自动驾驶混行条件下的重载货车编组控制方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶技术领域，特别涉及自动驾驶混行条件下的重载货车编组控制方法。

背景技术

智能网联车辆(CAV，Connected autonomous Vehicle)可通过V2X通信技术，与道路环境信息进行交互。智能网联车辆可以实现协同自适应巡航控制(CooperativeAdaptive Cruise Control，CACC)。

同时，在自动驾驶环境下，拟编组运行的无人卡车间可通过无线通信实现车辆间的“对话”，完成同步加速与减速过程。但对，关于无人驾驶货车的编组原则，尤其是在人工驾驶与自动驾驶车辆混行场景下的编组控制方面尚未有进一步的研究。

据已有研究显示，自动驾驶车辆配备的安全装置可以减少31％的高速公路上的伤亡事故；并可以利用车联网技术实现车流量的优化配置，相较于手动驾驶，自动驾驶能够提高4％-10％的燃油利用效率。

此外，无人驾驶不存在疲劳驾驶的问题，卡车可以24小时连续作业，对于物流企业来说能够省下相当大的成本。节约燃料和运输行业对于自动驾驶卡车有着巨大的需求，而且现在得生活离不开运输，自动驾驶卡车市场具有巨大得潜力，所以得到了许多大型企业的支持

2018年Gil Domingues通过对自动驾驶车辆进行编组行为的刻画，通过设置多种具有通用性的场景，对各种场景的自动驾驶编组行为进行刻画,并且通过城市交通仿真软件(SUMO，simulation of urben mobility)，对提出的各场景进行仿真模拟，成功验证了通过在特定场景下采取编组行驶策略，车辆之间能够让信息互相传递提高移动通信能力。

2020年Alexander H.Taylor利用编组长度为8辆车的控制策略，分别在道路处于高峰流量、低峰流量、平峰流量的情况下进行仿真研究，结果表明编组行驶能够有效的减少自动驾驶卡车的风阻和坡度阻力的影响，能够减少能量消耗。现有重载货车编组控制方法聚焦于特定场景或是特定的编组长度，通过对自动驾驶编组行为进行跟驰模型的建模刻画，通过仿真模拟以研究自动驾驶重载货车编组控制对通行效率和经济性的影响，而较少有考虑车辆队列在通行过程中的解散和重组情况，以及对于自动驾驶混行条件下车辆加入货车编组队列这一场景的细致化分析。

因此，在自动驾驶混行条件下，如何依靠路侧单元(RSU)和移动边缘计算(MEC)，实现高效、安全且广泛适用的自动驾驶重载货车编组控制方法成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供自动驾驶混行条件下的重载货车编组控制方法，实现的目的是支持高效率的车队编组行驶，同时亦可大幅提升运输过程中的安全性和时效性。

为实现上述目的，本发明公开了自动驾驶混行条件下的重载货车编组控制方法，用于控制自动驾驶状态的目标重载货车驶入车队；所述车队包括最少2辆自动驾驶状态的重载货车；所述目标重载货车驶入的位置为所述车队中任意两辆所述重载货车之间，步骤如下：

步骤1、通过路侧RSU建立所述目标重载货车与所述车队之间的通讯连接，通过所述RSU控制所述目标重载货车和所述车队在变速过程中保持恒定的加速度或者减速度，并计算所述目标重载货车与所述车队内预期驶入位置的纵向距离s

步骤2、控制所述目标重载货车加速/减速至计划速度并保持平稳行驶，直至预期减速/加速目标点；

步骤3、控制所述目标重载货车改变行驶速度直至与所述车队行驶速度一致，此时所述目标重载货车抵达所述车队内预期驶入位置；

此时，所述目标重载货车同所述车队以相同速度并排行驶，且所述目标重载货车正位于能够插入所述车队的预期位置；

步骤4、令所述车队在预期位置打开插车空间供所述目标重载货车驶入，判断所述目标重载货车拟驶入位置的插车空间是否足够；

步骤5、在所述插车空间足够时，所述目标重载货车完成加入过程，否则返回步骤4，进一步降低重载货车减速至预定点后的速度以满足驶入位置的插车空间要求。

优选的，所述纵向距离s

s

其中，v

v

T

更优选的，在步骤2中，所述目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程中的位移s

其中，v

v

a

a

所述目标重载货车平稳行驶过程中的位移s

s

其中，s

所述目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程所花费时间T

所述目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程包括以下约束：

更优选的，步骤3中，控制所述目标重载货车改变行驶速度直至与所述车队行驶速度一致花费的时间T

更优选的，步骤4中，在预期位置打开插车空间的长度s

预期位置打开插车空间所用时间T

其中，l

v

在预期位置打开插车空间过程包括以下约束：

d

l为所述目标重载货车的车身长度；

v

更优选的，在步骤5中，若所述插车空间足够所述目标重载货车加入所述车队花费的时间T为：

T＝T

其中，T

T

更优选的，在步骤5中，降低重载货车减速至预定点后的速度的方法为缩小参数k。

优选的，其特征在于，在所述车辆抵达预期减速/加速目标点、所述车队打开插车空间时，所用减/加速度均为驾驶人可接受的最大减(加)速度a

优选的，通过所述RSU对所述车队进行提前的队列打开，亦或是将所述目标车辆预期减速/加速目标点提前。

本发明的有益效果：

本发明可以实现所述目标车辆快速、安全、高效地加入所述车队，有助于提高高速公路混合交通流整体的通行能力和通行安全性。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1示出本发明一实施例中重载货车编组控制方法的流程图

具体实施方式

实施例1

如图1所示，自动驾驶混行条件下的重载货车编组控制方法，用于控制自动驾驶状态的目标重载货车驶入车队；车队包括最少2辆自动驾驶状态的重载货车；目标重载货车驶入的位置为车队中任意两辆重载货车之间，步骤如下：

步骤1、通过路侧RSU建立目标重载货车与车队之间的通讯连接，通过RSU控制目标重载货车和车队在变速过程中保持恒定的加速度或者减速度，并计算目标重载货车与车队内预期驶入位置的纵向距离s

步骤2、控制目标重载货车加速/减速至计划速度并保持平稳行驶，直至预期减速/加速目标点；

步骤3、控制目标重载货车改变行驶速度直至与车队行驶速度一致，此时目标重载货车抵达车队内预期驶入位置；

此时，目标重载货车同车队以相同速度并排行驶，且目标重载货车正位于能够插入车队的预期位置；

步骤4、令车队在预期位置打开插车空间供目标重载货车驶入，判断目标重载货车拟驶入位置的插车空间是否足够；

步骤5、在插车空间足够时，目标重载货车完成加入过程，否则返回步骤4，进一步降低重载货车减速至预定点后的速度以满足驶入位置的插车空间要求。

在实际应用中，车队中预期驶入位置往后的重载货车在接受到打开队列命令后即刻以最大减速度a

在某些实施例中，纵向距离s

s

其中，v

v

T

在某些实施例中，在步骤2中，目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程中的位移s

其中，v

v

a

a

目标重载货车平稳行驶过程中的位移s

s

其中，s

目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程所花费时间T

目标重载货车加速/减速至计划行驶速度过程包括以下约束：

在实际应用中，加速过程中的最大速度会大于目标重载货车初始速度和车队的运行速度，且需保证抵达预期减速(加速)目标点前重载货车达到计划行驶速度v

在某些实施例中，步骤3中，控制目标重载货车改变行驶速度直至与车队行驶速度一致花费的时间T

在某些实施例中，步骤4中，在预期位置打开插车空间的长度s

预期位置打开插车空间所用时间T

其中，l

v

在预期位置打开插车空间过程包括以下约束：

d

l为目标重载货车的车身长度；

v

在实际应用，为了使得打开队列持续时间最短，在运行过程中存在速度大于高速公路当前车道的最低限速的约束，同时判断拟目标重载货车驶入的位置的插车空间是否足够，因此有以上约束。

在某些实施例中，在步骤5中，若插车空间足够目标重载货车加入车队花费的时间T为：

T＝T

其中，T

T

在实际应用中，车队接受到打开空间命令和目标重载货车抵达预期减速(加速)目标点为同一时刻，故选择较大值作为目标重载货车加入队列总时间的一部分。

本重载货车编组控制方法基于自动驾驶混行场景，利用MEC和RSU计算和控制目标重载货车和车队的运动状态。

在某些实施例中，在步骤5中，降低重载货车减速至预定点后的速度的方法为缩小参数k。

在某些实施例中，在车辆抵达预期减速/加速目标点、车队打开插车空间时，所用减/加速度均为驾驶人可接受的最大减(加)速度a

通过上述手段能够增加车队运行稳定性，需控制车队打开持续时间尽可能短。

在某些实施例中，通过RSU对车队进行提前的队列打开，亦或是将目标车辆预期减速/加速目标点提前。

通过上述手段可以减少车队打开队列或目标车辆同车队并排行驶的时间。

实施例2

在(0，60s)时间段内，目标车辆未接收到编组邀请，目标车辆和车队继续按各自原行驶速度行驶，在第60s后，目标车辆开始编组准备。

借助RSU及路侧感知设备，确定0时刻目标车辆与车队内预期驶入位置的纵向距离X＝1000m；

通过RSU获取车辆平稳状态下的行驶速度：v

其余参数取以下固定值：d

vmin＝13.89m/s；a

步骤1：通过路侧RSU建立目标车辆与车队(大于等于两辆)之间的通讯连接；

目标车辆与车队之间的距离：s

步骤2、控制目标车辆加速(减速)至计划速度并保持平稳行驶，直至预期减速(加速)目标点；

v

目标车辆行驶过程中各阶段的位移：

s

目标车辆加速(减速)至计划速度并保持平稳行驶过程所花费时间：

步骤3、控制目标车辆改变行驶速度直至与车队行驶速度一致，此时目标车辆抵达车队内预期驶入位置；

该过程所花费时间：

步骤4、令车队在预期位置打开间隙供目标车辆驶入，判断目标车辆拟驶入位置的间隙是否足够；

重载货车减速至预定点后的速度：v

s

当k＝0.7时，v

符合约束要求，间隙足够；

此时，

目标车辆需和车队并排行驶T

步骤5、在间隙足够时，目标车辆完成加入过程；

使用本重载货车编组控制方法目标车辆加入队列总时间可以整理为：

算例中目标车辆经过272.221s,加入了一个位于其前方1000m的车队，其中定速巡航时间：

除开始编组前的60s，剩余22.681s，本方法目标车辆和车队均在RSU控制下实现了平缓且可控的匀加匀减速运动，目标车辆同车队并排行驶时间仅2.087s，保障了道路通行的安全性；

车队打开耗时仅4.17s，在提供了足够的打开空间供目标车辆驶入的同时，保证了车队编组控制过程的效率；

本方法所建议使用的加(减)速度考虑了重载货车驾驶员的驾驶生理状况，避免驾驶员出现不适感，该建议加(减)速度同样适用于其他类型车辆。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。