CN111768612A - 基于c-v2x的车辆编队行驶策略控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于C‑V2X的车辆编队行驶策略控制方法，包括如下步骤：选择通信基站发送车队信息；基站通过信息判断是否改变路线；基站选择与车队的信息传输方式并传递信息；进行车队变化；完成车队变化后判断是否关闭系统。车队的通信方式由DSRC改为C‑V2X，增加了车辆可通信的距离，弥补了车队在自动编队行驶时对较远处路况信息获取能力不足的问题，使车队拥有对堵车和道路突发情况的处理能力；发挥了5G技术的优势，将车辆原本所需完成的计算运动控制参数的工作交予路边基站进行，大大降低了车辆的生产成本；和4G技术相比，使用5G技术可以大大减少车队中的安全跟车距离，使车队行驶过程更加高效。

Description

基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法

技术领域：

本发明涉及车联网中无线通信技术领域，尤其涉及一种基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法。

背景技术：

目前主流的车辆仿真软件一般是模拟由单一车辆组成车流在给定交通需求、给定道路网络中的移动，每辆车都是有明确建模的，有自己的路线，并在网络独立移动。在默认情况下，这种模拟是确定性的，虽然有多种方式引入随机性，但大多都是针对车辆本身。在规定起点、终点后，进行车辆运动时，虽然可以确保每一辆车都遵守各种道路交通规则，规划最短路线，但是这之中并没有引入通信网络，这就使得此类行驶方案有着一定的局限性。在实际情况下，道路状况瞬息万变，堵车、交通事故等情况时常发生，如果不能对这些信息做出及时的处理，必将会大大延误车辆自动驾驶的效率，甚至不能完成原定的行驶目标。

除此之外，目前还有一些针对车辆排队、车队协同的仿真软件，这类有的在此前的基础上加入了DSRC等通信功能，它主要实现车辆排队、自动车辆跟随等功能，具有逼真的车辆动力学特性和多种巡航控制模型，也可以分析控制系统，大规模混合场景以及联网协议和协作演习。虽然这一类软件可以进行DSRC等短距离通信方式，但是对于对车队以外，以及距离车队较远处的通信能力基本为零。

在5G技术即将普及的现在，上述的车辆行驶方式已经不满足目前的自动驾驶的实际要求。

发明内容：

针对上述问题，本发明提出了一种基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，适合于5G移动通信网络URLLC场景下实现车队自动驾驶，主要针对不携带大型车载传感器、计算模块，通过向路边基站发送实时车辆位置信息，接受基站控制信息以控制车辆运动的自动驾驶车队。

本发明在已有车辆排队的思路上，将车辆的通信方式由原来的DSRC修改为C-V2X。这样一来，在进行车辆编队行驶的时候，不仅仅可以实现车辆间的通信，也可以进行车队与路边基站间的通信。由于5G技术的发展，现在的通信网络已经达到了可以满足通过基站控制车辆时所需的低延迟、高可靠性的水平。原来需要由车队中各辆车来计算、预测以实现自动跟车的工作可以由路侧基站来代替完成。

打通车辆交通流平台与C-V2X通信仿真平台的接口，这样，在车队间的通信拓扑网络中不仅仅可以传递车队内部的跟车信息还有了对车队远处路况信息，车队行驶时除了要对原有道路行驶规则、至目的地行驶路线、前后车安全行驶距离等条件进行判断以外，还需对到较远处路况、实时交通管制信息等情况进行处理。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，包括如下步骤：

(1)选择通信基站发送车队信息；

(2)基站通过信息判断是否改变路线；

(3)基站选择与车队的信息传输方式并传递信息；

(4)进行车队变化；

(5)完成车队变化后判断是否关闭系统，若关闭则结束，不关闭则继续循环。

具体地：

一、选择通信基站发送车队信息：

在车辆的行驶中，车辆检测与周边基站通信状态，计算目前车队与附近基站的通信状态α_{station-platoon}值(表示车队与基站间的通信状态，数值越大，表明通信状态越好)，选择α_{station-platoon}较大的基站并发送车辆位置，状态信息等给此基站。

二、基站通过信息判断是否改变路线：

基站通过获得的车队信息与前方道路的路况信息进行综合判断，计算d_{brake point}(表示车队车头与前方交通事故或严重堵塞等影响车队正常行驶事故点的距离)，并与d_{safe control}(表示当前状态下，基站可以对车队进行有效控制时，车队做出有效反应过程中的行驶距离)进行比较，若事故点较远则继续行驶(即d_{brake point}>d_{safe control})，否则选择车队改变原有行驶路线。

三、基站选择与车队的信息传输方式并传递信息：

基站计算α_{station-car-x}(表示基站与车队中车辆的通信状态，数值越大，表明通信状态越好，x为车队中车辆的编号)，并与ζ_high-quality(表示基站与车辆通信时，在保证高通信质量下所需α_{station-car-x}的最低值)进行比较，若均能保持高质量通信则基站以多播将信息传至车辆(即α_{station-car-x}>ζ_high-quality)，否则基站将信息传至该车附近车，并通过车队内通信网进行信息传输。

四、进行车队变化：

判断是否需要进行车队拆分、合并、插入等操作。执行完毕后更新车队行驶路径，并判断前后车车距是否均大于d_{safe following}(表示车辆的安全跟车距离)，若车距安全则继续行驶(即前后车距>d_{safe following})，否则提醒减速行驶，控制好安全跟车距离。

a、车队拆分

(1)读取基站所传信息中需要开始分离的车辆编号，并清除对应车辆在通信拓扑网络中的车辆数据；

(2)将后续车辆在拓扑网络中的领车数据修改为需要开始分离的车辆编号

b、车队合并

(1)将前车队车头编号赋予后车队车头的领车信息中；

(2)将后车队除领车外，所有车辆在通信拓扑网络中的领车信息修改为合并前的前车队车头编号

c、车辆插入

(1)根据通信所得信息获得新车所插入的位置，并清除之后一辆车在通信拓扑网络中的数据，使之成为暂时的新车队领车；

(2)将新车头之后的车辆领车数据改为刚刚设置的暂定新车头编号，以确保后续车队可以正常行驶；

(3)前车队提速，直至前车队最后一辆车与后车队车头的距离达到目标距离，即恰好允许插队车辆的进入时的距离；

(4)修改插车车辆的跟车模型为FACKED-CACC，命令插车车辆提速，在超车道行驶至插入位置，待前后车队间的距离足够时，驶入车队；

(5)完成插队操作后，修改通讯拓扑网络，原车头跟车模型修改为ACC，其余车辆跟车模型修改为CACC，暂定的后车队领车的车队领车信息与前车信息修改为插入车辆的编号

五、判断是否关闭系统：

若关闭则结束，不关闭则继续循环。

本发明具有如下优点：车队的通信方式由DSRC改为C-V2X，增加了车辆可通信的距离，弥补了车队在自动编队行驶时对较远处路况信息获取能力不足的问题，使车队拥有对堵车和道路突发情况的处理能力；发挥了5G技术的优势，将车辆原本所需完成的计算运动控制参数的工作交予路边基站进行，大大降低了车辆的生产成本；和4G技术相比，使用5G技术可以大大减少车队中的安全跟车距离，使车队行驶过程更加高效。

附图说明：

图1为本发明的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1所示，本发明的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法包括如下步骤：

(1)选择通信基站发送车队信息；

(2)基站通过信息判断是否改变路线；

(3)基站选择与车队的信息传输方式并传递信息；

(4)进行车队变化；

(5)完成车队变化后判断是否关闭系统，若关闭则结束，不关闭则继续循环。

在本发明中，行驶工况包括以下几种工况：

工况一，前方路口为红灯，基站将信息发送给车队并提示减速，头车提前进行减速，并把刹车信息通过车间通信传输给后车，提示后方车辆进行减速。

工况二，路口红灯变绿灯，基站将信息发送给车队并提示启动，头车起步，并把起动信息通过车间通信传输给后车，提示后方车辆准备启动。

工况三，前方车道有障碍车辆，基站将信息发送给车队并提示变道，头车开启转向灯准备变道，并把转向灯信息通过车间通信传输给后车，提示后方车辆准备变道。

在引入C-V2X通信方式以及5G技术的情况下，车队可以根据实际情况智能选择路线、只能选择车队行驶方式以及保证车与车之间的安全距离，具体包括：

车队出发时将车队信息发送给附近基站，基站将车队信息传输至车联网内，并根据车队出发地和目的地以及实时交通状况规划路线和车辆行驶方式发送给车队。

车队根据基站发送信息进行车辆排队并进入正常行驶。车队之间判断前后车距是否在安全车距范围内，车距安全则继续行驶，否则提醒减速行驶，控制好安全跟车距离。

车队继续正常行驶并保持与附近基站进行通信。

当前方发生意外交通事故，基站通过获得的车队信息与前方道路的路况信息进行综合判断，若事故点较远则继续行驶，否则基站重新规划路线，并发送给车队。

若事故点过近，车队的前半部分已来不及进行整个车队的变换，或者一个绿灯不足以使车队全部车辆通过路口，则基站控制车队进行拆分，前车队通过事故点之后继续行驶，后车队接收基站规划的新路线进行变道等一系列操作。

若在行驶过程中遇上前往相同目的地的车队，则基站控制两个车队进行合并。

若在行驶过程中遇上前往相同目的地的单独车辆，则基站控制此车辆加入车队，进行车辆插入。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)选择通信基站发送车队信息；

(2)基站通过信息判断是否改变路线；

(3)基站选择与车队的信息传输方式并传递信息；

(4)进行车队变化；

(5)完成车队变化后判断是否关闭系统。

2.根据权利要求1所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，步骤(1)具体包括如下步骤：在车辆的行驶中，车辆检测与周边基站通信状态，计算目前车队与附近基站的通信状态α_{station-platoon}值，选择α_{station-platoon}较大的基站并发送车队信息给此基站。

3.根据权利要求2所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，步骤(2)具体包括如下步骤：基站通过获得的车队信息与前方道路的路况信息进行综合判断，计算车队车头与前方影响车队正常行驶事故点的距离d_{brake point}，并与当前状态下，基站可以对车队进行有效控制时，车队做出有效反应过程中的行驶距离d_{safe control}进行比较，若d_{brake point}>d_{safe control}，否则选择车队改变原有行驶路线。

4.根据权利要求3所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，步骤(3)具体包括如下步骤：基站计算基站与车队中车辆的通信状态α_{station-car-x}值，并与基站与车辆通信时，在保证高通信质量下所需α_{station-car-x}的最低值ζ_high-quality进行比较，若α_{station-car-x}>ζ_high-quality，则基站以多播将信息传至车辆，否则基站将信息传至该车附近车，并通过车队内通信网进行信息传输。

5.根据权利要求4所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，步骤(4)具体包括如下步骤：判断是否需要进行车队拆分、合并、插入操作，执行完毕后更新车队行驶路径，并判断前后车车距是否均大于车辆的安全跟车距离d_{safe following}，若前后车距>d_{safe following}，则继续行驶，否则提醒减速行驶，控制好安全跟车距离。

6.根据权利要求5所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，所述车队拆分具体包括：读取基站所传信息中需要开始分离的车辆编号，并清除对应车辆在通信拓扑网络中的车辆数据；将后续车辆在拓扑网络中的领车数据修改为需要开始分离的车辆编号。

7.根据权利要求5所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，所述车队合并具体包括：将前车队车头编号赋予后车队车头的领车信息中；将后车队除领车外，所有车辆在通信拓扑网络中的领车信息修改为合并前的前车队车头编号。

8.根据权利要求5所述的基于C-V2X的车辆编队行驶策略控制方法，其特征在于，所述车队插入具体包括：根据通信所得信息获得新车所插入的位置，并清除之后一辆车在通信拓扑网络中的数据，使之成为暂时的新车队领车；将新车头之后的车辆领车数据改为刚刚设置的暂定新车头编号，以确保后续车队可以正常行驶；前车队提速，直至前车队最后一辆车与后车队车头的距离达到目标距离；修改插车车辆的跟车模型为FACKED-CACC，命令插车车辆提速，在超车道行驶至插入位置，待前后车队间的距离足够时，驶入车队。

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