CN114609998A - 一种车辆队列测试方法、电子设备及储存介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车辆队列测试方法、电子设备及储存介质，该车辆队列测试方法包括如下步骤：步骤S1：在场景搭建软件中搭建车辆队列测试场景；步骤S2：完成车辆动力学模型的搭建；步骤S3：提出预设的自适应可变时距策略；步骤S4：确定车辆队列中车辆通信拓扑结构；步骤S5：提出基于滑模控制的队列控制器，并将控制器算法导入作为车载控制器；步骤S6：完成测试工作，并根据预设的车辆队列的评价方法进行评价。实施本发明实施例，具有如下有益效果：本车辆队列测试方法在考虑可变车间时距策略的情况下，基于硬件在环仿真平台搭建车辆队列仿真场景，并完成车辆队列控制算法的搭建，为后期车辆队列控制算法的迭代测试提供完整方法和测试评价方法。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车辆队列测试方法、电子设备及储存介质。
背景技术
近些年来，随着通信技术的进步，联网的自动驾驶车辆已经引起广泛的关注，联网的自动驾驶车辆能够彼此通信，并且能够获得彼此和道路设备的信息，以此来提高自动驾驶车辆的效率和可靠性。自动驾驶车辆队列是提高交通效率的一个有效方法，它能够提高交通效率，减少能耗和废气的排放。
车辆队列控制的目标是保证所有的车辆保持一致的速度和期望的空间，间隔策略是队列控制算法的重要组成部分之一，它决定了连续车辆之间的安全跟车间隔。队列的间距策略对交通安全和道路产生直接的影响，更小的道路间距提高了碰撞的风险，但是较大的间距会减小道路容量。现有的间距策略主要包括以下的方面：固定间距策略(constantspacing,CS),固定车间时距策略(constant time headway,CTH)和可变的车间时距策略(variable time headway,VTH)。CS策略能够保证队列的稳定性，但是会导致低的道路利用率。CTH策略是一种考虑了车辆速度的线性方程，在队列控制中被广泛的应用，但是CTH策略对于车辆频繁加速，减速的场景，会造成过大的间距，从而造成低的道路利用率。VTH策略是一种考虑车辆速度的非线性方程，相比较于CTH策略，VTH策略的性能更好。但是现在很少关于VTH策略的车辆队列的控制算法的研究，并且缺少车辆队列测试方法的测试评价指标。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种车辆队列测试方法、电子设备及储存介质，用以解决现有技术中缺少基于VTH策略的车辆队列测试方法的技术问题。
本发明提供一种车辆队列测试方法，该车辆队列测试方法包括如下步骤：步骤S1：在场景搭建软件中搭建车辆队列测试场景，搭建功能测试的地图环境以及车辆仿真过程中的交通环境；步骤S2：根据队列控制中的车辆要求，完成车辆动力学模型的搭建，车辆队列由一辆领航车和N辆跟随车辆组成；步骤S3：根据车辆队列的控制要求，提出预设的自适应可变时距策略；步骤S4：确定车辆队列中车辆通信拓扑结构；步骤S5：根据车辆队列的控制要求，提出基于滑模控制的队列控制器，并将控制器算法导入作为车载控制器；步骤S6：完成基于硬件在环平台车辆队列的测试工作，并根据预设的车辆队列的评价方法进行评价。
进一步的，自适应可变时距策略的方程为：
其中ei(t)为车间时距误差，xi-1(t)为第i-1辆车的实际位置，xi(t)为第i辆车的实际位置，vi(t)队列中第i辆跟随车辆的纵向速度，δi(t)为第i-1辆车和第i辆车的实际车头时距，lveh为车辆的实际车长，为常数，d为期望的车辆间静态间距，为常数，hi(t)为车辆间行驶的时距。
进一步的，自适应可变时距策略中，领航车的纵向动力学模型方程为
x0(t)和v0(t)是领航车的位置和纵向速度。
进一步的，自适应可变时距策略中，跟随车辆的纵向动力学模型方程为
其中i＝1，2，......N，xi(t)和vi(t)队列中第i辆跟随车辆的位置和纵向速度，Fi(t)为发动机牵引力和制动力，Fa(t)和Fr(t)分别为空气阻力和滚动阻力。
进一步的，车辆队列的评价方法包括队列控制目标，队列控制目标包括单车稳定指标、队列稳定指标以及交通流稳定指标，单车稳定指标应满足
队列稳定指标满足
交通流稳定指标满足
其中q为交通流量，p为交通流密度。
进一步的，车辆队列的评价方法还包括交通能源消耗，其模型方程为：
pk，qk∈NM，αk∈NM，其中
为能源消耗率，ak为模型参数，pk，qk为多项式指数，u为控制变量，u为发动机转矩Te或者驱动功率P(kW)。
进一步的，车辆队列的评价方法还包括驾驶舒适性，其模型方程为：
其中J为冲击度，ai为横/纵向的加速度，当ai∈[-2m/s2，2m/s2]且J∈[-0.9m/s30.9m/s3]时，驾驶舒适性为好。
进一步的，步骤S4，搭建智能网联车辆，为测试车辆队列提供V2X车联网环境，选择前车跟随-领航车跟随拓扑通信拓扑，使用半实物V2X通信模块完成车辆队列通信拓扑结构的搭建，通过车载通信单元OBU实现车辆队列V2V通信。
本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，其中，存储器，用于存储程序；处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述车辆队列测试方法中的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时能够实现上述车辆队列测试方法中的步骤。
与现有技术相比，本车辆队列测试方法在考虑可变车间时距策略的情况下，基于硬件在环仿真平台搭建车辆队列仿真场景，并完成车辆队列控制算法的搭建，为后期车辆队列控制算法的迭代测试提供完整方法和测试评价方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如下。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明提供的车辆队列测试方法的流程图；
图2为车辆队列中车辆通信拓扑图；
图3为硬件在环系统框架图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参见图1，本车辆队列测试方法包括如下步骤：
步骤S1：在场景搭建软件中搭建车辆队列测试场景，搭建功能测试的地图环境以及车辆仿真过程中的交通环境，地图环境中包含了道路、建筑等元素，交通环境中包含了交通流、红绿灯等元素。
步骤S2：根据队列控制中的车辆要求，完成车辆动力学模型的搭建，车辆队列由一辆领航车和N辆跟随车辆组成。
步骤S3：根据车辆队列的控制要求，提出预设的自适应可变时距策略。
在本实施例中，自适应可变时距策略的方程为：
其中ei(t)为车间时距误差，xi-1(t)为第i-1辆车的实际位置，xi(t)为第i辆车的实际位置，vi(t)队列中第i辆跟随车辆的纵向速度，δi(t)为第i-1辆车和第i辆车的实际车头时距，lveh为车辆的实际车长，为常数，d为期望的车辆间静态间距，为常数，hi(t)为车辆间行驶的时距。
领航车的纵向动力学模型为方程为
x0(t)和v0(t)是领航车的位置和纵向速度。领航车的输入v0(t)会随着队列扩散到跟随车辆，跟随车辆的纵向动力学模型方程为
其中i＝1，2，.....，N，xi(t)和vi(t)队列中第i辆跟随车辆的位置和纵向速度，Fi(t)为发动机牵引力和制动力，Fa(t)和Fr(t)分别为空气阻力和滚动阻力。
运用本自适应可变时距策略，可以根据不同的测试需求，设置参数的不同值，将自适应可变时距策略转化为固定车将距或固定车间时距。即可以通过调整参数hi(t)的值切换车间时距策略，当设置hi(t)为常数的时，可变车间时距就变成了固定车间时距：
当设置hi(t)为0时，可变车间时距变成固定车间距：
步骤S4：确定车辆队列中车辆通信拓扑结构，该拓扑结构如图2所示。搭建智能网联车辆，为测试车辆队列提供V2X车联网环境，选择前车跟随-领航车跟随拓扑通信拓扑，使用半实物V2X通信模块完成车辆队列通信拓扑结构的搭建，通过车载通信单元OBU实现车辆队列V2V通信。
步骤S5：根据车辆队列的控制要求，提出基于滑模控制的队列控制器，并将控制器算法导入作为车载控制器。
步骤S6：完成基于硬件在环平台车辆队列的测试工作，并根据预设的车辆队列的评价方法进行评价。
在本实施例中，车辆队列的评价方法包括交通能源消耗、队列控制目标和驾驶舒适性，具体如下表所示：
针对交通能源消耗指标，利用考虑发动机转速、转矩、驱动功率的油耗模型计算单车油耗情况，进而得出队列控制对交通能源消耗的情况，评价交通能源消耗的模型方程为：
pk，qk∈NM，αk∈NM，其中
为能源消耗率，αk为模型参数，pk，qk为多项式指数，u为控制变量，u为发动机转矩Te或者驱动功率P(kW)。
对队列控制目标进行分析，队列控制目标包括单车稳定指标、队列稳定指标以及交通流稳定指标。其中单车稳定指标应满足
队列稳定指标满足
交通流稳定指标满足
其中q为交通流量，p为交通流密度。
对于驾驶舒适性，我们评估车辆协同控制系统中车辆纵向/横向加加速度，用于评估队列控制中乘客舒适性。定义为冲击度J，
ai为横/纵向的加速度。当ai∈[-2m/s2，2m/s2]且J∈[-0.9m/s3，0.9m/s3]时，驾驶舒适性为好。
本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括存储器和处理器，其中，存储器，用于存储程序；处理器，与存储器耦合，用于执行存储器中存储的程序，以实现上述车辆队列测试方法中的步骤。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机可读取的程序或指令，程序或指令被处理器执行时能够实现上述车辆队列测试方法中的步骤。
具体地，硬件在环系统的框架图如图3所示，系统中的队列控制器，其中包含着重要的车间距策略和队列控制器算法。通过CAN-BUS接口与动力学模块进行对接，通过以太网分别与车载通信单元OBU(On board Unit)以及传感器模块对接。在仿真系统运行过程中，不断对动力学模块通过CAN-BUS接口传入的自车动力学模型数据如车速、航摆角等以及感知模块中OBU通信数据、传感器感知数据等进行综合处理，最后再通过CAN-BUS接口向自车动力学模块传出自车控制量如方向盘转角、制动量等。
实时机系统为整个硬件在环测试系统提供实时环境；动力学模块对车辆动力学模型进行精确建模，使被测车辆的被控结果更加贴近实际；多传感器模块，为被测车辆提供环境感知功能，为决策模块中决策算法实时提供感知数据，是车辆自动驾驶的前提；智能网联模块为测试车提供V2X车联网环境，包括虚拟仿真通信以及车载/路侧通信设备，实现超视距的感知。硬件通信模块通过OBU实现队列中车车的通信。OBU通过DSRC协议向外广播所映射的仿真模型自身状态信息，与控制模块相连接的外接车载通信单元OBU接收这些标准数据帧，然后通过以太网发送到控制器模块中。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本车辆队列测试方法在考虑可变车间时距策略的情况下，基于硬件在环仿真平台搭建车辆队列仿真场景，并完成车辆队列控制算法的搭建，为后期车辆队列控制算法的迭代测试提供完整方法和测试评价方法。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种车辆队列测试方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1：在场景搭建软件中搭建车辆队列测试场景，搭建功能测试的地图环境以及车辆仿真过程中的交通环境；
步骤S2：根据队列控制中的车辆要求，完成车辆动力学模型的搭建，所述车辆队列由一辆领航车和N辆跟随车辆组成；
步骤S3：根据车辆队列的控制要求，提出预设的自适应可变时距策略；
步骤S4：确定车辆队列中车辆通信拓扑结构；
步骤S5：根据车辆队列的控制要求，提出基于滑模控制的队列控制器，并将控制器算法导入作为车载控制器；
步骤S6：完成基于硬件在环平台车辆队列的测试工作，并根据预设的车辆队列的评价方法进行评价。
2.根据权利要求1所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述自适应可变时距策略的方程为：
其中ei(t)为车间时距误差，xi-1(t)为第i-1辆车的实际位置，xi(t)为第i辆车的实际位置，vi(t)队列中第i辆跟随车辆的纵向速度，δi(t)为第i-1辆车和第i辆车的实际车头时距，lveh为车辆的实际车长，为常数，d为期望的车辆间静态间距，为常数，hi(t)为车辆间行驶的时距。
3.根据权利要求2所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述自适应可变时距策略中，所述领航车的纵向动力学模型方程为
x0(t)和v0(t)是领航车的位置和纵向速度。
4.根据权利要求3所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述自适应可变时距策略中，所述跟随车辆的纵向动力学模型方程为
其中i＝1，2，.....，N,xi(t)和vi(t)队列中第i辆所述跟随车辆的位置和纵向速度，Fi(t)为发动机牵引力和制动力，Fa(t)和Fr(t)分别为空气阻力和滚动阻力。
5.根据权利要求1所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述车辆队列的评价方法包括队列控制目标，所述队列控制目标包括单车稳定指标、队列稳定指标以及交通流稳定指标，所述单车稳定指标应满足
所述队列稳定指标满足
所述交通流稳定指标满足
其中q为交通流量，p为交通流密度。
6.根据权利要求5所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述车辆队列的评价方法还包括交通能源消耗，其模型方程为：
其中
为能源消耗率，αk为模型参数，pk，qk为多项式指数，u为控制变量，u为发动机转矩Te或者驱动功率P(kW)。
7.根据权利要求5所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述车辆队列的评价方法还包括驾驶舒适性，其模型方程为：
其中J为冲击度，ai为横/纵向的加速度，当ai∈[-2m/s2，2m/s2]且J∈[-0.9m/s3，0.9m/s3]时，所述驾驶舒适性为好。
8.根据权利要求1所述的车辆队列测试方法，其特征在于，所述步骤S4，搭建智能网联车辆，为测试车辆队列提供V2X车联网环境，选择前车跟随-领航车跟随拓扑通信拓扑，使用半实物V2X通信模块完成车辆队列通信拓扑结构的搭建，通过车载通信单元OBU实现车辆队列V2V通信。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中，
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，与所述存储器耦合，用于执行所述存储器中存储的所述程序，以实现上述权利要求1-8中任意一项所述的车辆队列测试方法中的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机可读取的程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时能够实现上述权利要求1-8中任意一项所述的车辆队列测试方法中的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220610 |