] A，期望目標縱向加速度范圍約束 ；其中，as_和aSniin為自車換道 過程中最大和最小縱向加速度；Eimax和amin為駕駛員可接受的最大和最小舒適縱向加速度； abmin為駕駛員可接受的最大舒適減速度；
[0033] B，安全距離約束
[0034] 其中，GapJt)表示t時刻*所代表的兩輛車間的距離，Gap* safe表示*所代表的兩 輛車間的安全距離；下角標*為SLP、TLP、SVUTVL或TVF，SLP代表原車道前車與原車道非 協(xié)同前車，TLP代表目標車道前車與目標車道非協(xié)同前車，SVL代表自車與原車道前車，TVL 代表自車與目標車道前車，TVF代表自車與目標車道后車。
[0035] (2)若當前時刻t>IYc/2,自車由原車道進入目標車道，自車與目標車道前后車參 與協(xié)同即可，通過求解如下最優(yōu)規(guī)劃問題，來確定自車與目標車道兩輛協(xié)同車輛的期望目 標縱向加速度。
[0036] 目標函數(shù)
[0037] 約束條件：
[0038] A，期望目標縱向加速度范圍約誄
[0039] B，安全距離約束
[0040] 步驟6 :利用步驟5得到的期望目標縱向加速度求解自車與協(xié)同車輛在當前時刻 的期望縱向加速度。
[0041] 若當前時刻車輛的縱向加速度a(t。）不大于該車輛對應的期望目標縱向加速度， 則設(shè)置該車輛當前時刻的期望縱向加速度u (t。）為a (t。) +Jxmax Λ T，但若a (t。) +Jxmax Λ T大于 對應的期望目標縱向加速度，則設(shè)置該車輛當前時刻的期望縱向加速度u(t。）為對應的期 望目標縱向加速度。Jxniax為駕駛員可接收的最大舒適縱向加速度率，Δ T為控制周期。
[0042] 若當前時刻車輛的縱向加速度大于對應的期望目標縱向加速度，則設(shè)置該車輛當 前時刻的期望縱向加速度u (t。）為a (t。) -Jxmax Λ T，但若a (t。) -Jxmax Λ T小于對應的期望目標 縱向加速度，則設(shè)置該車輛當前時刻的期望縱向加速度u(t。）為對應的期望目標縱向加速 度。
[0043] 步驟7 :自車主控器將協(xié)同車輛當前時刻的期望縱向加速度通過通信單元發(fā)送給 協(xié)同車輛的主控器。自車與協(xié)同車輛的主控器根據(jù)期望控制量控制車輛運動。自車的期望 控制量為當前時刻的期望縱向加速度和期望橫向加速度；協(xié)同車輛的期望控制量為當前時 刻的期望縱向加速度。
[0044] 步驟8 :判斷協(xié)同換道是否結(jié)束，若是，通過人機交互單元通知駕駛員協(xié)同換道結(jié) 束，并提示駕駛員恢復對車輛的操縱，若否，轉(zhuǎn)步驟5繼續(xù)執(zhí)行。
[0045] 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于：
[0046] (1)區(qū)別與傳統(tǒng)技術(shù)，本發(fā)明采用車車通信技術(shù)，并結(jié)合車載傳感器，實現(xiàn)了車車 間主動的信息交互，并保證了信息感知的全面性、精確性、實時性，可實現(xiàn)大范圍的信息感 知；
[0047] (2)針對換道過程，建立了多車統(tǒng)一運動優(yōu)化、協(xié)同合作的控制機制，區(qū)別與傳統(tǒng) 換道過程中各車相互獨立且被動受影響，本協(xié)同換道控制方法將前車引入?yún)f(xié)同，充分利用 車間安全空間，提高了換道的安全性、可行性。
[0048] (3)考慮了換道過程的安全性和駕駛員舒適性，區(qū)別于傳統(tǒng)換道過程，通過自車與 周圍車輛的協(xié)同運動，可有效減小了目標車道后車的減速強度，本發(fā)明通過減小換道對于 目標車道后車的影響，可緩解換道對上游交通流的消極影響。本發(fā)明可有效增加可行換道 機會，保障換道安全，改善換道過程的駕駛舒適性，減弱換道行為對目標車道上游車輛的消 極影響。
【附圖說明】
[0049] 圖1是本發(fā)明應用的目標場景不意圖；
[0050] 圖2是本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051] 圖3是本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)運行流程圖；
[0052] 圖4是自車換道過程橫向加速度變化曲線示意圖；
[0053] 圖5是簡化的整車模型；
[0054] 圖6是本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制方法的自車控制示意圖；
[0055] 圖7是本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制方法的其他參與協(xié)同車輛控 制不意圖。
【具體實施方式】
[0056] 下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0057] 本發(fā)明針對目前換道場景中，各車信息感知及決策失誤易導致安全事故、周圍車 輛被動受換道車輛影響、車輛換道受阻等問題，為了提高換道可行性，并保障換道過程中各 車安全，改善駕駛員舒適性，減弱換道對后車影響，引入多車協(xié)同理念，提供了一種基于車 車通信的多車協(xié)同換道系統(tǒng)及其控制方法。
[0058] 本發(fā)明的應用場景如圖1所示，自車（以下簡寫為SV)為換道車輛，由原車道向目 標車道行駛，目標車道后車（以下簡寫為TF)、目標車道前車（以下簡寫為TL)、原車道前車 (以下簡寫為SL)為參與協(xié)同換道車輛，簡稱協(xié)同車輛，SV、SL、TL、TF均裝備本發(fā)明提供 的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)，目標車道非協(xié)同前車（以下簡寫為TP)及原車 道非協(xié)同前車（以下簡寫為SP)作為被動車輛，不參與協(xié)同，但裝備必要的車車通信設(shè)備、 GPS、縱向加速度傳感器，并可由車輛CAN總線采集車速信息，通過車車通信設(shè)備向外廣播 車輛ID、經(jīng)煒度位置、航向角、縱向加速度和車速信息。場景中各車在初始狀態(tài)時均正常跟 車行駛，無過大加減速。
[0059] 本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括感知單 元、通信單元、控制單元和人機交互單元。
[0060] 感知單元包括車輛總線、高精度差分GPS (Global Positioning System，全球定位 系統(tǒng)）、前輪轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺傳感器、以及縱向加速度傳感器。通過車輛總線，可獲取自車 車速、油門開度、制動壓力信息。高精度差分GPS用于實時獲取車輛經(jīng)煒度位置及航向角， 用于計算各車車間距，GPS天線布置于車頂，垂直方向上與車輛質(zhì)心重合。前輪轉(zhuǎn)角傳感器 用于測量車輛的前輪轉(zhuǎn)角。橫擺傳感器用于實時獲取車輛的橫向加速度和橫擺角速度?？v 向加速度傳感器用于實時獲取車輛縱向加速度信息。
[0061] 通信單元采用專用短程通信設(shè)備，接收感知單元中和主控器傳輸來的車輛信息及 期望控制量，并實現(xiàn)車車間的信息實時交互。自車通過通信單元獲取協(xié)同車輛與非協(xié)同車 輛的車輛ID、車速、縱向加速度、航向角、經(jīng)煒度位置、車長、車頭及車尾距車輛質(zhì)心（至GPS 天線）的水平距離，并實時由自車向周圍參與協(xié)同的車輛發(fā)送期望控制指令。此外，通信單 元還從自車的感知單元獲取自車信息發(fā)送給它車。
[0062] 控制單元包括主控器、油門/制動執(zhí)行器、以及前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行器。
[0063] 控制單元核心為主控器，主要功能如下：
[0064] (1)接收感知單元與通信單元傳送來的自車及它車信息，進行協(xié)同換道可行性判 斷，當協(xié)同換道可行時，實時獲取自車與協(xié)同車輛的期望控制量，通過控制單元中的油門/ 制動執(zhí)行器和前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行器實現(xiàn)車輛的按期望運動；對于SV，實現(xiàn)換道橫縱向控制，自 車的期望控制量為當前時刻的期望縱向加速度和期望橫向加速度；
[0065] (2)通過通信單元將協(xié)同車輛的期望控制量發(fā)送給其他協(xié)同車輛；對于SL、TL、TF 實現(xiàn)縱向控制，協(xié)同車輛SL、TL、TF的期望控制量為當前時刻的期望縱向加速度；
[0066] (3)與人機交互單元關(guān)聯(lián)，向駕駛員發(fā)送通知，并接受駕駛員的指令。
[0067] 駕駛員可通過人機交互單元控制系統(tǒng)的啟停，并可向系統(tǒng)輸入換道意圖，系統(tǒng)也 通過人機交互單元通知駕駛員協(xié)同換道的可行性及系統(tǒng)控制介入介出提示。
[0068] 本系統(tǒng)應用場景中各車間信息交互進行實時信息交互，SV實時接收場景中由其他 車輛發(fā)送的信息，包括：車輛ID、經(jīng)煒度位置、航向角、速度、縱向加速度、車長、車頭距GPS 天線水平距離、車尾距GPS天線水平距離，并向外廣播TF、TL、SL車輛ID及對應的當前控制 周期的期望縱向加速度，TF、TL、SL實時向外發(fā)送SV決策所需信息，并接收SV廣播的當前 控制周期的期望縱向加速度。
[0069] 本發(fā)明針對車輛聯(lián)網(wǎng)環(huán)境提供一種基于車車通信的多車協(xié)同換道控制方法，除參 與協(xié)同的車輛裝備本發(fā)明的控制系統(tǒng)外，原車道前車和目標車道前車前方的兩輛非協(xié)同車 輛裝備必要的車車通信設(shè)備、GPS、縱向加速度傳感器，并可從總線中獲取車輛速度信息，自 車及其他協(xié)同車輛需要與這兩輛車通信獲取其加速度、速度、經(jīng)煒度位置、航向信息。如圖 3所示，本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制方法包括步驟1~步驟9,下面說明各 步驟。
[0070] 步驟1 :在系統(tǒng)開啟條件下，當SV中系統(tǒng)通過人機交互單元接收到駕駛員換道意 圖時，進入步驟2執(zhí)行。
[0071] 步驟2 :SV中系統(tǒng)通過感知單元獲取自車信息，包括車輛經(jīng)煒度位置、航向角、橫 擺角速度、橫向加速度、車速、縱向加速度、前輪轉(zhuǎn)角、油門開度和制動壓力等等，通過通信 單元獲取TF、TL、SL、SP、TP向外發(fā)送的車輛ID、經(jīng)煒度位置、航向角、車速、縱向加速度、車 長、車頭距質(zhì)心距離以及車尾距質(zhì)心距離?？刂茊卧鶕?jù)獲取的自車、協(xié)同車輛和非協(xié)同車 輛的信息，從而確定應用場景中當前時刻六輛車的相對位置及各車的速度、縱向加速度。
[0072] 步驟3 :在協(xié)同換道執(zhí)行前，對SV的換道過程進行規(guī)劃，為了保證換道效率、減少 換道過程占用的道路空間，并兼顧換道過程中駕駛員舒適性，如圖4所示，令換道過程中車 輛橫向加速度a y以正反