊，如其他車輛的并線只能發(fā)生在領(lǐng)航車輛前方；

3)不允許車輛在行駛過程中交換位置，如超車。

本實施例中，跟隨車輛能夠根據(jù)領(lǐng)航車輛的信息自動的調(diào)整自身的橫縱向運動狀態(tài)，使前后車輛最終達到一致的行駛速度和穩(wěn)定的橫縱向間距。主要包括兩個階段：第一階段由感知等設(shè)備檢測周圍環(huán)境信息，并通過通訊設(shè)備將車輛信息及周圍環(huán)境信息傳遞給跟隨車輛；第二階段，在跟隨車輛得到領(lǐng)航車輛的相關(guān)信息后，自主規(guī)劃路徑跟隨領(lǐng)航車輛行駛。

如圖2所示，圖中符號含義如下：

1表示車輛編隊準備行駛時的網(wǎng)聯(lián)通訊服務(wù)注冊請求，即車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需要自服務(wù)器中添加記錄車輛信息并發(fā)布該車輛信息，該信息依靠網(wǎng)聯(lián)通訊技術(shù)完成；

2表示跟隨車輛的準備狀態(tài)信息，即車輛在行駛之前的準備工作完成情況(包括感知、定位、導航等系統(tǒng)模塊)，是否具備編隊自動駕駛狀態(tài)，該信息依靠網(wǎng)聯(lián)通訊技術(shù)完成；

3表示跟隨車輛的期望狀態(tài)及行車規(guī)則信息，該信息依靠網(wǎng)聯(lián)通訊技術(shù)完成；

4包含車輛自動駕駛所需要的主要信息，包括路線地圖、定位導航、環(huán)境感知，其中路線地圖為事先規(guī)定行駛路線、路段限速等信息，需提前設(shè)定；定位導航提供車輛位置、航向等信息，該信息可依靠GPS和慣性導航系統(tǒng)組合方法完成；環(huán)境感知主要提供前方車輛距離、速度信息，并需要檢測車輛所在車道線，該信息依靠毫米波雷達、相機完成；

5為車輛編隊行駛的期望狀態(tài)信息，該信息由預先設(shè)定并傳遞給自動駕駛車輛規(guī)劃控制器進行規(guī)劃控制；

6為車輛規(guī)劃控制器輸出車輛橫向和縱向期望狀態(tài)信息(如期望前輪偏角、期望速度、加速度等)，可經(jīng)規(guī)劃控制模塊UDP通訊完成；

7為車輛底層執(zhí)行器可執(zhí)行的實際控制量(如方向盤角度、油門值、制動壓強值等)，可由車輛CAN通訊完成；

8表示車輛底層狀態(tài)反饋信息，規(guī)劃控制器根據(jù)車輛期望狀態(tài)及當前狀態(tài)進行閉環(huán)規(guī)劃與控制，可由車輛串口及UDP通訊完成；

9表示車輛行駛過程中由于車輛位置變化帶來車輛位置、周圍環(huán)境的實時改變，需要根據(jù)行駛位置進行實時更新，該信息的實時更新可在車輛環(huán)境感知、定位導航模塊中自行完成；

10為實時車輛狀態(tài)發(fā)送數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)車載網(wǎng)聯(lián)通訊裝置傳輸至網(wǎng)聯(lián)通訊服務(wù)器；

11為依據(jù)行車規(guī)則判斷車輛自身狀態(tài)是否正常，該數(shù)據(jù)經(jīng)車載網(wǎng)聯(lián)通訊裝置傳輸至網(wǎng)聯(lián)通訊服務(wù)器。

本實施例的智能車輛編隊行駛方法，包括以下步驟：

步驟S1、判斷編隊中車輛的類型，并對車輛信息進行注冊；

具體地，判斷車輛為領(lǐng)航車輛還是跟隨車輛，其中領(lǐng)航車輛為人工駕駛模式，跟隨車輛為自動駕駛模式。對相應(yīng)車輛信息進行網(wǎng)絡(luò)注冊，將所有車輛信息添加到網(wǎng)聯(lián)服務(wù)器中。

步驟S2、領(lǐng)航車輛獲取自身車輛信息及跟隨車輛信息，打包發(fā)送給跟隨車輛。

如圖3所示，領(lǐng)航車輛不斷接收感知設(shè)備信息、組合導航信息和駕駛員干預指令，調(diào)整自身行駛狀態(tài)；并將自身車輛信息打包通過電臺廣播方式發(fā)送給跟隨車輛。

其中感知設(shè)備信息包括車道線、前車距離、速度及加速度信息。

組合導航信息包括車輛位置信息和車輛速度信息；車輛位置信息包括經(jīng)度、緯度信息；車輛速度信息包括車輛速度、加速度及航向信息。

如圖4所示，車輛信息以每輛車為單位存入數(shù)據(jù)包中，單幀數(shù)據(jù)格式分為包頭、設(shè)備信息、當前幀數(shù)據(jù)量、車輛信息、校驗信息、包尾。設(shè)備信息包括電臺序列號、波特率等信息。車輛信息包括數(shù)據(jù)類型、車輛位置信息、車輛速度信息、車輛CAN總線信息、車輛類型信息、車牌號信息、時間信息。其中，數(shù)據(jù)類型用于作為一輛車的完整數(shù)據(jù)的開始判斷根據(jù)；車輛位置信息為車輛經(jīng)度、緯度；車輛速度信息包括速度大小及方向、加速度大小及方向；車輛CAN總線信息用于分析車輛行駛行為，包括轉(zhuǎn)向、制動等信息；車輛類型信息用于區(qū)分是否為特殊避讓車輛；車牌號信息包括車牌號、通信設(shè)備序列號，作為車輛的標識；時間信息為數(shù)據(jù)接收發(fā)送的時間信息，用于判斷車輛鏈表中車輛信息時效性。

步驟S3、跟隨車輛解析領(lǐng)航車輛發(fā)來的信息。

如圖5所示，跟隨車輛接收到電臺數(shù)據(jù)后，進行數(shù)據(jù)協(xié)議解析，解析過程具體為：

首先分析數(shù)據(jù)來源IP及端口，判斷是否為電臺數(shù)據(jù)；判斷是，則進行包頭、包尾校驗解析出領(lǐng)航車輛信息(車輛位置信息、車速信息、車輛類型信息、CAN總線信息、車牌號信息及時間信息)；以數(shù)據(jù)更新時間或更新頻率作為依據(jù)判斷是否為有效領(lǐng)航車輛，將解析出的領(lǐng)航車輛信息存入領(lǐng)航車輛信息列表中或更新領(lǐng)航車輛信息。

采用相同的解析方式，解析出編隊其他跟隨車輛的信息。

步驟S4、跟隨車輛依據(jù)路線地圖信息、定位導航信息、環(huán)境感知信息、領(lǐng)航車輛信息及編隊其他跟隨車輛信息自主規(guī)劃路徑。

其中路線地圖信息為事先規(guī)定的行駛路線、路段限速等信息，需提前設(shè)定；定位導航信息包括車輛位置、航向等信息，該信息依靠GPS和慣性導航系統(tǒng)組合獲得；環(huán)境感知信息包括前方車輛距離、速度信息、車輛所在車道線，該信息依靠毫米波雷達、相機完成。

如圖6所示，跟隨車輛根據(jù)通信模塊獲得領(lǐng)航車輛信息、編隊其他車輛信息及車載網(wǎng)絡(luò)信息；通過感知模塊獲得感知設(shè)備信息。控制模塊對上述信息進行處理后下發(fā)控制指令，完成路徑規(guī)劃。

如圖7所示，通信模塊獲得車輛信息的過程：通信模塊通過通信軟件獲取包含速度等8項領(lǐng)航車輛信息，同時獲取本車信息包含本車速度、加速度、前輪偏角、航向、經(jīng)度、緯度、ID號、與前車距離；將以上信息進行打包發(fā)送至通信設(shè)備及控制模塊。

如圖8所示，感知設(shè)備信息的獲取過程包括：毫米波雷達通過毫米波單片機程序采集環(huán)境數(shù)據(jù)，在上位機中進行數(shù)據(jù)處理，將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至感知信息綜合處理器；相機也將測得的相關(guān)信息發(fā)送至感知信息綜合處理器；該感知信息綜合處理器同時接收編隊網(wǎng)絡(luò)信息，并將接收到的三項信息進行綜合處理發(fā)送給控制模塊，并將綜合處理結(jié)果由感知顯示界面進行顯示。

如圖9所示，控制模塊完成路徑規(guī)劃的過程為：控制模塊根據(jù)接收到的編隊網(wǎng)絡(luò)信息、感知信息、本車狀態(tài)信息，綜合分析得出規(guī)劃結(jié)果。

跟隨車輛自主規(guī)劃路徑需滿足如下要求

1)行車間距控制。車輛間距不宜過大，造成車輛編隊行駛效率、行駛速度等下降；亦不宜出現(xiàn)間距過小，造成特殊情況下車輛停車不及時造成車輛追尾等事故。

2)編隊距離控制。編隊行駛過程中，由于控制誤差，允許編隊長度出現(xiàn)一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在滿足編隊穩(wěn)定性基礎(chǔ)上進行一定的速度、距離調(diào)節(jié)，但不應(yīng)出現(xiàn)間距過小、過大等情況。

n·S_min≤∑S_i≤n·S_max

3)速度誤差范圍控制。即車輛編隊在行駛過程中，后方車輛與前車的速度控制誤差應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，即車輛在進行車間期望距離調(diào)整過程中，不應(yīng)出現(xiàn)大幅度速度突變，造成編隊系統(tǒng)魯棒性變差。

4)加速度范圍控制。即車輛在進行加速過程中，不應(yīng)出現(xiàn)大幅度速度增加，造成后方車輛期望速度干擾，編隊行駛失穩(wěn)。而其正常行進過程中，非緊急狀況停車時，亦不易出現(xiàn)過大減速度。

步驟S5、跟隨車輛在得到本車的規(guī)劃結(jié)果之后，將規(guī)劃結(jié)果在橫、縱向控制程序中轉(zhuǎn)化為車輛可執(zhí)行的控制量并下發(fā)給整車控制器，完成車輛的控制。

如圖9所示，將規(guī)劃結(jié)果在橫向控制、縱向控制程序中轉(zhuǎn)化為車輛可執(zhí)行的控制量下發(fā)給整車控制器，由整車控制器控制本車的轉(zhuǎn)向控制、油門控制及制動控制，得到方向盤、油門開度及制動踏板的動作量，執(zhí)行此動作完成車輛的控制。

步驟S6、跟隨車輛將自身車輛信息打包發(fā)送給領(lǐng)航車輛。

如圖10所示，跟隨車輛從組合導航設(shè)備和感知設(shè)備中獲得自身車輛信息，包括：經(jīng)度、緯度、航向、速度、加速度、前輪偏角、ID號；將上述信息以一定的方式打包發(fā)送至電臺，以傳遞給領(lǐng)航車輛。

步驟S7、領(lǐng)航車輛解析收到的跟隨車輛信息，調(diào)整自身動作。

如圖11所示，領(lǐng)航車輛獲得跟隨車輛信息，結(jié)合領(lǐng)航車輛的本身車輛信息，將上述信息在駕駛員監(jiān)控界面中進行顯示，領(lǐng)航車輛接收到跟隨車輛的信息，了解跟隨車輛狀態(tài)，及時對領(lǐng)航車輛速度、加速度及車間距離進行作出相應(yīng)調(diào)整，控制編隊速度和車間距離在合適的范圍內(nèi)。

重復上述步驟S2-S7，完成編隊行駛。

綜上所述，本發(fā)明實施例提供了一種智能車輛編隊行駛方法，有助于提高自動駕駛車輛在不同環(huán)境下的引導-跟隨能力。融合GPS、慣導、雷達等信息完成車輛與車輛及車輛與道路相對位置的精確定位，而不需要高精度定位設(shè)備和高精度地圖。在編隊行駛時，能夠有效保證跟隨車輛沿著領(lǐng)航車輛的行駛路徑行駛，保證了行駛車輛的相對距離與速度；在遭遇突發(fā)狀況時，領(lǐng)航車輛駕駛員能立即發(fā)現(xiàn)危險，并對危險做出相應(yīng)的反應(yīng)，避免事故的發(fā)生，大大提高了車輛編隊的安全、穩(wěn)定性。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，實現(xiàn)上述實施例方法的全部或部分流程，可以通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀存儲介質(zhì)中。其中，所述計算機可讀存儲介質(zhì)為磁盤、光盤、只讀存儲記憶體或隨機存儲記憶體等。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。