一种物理连接的高速货车队列控制方法及系统

本发明涉及货车编队构型、通信及控制，具体为一种物理连接的高速货车队列控制方法及系统。

背景技术：

1、货车队列具有降低人力成本、降低事故率及提高燃油经济性的优点，在物流及交通运输等领域具有巨大的应用潜力。现阶段对于车辆队列的研究主要集中于依赖无线通信的队列构型及控制系统设计，无线通信使队列具有可重构、可自由编组的特性，也不可避免地带来了通信时滞、丢包甚至网络攻击等潜在限制，利用控制算法及通信构型优化等手段弥补这些缺陷的效果也比较有限。而通过物理连接可以实现有线通信，因此可大幅降低时滞及丢包，且可有效避免网络攻击等恶意行为。

2、基于无线通信连接的货车队列由于其通信时滞等因素，导致最小安全车车间距较大，以避免追尾等碰撞事故的发生，较大的车车间距同时降低了队列的燃油经济性。而物理连接的货车队列本质上不能具有较大的车车间距，在提升了燃油经济性的同时对队列的行驶安全也带来了挑战。因此，为了提升高速场景货车队列系统的安全性与经济性，通过设计一种物理连接的高速货车队列新构型，并构建网络连接模式切换逻辑及其控制方法，以实现队列车辆的随动控制，助力货车队列及智能物流的高速发展。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的基于无线通信连接的货车队列存在通信时滞、丢包甚至网络攻击等潜在限制。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种物理连接的高速货车队列控制方法，包括：采集车队数据，车队控制器上电后基于无线通信进行车队控制；达成预定车辆间距后停车并连接前后车之间的物理连接接口，连接建立后，切换为有线控制模式；在行驶过程中，控制器周期性检测物理连接状态，实现高速货车队列控制。

4、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述车队数据包括车辆间距离和速度数据、车辆状态数据、通信状态和通信质量数据。

5、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述基于无线通信进行车队控制包括，车队控制器上电后队列通信方式为基于c-v2x的无线通信形式，无线控制表示为：

6、,

7、,

8、转换后的坐标表示为：

9、,

10、其中，表示第辆车的控制输入量；表示转换后的坐标；表示大于0的常数；表示转换后的坐标；表示的一阶导数；表示大于0的常数；表示转换后的坐标；表示车辆非线性的估计量；表示转置矩阵；表示最优模糊参数向量的估计值；表示回归向量；表示第辆车的位置；表示第辆车的速度；表示第辆车在纵向上的加速度；表示转换后的坐标；表示领航车的位置；表示领航车的速度；表示第辆车；表示预设的车间距；表示反步法第二步的虚拟控制输入；表示反步法第三步的虚拟控制输入。

11、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述物理连接形式为wtb通信连接线外部衬以保护套，使用自动卷线器收纳于车架尾端，端口处连接标准接插件，与后车车头处总线连接的接插件配套。

12、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述有线控制包括纵向控制和横向控制，对于横向控制，直接将领航车驾驶员输入的转向角作为跟随车辆的转向角输入；

13、对于纵向控制，以领航车的输入为输入，辅助以基于位置和速度误差的反馈控制，在对领航车进行随动控制的同时，减小跟随误差，提升货车队列的稳定性和安全性，表示为：

14、,

15、第辆车相对于队列其它车辆的位置和速度误差表示为：

16、,

17、其中，表示领航车的控制输入；表示可调试的控制器增益；表示可调试的控制器增益；表示第辆车相对于队列其它车辆的位置误差；表示第辆车相对于队列其它车辆的速度误差；表示第辆车的邻居车辆集合；表示车辆与其邻居车辆的连通关系；表示第辆车的位置；表示车辆与领航车的连通关系；表示第辆车的速度。

18、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述检测物理连接状态包括，在每个控制周期，控制器基于wtb通信协议检测队列wtb总线是否连接，控制周期的长短受wtb通信协议的传输速率和延迟以及控制器处理能力的影响，同时车速与控制周期成反比保证实时响应能力，控制周期表示为：

19、,

20、其中，表示控制周期；表示车辆间的平均距离；表示车队的最大速度；表示wtb通信协议的传输速率；表示控制器的处理频率。

21、作为本发明所述的物理连接的高速货车队列控制方法的一种优选方案，其中：所述检测物理连接状态还包括，通过检测信号强度和数据包完整性判断物理连接状态，通过计算控制周期内的平均信号强度反映信号传输质量，表示为：

22、,

23、数据包完整性检测反映在每个控制周期内的数据传输可靠性，表示为：

24、.

25、将信号强度和数据包完整性的检测公式加权合并，并通过求和近似计算平均信号强度，表示为：

26、,

27、其中，表示物理连接状态检测值；表示瞬时信号强度；表示数据包的总数；表示第个数据包的完整性；表示权重系数；表示权重系数；表示控制周期内采集的信号强度数据点数；表示第i个采样点的瞬时信号强度；根据历史数据人为设置物理连接状态的判断阈值，当时，表示物理连接完好，利用有线控制对跟随车辆进行横纵向控制；当时，表示物理连接丢失，利用无线控制方法运行，在高速服务区停车进行物理连接，连接后再次检测物理连接状态。

28、第二方面，本发明还提供了物理连接的高速货车队列控制系统，包括，无线控制模块，采集车队的数据，控制器上电或队列重构后基于c-v2x进行无线通信，通过无线控制使货车队列达成位置与车速的一致性；有线控制模块，当车队的物理连接建立后，将控制方式切换为有线控制，基于位置和速度误差的反馈控制来减小跟随误差；检测模块，在行驶过程中，控制器周期性检测物理连接状态，连接完好则继续采用有线控制，若连接丢失则切换为无线控制。

29、第三方面，本发明还提供了一种计算设备，包括：存储器和处理器；

30、所述存储器用于存储计算机可执行指令，所述处理器用于执行所述计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述物理连接的高速货车队列控制方法的步骤。

31、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被处理器执行时实现所述物理连接的高速货车队列控制方法的步骤。

32、本发明的有益效果：本发明方法通过采集车队数据并在车队控制器上电后基于无线通信进行车队控制，实现了车队的初步协调与同步，确保了在无线通信条件下的队列一致性和安全性；通过达成预定车辆间距后停车并连接前后车之间的物理连接接口，切换为有线控制模式，提升了数据传输的稳定性和抗干扰能力，确保了在行驶中的高可靠性；通过在行驶过程中控制器周期性检测物理连接状态，实现了对通信链路的实时监控，保证了在高速行驶条件下的连接稳定性与响应速度。