一种考虑通信延迟的ACC车辆跟驰安全控制方法

一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法
技术领域
1.本发明涉及自动驾驶控制方法领域，具体是一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法。


背景技术：

2.在自动驾驶过程中，车载传感器感知车辆信息包括车速和位置信息，但由于传感器感知的信息存在一定的置信水平，这将对acc车辆队列跟驰安全性产生影响。为了保证跟驰过程中的安全，很多研究学者深入研究了acc车辆的纵向主动安全控制技术，并开发了各种acc系统。随着车辆智能化与网联化的快速发展，以车车信息交互为基础，来实现跟驰过程的危险辨识和避撞控制成为当前车车协同安全技术研究的热点。
3.在acc车辆队列跟驰过程中，固定车间距和传统车头时距作为两种主要的控制策略。但车载传感器感知的车辆信息车速和位置的存在一定的置信水平情况下，固定车间距和传统车头时距控制方法在这种情况下控制效果较差。因此，需提出一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，这对无人驾驶汽车发展具有重要的工程应用价值。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，以解决现有技术acc车辆跟驰安全控制方法存在的控制效果差的问题。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
6.考虑一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，包括以下步骤：
7.步骤1、构建包含n个无人驾驶车辆的队列跟驰运动方程如公式(1)、(2)所示：
[0008][0009][0010]
其中，an(t+τ)表示第n辆车在t+τ时刻的加速度；τ表示acc车辆制动反应时间；α表示加速度敏感系数；表示第n辆车在t时刻的安全裕度；smd表示期望安全裕度；
[0011]
τ2表示车辆紧急制动反应时间；vn(t)和v
n-1
(t)分别表示车辆n和n-1的速度；d表示车辆最大制动减速度；δxn(t)表示车间隙，并有δxn(t)＝x
n-1
(t)-xn(t)-l
n-1
，xn(t)和x
n-1
(t)分别是第n和n-1车的位置信息，l
n-1
是第n-1车车长；
[0012]
φ-1
(
·
)表示标准正态分布逆分布；β表示车速的置信水平；γ表示位置的置信水平；ζ(v
n-1
)和分别表示感知车速误差的标准差、车间隙误差的标准差，ζ(v
n-1
)和的值大小分别与车辆的速度和车间隙有关；
[0013]
步骤2、构建考虑通信延迟的车速与位置差反馈控制项cn(t)如公式(3)所示：
[0014]cn
(t)＝κ1(δxn(t-τ
*
)-δxn(t))+κ2(vn(t-τ
*
)-vn(t))
ꢀꢀꢀ
(3)，
[0015]
其中，τ
*
表示通信延迟响应时间，κ1和κ2均表示控制项的反馈增益系数；
[0016]
步骤3、将步骤2得到的反馈控制项加入至步骤1加你的跟驰运动方程，得到考虑通信延迟的车速与位置差反馈的无人驾驶车辆队列的跟驰运动方程，如公式(4)所示：
[0017][0018]
基于公式(4)所示的跟驰运动方程实现无人驾驶车辆队列控制。
[0019]
进一步的步骤3还包括：
[0020]
构建指数衰减函数来估计在t时刻发生前车n-1和后车n追尾碰撞的可能性如公式(5)所示：
[0021][0022]
公式(5)中，表示在给定的车辆追尾碰撞风险指标安全裕度下，前车n-1和后车n在t时刻发生车辆追尾碰撞的概率；车辆n和车辆n-1发生追尾碰撞事件记为c是一常变量。
[0023]
进一步的，所有车辆的速度和位置按照如下规则进行更新：
[0024]
速度的更新公式为vn(t)＝vn(t-δt)+a(t-δt)
×
δt,n＝1,2,
…
n；
[0025]
位置的更新公式为
[0026]
其中δt为加速度调节时间。
[0027]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0028]
本发明用于解决无人驾驶车辆队列稳定行驶。技术方案是基于期望安全裕度跟驰模型作为acc车速决策模型，构建了一种考虑通信延迟的车速与位置差反馈控制项，比较分析在有无控制项情况下，队列跟驰安全的影响，此方法可广泛应用于自动驾驶、车队控制等领域。
附图说明
[0029]
图1是本发明实施例图方法流程图。
[0030]
图2是无人驾驶车队追尾碰撞概率测度演化图，其中：(a)为无控制策略演化图，(b)为有控制策略演化图。
具体实施方式
[0031]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达到相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本发明实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
[0032]
显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
[0033]
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
[0034]
如图1所示，本实施例公开了一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，包括以下步骤：
[0035]
步骤1、以期望安全裕度模型作为acc车速决策模型，考虑无人驾驶车辆车载传感器感知水平，引入车速和位置的置信水平β和γ，构建包含n个无人驾驶车辆的队列跟驰运动方程如公式(1)、(2)所示：
[0036][0037][0038]
其中，an(t+τ)表示第n辆车在t+τ时刻的加速度；τ表示acc车辆制动反应时间；α表示加速度敏感系数；表示第n辆车在t时刻的安全裕度；smd表示期望安全裕度；
[0039]
τ2表示车辆紧急制动反应时间；vn(t)和v
n-1
(t)分别表示车辆n和n-1的速度；d表示车辆最大制动减速度；δxn(t)表示车间隙，并有δxn(t)＝x
n-1
(t)-xn(t)-l
n-1
，xn(t)和x
n-1
(t)分别是第n和n-1车的位置信息，l
n-1
是第n-1车车长；
[0040]
φ-1
(
·
)表示标准正态分布逆分布；β表示车速的置信水平；γ表示位置的置信水平；ζ(v
n-1
)和分别表示感知车速误差的标准差、车间隙误差的标准差，ζ(v
n-1
)和的值大小分别与车辆的速度和车间隙有关；
[0041]
步骤2、仿真模拟t＞0时车辆队列的运动状态，假设前导车按照预先指定的方案运动，无人驾驶车辆按照如下运动方程跟驰，构建无人驾驶车辆队列考虑通信延迟的车速与位置差反馈控制项cn(t)如公式(3)所示：
[0042]cn
(t)＝κ1(δxn(t-τ
*
)-δxn(t))+κ2(vn(t-τ
*
)-vn(t))
ꢀꢀꢀ
(3)，
[0043]
其中，τ
*
表示通信延迟响应时间，κ1和κ2均表示控制项的反馈增益系数。
[0044]
步骤3、将步骤2得到的反馈控制项加入至步骤1加的跟驰运动方程，得到考虑通信延迟的车速与位置差反馈的无人驾驶车辆队列的跟驰运动方程，如公式(4)所示：
[0045][0046]
基于公式(4)所示的跟驰运动方程实现无人驾驶车辆队列控制。
[0047]
同时，构建指数衰减函数来估计在t时刻发生前车n-1和后车n追尾碰撞的可能性如公式(5)所示：
[0048][0049]
公式(5)中，表示在给定的车辆追尾碰撞风险指标安全裕度
下，前车n-1和后车n在t时刻发生车辆追尾碰撞的概率；车辆n和车辆n-1发生追尾碰撞事件记为c是一常变量。
[0050]
本实施例中，无人驾驶车辆队列中所有车辆的速度和位置按照如下规则进行更新：
[0051]
速度的更新公式为vn(t)＝vn(t-δt)+a(t-δt)
×
δt,n＝1,2,
…
n；
[0052]
位置的更新公式为
[0053]
其中δt为加速度调节时间。
[0054]
本实施例中，车辆的初始条件设置如下：
[0055][0056]
其中，x
n-1
(0)和v
n-1
(0)分别表示第n-1辆车的初始位置和初始车速；表示第n-1辆车的初始加速度；表示引导车在时刻后的加速度扰动，其值服从5
×
10-2
×
u(-1,1)均匀分布；表示引导车的初始加速度；表示引导车在t时刻的加速度；x1(0)表示引导车的初始位置；l表示acc车辆队列间距。
[0057]
本实施例按以下参数赋值进行仿真实验：
[0058]
车辆长度l＝5m，τ2＝0.15s，v
*
＝20m/s，α＝10m/s2，，τ＝0.5s，d＝7.5，ζ＝-0.3，smd＝0.9，κ1＝-1，κ2＝1.5，c＝0.2，τ
*
＝0.5s，α＝0.9，β＝0.5。
[0059]
通过仿真实验得到如图2所示的有无控制策略下的acc车辆追尾碰撞概率测度演化图。从图2可以看出，无控制策略下队列中车辆追尾碰撞的概率，明显高于本实施例考虑通信延迟的控制方法下车辆追尾碰撞的概率。
[0060]
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，这种组合只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0061]
本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内以及不脱离本发明设计思想的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

技术特征：
1.一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、构建包含n个无人驾驶车辆的队列跟驰运动方程如公式(1)、(2)所示：构建包含n个无人驾驶车辆的队列跟驰运动方程如公式(1)、(2)所示：其中，a
n
(t+τ)表示第n辆车在t+τ时刻的加速度；τ表示acc车辆制动反应时间；α表示加速度敏感系数；表示第n辆车在t时刻的安全裕度；sm
d
表示期望安全裕度；τ2表示车辆紧急制动反应时间；v
n
(t)和v
n-1
(t)分别表示车辆n和n-1的速度；d表示车辆最大制动减速度；δx
n
(t)表示车间隙，并有δx
n
(t)＝x
n-1
(t)-x
n
(t)-l
n-1
，x
n
(t)和x
n-1
(t)分别是第n和n-1车的位置信息，l
n-1
是第n-1车车长；φ-1
(
·
)表示标准正态分布逆分布；β表示车速的置信水平；γ表示位置的置信水平；ζ(v
n-1
)和分别表示感知车速误差的标准差、车间隙误差的标准差，ζ(v
n-1
)和的值大小分别与车辆的速度和车间隙有关；步骤2、构建考虑通信延迟的车速与位置差反馈控制项c
n
(t)如公式(3)所示：c
n
(t)＝κ1(δx
n
(t-τ
*
)-δx
n
(t))+κ2(v
n
(t-τ
*
)-v
n
(t)) (3)，其中，τ
*
表示通信延迟响应时间，κ1和κ2均表示控制项的反馈增益系数；步骤3、将步骤2得到的反馈控制项加入至步骤1加你的跟驰运动方程，得到考虑通信延迟的车速与位置差反馈的无人驾驶车辆队列的跟驰运动方程，如公式(4)所示：基于公式(4)所示的跟驰运动方程实现无人驾驶车辆队列控制。2.根据权利要求1所述的一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，其特征在于，步骤3还包括：构建指数衰减函数来估计在t时刻发生前车n-1和后车n追尾碰撞的可能性如公式(5)所示：公式(5)中，表示在给定的车辆追尾碰撞风险指标安全裕度下，前车n-1和后车n在t时刻发生车辆追尾碰撞的概率；车辆n和车辆n-1发生追尾碰撞事件记为c是一常变量。3.根据权利要求1或2所述的一种考虑通信延迟的acc车辆跟驰安全控制方法，其特征在于，所有车辆的速度和位置按照如下规则进行更新：速度的更新公式为v
n
(t)＝v
n
(t-δt)+a(t-δt)
×
δt,n＝1,2,
…
n；位置的更新公式为
其中δt为加速度调节时间。

技术总结
本发明公开了一种考虑通信延迟的ACC车辆跟驰安全控制方法，基于建立的考虑车速和位置的置信水平的ACC车速决策模型，提出一种考虑通信延迟的车速与位置差反馈控制策略，分析有无控制策略下的ACC车辆追尾碰撞概率测度演化情况，此方法可广泛应用于自动驾驶、车队控制等领域。等领域。等领域。


技术研发人员：张俊杰 余贵珍 周彬 张骏 冀浩杰 王章宇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学合肥创新研究院
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/9/14