一种车辆STRING控制方法与流程

一种车辆string控制方法
技术领域
1.本发明涉及自动驾驶车队控制技术领域，特别涉及一种车辆string控制方法。


背景技术：

2.在科学技术不断发展的时代，各个国家的城市化进程不断加快，交通工具的拥有率也在显著提高，但是公路的容量有限，即使拥有汽车也会面临着出行不便的困扰，这不是个别国家的特殊问题，而是世界上大部分国家面临的共同问题。虽然我们可以增加可供使用的公路数量，加宽公路来提高交通的流通率，但是对于任何一个国家这都会受到明显的约束，国土面积有限，增设新的公路需要巨大的开销，在寻求解决之道的过程中，车辆string行驶技术被开发出来并且受到了关注。
3.针对我国成为世界第二汽车消费国，实现车辆string行驶具有重要的意义，它可以通过提高车速，使车间距离在安全距离范围内缩小至最短，可充分利用道路交通资源，同时有效提高交通运输安全性，将公路交通流调整到最佳状态。提高路网通行能力和道路安全，从而解决日趋严重的交通问题。与此同时，车辆string控制技术也可以给人类生活带来诸多便利，比如通过自动化行驶来减少人的疲劳度，也可以减少车辆速度频繁改变带来的油耗，可以提高十字路口的通过率来节约人们在交通上耗费的时间。
4.车辆string控制技术的研究主要是针对随着人们生活水平的提高，车辆的数量不断增加，导致交通事故频发，交通密集的地方时常发生堵塞事件的社会生活问题，如果车辆string控制技术取得成功，那么便可以显著提高道路车辆密度，增加道路容量，提高交通通行率，将交通事故发生的可能降到最低，使很多交通问题得到解决。


技术实现要素：

5.本发明目的是在于提供一种车辆string控制方法，基于对车辆string不同策略和通信技术的分析，对纵向车辆跟随等自动公路系统的内容进行了研究，能够显著提高道路车辆密度，增加道路容量，从而提高交通通行率。
6.本发明提供的技术方案为：一种车辆string控制方法，包括如下步骤：步骤一：对作用于汽车纵向运动的多种因素进行分析；步骤二：基于汽车受力分析和牛顿物理运动定律，以汽车纵向速度和受力关系建立了纵向运动的运动模型；步骤三：对多种车辆string控制策略进行可行性分析；步骤四：对车辆队列中使用的通信技术wifi和zigbee进行了研究和流程分析；步骤五：对车辆队列行驶过程中的关键参数的获得算法进行解析和实现。
7.进一步地，所述步骤一中汽车纵向运动的多种因素主要有车辆受到的重力，轮胎与地面的摩擦力，汽车发动机提供的牵引力，车辆受到的空气阻力，轮胎有效转动半径和转速，车辆的速度，加速度，位移等物理信息。
8.进一步地，所述步骤二中的汽车纵向运动模型建立所需受力关系的公式如下：
（1）空气阻力：汽车在运行中，空气阻力的计算公式如下：=式中，ρ是空气密度，是空气阻力系数，v是车辆移动速度，是空气作用面积，可以看到，空气阻力与汽车行驶的速度平方成正比；（2）汽车受到的摩擦阻力：实际中，汽车在运动时会产生地面摩擦阻力，而计算公式为：=mgγ其中，γ为地面摩擦阻力系数，一般为0.01到0.04。m为车辆质量，g为重力加速度一般为10m/s^2；（3）汽车收到的牵引力：通过驱动力使轮胎转动，与地面摩擦产生相反方向作用力。
9.进一步地，所述步骤三中车辆string控制策略有如下考虑：（1）恒定间距控制策略：在恒定车间距的控制策略中可达到的交通通行能力是非常高的。考虑如下恒定车间距控制策略：仅利用参考车辆的信息来进行控制、自动车辆控制、半自动车辆控制、利用前面r辆车辆的实时信息进行控制、小型车队控制、利用带领车辆信息进行控制的小型车队；（2）变化间距控制策略：在这种策略中，需要的成本较低，同时达到的交通通行能力也较差。考虑如下变化车辆间距控制策略：自动车辆控制、半自动车辆控制、利用前r辆车辆实时信息进行控制，在一个车辆string中，取出一个车辆对象进行物理力学分析，可以得到一个简化后模型的方程：=其中，为第i辆车辆行驶时的加速度，为第i辆车辆提供的驱动力，为空气对汽车的阻力系数，为第i辆车辆的质量，为第i辆车辆速度，为第i辆车辆与地面摩擦产生的摩擦力，则是车辆在行驶中，因为与空气相互作用而受到的阻力。
10.从上面的对车辆对象的力学分析中，得到= ，将会作为控制车辆运行的控制力，该控制力是根据所需要的来决定的。
11.进一步地，所述步骤四中的wifi技术在车辆string中的具体应用为：在车辆string中在带领车辆或者参考车辆上建立接入点，在其它普通跟随车辆上建立成员站点，接入点和成员站点都具有自己独特的物理地址，通过这种设定，整个的车辆string中的通信装置会形成一个完整的wifi网络，通过wifi所提供的信息传递服务，可以完成车辆与车辆之间信息交流，因为每辆车辆的身份标识是唯一的，因此不会出现信息传输到错误目标的情况，wifi 是一个大功率、中等范围、高速率的接入技术，因此在中小型车辆string中，网络信号可以覆盖整个车队成员。
12.进一步地，所述步骤四中的zigbee技术在车辆string中的具体应用为：设发射方有一段可以直接到达接收方的途径，并且这段路没有任何障碍物阻拦信
号传播，对这段路径上的信息传播给出下面的方程：=其中，和分别是接收方和发送方的功率，而且还是与传播长度相关的函数，则是两者信息传播的长度，和分别是接收方和发送方收发信号的能力参数。是两者间传播信号的波长。有些情况下，可以认为接收方和发送方收发信号的能力是一致的，这时，上述公式就变为：==是信号出现后的振动频率。利用上述公式，可以利用设备反馈的功率，信号频率等实时信息获得接收方和发送方的间距。
13.在zigbee特性中有对信息的高速处理，还有对信号的高速收发，而且电磁波在空气中的传播速度是远远大于车辆的行驶速度的，所以车载通信设备从启动到建立通信网络再到将状态控制信息发送的过程不会超过0.05s。
14.进一步地，所述步骤五中的关键参数的获得算法主要为：通过车辆间安全间距的计算方法并且对恒定车辆间距的车辆string在具体运行过程的运动细节进行曲线解析，依靠这一过程设计算法来获得车辆加速度和控制力的重要参数，实现对车辆string行驶的整体的正确控制。
15.本发明的有益效果：本发明首先建立了车辆string中的车辆模型，并对其进行动力学分析，通过对模型的研究获知了在车辆string中车辆行驶需要考虑的影响性能的因素，考虑了以恒定间距控制策略和变化间距控制策略为基础的多种车辆间距控制策略，并逐一对它们的可行性进行了分析讨论。然后对车辆string中使用的通信技术进行了研究，对zigbee通信技术着重分析，考虑了几种外在因素对车辆string行驶过程的影响，而且解析了车辆间通信的具体过程。最后，讨论了车辆间安全间距的计算方法并且对恒定车辆间距的车辆string在具体运行过程的运动细节进行曲线解析，依靠这一过程设计算法来获得车辆加速度和控制力的重要参数，实现对车辆string行驶的整体的正确控制。
附图说明
16.图1为本发明所述的车辆string控制方法的流程图；图2为汽车纵向动力学模型图。
具体实施方式
17.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能后据以实施。
18.如图1所示，本发明提供了一种车辆string控制方法，通过对车辆string中的车辆模型的建立和动力学分析，获知了在车辆string中车辆行驶需要考虑的影响性能的因素，考虑了以恒定间距控制策略和变化间距控制策略为基础的多种车辆间距控制策略。对车辆
string中使用的wifi和zigbee通信技术分析，解析了车辆间通信的具体过程。讨论了车辆间安全间距的计算方法并且对恒定车辆间距的车辆string在具体运行过程的运动细节进行曲线解析，从个人获得车辆加速度和控制力的重要参数，实现对车辆string行驶的整体的正确控制，具体步骤如下。
19.步骤一：对作用于汽车纵向运动的多种因素进行分析。汽车纵向运动的多种因素主要有车辆受到的重力，轮胎与地面的摩擦力，汽车发动机提供的牵引力，车辆受到的空气阻力，轮胎有效转动半径和转速，车辆的速度，加速度，位移等物理信息。
20.步骤二：如图2所示，基于汽车受力分析和牛顿物理运动定律，以汽车纵向速度和受力关系建立了纵向运动的运动模型。汽车纵向运动模型建立所需受力关系的公式如下：（1）空气阻力：汽车在运行中，空气阻力的计算公式如下：=式中，ρ是空气密度，是空气阻力系数，v是车辆移动速度，是空气作用面积，可以看到，空气阻力与汽车行驶的速度平方成正比；（2）汽车受到的摩擦阻力：实际中，汽车在运动时会产生地面摩擦阻力，而计算公式为：=mgγ其中，γ为地面摩擦阻力系数，一般为0.01到0.04。m为车辆质量，g为重力加速度一般为10m/s^2；（3）汽车收到的牵引力：通过驱动力使轮胎转动，与地面摩擦产生相反方向作用力。
21.步骤三：对多种车辆string控制策略进行可行性分析。车辆string控制策略有如下考虑：（1）恒定间距控制策略：在恒定车间距的控制策略中可达到的交通通行能力是非常高的。考虑如下恒定车间距控制策略：仅利用参考车辆的信息来进行控制、自动车辆控制、半自动车辆控制、利用前面r辆车辆的实时信息进行控制、小型车队控制、利用带领车辆信息进行控制的小型车队；（2）变化间距控制策略：在这种策略中，需要的成本较低，同时达到的交通通行能力也较差。考虑如下变化车辆间距控制策略：自动车辆控制、半自动车辆控制、利用前r辆车辆实时信息进行控制。
22.在一个车辆string中，取出一个车辆对象进行物理力学分析，可以得到一个简化后模型的方程：=其中，为第i辆车辆行驶时的加速度，为第i辆车辆提供的驱动力，为空气对汽车的阻力系数，为第i辆车辆的质量，为第i辆车辆速度，为第i辆车辆与地面摩擦产生的摩擦力，则是车辆在行驶中，因为与空气相互作用而受到的阻力。
23.从上面的对车辆对象的力学分析中，得到= ，将会作为控制车辆
运行的控制力，该控制力是根据所需要的来决定的。
24.步骤四：对车辆队列中使用的通信技术wifi和zigbee进行了研究和流程分析。
25.wifi技术在车辆string中的具体应用为：在车辆string中在带领车辆或者参考车辆上建立接入点，在其它普通跟随车辆上建立成员站点，接入点和成员站点都具有自己独特的物理地址，通过这种设定，整个的车辆string中的通信装置会形成一个完整的wifi网络，通过wifi所提供的信息传递服务，可以完成车辆与车辆之间信息交流，因为每辆车辆的身份标识是唯一的，因此不会出现信息传输到错误目标的情况，wifi 是一个大功率、中等范围、高速率的接入技术，因此在中小型车辆string中，网络信号可以覆盖整个车队成员。
26.zigbee技术在车辆string中的具体应用为：设发射方有一段可以直接到达接收方的途径，并且这段路没有任何障碍物阻拦信号传播，对这段路径上的信息传播给出下面的方程：=其中，和分别是接收方和发送方的功率，而且还是与传播长度相关的函数，则是两者信息传播的长度，和分别是接收方和发送方收发信号的能力参数。是两者间传播信号的波长。有些情况下，可以认为接收方和发送方收发信号的能力是一致的，这时，上述公式就变为：==是信号出现后的振动频率。利用上述公式，可以利用设备反馈的功率，信号频率等实时信息获得接收方和发送方的间距。
27.在zigbee特性中有对信息的高速处理，还有对信号的高速收发，而且电磁波在空气中的传播速度是远远大于车辆的行驶速度的，所以车载通信设备从启动到建立通信网络再到将状态控制信息发送的过程不会超过0.05s。
28.步骤五：对车辆队列行驶过程中的关键参数的获得算法进行解析和实现。关键参数的获得算法主要为：通过车辆间安全间距的计算方法并且对恒定车辆间距的车辆string在具体运行过程的运动细节进行曲线解析，依靠这一过程设计算法来获得车辆加速度和控制力的重要参数，实现对车辆string行驶的整体的正确控制。
29.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。