CN113460048B - 设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，属于自动驾驶技术领域，该方法基于的硬件系统包括：车载雷达、安装在车辆上的传感器以及CPU，车载雷达用于实时测量与前车的距离；安装在车辆上的传感器用于实时测量车辆的加速度以及速度，CPU用于实时接收车载雷达和安装在车辆上的传感器发送来的数据并将这些数据放入对应的软件程序中；软件程序包括间隔策略计算程序，间隔保持程序以及判定程序。本发明确保了跟随车辆在极端情况刹车时的安全性，同时也为自动驾驶汽车决策提供了足够的时间和空间来进行更加友好以及安全的控制。

Description

设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法
技术领域
本发明涉及一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，属于自动驾驶技术领域。
背景技术
自适应巡航控制系统(ACC)在自动驾驶车辆上装载雷达装置，经过多年的工业、学术对其技术和效益的研究，已经进入市场。研究表明，ACC技术可以使得自动驾驶车辆形成编队(platoon)，从而大大提高道路的吞吐量并且降低交通事故发生的概率。而随着5G技术的全面普及，V2V以及V2I技术为协同自适应巡航控制(CACC)系统提供了可能，在CACC下自动驾驶车辆可以互相通信，告诉其他车辆自身的信息，这使得自动驾驶车辆可以以更短的间距形成的编队(platoon)，从而大大提高道路的吞吐量，而现实中汽车高速时制动时制动距离很大，现有的间隔策略(spacing policy)会导致自动驾驶汽车形成编队时距离较大，因此需要一种新型的间隔策略来使得汽车可以近距离形成编队。
发明内容
为了解决以上问题，本发明设计了一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，基于自适应巡航控制系统(ACC)技术，考虑传感器以及不同车辆之间数据传播的延迟，并且留出自动驾驶汽车的决策的时间，确保了跟随车辆在极端情况刹车时的安全性，同时也为自动驾驶汽车决策提供了足够的空间来进行更加友好以及安全的控制。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，该方法基于的硬件系统包括：车载雷达、安装在车辆上的传感器以及CPU，所述车载雷达用于实时测量与前车的距离；所述安装在车辆上的传感器用于实时测量车辆的加速度以及速度，所述CPU用于实时接收车载雷达和安装在车辆上的传感器发送来的数据并将这些数据放入对应的软件程序中；所述软件程序包括间隔策略计算程序，间隔保持程序以及判定程序；所述间隔策略计算程序用于获取前车的速度用来计算理想的间隔；所述间隔保持程序用于获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离；所述判定程序用于在前车急刹车时使得车辆按照预先设定好的刹车加速度进行刹车，从而确保了车辆在近距离编队的安全性。
进一步地，所述间隔策略计算程序获取前车的速度用来计算理想的间隔的具体方法是：令第i辆车为车辆i，其前车为车辆i-1，车辆i-1的速度vi-1，加速度ai-1,车载雷达获取的第i辆车与前车的距离di，将这些数据分别放入间隔策略计算程序，间隔策略计算程序将通过以下公式来计算理想的间隔的值：
Figure GDA0003640056830000021
其中：
Figure GDA0003640056830000022
τ为收到前车数据加上刹车传感器的延迟时间；
tdecision为决策的时间；
decelerationmax为理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度；
decelerationsafe为最大的跟随车辆保证安全下的刹车减速时的加速度，一般可设置为最大刹车减速时加速度的60％；
dpre为车辆编队停止时的期望间隔距离；
dref(v)为车辆编队行驶时的理想间隔；
tsafe为车辆以速度vi-1开始，以预设的可以确保安全的加速度减速时，减速到0需要的时间；
tmax为车辆以速度vi-1开始，以最大的刹车加速度开始减速，减速到0需要的时间；
进一步地，所述间隔保持程序获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离的具体方法是：隔保持程序对比dref(v)与车载雷达测量的与前车的距离di，若dref(v)大于di，则间隔保持程序会使车辆i加速，若dref(v)小于di，则间隔保持程序会使车辆i减速，使得车载雷达测量的与前车的距离di等于dref(v)。
进一步地，所述判定程序在前车急刹车时使得车辆按照预先设定好的刹车加速度进行刹车的具体方法是：判定程序会实时获取前车加速度ai-1，当判断程序发现前车加速度等于理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度，即ai-1＝decelerationmax时，此时判断前车i-1在进行急刹车，判定程序会使得车辆i以提前设定好的刹车减速时的加速度decelerationsafe进行减速，以此保证了车辆i在车辆i-1急刹车时的安全性。
有益效果：基于CACC技术，本发明可以保证车辆在高速近距离形成编队的同时又兼顾了极端情况下(前车急刹车)的安全性，并且还具有以下的好处：
1.根据传感器以及不同车辆之间数据传播的延迟，前车速度来决定间隔策略dref，并且留出自动驾驶汽车的决策的时间，从而确保了跟随车辆在各个情况刹车时的安全性；
2.在编队正常行驶的情况下车辆可以有足够的反应时间以及间距进行编队控制，这为自动驾驶汽车决策提供了足够的空间来进行更加友好以及安全的控制。
附图说明
图1为本发明车辆之间通信示意图；
图2为本发明的系统软硬件示意图；
图3为本发明的间隔策略的组成结构：其中τ为收到前车数据加上刹车传感器的延迟时间：tdecision为车辆决策的时间；decelerationmax为理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度；decelerationsafe为最大的跟随车辆保证安全下的刹车减速时的加速度；dpre为车辆编队停止时的期望间隔距离。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和技术优势更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行完整的阐述。应强调的是，本发明阐述的实施例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。阅读本发明之后，该领域技术人员对本发明各种形式的等价修改应均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图2所示，本实施例的一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，该方法基于的硬件系统包括：车载雷达、安装在车辆上的传感器以及CPU，所述车载雷达用于实时测量与前车的距离；所述安装在车辆上的传感器用于实时测量车辆的加速度以及速度，所述CPU用于实时接收车载雷达和安装在车辆上的传感器发送来的数据并将这些数据放入对应的软件程序中；所述软件程序包括间隔策略计算程序，间隔保持程序以及判定程序；所述间隔策略计算程序用于获取前车的速度用来计算理想的间隔；所述间隔保持程序用于获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离；所述判定程序用于在前车急刹车时使得车辆按照预先设定好的刹车加速度进行刹车，从而确保了车辆在近距离编队的安全性。
所述间隔策略计算程序获取前车的速度用来计算理想的间隔的具体方法是：如图1所示，令第i辆车为车辆i，其前车为车辆i-1，车辆i-1的速度vi-1，加速度ai-1,车载雷达获取的第i辆车与前车的距离di，将这些数据分别放入间隔策略计算程序，间隔策略计算程序将通过以下公式来计算理想的间隔的值：
Figure GDA0003640056830000031
其中：
Figure GDA0003640056830000032
τ为收到前车数据加上刹车传感器的延迟时间；
tdecision为决策的时间；
decelerationmax为理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度；
decelerationsafe为最大的跟随车辆保证安全下的刹车减速时的加速度，一般可设置为最大刹车减速时加速度的60％；
dpre为车辆编队停止时的期望间隔距离；
dref(v)为车辆编队行驶时的理想间隔；
tsafe为车辆以速度vi-1开始，以预设的可以确保安全的加速度减速时，减速到0需要的时间；
tmax为车辆以速度vi-1开始，以最大的刹车加速度开始减速，减速到0需要的时间；
所述间隔保持程序获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离的具体方法是：隔保持程序对比dref(v)与车载雷达测量的与前车的距离di，若dref(v)大于di，则间隔保持程序会使车辆i加速，若dref(v)小于di，则间隔保持程序会使车辆i减速，使得车载雷达测量的与前车的距离di等于dref(v)。与此同时，判定程序会实时获取前车加速度ai-1，当判断程序发现前车加速度等于理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度，即：ai-1＝decelerationmax时，此时判断前车i-1在进行急刹车，判定程序会使得车辆i以提前设定好的刹车减速时的加速度decelerationsafe进行减速，以此保证了车辆i在车辆i-1急刹车时的安全性。
本发明不仅限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。对于该领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何平级修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，其特征在于，该方法基于的硬件系统包括：车载雷达、安装在车辆上的传感器以及CPU，所述车载雷达用于实时测量与前车的距离；所述安装在车辆上的传感器用于实时测量车辆的加速度以及速度，所述CPU用于实时接收车载雷达和安装在车辆上的传感器发送来的数据并将这些数据放入对应的软件程序中；所述软件程序包括间隔策略计算程序，间隔保持程序以及判定程序；所述间隔策略计算程序用于获取前车的速度用来计算理想的间隔；所述间隔保持程序用于获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离；所述判定程序用于在前车急刹车时使得车辆按照预先设定好的刹车加速度进行刹车，从而确保了车辆在近距离编队的安全性；
所述间隔策略计算程序获取前车的速度用来计算理想的间隔的具体方法是：
令第i辆车为车辆i，其前车为车辆i-1，车辆i-1的速度vi-1，加速度ai-1，车载雷达获取的第i辆车与前车的距离di，将这些数据分别放入间隔策略计算程序，间隔策略计算程序将通过以下公式来计算理想的间隔的值：
Figure FDA0003640056820000011
其中：
Figure FDA0003640056820000012
τ为收到前车数据加上刹车传感器的延迟时间；
tdecision为决策的时间；
decelerationmax为理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度；
decelerationsafe为最大的跟随车辆保证安全下的刹车减速时的加速度，一般可设置为最大刹车减速时加速度的60％；
dpre为车辆编队停止时的期望间隔距离；
dref(v)为车辆编队行驶时的理想间隔；
tsafe为车辆以速度vi-1开始，以预设的可以确保安全的加速度减速时，减速到0需要的时间；
tmax为车辆以速度vi-1开始，以最大的刹车加速度开始减速，减速到0需要的时间；
所述间隔保持程序获取车载雷达测量的与前车距离来保证车辆编队之间的距离的具体方法是：隔保持程序对比dref(v)与车载雷达测量的与前车的距离di，若dref(v)大于di，则间隔保持程序会使车辆i加速，若dref(v)小于di，则间隔保持程序会使车辆i减速，使得车载雷达测量的与前车的距离di等于dref(v)。
2.根据权利要求1所述的设计自动驾驶车辆高速近距离安全编队间隔策略的方法，其特征在于，所述判定程序在前车急刹车时使得车辆按照预先设定好的刹车加速度进行刹车的具体方法是：判定程序会实时获取前车加速度ai-1，当判断程序发现前车加速度等于理论上自动驾驶车辆最大的刹车减速时的加速度，即ai-1＝decelerationmax时，此时判断前车i-1在进行急刹车，判定程序会使得车辆i以提前设定好的刹车减速时的加速度decelerationsafe进行减速，以此保证了车辆i在车辆i-1急刹车时的安全性。
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