一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统及方法与流程

1.本发明涉及智能网联汽车技术领域，具体为一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统及方法。


背景技术：

2.v2v是车到车的通信技术，在基于v2v的车辆协同编队中，头车是领航车，领航车可以是无人驾驶或人工驾驶车辆，其它具备协同自适应巡航(cacc)功能的车辆可以加入领航车队列，跟随领航车进行编队行驶，车与车之间可以进行通信。车辆协同编队行驶可以降低风阻、节省燃油(或电量)；提高道路通行能力，减少道路拥堵；保证了跟车间距，有效降低了碰撞风险，在一定程度上提高了行车安全。
3.cacc车辆渗透率描述了在某一区域内具备cacc功能的车辆占总体车辆数目的比例。在高速公路上，具备cacc功能的车辆渗透率低，在短时间内很难找到适合组队的车辆，导致部分车辆在大部分时间内只能单车自由行驶。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统及方法，解决了具备cacc功能的车辆渗透率低，在短时间内很难找到适合组队的车辆，导致部分车辆在大部分时间内只能单车自由行驶的问题。
6.(二)技术方案。
7.本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
8.一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统,所述组队管理系统支持具备v2v通信模块的待组队车辆提前预定行程，统筹管理车辆在车队里的前后排列顺序，所述组队管理系统包括：
9.行程预定模块，允许车辆在组队管理系统上提前预定行程；
10.车辆排序模块，用于排列车辆在车队中的前后顺序，使得每到达一个高速公路的出口，离队车俩总是从队尾离开车队。
11.身份验证模块，用于对预定成功的车辆进行身份验证，通过身份验证的车辆才能进入组队区。
12.本发明基于组队管理系统还提供了一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理方法，包括以下步骤：
13.s1、待组队车辆提前通过行程预定模块在组队管理系统上预定行程，完成行程预定后，组队管理系统自动为每一辆车生成一个车辆id编号；
14.s2、组队管理系统获取各个车辆的行程列表，并遍历各个行程，通过车辆排序模块让对应的车辆id编号全部入栈后再逐一出栈，得到车辆前后排列顺序；
15.s3、采用哈希表存放行程预定成功的车辆id编号，车辆进入组队区之前，系统通过
身份验证模块识别车辆id编号，对车辆进行身份验证；
16.s4、车辆进入组队区进行组队；
17.s5、完成车辆顺序排列的车队等到预定的时间点，车队从组队区出发驶入高速公路，全程编队行驶；
18.s6、每到达一个高速公路出口，离队车辆从队尾离开车队。
19.本发明提出的方法解决了高速路上具备协同自适应巡航(cacc)功能的车辆渗透率低，难以找到适合组队的车辆的问题。并且车队在高速公路上行驶的过程中，离队车辆不影响车队里的其它车辆。
20.待组队车辆需要提前在组队管理系统上预定行程，组队管理系统允许车辆预定的行程如下：
21.行程1：从起始入口到高速公路的第1个出口exit_1
22.行程2：从起始入口到高速公路的第2个出口exit_2
23.行程3：从起始入口到高速公路的第3个出口exit_3
24.···
25.行程k：从起始入口到高速公路的第k个出口exit_k
26.车辆在组队管理系统成功预定行程后，系统自动为每一辆车生成一个车辆id编号。
27.设有n辆车在不同的时间在组队管理系统上预定了某一时间点出发的车队。组队管理系统获取到n辆车的信息，组队管理系统根据获得的车辆信息，估算组队后的车队总长度，组队后的车队总长度为：
[0028][0029]
式中，n表示车队中车辆数目；str_len|
n
表示n辆车组成的车队总长度；l
i
表示第i辆的长度；δ表示期望车间距。
[0030]
车队的最大长度与dsrc通信距离有关，为了保证车辆之间良好的通信条件，设定车队最大长度阈值为str_max。组队的车队总长度需要满足以下条件：
[0031]
str_len|
n
＜str_max
[0032]
当某一车辆加入车队后，车队总长度低于车队最大长度阈值str_max时，组队管理系统允许该车辆在系统上提前预定；当某一车辆加入车队后，车队总长度大于车队最大长度阈值str_max时，组队管理系统禁止该车辆按在系统上预定。
[0033]
组队管理系统在车队出发时间点的前半个小时关闭该时间点的预定功能，系统开始按照目的地为车辆排列前后顺序；系统为车辆排序的目的是保证车队每路经一个高速公路的出口，离队车辆总是位于队尾；这样一来，离队车辆不会影响到车队的其它车辆。
[0034]
组队管理系统为组队车辆排序的方法如下：使用栈这种数据存放车辆编号，栈遵从“先进后出”原则，多次遍历预定同一时间点组队的车辆，筛选出同一行程的车辆，让车辆编号逐一入栈。具体步骤如下：
[0035]
第1次遍历：筛选出行程1的车辆，依次存入栈stack中
[0036]
第2次遍历：筛选出行程2的车辆，依次存入栈stack中
[0037]
第3次遍历：筛选出行程3的车辆，依次存入栈stack中
[0038]
第k次遍历：筛选出行程k的车辆，依次存入栈stack中；
[0039]
当所有行程的车辆都存入栈stack后，然后开始出栈操作，出栈的顺序则为车队中车辆最终的排列顺序，第1个出栈的车辆为车队领航车，第2个出栈的车辆一直到第n个出栈的车辆都为跟随车；
[0040]
在组队区内，按照从1到n的编号划分了n个车位，领航车对应第1个车位，第2个出栈的车辆对应第2个车位，第n个出栈的车辆对应第n个车位。
[0041]
所述组队管理系统采用哈希表存放行程预定成功的车辆id编号，首先建立一个布尔类型的哈希表map，逐一遍历车辆id编号，每个车辆id编号都进行哈希映射，哈希函数设为：
[0042]
map[vehicle_id]＝true
[0043]
式中，vehicle_id表示车辆的id编号；
[0044]
车辆进入组队区之前，系统通过身份验证模块识别车辆id编号，如果车辆id编号的哈希映射值是true，则表示该车辆已经在系统上进行了预定，身份验证通过后，组队区防护栏打开，车辆进入组队区，并进入相应的车位。
[0045]
组队管理系统通过对比进入组队区的车辆和之前预定的车辆，当所有预定的车辆全部进入到了组队区，组队管理系统提醒领航车广播v2v信息，所有的跟随车都会跟领航车建立v2v通信连接。
[0046]
等到预定的时间点，车队从组队区出发驶入高速公路，全程编队行驶。由于车队中的车辆已经排好了顺序，车队每路经一个高速公路的出口，完成行程的车辆依次从队尾离开车队，驶离高速公路，即从队尾开始，队尾倒数第1辆车先离队，接着倒数第2辆车离队，直到所有准备离队的车辆都逐一离开车队为止。离队车辆全部离队后，车队继续向前行驶，离队车辆不影响车队的其它车辆。
[0047]
车队在高速公路编队行驶的过程中，允许其它具备v2v功能的自由车辆加入车队。自由车辆加入到车队的位置取决于自由车的行程目的地，如果自由车辆目的地是最近的一个高速公路出口，则自由车加入到队尾即可；如果自由车辆目的地不是最近的出口，自由车辆需要插入到车队中具有同一目的地车辆的后面。
[0048]
(三)有益效果
[0049]
与现有技术相比，本发明提供了一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统及方法，具备以下有益效果：
[0050]
本发明由行程预定模块、车辆排序模块和身份验证模块组成预先组队管理系统，采用行程预定、车辆排序、车辆身份验证等一系列车辆管理方式实现车辆的协同编队预先组队，解决了高速路上具备协同自适应巡航(cacc)功能的车辆渗透率低，难以找到适合组队的车辆的问题，且车队在高速公路上行驶的过程中，离队车辆不影响车队里的其它车辆。
附图说明
[0051]
图1为本发明车辆预先组队的流程框图；
[0052]
图2为本发明组队管理系统框图；
[0053]
图3为本发明高速路入口附近的组队区示意图；
[0054]
图4为本发明车辆id编号入栈示意图；
[0055]
图5为本发明车辆排序后进入组队区的示意图。
[0056]
图中：1、行程预定模块；2、车辆排序模块；3、身份验证模块。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
实施例
[0059]
如图1
‑
5所示，本发明一个实施例提出的一种高速公路上车辆协同编队预先组队管理系统，组队管理系统支持具备v2v通信模块的待组队车辆提前预定行程，统筹管理车辆在车队里的前后排列顺序；v2v通信模块采用dsrc技术，dsrc是专用短程通信技术，可用于车辆与车辆之间的通信；组队管理系统包括三个模块：行程预定模块1、车辆排序模块2、身份验证模块3；行程预定模块1允许车辆在组队管理系统上提前预定行程；车辆排序模块2是为了排列车辆在车队中的前后顺序，使得每到达一个高速公路的出口，离队车俩总是从队尾离开车队；身份验证模块3是对预定成功的车辆进行身份验证，通过身份验证的车辆才能进入组队区。
[0060]
待组队车辆需要提前在组队管理系统上预定行程，预定成功之后，待组队车辆在预定的时间点之前开往组队区进行预先组队，车队在预定的时间点准时出发，驶入高速公路，全程编队行驶。设高速公路从入口开始，共历经有k个出口，第1个出口表示为exit_1，第2个出口表示exit_2，第3个出口设为exit_3，以此类推，第k个出口表示为exit_k。
[0061]
组队管理系统允许车辆预定的行程如下：
[0062]
行程1：从起始入口到高速公路的第1个出口exit_1
[0063]
行程2：从起始入口到高速公路的第2个出口exit_2
[0064]
行程3：从起始入口到高速公路的第3个出口exit_3
[0065]
···
[0066]
行程k
‑
1：从起始入口到高速公路的第k
‑
1个出口exit_k
‑1[0067]
行程k：从起始入口到高速公路的第k个出口exit_k；
[0068]
车辆在组队管理系统成功预定行程后，系统自动为每一辆车生成一个车辆id编号。
[0069]
设有n辆车在不同的时间在组队管理系统上预定了某一时间点出发的车队。组队管理系统获取到n辆车的信息，这些信息包括车辆行程、整车长度等。组队管理系统根据获得的车辆信息，估算组队后的车队总长度，组队后的车队总长度为：
[0070][0071]
式中，n表示车队中车辆数目；str_len|
n
表示n辆车组成的车队总长度；l
i
表示第i辆的长度；δ表示期望车间距。
[0072]
车队的最大长度与dsrc通信距离有关，为了保证车辆之间良好的通信条件，设定车队最大长度阈值为str_max。组队的车队总长度需要满足以下条件：
[0073]
str_len|
n
＜str_max
[0074]
当某一车辆加入车队后，车队总长度低于车队最大长度阈值str_max时，组队管理系统允许该车辆在系统上提前预定；当某一车辆加入车队后，车队总长度大于车队最大长度阈值str_max时，组队管理系统禁止该车辆按在系统上预定。此外，组队管理系统会在车队出发前半个小时关闭该时刻的预定功能。
[0075]
组队管理系统在车队出发时间点的前半个小时关闭该时间点的预定功能，系统开始按照目的地为车辆排列前后顺序。系统为车辆排序的目的是保证车队每路经一个高速公路的出口，离队车辆总是位于队尾。这样一来，离队车辆不会影响到车队的其它车辆。
[0076]
组队管理系统为组队车辆排序的方法如下：使用栈这种数据存放车辆编号，栈遵从“先进后出”原则，多次遍历预定同一时间点组队的车辆，筛选出同一行程的车辆，让车辆编号逐一入栈。具体步骤如下：
[0077]
第1次遍历：筛选出行程1的车辆，依次存入栈stack中
[0078]
第2次遍历：筛选出行程2的车辆，依次存入栈stack中
[0079]
第3次遍历：筛选出行程3的车辆，依次存入栈stack中
[0080]
第k次遍历：筛选出行程k的车辆，依次存入栈stack中；
[0081]
当所有行程的车辆都存入栈stack后，然后开始出栈操作，出栈的顺序则为车队中车辆最终的排列顺序，第1个出栈的车辆为车队领航车，第2个出栈的车辆一直到第n个出栈的车辆都为跟随车。
[0082]
在组队区内，按照从1到n的编号划分了n个车位。领航车对应第1个车位，第2个出栈的车辆对应第2个车位，第n个出栈的车辆对应第n个车位。
[0083]
组队管理系统有身份验证模块，采用哈希表存放行程预定成功的车辆id编号，首先建立一个布尔类型的哈希表map，逐一遍历车辆id编号，每个车辆id编号都进行哈希映射，哈希函数设为：
[0084]
map[vehicle_id]＝true
[0085]
式中，vehicle_id表示车辆的id编号。
[0086]
车辆进入组队区之前，组队管理系统识别车辆id编号，如果车辆id编号的哈希映射值是true，则表示该车辆已经在系统上进行了预定，身份验证通过后，组队区防护栏打开，车辆进入组队区，并进入相应的车位。
[0087]
组队管理系统通过对比进入组队区的车辆和之前预定的车辆，当所有预定的车辆全部进入到了组队区，组队管理系统提醒领航车广播v2v信息，所有的跟随车都会跟领航车建立v2v通信连接。
[0088]
等到预定的时间点，车队从组队区出发驶入高速公路，全程编队行驶。由于车队中的车辆已经排好了顺序，车队每路经一个高速公路的出口，完成行程的车辆依次从队尾离开车队，驶离高速公路，即从队尾开始，队尾倒数第1辆车先离队，接着倒数第2辆车离队，直到所有准备离队的车辆都逐一离开车队为止。离队车辆全部离队后，车队继续向前行驶，离队车辆不影响车队的其它车辆。
[0089]
车队在高速公路编队行驶的过程中，允许其它具备v2v功能的自由车辆加入车队。自由车辆首先向领航车发送入队申请，领航车计算自由车加入后的队列长度，若队列长度超过车队最大长度阈值，则禁止自由车辆加入车队；若队列长度不超过车队最大长度阈值，
则允许自由车辆加入车队。
[0090]
在高速公路上，自由车辆加入到车队的位置取决于自由车的行程目的地，如果自由车辆目的地是最近的一个高速公路出口，则自由车加入到队尾即可；如果自由车辆目的地不是最近的出口，自由车辆需要插入到车队中具有同一目的地车辆的后面。
[0091]
接下来，以6辆车组队为例，详细介绍高速路组队管理系统的具体流程：
[0092]
假设6辆待组队的车辆于t1～t6时刻分别在组队管理系统上预定了某天10：00点出发的车队。t1时刻，车辆vehicle_1预定了行程3，在出口exit_3离开车队并驶离高速；t2时刻，车辆vehicle_2预定了行程1；t3时刻，车辆vehicle_3预定了行程2；t4时刻，车辆vehicle_4预定了行程3；t5时刻，车辆vehicle_5预定了行程2；t6时刻，车辆vehicle_6预定了行程3。
[0093]
表1：车辆行程表
[0094][0095]
按照预定的时间顺序，第1次遍历，筛选出行程1的车辆vehicle_2，让vehicle_2入栈。第2次遍历，筛选出行程2的车辆vehicle_3、vehicle_5，让vehicle_3、vehicle_5入栈。第3次遍历，筛选出行程3的车辆vehicle_1、vehicle_4、vehicle_6，让vehicle_1、vehicle_4、vehicle_6入栈。
[0096]
当所有行程的车辆都入栈后，再逐一出栈，出栈的顺序为：vehicle_6、vehicle_4、vehicle_1、vehicle_5、vehicle_3、vehicle_2。
[0097]
出栈的顺序就是车队中的车辆排列顺序，因此车队中的领航车为vehicle_6，车队中车辆的排列顺序为：vehicle_6、vehicle_4、vehicle_1、vehicle_5、vehicle_3、vehicle_2。
[0098]
采用哈希表存放行程预定成功的车辆id编号，首先建立一个布尔类型的哈希表map，逐一遍历车辆id编号，每个车辆id编号都进行哈希映射：
[0099]
map[vehicle_1]＝true
[0100]
map[vehicle_2]＝true
[0101]
map[vehicle_3]＝true
[0102]
map[vehicle_4]＝true
[0103]
map[vehicle_5]＝true
[0104]
map[vehicle_6]＝true
[0105]
哈希表由键值对构成，可以得到如下的哈希表：
[0106]
表2：由6辆车构建的哈希表
[0107]
键vehiclevehiclevehicvehiclevehiclevehicl值truetruetruetruetruetrue
[0108]
车辆进入组队区时，组队管理系统识别到车辆id编号，如果id编号的哈希映射值是true，则身份验证通过，该车辆可以进入组队区。
[0109]
车辆在组队区完成组队后，车队驶入高速公路，等车队行驶到高速公路第1个出口exit_1时，车队尾部的车辆vehicle_2完成了行程1，向领航车请求离开车队，领航车收到车辆vehicle_2的离队请求后，会断开与车辆vehicle_2的通信。此时，车辆vehicle_2减慢速度，与前面的车辆拉大间距，离开车队并从第一个出口exit_1驶离高速公路。
[0110]
车队其余车辆继续编队行驶。等车队行驶到高速公路第2个出口exit_2时，车队尾部的车辆vehicle_3、vehicle_5完成了行程2，车辆vehicle_3首先离开车队，当vehicle_3离开车队后，车辆vehicle_5开始离开车队。
[0111]
等车队行驶到高速公路第3个出口exit_3时，即车队到达了终点站，车队车辆vehicle_1、vehicle_4、vehicle_6完成了行程3。领航车vehicle_6通过v2v模块发布解散队伍信息，车队开始解散。
[0112]
下面叙述车队在高速公路上行驶过程中，自由车辆加入车队的情景。在车队还未到达高速公路的第1个出口时，一辆行程目的地是高速公路的第3个出口的自由车辆发现了车队，自由车发送入队申请，并且领航车同意自由车入队后，领航车给自由车分配一个车辆id编号vehicle_7。为了保证每到一个高速公路出口，离队车辆总是从队尾离开车队，自由车vehicle_7需要插入到与vehicle_7具有同一目的地的车辆后面，所以车辆vehicle_7要插到车辆vehicle_1的后面。
[0113]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。。