TL、TF車間距需保證安全距離 約束。不同時刻下的前后車間距如下式：
[0117] Gaplf (t) = Gaplf (t〇)+S1 (t)-sf (t) (13)
[0118] 其中GaplfUtl)為初始時刻前后車間距，S 1 (t)為前車位移，sf(t)為后車位移。若 3SV有可行范圍，則協(xié)同換道可行，系統(tǒng)通過人機交互單元通知SV駕駛員換道可行及系統(tǒng) 的介入控制；否則協(xié)同換道不可行，系統(tǒng)通過人機交互單元通知SV駕駛員協(xié)同換道不可 行，系統(tǒng)待命，重新等待駕駛員輸入換道意圖。
[0119] 步驟5 :實時求解換道過程中參與協(xié)同的車輛與自車期望的目標縱向加速度。
[0120] 若協(xié)同換道可行，則系統(tǒng)開始進行多車協(xié)同換道控制，通知自車駕駛員并向周圍 參與協(xié)同的車輛發(fā)送協(xié)同換道通知。
[0121] 在換道過程前半段，SV、SL、TL、TF均參與協(xié)同，當換道進行到IYc/2時，SV離開原 車道，開始駛?cè)肽繕塑嚨?，所以SL不再參與協(xié)同。本發(fā)明提供的多車協(xié)同換道控制方法考 慮駕駛員舒適性，盡量保證各車在協(xié)同過程中的穩(wěn)定運動，首先求出各控制周期各車期望 的目標縱向加速度，期望各車以最大舒適縱向加速度率變化至求解的期望目標縱向加速度 后進行勻加速度行駛。為了求解各車期望的目標縱向加速度。SV融合自車及SL、SP、TL、 TF、TP的當前時刻的車速、縱向加速度和基于各車GPS經(jīng)煒度位置、航向角、質(zhì)心距車頭距 離、質(zhì)心距車尾距離信息確定的各車間距，進行多車統(tǒng)一運動規(guī)劃。
[0122] 步驟5. 1，當前時刻時，通過求解如下公式（14)所示的最優(yōu)化問題獲得 當前時刻SV、SL、TL、TF的期望目標縱向加速度。
[0124] 需滿足的約束條件包括如下：
[0125] SV、SL、TL、TF的縱向加速度范圍約束
[0126] 安全距離約束為：
[0127] 其中，假設SP和TP均以當前時刻的縱向加速度勻加速度行駛直至協(xié)同換道結(jié)束。 公式（13)中的u = [usv Ua Μ uTF]T為求解的各協(xié)同車輛期望目標縱向加速度矩陣，其中 參量依次為SV、SL、TL、TF的期望目標縱向加速度，k sv、ka、1?和k TF分別為對應車輛的期 望目標縱向加速度的權(quán)重系數(shù)。在求解上述最優(yōu)化問題時，針對各安全距離約束不等式，待 定U SV、I!%、1^、uTF，并已知當前各車縱向加速度、速度、車間距離，可將各安全距離約束表示 為與u sv、ua、ιιΤΙΛ 1%相關(guān)的不等式。Gap的下角標，SLP代表原車道前車SL與原車道非協(xié) 同前車SP，TLP代表目標車道前車SL與目標車道非協(xié)同前車TP。Gap ap (IYc/2)代表SL與 SP在IYc/2時刻的距離，Gapap safe代表SL與SP之間的安全距離；Gap TU)〇Yc)代表SL與TP 在?Υ。時刻的距離，Gap Τ?Ρ safe代表SL與TP之間的安全距離。
[0128] 以 GapSVL (TLC/2)彡 GapSVL safe為例，如下：
[0129] GapSVL (tc)+sSL (TLC/2)-ssv (TLC/2) = (15)
[0130] max (DT · vsv (TLC/2) +sf，TTC · (vsv (TLC/2) -vSL (TLC/2)) +sf)
[0131] 其中，t。表示當前時刻。
[0132] 由于各車期望目標縱向加速度與各車當前縱向加速度大小關(guān)系未知，以SV為例， 從當前時刻開始至?Υ。時刻的加速度、速度、位移變化曲線如下式：
[0136] 同理，可得SL、TL、TF相應的加速度、速度、位移變化函數(shù)。在換道過程前半段時， SV、SL、TL、TF可能會出現(xiàn)L/2時刻達到和未達到期望目標縱向加速度兩種情況，分別對 應加速度、速度、位移變化函數(shù)中兩個時間區(qū)間內(nèi)的表達式，為了求解各車期望，針對各車 1。/2時刻是否達到期望目標縱向加速度，可假設16種情況，求解各情況下的期望目標縱向 加速度，并選取滿足情況假設的解作為當前時刻下的各車期望目標縱向加速度。
[0137] 步驟5. 2,當t。〉I\c/2時，由于SL退出協(xié)同，所以進行SV、TL、TF三輛車間的協(xié) 同換道規(guī)劃，通過求解如下公式（19)所示的最優(yōu)化問題獲得SV、TUTF當前時刻的期望目 標縱向加速度。

[0139] 約束條件為：
[0140] 期望目標縱向加速度范圍約束
[0141] 安全距離約束為
[0142] 此最優(yōu)化問題求解方式與t。^ I\c/2時各車期望目標縱向加速度的求解方法一 致。
[0143] 步驟6 :根據(jù)步驟5中求解的期望目標縱向加速度計算參與協(xié)同的車輛與自車在 當前時刻的縱向控制輸入量，即當前時刻的期望縱向加速度。
[0144] 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。J xniax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。
[0145] 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。 「01461 以SV為例，設當前時刻白車縱向期望棹制輸入uJU, _如下式：
[0148] 其中ΛΤ為控制周期。同理可得其他各協(xié)同車輛縱向期望控制輸入ua(t。)、 UTL (tc)、Utf (tc) 〇
[0149] 步驟7 :自車主控器通過通信單元發(fā)送至其他協(xié)同車輛的系統(tǒng)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。
[0150] 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。利用步驟3 中自車橫向加速度正反梯形變化曲線，可求解當前時刻t。對應的自車橫向加速度a y(t。）作 為橫向期望控制輸入。
[0151] SV中系統(tǒng)控制單元主控器根據(jù)當前時刻的usv(t。）與ay(t。）通過油門/制動執(zhí)行 器和轉(zhuǎn)向執(zhí)行器對SV的油門開度、制動壓力和前輪轉(zhuǎn)角進行控制，實現(xiàn)SV按期望橫縱向加 速度的精確運動。
[0152] 如圖5所示，基于簡化的整車模型，建立簡化車輛的橫縱向耦合模型，如下：
[0159] 參數(shù)定義如下：<:為車輛的縱向加速度，^為車輛的橫向加速度，命為橫擺角加 速度，F(xiàn)x為縱向驅(qū)動力輸入，m為整車質(zhì)量，J wf、Jm分別為前后輪轉(zhuǎn)動慣量，rw為輪胎的滾 動半徑，Cf、(；為前后輪側(cè)偏系數(shù)，I f、L分別為汽車質(zhì)心與前后軸的距離，圖5中的O表示 汽車質(zhì)心，δ為前輪轉(zhuǎn)角，Cd為空氣阻力系數(shù)，A為迎風面積，P為空氣密度，V xS縱向速 度，Vy為橫向速度，ω 1?為橫擺角速度，g為重力加速度，f為滾動阻力系數(shù)。α {和a ^分別 為前后輪側(cè)偏角，F(xiàn)xjP F %分別為后輪所受縱橫向力，F(xiàn) xf和F yf分別為前輪所受縱橫向力。
[0160] SV橫縱向控制如圖6所示。針對縱向控制，采用干擾解耦方法建立干擾解耦控制 器，通過當前實時反饋的車輛運動參數(shù)，可得當前的縱向驅(qū)動力輸入，如下式：
[0162] 進而經(jīng)過車輛逆動力學模型將縱向驅(qū)動力輸入轉(zhuǎn)化為期望的油門開度和制動壓 力，并通過油門/制動執(zhí)行器實現(xiàn)車輛精確縱向控制。
[0163] 根據(jù)式
可得當前期望前輪轉(zhuǎn)角Sfcs如下式：
[0165] 控制單元通過前輪轉(zhuǎn)角執(zhí)行器實現(xiàn)車輛前輪轉(zhuǎn)角按期望變化，從而實現(xiàn)車輛按期 望橫向加速度的精確變化。
[0166] SV同時將求解的它車當前時刻期望縱向加速度向周圍廣播，周圍參與協(xié)同的車輛 接收廣播信息并提取當前時刻相應期望縱向加速度輸入控制單元主控器，主控器通過油門 /制動執(zhí)行器對車輛油門開度、制動壓力進行控制實現(xiàn)車輛按期望縱向加速度的精確運動。
[0167] 本系統(tǒng)控制單元采取傳統(tǒng)PID (比例-積分-微分）控制實現(xiàn)除SV外其他參與協(xié) 同的車輛的精確縱向控制，控制示意如圖7所示，將當前期望縱向加速度與實時反饋的當 前縱向加速度的偏差輸入建立的PID控制器，PID控制器輸出相應的期望油門開度或期望 制動壓力，最終通過控制單元油門/制動執(zhí)行器實現(xiàn)油門開度及制動壓力按期望值變化， 實現(xiàn)其他協(xié)同車輛的期望加速度精確跟蹤。
[0168] 步驟5至步驟8在協(xié)同換道過程中以ΛΤ循環(huán)運行，直至協(xié)同換道結(jié)束。
[0169] 步驟8 :判斷協(xié)同換道過程是否結(jié)束，若是，SV中本系統(tǒng)通過人機交互單元提示駕 駛員協(xié)同換道結(jié)束，解除本發(fā)明系統(tǒng)對SV的控制，并提示駕駛員恢復對車輛的操縱，向周 圍車輛發(fā)送協(xié)同換道結(jié)束信息，周圍車輛收到該信息后，系統(tǒng)解除對各車的縱向控制，并通 知其駕駛員協(xié)同換道結(jié)束。若協(xié)同換道未結(jié)束，則轉(zhuǎn)步驟5繼續(xù)執(zhí)行。
[0170] 本發(fā)明的基于車車通信的多車協(xié)同換道控制系統(tǒng)及其方法，區(qū)別與傳統(tǒng)換道控制 技術(shù)，采用車車通信與車載傳感器融合的感知方式獲取自車及周圍車輛全面、實時、精確信 息，利用車車互聯(lián)優(yōu)勢，建立了協(xié)同換道控制方法，通過換道車輛與其周圍前后車主動協(xié)同 統(tǒng)一規(guī)劃的方式實現(xiàn)換道。本發(fā)明提供的系統(tǒng)與方法在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下可增加換道可行機 會、保證換道安全、改善駕駛