本发明属于智能交通技术领域，具体地涉及一种基于carsim和simulink软件的基于联合仿真系统的车辆队列测试方法。
背景技术：
汽车工业的发展给人们的交通带来了巨大的便利，但汽车保有量的迅速上升也带来了道路事故、交通堵塞、环境污染等问题。安全、节能、环保是汽车工业发展的永恒主题，如何在保障交通安全前提下、缓解交通拥堵，提高交通运行效率是智能交通系统重要的研究方向。
随着传感器技术、无线通信技术和智能车辆技术的发展，车路协同技术逐渐成为智能交通发展的新方向。车辆队列作为智能交通应用之一，通过车车协同技术进行队列控制，在保证安全性的基础上缩短跟车间距，减小跟随车辆速度波动，有利于提高交通效率、燃油经济性和驾乘舒适性，因此有必要研究车辆队列控制系统。而对于队列控制算法可靠性验证，直接实车上路验证成本较大，且具有风险性，因此，有必要对车辆队列控制系统进行仿真验证。但是目前研究车辆队列控制系统的公司非常少，并没有一款仿真可以对车辆队列控制系统进行仿真测试。
目前主流的汽车动力学仿真软件有adams、carsim以及vedyna，其中，carsim是专门针对车辆动力学的仿真软件，carsim模型在计算机上运行的速度比实时快3-6倍，可以仿真车辆对驾驶员，路面及空气动力学输入的响应，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性，同时被广泛地应用于现代汽车控制系统的开发。carsim软件可进行精细车辆动力学模型搭建，matlab/simulink多用于控制算法搭建。本发明因此而来。
技术实现要素：
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供了一种基于联合仿真系统的车辆队列测试方法，基于carsim和simulink软件搭建一种联合仿真系统，实现对车辆队列场景的联合仿真，对队列控制方法可靠性进行验证，可以减少实车试验，提高实车试验安全性，节省时间和成本。
本发明的技术方案是：
一种基于联合仿真系统的车辆队列测试方法，包括以下步骤：
s01：选择队列车辆间信息流拓扑结构和队列几何构型，确定队列控制目标和评价指标；
s02：在carsim中搭建车辆模型，构成具有n辆车的队列场景，建立仿真运行工况，设置控制车辆队列行驶所需的输入输出参数；
s03：采用线性速度控制器根据接收到的邻域车辆状态信息和自车信息在matlab/simulink中搭建控制策略，对车辆队列行驶稳定性进行验证。
优选的，队列控制目标为跟随车与领航车速度保持一致，且相邻两车之间的距离保持为期望车距；根据控制目标确定评价指标为跟车间距误差和车速误差。
优选的，所述步骤s02具体包括：
s21：在carsim车辆参数设置界面中搭建领航车及跟随车辆模型，构成具有n辆车的队列场景；
s22：在carsim仿真工况设置界面中设置领航车的车速工况，所述车速工况遍历加速、减速和匀速，跟随车辆与领航车的初始车速相同；
s23：确定车辆间期望车距，根据期望车距设置各车辆起始位置，设置仿真运行时间和仿真步长；
s24：在carsim中设置各车辆在运行过程中实时输出速度和位置信息，跟随车辆实时接收邻域车辆状态信息结合自车状态信息决策得出的期望车速信息，设置跟随车辆的外部输入变量为期望车速信息。
优选的，所述步骤s03中的线性速度控制器根据接收到的邻域车辆速度、位置信息结合自车速度、位置信息进行控制，控制公式为：
其中：
优选的，在carsim中指定对应的simulink控制模型所在的路径，simulink模型接收carsim中输出的邻域车辆速度、位置信息和自车的速度、位置信息，按照控制公式进行控制模型搭建，调节
与现有技术相比，本发明的优点是：
采用carsim和simulink虚拟软件搭建联合仿真模型，可以在实车试验之前初步验证车辆控制算法的可靠性，先仿真后实车可以大大减少实车试验，降低实车试验时间和成本，提高安全性和经济性。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明基于联合仿真系统的车辆队列测试方法的流程框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
实施例：
下面结合附图，对本发明的较佳实施例作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种基于联合仿真系统的车辆队列测试方法，包括以下步骤：
（1）选择队列车辆间信息流拓扑结构和队列几何构型，确定队列控制目标和评价指标。
队列间车辆信息流拓扑结构是用于描述车辆节点间信息传递的拓扑关系，常见具有前车跟随式、前车-领航者跟随式，双前车跟随式，双前车-领航者跟随式和双向跟随式等。
队列几何构型是用于描述相邻两个车辆节点之间的期望车间距，主要包括恒定距离型、恒定时距型和非线性距离型。
车辆队列控制的目标是要求跟随车与领航车速度保持一致，且相邻两车之间的距离保持为期望车间距，用公式可表示为：
式中：
控制性能评价指标依据控制目标确定为跟车间距误差和车速误差。
定义跟车间距误差为：
速度误差为：
（2）在carsim中搭建车辆模型，建立仿真运行工况，设置控制车辆队列行驶所需的输入输出参数。
步骤21：在carsim车辆参数设置界面中搭建领航车及跟随车辆模型，构成具有n辆车的队列场景。
步骤22：在carsim仿真工况设置界面中设置领航车的车速运行工况，即期望行驶车速随时间的变化曲线。领航车从起动开始加速行驶至一定车速后匀速，一段时间后开始制动减速行驶至一定车速，使车速工况遍历加速、减速和匀速。假设队列车辆间无初始速度误差，跟随车辆只需设置与领航车相同的初始车速，无需设置速度工况。
步骤23：假定队列各车之间无初始车间距误差，确定期望车间距
步骤24：carsim中设置各车辆在运行过程中实时输出速度和位置信息。跟随车辆实时接收邻域车辆状态信息结合自车状态信息决策出目标车速，因此设置跟随车辆的外部输入变量为决策得出的期望车速信息。
（3）采用线性速度控制器根据信息流结构在matlab/simulink中搭建控制策略，将carsim和matlab/simulink联合进行仿真，对车辆队列行驶稳定性进行验证。
所述的线性速度控制器根据接收到的邻域车辆速度、位置信息结合自车速度、位置信息进行控制，用公式表示如下：
其中：
在carsim中指定对应的simulink控制模型所在的路径，simulink模型接收carsim中输出的邻域车辆速度位置信息和自车的速度位置信息，按照式2进行控制模型搭建，调节
（4）仿真结果查看
在carsim中可观看车辆队列行驶仿真动画，还可输出仿真结果曲线。从联合仿真结果中可得出所搭建的速度控制器是否能够满足车辆队列控制目标要求，保障队列稳定行驶。若不满足，则不断调节控制器增益参数
本发明通过在carsim中搭建车辆队列模型，在simulink中建立控制算法，设置输入输出接口参数实现两种软件的联合仿真，充分发挥了carsim的车辆动力学模型优势，使车辆队列场景的控制性能仿真更加接近实车，更有利于对控制算法进行验证，提高了仿真结果的真实性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。