一种基于车辆编队的跟随车车速规划方法、装置及汽车与流程

1.本发明涉及汽车控制技术领域，尤其涉及一种基于车辆编队的跟随车车速规划方法、装置及汽车。


背景技术：

2.近年来，随着国内汽车保有量不断增加，路面交通的通行效率和行驶安全性得到广泛的关注。车辆行驶过程合适的车辆间距不仅可以提高路面通行效率行驶安全性、同时也能减少高速行驶的风阻从而提高经济效率，此外车辆编队行驶由于可以获悉相邻编队车辆的位姿和信息能有效提高编队车辆行驶的安全性。
3.车辆编队行驶旨在提高道路通行效率、行驶安全性和经济性。车辆编队行驶是指智能网联汽车通过v2x获悉周围编队车辆的行为、车速、加速度和航向等信息，综合考虑本车和相邻编队车辆的信息，超过两辆车与相邻车编队车辆组成队列行驶。
4.车辆编队控制研究的重点主要集中在车间距控制、编队编组、拆分、换道等操作和控制。其中车辆编队的车间距的控制的目标是使车辆编队维持在较小的车间距的情况下，保持车队稳定、安全、舒适行驶。车辆编队的车间距控制主要是跟随车的车速的规划和控制，现阶段车辆编队控制的车速规划主要考虑车辆相对车距，完全基于相对车距的车速规划方法，过于简单而且容易造成跟随车的车速震荡的问题；此外部分编队控制的车速规划方法没有考虑车辆动力性限制，该类方法导致难于在工程实现与应用的问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于车辆编队的跟随车车速规划方法、装置及汽车，用于解决现有的完全基于车距的车速规划方法，容易造成跟随车的车速震荡，以及没有考虑车辆动力性能力，工程上难以实施的问题。
6.本发明提供的一种基于车辆编队的跟随车车速规划方法，所述方法包括：
7.步骤s11、获取前导车的车速、前导车的加速度、跟随车的车速以及前导车至跟随车的车距；
8.步骤s12、根据所述跟随车的车速计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距以及所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距；
9.步骤s13、根据所述前导车至跟随车的车距与所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距、所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的大小关系，计算所述跟随车的期望加速度；
10.步骤s14、比较所述跟随车的期望加速度与所述跟随车的标定最小加速度、所述跟随车的标定最大加速度的大小关系，在所述跟随车的标定最小加速度至所述跟随车的标定最大加速度范围内选取最终输出加速度控制所述跟随车运行。
11.进一步地，步骤s12具体包括：
12.计算所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的公式具体为d1＝vcτ l1所述d1为
前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，所述vc所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l1为预设稳定跟车最大停车距离；
13.计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距的公式具体为d2＝vcτ l2所述d2为前导车至跟随车的最小稳定跟车车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l2为预设稳定跟车最小停车距离。
14.进一步地，步骤s13具体包括：
15.当所述前导车至跟随车的车距大于或者等于所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，判断所述跟随车的车速是否大于或者等于预设倍数的所述前导车的速度，所述预设倍数大于1；
16.当所述跟随车的车速大于或者等于预设倍数的所述前导车的速度，则确定所述跟随车的期望加速度为0；
17.当所述跟随车的车速小于预设倍数的所述前导车的速度，则根据公式ag＝k
pap
kd(d
e-d1)计算所述跟随车的期望加速度，所述ag为所述跟随车的期望加速度，所述k
p
是预设前导车加速度修正参数，kd为预设相对车距差值的比例参数，所述a
p
为前导车的加速度，所述de为所述前导车至跟随车的车距。
18.进一步地，步骤s13具体包括：
19.当所述前导车至跟随车的车距大于所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距且小于所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，利用公式dd＝vcτ ld计算dd，所述dd为期望车距，所述ld为预设期望停车间距；
20.当前导车紧急制动即a
p
小于标定阈值时，利用公式ag＝k
sap
计算所述跟随车的期望加速度，所述ks为稳定跟车制动系数，且ks≥1。当前导车未产生紧急制动即a
p
大于等于标定阈值时，利用公式计算所述跟随车的期望加速度，所述ag为所述跟随车的期望加速度，所述k1为预设滑膜面车速差系数，所述k2为预设滑膜面相对车距系数，所述γ为预设趋近率系数，所述v
p
为所述前导车的速度。
21.进一步地，步骤s13具体包括：
22.当所述前导车至跟随车的车距小于或者等于所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距，根据所述前导车的加速度判断所述前导车是否减速制动；
23.当所述前导车减速制动时，所述跟随车以k3a
p
的期望加速度减速制动，其中k3为紧急制动加速度修正参数，且k3＞1；
24.当所述前导车加速前进时，确定所述跟随车的期望加速度为0。
25.进一步地，步骤s14具体包括：
26.当所述跟随车的期望加速度小于所述跟随车的标定最大加速度且大于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的期望加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
27.当所述跟随车的期望加速度大于或者等于所述跟随车的标定最大加速度，选择所述跟随车的标定最大加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
28.当所述跟随车的期望加速度小于或者等于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的标定最小加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行。所述跟随车加速
度，当加速度大于零则表示跟随车加速，加速度小于零则表示跟随车制动。
29.本发明提供的一种基于车辆编队的跟随车车速规划装置，所述装置包括：
30.获取单元，用于获取前导车的速度、前导车的加速度、跟随车的车速以及前导车至跟随车的车距；
31.第一计算单元，用于根据所述跟随车的车速计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距以及所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距；
32.第二计算单元，用于根据所述前导车至跟随车的车距与所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距、所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的大小关系，计算所述跟随车的期望加速度；
33.控制单元，用于比较所述跟随车的期望加速度与所述跟随车的标定最小加速度、所述跟随车的标定最大加速度的大小关系，在所述跟随车的标定最小加速度至所述跟随车的标定最大加速度范围内选取最终输出加速度控制所述跟随车运行。
34.进一步地，所述第一计算单元具体用于：
35.计算所述前导车至跟随车的最大车距的公式具体为d1＝vcτ l1，所述d1为所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l1为预设稳定跟车最大停车距离；
36.计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距的公式具体为d2＝vcτ l2，所述d2为所述前导车至所述跟随车的最小稳定跟车车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l2为预设稳定跟车最小停车距离。
37.进一步地，所述控制单元具体用于：
38.当所述跟随车的期望加速度小于所述跟随车的标定最大加速度且大于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的期望加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
39.当所述跟随车的期望加速度大于或者等于所述跟随车的标定最大加速度，选择所述跟随车的标定最大加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
40.当所述跟随车的期望加速度小于或者等于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的标定最小加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行。
41.本发明提供的一种汽车，所述汽车包括上述基于车辆编队的跟随车车速规划装置。
42.实施本发明，具有如下有益效果：
43.通过本发明，提供了基于跟随车的车速、前导车的加速度、前导车的车速以及前导车至跟随车的车距，计算跟随车的期望加速度，并根据跟随车的标定最小加速度、跟随车的标定最大加速度，选取最终输出加速度控制跟随车运行，解决现有完全基于车距的车速控制方法，容易造成跟随车的车速震荡，以及没有考虑车辆动力性能力，工程上难以实施的问题。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1是本发明实施例提供的车辆编队的自主跟随示意图。
46.图2是本发明实施例提供的基于车辆编队的跟随车车速规划方法的流程图。
47.图3是本发明实施例提供的车辆编队的跟随车跟车行驶的三个过程示意图。
48.图4是本发明实施例提供的基于车辆编队的跟随车车速规划装置的结构图。
具体实施方式
49.本专利中，综合前导车、跟随车的车速、加速度以及两车车距进行跟随车车速控制，以下结合附图和实施例对该具体实施方式做进一步说明。
50.如图1所示，本发明实施例提供了车辆编队的自主跟随示意图，图示a
p
、v
p
分别表示前导车的加速度和前导车的车速；ac、vc分别表示跟随车的加速度和跟随车的车速。
51.其中，所述dd为期望车距，τ为包括v2x通信延时和系统执行延时，为当前车最大制动减速度，为前导车最大制动减速度，ld为预设期望停车间距。
52.编队车辆的车辆存在同类型车辆，同类型车辆最大加速度相近，则同时稳定跟车过程中前导车和本车的车速近似相等即vc≈v
p
，经过简化，dd＝vcτ ld。
53.如图2所示，本发明实施例提供了基于车辆编队的跟随车车速规划方法，所述方法包括：
54.步骤s11、获取前导车的速度、前导车的加速度、跟随车的车速以及前导车至跟随车的车距。
55.需要说明的是，在车辆编队中相邻前后两辆车分别为前导车和跟随车，在前面行驶的为前导车，跟在所述前导车后面的为跟随车；步骤s11的执行主体是跟随车，通过v2x通讯从前导车获取前导车的速度、前导车的加速度以及前导车的位置信息，通过自身携带传感器获取跟随车的车速以及通过定位获取跟随车的位置信息，根据前导车的位置信息和跟随车的位置信息可以计算前导车至跟随车的车距。
56.步骤s12、根据所述跟随车的车速计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距以及所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距。
57.步骤s12具体包括：
58.计算所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的公式具体为d1＝vcτ l1，所述d1为所述前导车至跟随车的最大车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l1为预设稳定跟车最大停车距离；
59.计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距的公式具体为d2＝vcτ l2，所述d2为所述前导车至所述跟随车的最小稳定跟车车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l2为预设稳定跟车最小停车距离。
60.步骤s13、根据所述前导车至跟随车的车距与所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距、所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的大小关系，计算所述跟随车的期望加
速度。
61.一并参考图3，通过de与d1、d2大小关系比较结果，跟随车相对前导车分别处于快速迫近、稳态车距保持和紧急制动三种状态，因而采取跟随车的期望加速度的计算方式也有差异。
62.步骤s13具体包括：
63.当所述前导车至跟随车的车距大于或者等于所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，判断所述跟随车的车速是否大于或者等于预设倍数的所述前导车的速度，所述预设倍数大于1；
64.在本实施例中，预设倍数为1.5。
65.当所述跟随车的车速大于或者等于预设倍数的所述前导车的速度，则确定所述跟随车的期望加速度为0；
66.当vc≥1.5v
p
，ag＝0，也意味着跟随车的车速已经大于或者等于1.5倍前导车的车速，跟随车保持现有速度即可快速迫近。
67.当所述跟随车的车速小于预设倍数的所述前导车的速度，则根据公式ag＝k
pap
kd(d
e-d1)计算所述跟随车的期望加速度，所述ag为所述跟随车的期望加速度，所述k
p
是预设前导车加速度修正参数，kd为预设相对车距差值的比例参数，所述a
p
为前导车的加速度，所述de为所述前导车至跟随车的车距。
68.当vc《1.5v
p
，ag＝k
pap
kd(d
e-d1)。
69.步骤s13还包括：
70.当所述前导车至跟随车的车距大于所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距且小于所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，利用公式dd＝vcτ ld计算dd，所述dd为期望车距，所述ld为预设期望停车间距；
71.当前导车紧急制动即a
p
《-2m/s2时，利用公式ag＝k
sap
计算所述跟随车的期望加速度，所述ks为稳定跟车制动系数，该案例中ks＝1.1。当前导车未产生紧急制动即a
p
＞-2m/s2，利用公式计算所述跟随车的期望加速度，所述ag为所述跟随车的期望加速度，所述k1为预设滑膜面车速差系数，所述k2为预设滑膜面相对车距系数，所述γ为预设趋近率系数，所述v
p
为所述前导车的速度。
72.需要说明的是，该过程采用滑膜控制跟随车的期望加速度，滑膜面同时考虑前导车和跟随车的车速和相对车距，因此滑膜面s设定为：s＝k1ve k2(d
e-dd)，其中k1为预设滑膜面车速差系数，k2为预设滑膜面相对车距系数，ve表示前导车与跟随车的车速差，即ve可表示为：ve＝v
p-vc；将dd＝vcτ ld和ve＝v
p-vc代入s＝k1ve k2(d
e-dd)并消除vc和ac可以得：s＝k1v
p-(k1 k2τ)vc k2(d
e-ld)；
73.为使车辆编队控制的自主跟随的车辆间距趋近于期望的车间距，设计该滑膜控制的趋近率为：
74.由s＝k1v
p-(k1 k2τ)vc k2(d
e-ld)求一阶导，得到；将s＝k1v
p-(k1 k2τ)vc k2(d
e-ld)和代入求得跟随车的期望加
速度
75.步骤s13具体包括：
76.当所述前导车至跟随车的车距小于或者等于所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距，根据所述前导车的加速度判断所述前导车是否减速制动；
77.当所述前导车减速制动时，所述跟随车以k3a
p
的期望加速度减速制动，其中k3为紧急制动加速度修正参数，且k3＞1；
78.当所述前导车加速前进时，确定所述跟随车的期望加速度为0。
79.需要说明的是，跟随车采用比前导车更大加速度进行减速制动。
80.步骤s14、比较所述跟随车的期望加速度与所述跟随车的标定最小加速度、所述跟随车的标定最大加速度的大小关系，在所述跟随车的标定最小加速度至所述跟随车的标定最大加速度范围内选取最终输出加速度控制所述跟随车运行。
81.具体地，当所述跟随车的期望加速度小于所述跟随车的标定最大加速度且大于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的期望加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
82.在本实施例中，所述a
cg
为最终输出加速度所述ag为所述跟随车的期望加速度，所述为所述跟随车的标定最小加速度，所述为所述跟随车的标定最大加速度。
83.当所述跟随车的期望加速度大于或者等于所述跟随车的标定最大加速度，选择所述跟随车的标定最大加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
84.在本实施例中，
85.当所述跟随车的期望加速度小于或者等于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的标定最小加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行。
86.在本实施例中，
87.如图4所示，本发明实施例提供了基于车辆编队的跟随车车速规划装置，所述装置包括：
88.获取单元41，用于获取前导车的速度、前导车的加速度、跟随车的车速以及前导车至跟随车的车距；
89.第一计算单元42，用于根据所述跟随车的车速计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距以及所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距；
90.第二计算单元43，用于根据所述前导车至跟随车的车距与所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距、所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的大小关系，计算所述跟随车的期望加速度；
91.控制单元44，用于比较所述跟随车的期望加速度与所述跟随车的标定最小加速度、所述跟随车的标定最大加速度的大小关系，在所述跟随车的标定最小加速度至所述跟随车的标定最大加速度范围内选取最终输出加速度控制所述跟随车运行。
92.进一步地，所述第一计算单元42具体用于：
93.计算所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距的公式具体为d1＝vcτ l1，所述d1为所述前导车至跟随车的最大稳定跟车车距，所述vc所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l1为预设稳定跟车最大停车距离；
94.计算所述前导车至跟随车的最小稳定跟车车距的公式具体为d2＝vcτ l2，所述d2为所述前导车至所述跟随车的最小稳定跟车车距，所述vc为所述跟随车的车速，所述τ为包括v2x通信延时和系统执行延时的时间段，所述l2为预设稳定跟车最小停车距离。
95.进一步地，所述控制单元44具体用于：
96.当所述跟随车的期望加速度小于所述跟随车的标定最大加速度且大于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的期望加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
97.当所述跟随车的期望加速度大于或者等于所述跟随车的标定最大加速度，选择所述跟随车的标定最大加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行；
98.当所述跟随车的期望加速度小于或者等于所述跟随车的标定最小加速度，选择所述跟随车的标定最小加速度作为最终输出加速度控制所述跟随车运行。
99.本发明实施例提供了汽车，所述汽车包括上述基于车辆编队的跟随车车速规划装置。
100.实施本发明，具有如下有益效果：
101.通过本发明，提供了基于跟随车的车速、前导车的加速度、前导车的车速以及前导车至跟随车的车距，计算跟随车的期望加速度，并根据跟随车的标定最小加速度、跟随车的标定最大加速度，选取最终输出加速度控制跟随车运行，解决现有完全基于车距的车速控制方法，容易造成跟随车的车速震荡，以及没有考虑车辆动力性能力，工程上难以实施的问题。
102.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。