CN113071490A - 一种高速公路卡车编队系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速公路卡车编队系统，包括环境感知模块、车联网通信模块、决策控制模块。将领航车的决策控制模块作为队列控制中心，根据各车的行驶里程大小进行编号产生队列，实时进行局部路径规划，控制队列车辆对最优路径实现跟踪，并实时监测队列是否需要进行紧急避撞。可实现高速公路卡车队列行驶，提高道路交通效率、降低燃油消耗率，且队列整体运输效率高、稳定性高、安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及车辆协同技术领域，具体为一种高速公路卡车编队系统。
背景技术
车辆编队行驶技术是目前自动驾驶领域研究的新技术，旨在通过车车协同技术，根据领航车的操作改变驾驶策略，实现编队控制，在保证安全性的基础上缩短跟驰间距，减小成员车速度波动，从而增加现有道路的交通流量，提高交通效率和驾乘舒适性。高速公路上卡车编队可极大地减小前后车的车间距离，使后车进入前车的尾流区，由于两辆车的空气流场发生干涉，使前后车的气动特性参数发生变化，从而降低了前后车高速行驶时的空气阻力以及编队行驶时整体的空气阻力。这对长途公路运输而言，能够有效降低燃油消耗、尾气排放，燃油经济性极大提升的同时降低环境污染。其次，卡车编队能够减少驾驶员疲劳驾驶、人为失误等情况带来的事故风险，同时减小成员车的速度波动，从而提高编队行驶整体速度，提高货物运输效率。
目前，对于车辆编队技术的方法已有很多，中国专利201910452625.4公开了一种基于车路协同技术的车辆编队方法，其中的目标车辆向任一路侧单元RSU发送请求创建编队的信息，任一RSU允许创建编队后接受其他车辆发送来的请求加入编队的信息，之后发送允许加入编队的信息及目标车辆的编队信息给其他车辆。该方法可更好地协调道路上多个车辆的整体通行行为，有助于解决交通拥堵的状况，节约能源的消耗。但该方法功能简单，在复杂交通情况下可能导致功能失效。
中国专利201910422168.4提供了一种高速公路重型卡车编队纵向行驶控制方法，在建立的两车相互运动学模型基础上设计分布式自适应车辆编队控制器，使用相邻车通信结构，控制器通过获取与本车所相邻的前后车道路交通信息，在跟随过中将前后车动态变化考虑进来，保证了编队车辆整体的安全性。但分布式控制器对车间通信要求高，车间信息处理量大、效率低。
中国专利201811100708.9提出了一种车辆编队自主跟随控制系统及方法，包括控制装置、通信装置和视频探测装置，实现了车辆编队的自主跟随控制，减低了车辆编队跟车失误率，解决了车辆跟丢后不能重新跟随的问题。但当出现视频探测装置无法测到前车距离等情况下，缺乏有效的处理手段。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种高速公路卡车编队系统，可更好的实现高速公路卡车编队，提高队列行驶整体速度，提高货物运输效率。
技术方案：一种高速公路卡车编队系统，每辆卡车上安装包括环境感知模块、车联网通信模块、决策控制模块；
所述环境感知模块用于感知车辆周围道路环境并将周围是否有车以及车间距信号传递给决策控制模块；
所述车联网通信模块用于车辆与道路以及其他车辆之间的信息传递；
所述决策控制模块用于根据环境感知模块和车联网通信模块传递的信息进行信息融合处理，根据融合处理后的信息实时进行局部的路径规划并控制车辆对最优路径进行跟踪行驶或跟随前车行驶。
进一步的，所述决策控制模块包括执行如下步骤的存储器：
步骤1：驾驶员通过车联网通信模块发起编队申请，通过车辆的行程规划将各车辆按行驶里程从大到小依次排序编号为0、1、2、3……，并将各编号发送给每一辆车，各车根据编号排序行驶形成队列，其中编号为0的车辆V0作为队列领航车，由驾驶员参与驾驶操控，并将车辆V0的决策控制模块作为队列控制中心；
步骤2)：队列控制中心根据车辆V0的环境感知模块所得到的信息和车联网通信模块所得到的周围车辆位置信息，进行局部路径规划，决策出一条局部最优路线；
步骤3)：由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆V0对局部最优路线进行路径跟踪行驶；队列中各车辆通过车联网通信模块实时共享各车的状态参数信息，并由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆跟随队列中的前车行驶；
步骤4)：队列控制中心实时监测是否需要紧急避撞，当检测到前方有障碍物后向车辆V0的驾驶员发出避撞信号，并控制车辆V0实现紧急避撞，同时通过队列控制中心向各车辆发送信号控制，控制跟随车辆进行与领航车相同避撞操作，实现避撞；
步骤5)：队列控制中心实时监测是否有其他车辆申请加入列队，当有其他车辆申请加入队列时，队列控制中心将加入车辆的行驶里程与队列各车辆的行驶里程进行比较后对队列车辆重新排序编号并发重新送给各车辆，队列中对应车辆根据新的编号行驶以产生空位，新车辆在产生空位后行驶到相应位置并变道进入队列；
步骤6)：队列控制中心实时监测是否有车辆申请离开队列，当有车辆申请离开队列时，队列控制中心同意离开队列并删除其编号，对应车辆行驶离队；
步骤7)：所有车辆到达各自目的地后，结束编队。
进一步的，队列中的跟随车辆测量其与前车之间的距离，并与设定距离值进行比较，若误差若大于设定距离值，则进行加速控制，若小于设定距离值，则进行减速控制。
进一步的，队列中的跟随车辆根据与前车之间的距离大小生成期望加速度，决策控制模块根据期望加速度信息控制车辆的节气门或制动踏板实现加速或减速。
进一步的，实现避撞控制的优先级大于车辆加入、离开队列的控制。
进一步的，所述环境感知模块采用车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达。
进一步的，所述车联网通信模块采用V2I或V2V通信方式。
有益效果：本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、运输效率高：将领航车的决策控制模块作为队列控制中心，实时进行局部路径规划，控制队列车辆对最优路径实现跟踪，进一步提高了整体运输的效率。
2、队列行驶稳定性高：根据各车的行驶里程进行编号产生队列，行驶里程短的车辆处于队列尾部，到达目的地后离队对队列行驶稳定性无影响。
3、队列安全性高：实时监测队列是否需要进行紧急避撞，实现避撞的优先级大于车辆加入、离开队列。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，一种高速公路卡车编队系统，每辆卡车上安装包括环境感知模块、车联网通信模块、决策控制模块以及执行模块。其中，环境感知模块采用车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达，环境感知模块用于感知车辆周围道路环境并将周围是否有车以及车间距信号传递给决策控制模块。车联网通信模块用于车辆与道路以及其他车辆之间的信息传递，车联网通信模块采用V2I或V2V通信方式。决策控制模块用于根据环境感知模块和车联网通信模块传递的信息进行信息融合处理，根据融合处理后的信息实时进行局部的路径规划并控制车辆对最优路径进行跟踪行驶或跟随前车行驶。
如图2所示，决策控制模块包括执行如下步骤的存储器：
步骤1：驾驶员通过车联网通信模块发起编队申请，通过车辆的行程规划将各车辆按行驶里程从大到小依次排序编号为0、1、2、3……，并将各编号发送给每一辆车，各车根据编号排序行驶形成队列，其中编号为0的车辆V0作为队列领航车，由驾驶员参与驾驶操控，并将车辆V0的决策控制模块作为队列控制中心。队列车辆为在高速公路行驶的卡车，数量不宜过多，以免占用过多道路且对车辆队列稳定性产生影响。
步骤2)：队列控制中心根据车辆V0的环境感知模块所得到的信息和车联网通信模块所得到的周围车辆位置信息，进行局部路径规划，决策出一条局部最优路线。
步骤3)：由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆V0对局部最优路线进行路径跟踪行驶；队列中各车辆通过车联网通信模块实时共享各车的状态参数信息，并由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆跟随队列中的前车行驶。
队列车辆稳定行驶时队列车辆速度及车间距为定值，保证队列稳定性的同时能够提高道路利用率、燃油经济性。队列中的跟随车辆实时测量其与前车之间的距离，并与设定距离值进行比较，若误差若大于设定距离值，则进行加速控制，若小于设定距离值，则进行减速控制。队列中的跟随车辆根据与前车之间的距离大小生成期望加速度，决策控制模块根据期望加速度信息控制车辆的节气门或制动踏板实现加速或减速。
步骤4)：队列控制中心实时监测是否需要紧急避撞，当检测到前方有障碍物后向车辆V0的驾驶员发出避撞信号，并控制车辆V0实现紧急避撞，同时通过队列控制中心向各车辆发送信号控制，控制跟随车辆进行与领航车相同避撞操作，实现避撞。
步骤5)：队列控制中心实时监测是否有其他车辆申请加入列队，当有其他车辆申请加入队列时，队列控制中心将加入车辆的行驶里程与队列各车辆的行驶里程进行比较后对队列车辆重新排序编号并发重新送给各车辆，队列中对应车辆根据新的编号行驶以产生空位，新车辆在产生空位后行驶到相应位置并变道进入队列。实现避撞控制的优先级大于车辆加入、离开队列的控制。
步骤6)：队列控制中心实时监测是否有车辆申请离开队列，当有车辆申请离开队列时，队列控制中心同意离开队列并删除其编号，对应车辆行驶离队。
步骤7)：所有车辆到达各自目的地后，结束编队。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种高速公路卡车编队系统，其特征在于，每辆卡车上安装包括环境感知模块、车联网通信模块、决策控制模块；
所述环境感知模块用于感知车辆周围道路环境并将周围是否有车以及车间距信号传递给决策控制模块；
所述车联网通信模块用于车辆与道路以及其他车辆之间的信息传递；
所述决策控制模块用于根据环境感知模块和车联网通信模块传递的信息进行信息融合处理，根据融合处理后的信息实时进行局部的路径规划并控制车辆对最优路径进行跟踪行驶或跟随前车行驶。
2.根据权利要求1所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，所述决策控制模块包括执行如下步骤的存储器：
步骤1：驾驶员通过车联网通信模块发起编队申请，通过车辆的行程规划将各车辆按行驶里程从大到小依次排序编号为0、1、2、3……，并将各编号发送给每一辆车，各车根据编号排序行驶形成队列，其中编号为0的车辆V0作为队列领航车，由驾驶员参与驾驶操控，并将车辆V0的决策控制模块作为队列控制中心；
步骤2)：队列控制中心根据车辆V0的环境感知模块所得到的信息和车联网通信模块所得到的周围车辆位置信息，进行局部路径规划，决策出一条局部最优路线；
步骤3)：由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆V0对局部最优路线进行路径跟踪行驶；队列中各车辆通过车联网通信模块实时共享各车的状态参数信息，并由车辆的决策控制模块和驾驶员协同控制车辆跟随队列中的前车行驶；
步骤4)：队列控制中心实时监测是否需要紧急避撞，当检测到前方有障碍物后向车辆V0的驾驶员发出避撞信号，并控制车辆V0实现紧急避撞，同时通过队列控制中心向各车辆发送信号控制，控制跟随车辆进行与领航车相同避撞操作，实现避撞；
步骤5)：队列控制中心实时监测是否有其他车辆申请加入列队，当有其他车辆申请加入队列时，队列控制中心将加入车辆的行驶里程与队列各车辆的行驶里程进行比较后对队列车辆重新排序编号并发重新送给各车辆，队列中对应车辆根据新的编号行驶以产生空位，新车辆在产生空位后行驶到相应位置并变道进入队列；
步骤6)：队列控制中心实时监测是否有车辆申请离开队列，当有车辆申请离开队列时，队列控制中心同意离开队列并删除其编号，对应车辆行驶离队；
步骤7)：所有车辆到达各自目的地后，结束编队。
3.根据权利要求2所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，队列中的跟随车辆测量其与前车之间的距离，并与设定距离值进行比较，若误差若大于设定距离值，则进行加速控制，若小于设定距离值，则进行减速控制。
4.根据权利要求3所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，队列中的跟随车辆根据与前车之间的距离大小生成期望加速度，决策控制模块根据期望加速度信息控制车辆的节气门或制动踏板实现加速或减速。
5.根据权利要求2-4任一所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，实现避撞控制的优先级大于车辆加入、离开队列的控制。
6.根据权利要求1-4任一所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，所述环境感知模块采用车载摄像头、毫米波雷达、激光雷达。
7.根据权利要求1-4任一所述的高速公路卡车编队系统，其特征在于，所述车联网通信模块采用V2I或V2V通信方式。
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