[发明专利]高速公路匝道间距约束下自动驾驶最优编队长度设置方法

权利要求书

1.一种高速公路匝道间距约束下自动驾驶最优编队长度设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取高速公路匝道a和匝道b的间距L，匝道a上游主线自动驾驶车流的运行状态参数，运行状态参数包括现有编队车辆数n₁、现有编队稳定行驶速度

S2、通过计算机仿真模拟上匝道车辆与现有编队车辆之间的编组与解编组过程；

仿真过程中的核心方法为：

S201、对车辆之间的纵横向间距进行分开控制，分别控制车辆间的横向间距协同至0，纵向间距协同至理想间距；

S202、建立车辆之间的跟驰模型，避免在进行协同的过程中出现碰撞，建立跟驰函数；

建立的跟驰函数为：

相邻的三辆车分别根据各自的纵向间距形成三个不同的纵向作用力通过纵向作用力逐渐调整车辆的运动，使车辆之间的纵向间距协同至一致，此时车辆间纵向间距的吸引-排斥函数为：

式中：polyfit函数是自定义的S型函数，当h₁靠近0时polyfit(h₁)为1，在h₁靠近r时polyfit(h₁)为0；h₁为车辆间纵向间距经过函数变换与理想间距经过函数变换之后的比值；r为常数；

相邻的三辆车受到不同的横向作用力的影响，通过横向作用力逐渐调整车辆的横向运动，使车辆的横向位置协同至车道中心线上，建立横向间距的吸引-排斥函数，

式中：h₂为车辆间横向间距经过函数变换之后的值；r₂为常数；

S203、生成车辆编队；

生成车辆编队步骤为：

S20301、输入现有编队车辆数n₁，随机生成初始车辆的位置和速度，其中初始随机生成的车辆的位置在指定的区域大小size之内，避免车辆之间过于接近；

S20302、给定虚拟领导者的状态：虚拟领导者的纵向坐标生成时与size保持一致，横向坐标为车道中线位置，之后将编队稳定行驶速度赋给虚拟领导者，此时虚拟领导者的运动加速度为：

将加速度控制在[-5,3]m/s²之内，并且a_leader受到v_leader的反馈影响；

S3、选定车辆编队最短稳定运行时长t₁；

S4、根据匝道间距限制L和最短稳定运行时长限制t₁，计算得到进行合并的最大车辆数目n₂，得到高速公路上运行的自动驾驶车流最优编队长度；

具体步骤如下：

S401、设定匝道上的车队中车辆数n₂的初始值；

S402、计算两个车队完成协同并达到稳定时的距离L₁，利用对数-正态分布曲线的右侧部分对波动过程中的速度变化进行包络拟合，当包络线间距小于阈值0.3m/s时即认为已经达到稳定状态；

插入log-normal distribution的右侧曲线的公式为：

式中：a、b、c均为待求解的参数，当x＝e^b时，f(x)取到峰值，因而当x≥e^b时就取对数正态分布的右侧曲线；

S403、计算在稳定运行时长下的运行距离L₂，其中

S404、计算车队解编过程中的运行距离L₃，解编完成是指两个不同车队内的各自车辆速度差为0.3m/s以内，各自车头间距差在0.3m之内，加速度差绝对值在0.1m/s²以内，L₃的计算从开始解编时到解编完成为止；

S405、判断L₁+L₂+L₃是否超过长度限制L；

S406、尚未达到时就以“1”为步长增加n₂；

S407、重复上述步骤S406，直至得到最后的n₂，此时n₁+n₂即为高速公路匝道间距约束下的自动驾驶车流最优编队长度。