CN116257069B - 一种无人车辆编队决策与速度规划的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无人车辆编队决策与速度规划的方法，包括如下步骤：S1、将参与编队的每台车辆都设置为编队形式状态；S2、计算当前车辆与前车实际距离；S3、计算指定跟车距离与实际距离的差；S4、计算达到指定跟车距离所需要变化的速度；S5、计算车辆的期望速度,S6、计算下发速度对编队车辆加减速控制。本发明解决了多辆无人车之间没有进行通讯的同时依旧能够进行编队行驶的问题，通过本方法得到的最终速度考虑了车辆当前速度，使得车辆的速度变化平缓，提高了车辆使用舒适度。

Description

一种无人车辆编队决策与速度规划的方法

技术领域

本发明主要涉及自动驾驶相关技术领域，具体是一种无人车辆编队决策与速度规划的方法。

背景技术

编队控制问题是多无人车系统协调控制中的一类基本问题。在一些特殊的任务和环境中，无人车需要在一定的约束条件下达到和保持一定的几何结构，灵活、快速地适应环境，进而在复杂环境中高效、可靠地执行任务，目前主要的编队方式为行为法、虚拟结构法等。

行为法是基于多无人车系统的底层运动控制，上层决策系统对多无人车的行为进行设计，并通过这些基本行为进行组合来实现编队控制，其优点是不管环境多么复杂，都能够快速得出控制结论。该方法的另一个优点是可以实现分布式控制。其缺点是在多种行为中难以选择较为容易进行建模的行为。另外在融合各个行为时不确定是否存在不相融的情况，行为越多，环境越复杂，融合后的方法就越难满足各个条件。

虚拟结构法是将无人车团体的队形看作是一个刚体的虚拟结构，每个无人车是虚拟结构上相对固定的一点。通过双向控制了解每一个无人车的位置，通过各个层面的轨迹再把其方向和位置进行细微的调整。之后跟每一个固定的点匹配，并循环得到结果。这类方法的优点是跟踪轨迹的精度高易于观察;每一个功能之间的界限不明确，不用设计高难度的通信。其缺点是队形单一难以运用到更多的领域。

在目前的实际情况中，两辆无人车之间如果没有第三方的介入（如相互之间不进行通讯），那么车辆的速度会产生忽快忽慢的情况，速度变化不平缓，极大的影响了无人车的使用。

发明内容

为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种无人车辆编队决策与速度规划的方法，解决了多辆无人车之间没有进行通讯的同时依旧能够进行编队行驶的问题，通过本方法得到的最终速度考虑了车辆当前速度，使得车辆的速度变化平缓，提高了车辆使用舒适度。

本发明的技术方案如下：

一种无人车辆编队决策与速度规划的方法，包括如下步骤：

S1、将参与编队的每台车辆都设置为编队行驶状态；

S2、计算当前车辆与前车实际距离；

S3、计算指定跟车距离与实际距离/>的差/>；

S4、计算达到指定跟车距离所需要变化的速度；

S5、计算车辆的期望速度，公式如下：

上式中，为车辆设定的最大速度，/>为设定的最大距离，为设定的急停距离；

S6、计算下发速度对编队车辆加减速控制，公式如下：

上式中，为设定的跟车时加速度单次最大的增大量，/>，为当前实际车速。

进一步，步骤S2中，当前车辆与前车实际距离 为轨迹上k个点欧式距离的和，计算公式如下：

上式中，为轨迹的第n个点； />为轨迹的第（n-1）个点；/>为点在坐标系x轴上对应的值； y为点在坐标系y轴上对应的值。

进一步，步骤S4中，引入参数1用于控制车辆达到目标跟车距离的时间快慢，达到指定跟车距离所需要变化的速度/>计算公式如下：

。

进一步，参数1值越大表示所需时间越短，值越小表示所需时间越大，采用人为赋值，取值范围为（0，∞）。

进一步，步骤S5中，为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为（/>_dis，∞），/>为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为(/>_dis, ∞)。

进一步，步骤S6中，引入参数，参数/>为车辆最大速度，基于参数/>对下发速度/>进一步限定，公式如下：

。

进一步，步骤S6中，为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为[/>,∞)。

本发明的有益效果：

本发明能够使得多辆无人车之间在没有进行通讯的同时依旧能够按照需求进行编队行驶，本发明的速度规划充分考虑了各因素的影响，通过引入多个参数得到当前的速度与前车实际距离（）对应的曲线方程，从而得到去期望速度，再基于期望速度以及当前实际速度对车辆下发速度进行控制，通过本方法得到的最终速度，使得车辆的速度变化平缓，提高了舒适度，避免了车辆速度会产生忽快忽慢的情况。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

本实施例提供一种车辆编队决策与速度规划的方法，主要用于解决在多辆无人车之间没有进行通讯时的编队问题，可保证无人车辆速度平缓的变化，从而提高使用体验及舒适度。

如图所示，本实施例的车辆编队决策与速度规划的方法主要包括如下步骤。

S1、车辆设置编队模式，将参与编队的每台车辆都设置为编队行驶状态。

S2、计算当前车辆与前车实际距离，实际距离为轨迹上k个点欧式距离的和，采用公式如下：

。

上述，为轨迹的第n个点； />为轨迹的第（n-1）个点；/>为点在坐标系x轴上对应的值； y为点在坐标系y轴上对应的值。

S3、计算指定跟车距离与实际距离/>的差/>，公式如下：

。

S4、引入参数1，控制车辆达到目标跟车距离的时间快慢，计算达到指定跟车距离所需要变化的速度，公式如下：

。

S5、得到当前的速度与前车实际距离对应的曲线方程，引入参数_dis，/>_dis需要大于0，意义为急停距离； 引入参数Max_dis，当前车实际距离大于等于Max_dis时，当前车辆期望车速需要达到设定的最大车速；车辆的期望速度/>取决于到前车的一个实际距离/>和几个阈值距离的关系，当/>小于时，当前车辆与前车的距离太近，过于危险，所以需要停车，即/>等于0；当大于/>小于Max_dis时，/>随/>变化而变化，当大于Max_dis，/>取最大速度，公式如下：

。

S6、参考当前实际车速进行车辆的加减速控制，引入参数/>，/>取值大于0表示跟车时加速度单次最大的增大量，/>为/>与/>的差的；当/>小于等于0时，下发速度/>等于0；当/>大于0且小于等于/>时，下发速度/>等于加/>；当/>大于/>时，下发速度/>等于/>加/>；公式如下：

。

同时，考虑到行车安全，引入参数，意义为车辆最大速度，当/>小于时，/>不变；当/>大于/>时，/>等于/>，公式如下：

。

在本实施例中，各参数意义以及取值具体参考表1.

表1参数取值参考

本实施例所提供的无人车辆编队与速度规划的方法，解决了多辆无人车之间没有进行通讯的同时依旧能够进行编队行驶的问题，通过本方法对应方程得到的最终速度考虑了车辆当前速度，使得车辆的速度变化平缓，提高了舒适度。

Claims (7)

1.一种无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将参与编队的每台车辆都设置为编队行驶状态；

S2、计算当前车辆与前车实际距离；

S3、计算指定跟车距离与实际距离/>的差/>；

S4、计算达到指定跟车距离所需要变化的速度；

S5、计算车辆的期望速度，公式如下：

；

上式中，为车辆设定的最大速度，/>为设定的最大距离，/>为设定的急停距离；

S6、计算下发速度对编队车辆加减速控制，公式如下：

；

上式中，为设定的跟车时加速度单次最大的增大量，/>，为当前实际车速。

2.根据权利要求1所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，步骤S2中，当前车辆与前车实际距离 为轨迹上k个点欧式距离的和，计算公式如下：

；

上式中，为轨迹的第n个点； />为轨迹的第（n-1）个点；/>为点在坐标系x轴上对应的值； y为点在坐标系y轴上对应的值。

3.根据权利要求1所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，步骤S4中，引入参数1用于控制车辆达到目标跟车距离的时间快慢，达到指定跟车距离所需要变化的速度/>计算公式如下：

。

4.根据权利要求3所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，参数1值越大表示所需时间越短，值越小表示所需时间越大，采用人为赋值，取值范围为（0，∞）。

5.根据权利要求1所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，步骤S5中，为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为（/>_dis，∞），/>为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为(/>_dis, ∞)。

6.根据权利要求1所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，步骤S6中，引入参数，参数/>为车辆最大速度，基于参数/>对下发速度/>进一步限定，公式如下：

。

7.根据权利要求6所述的无人车辆编队决策与速度规划的方法，其特征在于，步骤S6中，为人工赋值，取值范围为（0，∞），/>为人工赋值，取值范围为[/>,∞)。