CN116483096A - 车辆编队控制方法、***、云平台及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆编队控制方法、***、云平台及存储介质，属于自动驾驶技术领域，其中，车辆编队控制方法包括：确定领航车辆和跟随车辆；配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。本发明解决了现有的编队控制方法中，车辆编队中的跟随车辆避障时车辆编队队形混乱的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于自动驾驶技术领域，具体而言，涉及一种车辆编队控制方法、***、云平台及存储介质。
背景技术
随着智能驾驶技术的发展进步，智能驾驶车辆的功能也更加完善。在一些特定的环境下，对智能车辆进行编队控制能够合理规划行驶方案，简化驾驶的复杂度，减少车辆的急加速和急刹车，降低对能源的消耗，有效提升车辆行驶的安全性。为确保车辆编队稳定运行，需要激光雷达、毫米波雷达等传感器采集大量信息并进行分析处理，以决定编队的下一步运动规划。
现有的车辆编队控制方法中，由于跟随车辆需要根据跟随算法跟随领航车辆，不具备完全的行动自由，常规的路径规划算法使用在跟随车辆上，路径规划算法的控制信号和跟随算法的控制信号会产生冲突，进而导致跟随车辆在避障时车辆编队队形发生混乱。
发明内容
本发明实施例提供了一种车辆编队控制方法、***、云平台及存储介质，以至少解决现有的编队控制方法中，车辆编队中的跟随车辆避障时车辆编队队形混乱的技术问题。
根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种车辆编队控制方法，包括：确定领航车辆和跟随车辆；配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可选的，根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场包括：根据跟随车辆的制动距离确定安全距离；以安全距离为半径，跟随车辆的几何中心为圆心，确定圆形区域作为虚拟安全场。
可选的，虚拟安全场包括第一分区和第二分区，其中，第一分区为半径小于安全距离、圆心为虚拟安全场的圆心的圆形区域，第二分区与第一分区共同构成虚拟安全场；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度包括：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物的所属分区；根据障碍物的所属分区，确定角度调节值；根据角度调节值、目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度包括：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物与跟随车辆之间的当前距离，确定障碍物与领航车辆的行驶方向的当前夹角；根据当前距离、当前夹角、目标相对距离和目标相对角度，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆包括：根据避障角度确定跟随车辆的目标线速度和目标角速度；根据目标线速度和目标角速度，确定跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号；根据油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号控制领航车辆。
可选的，车辆编队控制方法还包括：响应于虚拟安全场内不存在障碍物，根据目标相对距离和目标相对角度，控制跟随车辆运行。
可选的，车辆编队控制方法还包括：利用人工势场算法为领航车辆规划行驶路径；根据行驶路径控制领航车辆运行。
根据本发明实施例的第二方面，还提供一种车辆编队控制***，包括：第一确定模块，用于确定领航车辆和跟随车辆；配置模块，用于配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；第二确定模块，用于根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；第三确定模块，用于响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；控制模块，用于根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可选的，第二确定模块还用于：根据跟随车辆的制动距离确定安全距离；以安全距离为半径，跟随车辆的几何中心为圆心，确定圆形区域作为虚拟安全场。
可选的，虚拟安全场包括第一分区和第二分区，其中，第一分区为半径小于安全距离、圆心为虚拟安全场的圆心的圆形区域，第二分区与第一分区共同构成虚拟安全场；第三确定模块还用于：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物的所属分区；根据障碍物的所属分区，确定角度调节值；根据角度调节值、目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，第三确定模块还用于：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物与跟随车辆之间的当前距离，确定障碍物与领航车辆的行驶方向的当前夹角；根据当前距离、当前夹角、目标相对距离和目标相对角度，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，控制模块还用于：根据避障角度确定跟随车辆的目标线速度和目标角速度；根据目标线速度和目标角速度，确定跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号；根据油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号控制领航车辆。
可选的，控制模块还用于：响应于虚拟安全场内不存在障碍物，根据目标相对距离和目标相对角度，控制跟随车辆运行。
可选的，控制模块还用于：利用人工势场算法为领航车辆规划行驶路径；根据行驶路径控制领航车辆运行。
根据本发明实施例的第三方面，还提供了一种云平台，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述第一方面任一实施例中所述的车辆编队控制方法。
根据本发明实施例的第四方面，还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为在计算机或处理器上运行时，执行上述第一方面任一实施例中所述的车辆编队控制方法。
在本发明实施例中，确定领航车辆和跟随车辆；配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。通过构建虚拟安全场并检测虚拟安全场中是否存在障碍物，当存在障碍物时，考虑目标相对角度和目标相对距离确定避障角度并根据避障角度控制跟随车辆的运行，跟随车辆既可以避障避碰，同时又能在一定程度上保持编队队形，进而可以解决现有的编队控制方法中，车辆编队中的跟随车辆避障时车辆编队队形混乱的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明其中一实施例的车辆编队控制方法的流程图；
图2是根据本发明其中一实施例的第一车辆运动模型示例图；
图3是根据本发明其中一实施例的第二车辆运动模型示例图；
图4是根据本发明其中一实施例的人工势场法原理示意图；
图5是根据本发明其中一实施例的跟随车辆避障原理示意图；
图6是根据本发明其中一实施例的通信流程示意图；
图7是根据本发明其中一实施例的车辆编队控制***的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
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“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，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，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例，提供了一种车辆编队控制方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在包含至少一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
该方法实施例还可以在包含存储器和处理器的电子装置、类似的控制装置或者云端中执行。以电子装置为例，电子装置可以包括一个或多个处理器和用于存储数据的存储器。可选地，上述电子装置还可以包括用于通信功能的通信设备以及显示设备。本领域普通技术人员可以理解，上述结构描述仅为示意，其并不对上述电子装置的结构造成限定。例如，电子装置还可包括比上述结构描述更多或者更少的组件，或者具有与上述结构描述不同的配置。
处理器可以包括一个或多个处理单元。例如：处理器可以包括中央处理器（central processing unit，CPU）、图形处理器（graphics processing unit，GPU）、数字信号处理（digital signal processing，DSP）芯片、微处理器（microcontroller unit，MCU）、可编程逻辑器件（field－programmable gate array，FPGA）、神经网络处理器（neural-network processing unit ，NPU）、张量处理器（tensor processing unit ，TPU）、人工智能（artificial intelligent，AI）类型处理器等的处理装置。其中，不同的处理单元可以是独立的部件，也可以集成在一个或多个处理器中。在一些实例中，电子装置也可以包括一个或多个处理器。
存储器可用于存储计算机程序，例如存储本发明实施例中的车辆编队控制方法对应的计算机程序，处理器通过运行存储在存储器内的计算机程序，从而实现上述的车辆编队控制方法。存储器可包括高速随机存储器，还可包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器可进一步包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
通信设备用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括移动终端的通信供应商提供的无线网络。在一个实例中，通信设备包括一个网络适配器(network interface controller，NIC)，其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，通信设备可以为射频(radio frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。在本方案的一些实施例中，通信设备用于与手机、平板等移动设备连接，可以通过移动设备向电子装置发送指令。
显示设备可以为触摸屏式的液晶显示器（liquid crystal display，LCD）和触摸显示器（也被称为“触摸屏”或“触摸显示屏”）。该液晶显示器可使得用户能够与电子装置的用户界面进行交互。在一些实施例中，上述电子装置具有图形用户界面（graphical userinterface，GUI），用户可以通过触摸触敏表面上的手指接触和/或手势来与GUI进行人机交互，用于执行上述人机交互功能的可执行指令被配置/存储在一个或多个处理器可执行的计算机程序产品或可读存储介质中。
图1是根据本发明其中一实施例的车辆编队控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S101，确定领航车辆和跟随车辆。
具体的， 车辆编队包括领航车辆和多个跟随车辆，领航车辆作为头车，跟随车辆按照预设的队形跟随领航车辆行驶，进而形成车辆编队。因此，构建车辆编队时，首先需要指定领航车辆和跟随车辆。
可选的，指定领航车辆和跟随车辆时，可以随机指定，还可以根据预设指定规则进行指定。预设指定规则可以由设计人员根据实际需求设定。
步骤S102，配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度。
具体的，为了保持车辆编队的队形，跟随车辆与领航车辆之间相对距离和相对角度需要保持为目标相对距离和目标相对角度。
需要注意的是，配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度配置过程由执行该方法的电子设备或其它执行主体执行。
可选的，配置目标相对距离和目标相对角度时，可以根据预设车辆编队队形确认并配置。
步骤S103，根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场。
具体的，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围。
可以理解的是，虚拟安全场表示一个安全范围，在该范围外的障碍物，对跟随车辆无影响，在安全场内的障碍物需要检测出来进而控制跟随车辆进行避让。
需要说明的是，跟随车辆上设置雷达用于检测虚拟安全场内的障碍物。
可选的，在本发明的一些实施例中，领航车辆的制动距离是领航车辆从最大速度开始制动到停止所需要的距离。
可选的，在本发明的一些实施例中，领航车辆的制动距离是领航车辆从当前速度开始制动到停止所需要的距离。
步骤S104，响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
具体的，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系。预设避障角度公式可以根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数确定避障角度。
可选的，跟随车辆与障碍物之间的实时关系包括跟随车辆与障碍物之间的相对距离和相对角度。
步骤S105，根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可以理解的是，避障角度为领航车辆躲避障碍物需要调整的航向角，该避障角度的计算考虑了目标相对角度和目标相对距离。根据考虑了目标相对角度和目标相对距离的避障角度控制跟随车辆，可以在躲避障碍物的同时，保证车辆编队队形较为整齐。
在本发明实施例中，确定领航车辆和跟随车辆；配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。通过构建虚拟安全场并检测虚拟安全场中是否存在障碍物，当存在障碍物时，考虑目标相对角度和目标相对距离确定避障角度并根据避障角度控制跟随车辆的运行，跟随车辆既可以避障避碰，同时又能在一定程度上保持编队队形，进而可以解决现有的编队控制方法中，车辆编队中的跟随车辆避障时车辆编队队形混乱的技术问题。
需要说明的是，当领航车辆和跟随车辆均不需要进行避障时，采用预设的编队控制算法对领航车辆和跟随车辆进行控制，具体如下：
参照图2，图2是对单个车辆运动时的运动模型进行示例，车辆当前位姿为，其中/>为车辆坐标系原点；/>为车辆当前的航向角；/>和/>分别为车辆的线速度和角速度。车辆的运动模型描述为：
公式（1）
其中，为车辆速度为/>时车辆的位姿。
需要注意的是，采用预设的编队控制算法对领航车辆和跟随车辆进行控制时，首先确定领航车辆，然后根据领航车辆自身配置的惯性导航***获取车辆自身的位置坐标和航向角，跟随车辆在预设的编队控制算法的控制下，根据领航车辆的位姿变化进行动态追踪，调整和领航车辆之间的相对位置和相对角度。
可以理解的是，领航车辆作为编队的参考点，不做调整，队形保持的任务由跟随车辆完成。
可选的，领航车辆的位置坐标和航向角信息可以上传到预设的云平台，其它跟随车辆则通过预设的云平台获取到领航车辆的位姿变化，进而根据领航车辆的位姿变化调整和领航车辆之间的相对位置和相对角度。
参照图3，图3是领航车辆与跟随车辆之间的车辆运动模型，其中为领航车辆，/>为跟随车辆，它们的位姿分别为/>、/>；/>和/>分别为领航车辆的线速度和角速度；/>和/>分别为跟随车辆的线速度和角速度；车辆坐标系原点到车辆旋转中心的距离为；/>和/>分别为领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；/>和/>分别为二者的实际相对距离和实际相对角度；/>和/>分别为二者的相对距离和相对角度的变化率，其中/>的相对距离变化率为/>，相对角度变化率为/>；/>的相对距离变化率为/>，相对角度变化率为/>；由图3可推导出编队的动态模型为：
公式（2）
其中；
采用预设的编队控制算法的目的在于，当时间时，令/>，/>。
将此闭环控制律描述为：
公式（3）
其中和/>为常增益系数。将公式(3)代入到公式(2)中，即可得到跟随车辆的控制律为：
公式（4）
其中，。
可以理解的是，通过预设的云平台获取领航车辆的位姿和运动状态，跟随车辆即可执行公式(4)中的运动控制策略，完成编队队形保持的任务。
可选的，在步骤S103中，根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场包括如下步骤：
步骤S1031，根据跟随车辆的制动距离确定安全距离。
具体的，根据制动距离确定安全距离时，将制动距离与预设系数相乘得到的乘积作为安全距离。其中，预设系数为根据实际需求设定的大于或等于的1正数。
可选的，在本发明的一些实施例中，预设系数为1，制动距离直接作为安全距离。
步骤S1032，以安全距离为半径，跟随车辆的几何中心为圆心，确定圆形区域作为虚拟安全场。
可以理解的是，虚拟安全场是一个以安全距离为半径，跟随车辆的几何中心为圆心的圆形区域。
可选的，在本发明的一些实施例中，虚拟安全场可以为其它形状，示例性的，虚拟安全场的形状可以为方形或椭圆形。
可选的，虚拟安全场包括第一分区和第二分区，其中，第一分区为半径小于安全距离、圆心为虚拟安全场的圆心的圆形区域，第二分区与第一分区共同构成虚拟安全场；响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度包括：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物的所属分区；根据障碍物的所属分区，确定角度调节值；根据角度调节值、目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可以理解的是，当虚拟安全场为圆形区域时，第一分区为圆形区域，第二分区对应的区域为圆环。
具体的，虚拟安全场内存在障碍物时，确定障碍物在虚拟安全场的所属分区，然后根据障碍物所属分区，确定角度调节值。其中，角度调节值为预设值，第一分区和第二分区分别对应一个预设的角度调节值。
需要说明的是，第一分区对应的角度调节值大于第二分区对应的角度调节值。
示例性的，当障碍物存在于第一分区时，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定初始避障角度，然后将初始避障角度与第一分区对应的角度调节值进行相加确定避障角度。当障碍物存在于第二分区时，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定初始避障角度，然后将初始避障角度与第二分区对应的角度调节值进行相加确定避障角度。
可选的，在本发明的一些实施例中，可以将虚拟安全场分为三个、四个乃至更多分区。
可选的，在步骤S104中，响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度可以包括如下步骤：
步骤S1041，响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物与跟随车辆之间的当前距离，确定障碍物与领航车辆的行驶方向的当前夹。
步骤S1042，根据当前距离、当前夹角、目标相对距离和目标相对角度，利用预设避障角度公式确定避障角度。
具体的，如图5所示，图中所示保护壳内的区域即为虚拟安全场对应区域，当跟随车辆检测到有障碍物进入到虚拟安全场中时，跟随车辆将调整前进方向，将这个需要调整的角度与保持编队队形的角度相结合，即利用预设避障角度公式，得到跟随车辆需要旋转的角度，/>即为避障角度，预设避障角度公式如下：
公式（5）
其中，为虚拟安全场的半径；/>为虚拟安全场内距离车辆最近的障碍物与跟随车辆的距离；/>表示最近障碍物的方向与跟随车辆正方向的夹角；/>和/>分别为领航车辆与跟随车辆之间的期望距离和期望角度。
可选的，根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆包括：根据避障角度确定跟随车辆的目标线速度和目标角速度；根据目标线速度和目标角速度，确定跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号；根据油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号控制领航车辆。
具体的，当得到目标角度后，可以根据预设的编队控制算法确定跟随车辆的目标线速度和目标角速度，然后根据目标线速度和目标角速度，确定跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号，最后根据油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号控制领航车辆。
可选的，车辆编队控制方法还包括：响应于虚拟安全场内不存在障碍物，根据目标相对距离和目标相对角度，控制跟随车辆运行。
具体的，若虚拟安全场内未检测到障碍物，根据目标相对距离和目标相对角度采用预设的编队控制算法，控制跟随车辆的运行。
可选的，车辆编队控制方法还包括：利用人工势场算法为领航车辆规划行驶路径；根据行驶路径控制领航车辆运行。
具体的，当车辆编队采用预设的编队控制算法时，领航车辆将独自承担整个***运动轨迹规划的任务，因此它避障能力的优劣具有十分重要的意义。考虑到领航车辆是编队的引导者，需要具备较高的灵活性，因此采用人工势场法作为领航车辆的导航算法，为其赋予避障并驶向目标点的能力。
人工势场法具有实时、灵活、快速的特点，以势场论作为理论基础，假设环境中存在势场。如图4所示，领航车辆同时受到障碍物和目标点的势场作用，其中在障碍物附近受斥力，方向指向与障碍物相反的方向；同时受目标点产生的引力，方向指向目标点，二者矢量相加，合力方向即为领航车辆的运动方向。
人工势场法原理如下：
引力势函数由领航车辆与目标点之间的距离决定，当二者之间的距离越远时，其势能越大，反之势能越小；/>为领航车辆受到的引力。将引力势函数/>与引力/>分别定义为：
公式（6）
公式（7）
其中，为比例增益系数；/>、/>分别为领航车辆与目标点的位置；/>表示领航车辆到目标点的距离。
斥力函数为障碍物对领航车辆产生的斥力，二者之间的距离越近时，/>越大，反之/>越小。我们将斥力势函数/>和斥力/>分别定义为：
公式（8）
公式（9）
其中，为比例调节系数；/>为斥力场影响范围的半径，代表障碍物能对领航车辆运动行为产生影响的最大范围；/>为领航车辆与障碍物的距离。
引力函数和斥力函数矢量相加即可得到总势函数，因此总势函数为：
公式（10）
领航车辆所受合力为：
公式（11）
通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
在本实施例中还提供了一种车辆编队控制***，该***用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”为可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图7是根据本发明其中一实施例的车辆编队控制***200的结构框图，如图7所示，以车辆编队控制***200进行示例，包括：第一确定模块201，用于确定领航车辆和跟随车辆；配置模块202，用于配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；第二确定模块203，用于根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，虚拟安全场用于表征跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；第三确定模块204，用于响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，动态参数用于表示跟随车辆与障碍物之间的实时关系；控制模块205，用于根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可选的，第二确定模块203还用于：根据跟随车辆的制动距离确定安全距离；以安全距离为半径，跟随车辆的几何中心为圆心，确定圆形区域作为虚拟安全场。
可选的，虚拟安全场包括第一分区和第二分区，其中，第一分区为半径小于安全距离、圆心为虚拟安全场的圆心的圆形区域，第二分区与第一分区共同构成虚拟安全场；第三确定模块204还用于：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物的所属分区；根据障碍物的所属分区，确定角度调节值；根据角度调节值、目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，第三确定模块204还用于：响应于虚拟安全场内存在障碍物，确定障碍物与跟随车辆之间的当前距离，确定障碍物与领航车辆的行驶方向的当前夹角；根据当前距离、当前夹角、目标相对距离和目标相对角度，利用预设避障角度公式确定避障角度。
可选的，控制模块205还用于：根据避障角度确定跟随车辆的目标线速度和目标角速度；根据目标线速度和目标角速度，确定跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号；根据油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号控制领航车辆。
可选的，控制模块205还用于：响应于虚拟安全场内不存在障碍物，根据目标相对距离和目标相对角度，控制跟随车辆运行。
可选的，控制模块205还用于：利用人工势场算法为领航车辆规划行驶路径；根据行驶路径控制领航车辆运行。
本发明的实施例还提供了一种云平台，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一实施例中所述的车辆编队控制方法。
可选地，在本实施例中，上述云平台中的处理器可以被设置为运行计算机程序以执行以下步骤：
步骤S101，确定领航车辆和跟随车辆。
步骤S102，配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度。
步骤S103，根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场。
步骤S104，响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
步骤S105，根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
可以理解的是，通过云平台控制车辆，可以利用云端的计算资源运行数据处理部分，使车辆能够规避控制器计算能力较弱的短板，专注于环境信息采集和任务执行，对环境和任务的变化做出快速响应。云端拥有庞大的资源池，能够按需提供云计算和云存储服务。云平台采用虚拟化技术运行在隔离的计算机***中，兼具大型服务器的运算能力和优质网络带宽的数据传输能力，包含完整的硬件、网络功能以及独立的操作***，具有强大的解算能力。
可选的，参照图6，云平台用于与领航车辆或跟随车辆进行通信并控制领航车辆和跟随车辆的运行。具体的，领航车辆或跟随车辆作为客户端，云平台作为服务端。在客户端侧：创建客户端Socket发起连接；判断是否连接成功，若连接成功，客户端Socket进入连接状态；若连接失败，重新执行创建客户端Socket发起连接的步骤；当客户端处于连接状态后，可以选择主动断开连接。在服务端侧，创建监听Socket进入监听状态；持续监听是否有连接请求；监听到连接请求后，创建服务Socket接收信息；时刻判断客户端是否断开，若断开，继续监听连接请求，若未断开，继续接收信息。
本发明的实施例还提供了一种非易失性存储介质，非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，计算机程序被设置为在计算机或处理器上运行时，执行上述任一实施例中所述的车辆编队控制方法。
可选地，在本实施例中，上述计算机程序可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
步骤S101，确定领航车辆和跟随车辆。
步骤S102，配置领航车辆和跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度。
步骤S103，根据跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场。
步骤S104，响应于虚拟安全场内存在障碍物，根据目标相对距离、目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
步骤S105，根据避障角度控制跟随车辆跟随领航车辆形成车辆编队。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的一些实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种车辆编队控制方法，其特征在于，包括：
确定领航车辆和跟随车辆；
配置所述领航车辆和所述跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；
根据所述跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，所述虚拟安全场用于表征所述跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；
响应于所述虚拟安全场内存在所述障碍物，根据所述目标相对距离、所述目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，所述动态参数用于表示所述跟随车辆与所述障碍物之间的实时关系；
根据所述避障角度控制所述跟随车辆跟随所述领航车辆形成车辆编队。
2.根据权利要求1所述的车辆编队控制方法，其特征在于，所述根据所述跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场包括：
根据所述跟随车辆的制动距离确定安全距离；
以所述安全距离为半径，所述跟随车辆的几何中心为圆心，确定圆形区域作为所述虚拟安全场。
3.根据权利要求2所述的车辆编队控制方法，其特征在于，所述虚拟安全场包括第一分区和第二分区，其中，所述第一分区为半径小于所述安全距离、圆心为所述虚拟安全场的圆心的圆形区域，所述第二分区与所述第一分区共同构成所述虚拟安全场；
所述响应于所述虚拟安全场内存在障碍物，根据所述目标相对距离、所述目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度包括：
响应于所述虚拟安全场内存在障碍物，确定所述障碍物的所属分区；
根据所述障碍物的所属分区，确定角度调节值；
根据所述角度调节值、所述目标相对距离、所述目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度。
4.根据权利要求1所述的车辆编队控制方法，其特征在于，所述响应于所述虚拟安全场内存在障碍物，根据所述目标相对距离、所述目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度包括：
响应于所述虚拟安全场内存在所述障碍物，确定所述障碍物与所述跟随车辆之间的当前距离，确定所述所述障碍物与所述领航车辆的行驶方向的当前夹角；
根据所述当前距离、所述当前夹角、所述目标相对距离和所述目标相对角度，利用预设避障角度公式确定避障角度。
5.根据权利要求1所述的车辆编队控制方法，其特征在于，所述根据所述避障角度控制所述跟随车辆跟随所述领航车辆包括：
根据所述避障角度确定所述跟随车辆的目标线速度和目标角速度；
根据所述目标线速度和所述目标角速度，确定所述跟随车辆的油门踏开度信号、制动踏板开度信号和方向盘转角信号；
根据所述油门踏开度信号、所述制动踏板开度信号和所述方向盘转角信号控制所述领航车辆。
6.根据权利要求1所述的车辆编队控制方法，其特征在于，还包括：
响应于所述虚拟安全场内不存在所述障碍物，根据所述目标相对距离和所述目标相对角度，控制所述跟随车辆运行。
7.根据权利要求1所述的车辆编队控制方法，其特征在于，还包括：
利用人工势场算法为所述领航车辆规划行驶路径；
根据所述行驶路径控制所述领航车辆运行。
8.一种车辆编队控制***，其特征在于，包括：
第一确定模块，用于确定领航车辆和跟随车辆；
配置模块，用于配置所述领航车辆和所述跟随车辆之间的目标相对距离和目标相对角度；
第二确定模块，用于根据所述跟随车辆的制动距离确定虚拟安全场，其中，所述虚拟安全场用于表征所述跟随车辆与障碍物之间的安全距离的范围；
第三确定模块，用于响应于所述虚拟安全场内存在所述障碍物，根据所述目标相对距离、所述目标相对角度和动态参数，利用预设避障角度公式确定避障角度，其中，所述动态参数用于表示所述跟随车辆与所述障碍物之间的实时关系；
控制模块，用于根据所述避障角度控制所述跟随车辆跟随所述领航车辆形成车辆编队。
9.一种云平台，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述权利要求1至7任一项中所述的车辆编队控制方法。
10.一种非易失性存储介质，其特征在于，所述非易失性存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为在计算机或处理器上运行时，执行上述权利要求1至7任一项中所述的车辆编队控制方法。
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