[发明专利]一种车联网环境下的高速公路车辆强制换道控制方法

权利要求书

1.一种车联网环境下的高速公路车辆强制换道控制方法，其特征在于，该方法为：

在车联网环境下，通过车车通信获取周边车辆的运行信息，当某车辆有强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，对换道车辆及其他相关车辆的不同状态进行分析，并基于换道车辆及周边车辆的不同状态，对换道车辆的强制换道行为进行控制，实现强制换道行为的安全、高效实施；

所述的获取周边车辆的运行信息的方法是：在高速公路上行驶的车辆通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，数据交换的内容包括车辆位置、行驶速度、加速度，车辆位置包括车辆所在车道以及对应于某一参考点沿高速公路中央分隔带方向的横、纵向距离，在高速公路上行驶的车辆需严格遵守交通规则，包括高速公路最高限速v_max，最低限速v_min，最大加速度a_a，最大减速度a_d，最小安全间距h_safe，且以车队形式跟驰行驶时在车队中的车辆速度相等且通过车车联网以相同速度协同行进，且队列中的车辆车头间距不小于安全间距；

所述的强制换道包括但不限于：

a)当前车道在前方合并至其他车道致车道数减少；

b)前方存在分流匝道，包括互通立交或出口匝道，需换道选取正确路线；

c)前方由于事故原因，当前车道不可使用；

d)后方特种车辆请求超车，需清空当前车道；

所述的对换道车辆及其他相关车辆的不同状态包括旁道上无其他车辆、旁道上有前车而无后车、旁道上无前车而有后车、旁道上有前车也有后车四种状态，所述的旁道上有前车是指旁道上纵向位置在换道车辆前方，且距离当前车辆最近的车辆；旁道上有后车定义为旁道上纵向位置在换道车辆后方，且距离当前车辆最近的车辆，以v、x分别表示换道车辆的速度、纵向位置，v_旁，前、x_旁，前分别表示旁道前车的速度、纵向位置，v_旁，后、x_旁，后分别表示旁道后车的速度、纵向位置，初始状态下v_旁，前＝v_旁，后；

所述的对换道车辆的强制换道行为进行控制的方法为：

若旁道上无其他车辆，则直接换道；

若旁道上有前车而无后车，对旁道前车及自身的状态进行判断：

①前车速度大于或等于换道车速度且已经满足安全间距条件，即v_旁，前≥v且x_旁，前-x≥h_safe，则立即换道；

②前车速度大于或等于换道车辆速度但不满足安全间距条件，即v_旁，前≥v且x_旁，前-x＜h_safe，则换道车辆以最大减速度a_d进行减速，当达到以下条件之一时换道车辆停止减速：

a)换道车辆达到高速公路最低限速v_min；

b)与旁道前车达到安全间距；

若条件b)先满足，即在x_旁，前′-x′＝h_safe时，换道车辆停止减速并执行换道；若条件a)先满足，则换道车辆停止减速并保持v_min，直至条件b)满足时执行换道，待换道行为执行完毕后，换道车辆再以最大加速度a_a加速至旁道前车速度v_旁，前；

③前车速度小于换道车辆速度，即v_旁，前＜v，则换道车辆以最大减速度a_d减速至v_旁，前，在两车速度相等后，视为有前车而无后车的初始状态，重新判断换道条件并按照相应方法执行控制；

若旁道上无前车而有后车，对旁道后车及自身的状态进行判断：

①后车速度小于或等于换道车辆速度且已经满足安全间距条件，即v_旁，后≤v且x-x_旁，后≥h_safe，则换道车辆立即执行换道；

②若不满足①中的条件，即不可立即执行换道，则换道车辆以最大加速度a_a进行加速，旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆以最大减速度a_d进行减速，在换道车辆与旁道后车达到安全间距，即x′-x_旁，后′＝h_safe时，换道车辆执行换道，在达到安全间距前，若换道车辆达到高速公路最高限速v_max，则换道车辆停止加速，保持v_max至换道完成；若旁道后车及旁道车队中后车以后的其他车辆达到高速公路最低限速v_min，则换道车辆停止减速，保持v_min至换道完成，换道行为执行完毕后，旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆以最大加速度a_a加速至v_旁，后，换道车辆可保持v_max，也可调整速度至不小于v_旁，后的某一速度；

旁道上有前车且也有后车，对旁道车辆及自身的状态进行判断：

①若x_旁，前-x≥h_safe且v_旁，前≥v，则换道车辆以最大加速度a_a加速至v_旁，前，在此过程中换道车辆与旁道前车距离将始终不小于h_safe且不断增加，而旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆接收到换道请求后，开始以最大减速度a_d进行减速，直至换道车辆与旁道后车达到安全距离，即在x′-x_旁，后′≥h_safe时停止减速，并执行换道；

②若x_旁，前-x≥h_safe且v_旁，前＜v，则换道车辆、旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆均以最大减速度a_d进行减速，直至换道车辆速度等于旁道前车速度后，即v′＝v_旁，视为有前车也有后车的初始状态，重新判断换道条件并按照相应方法执行控制；

③若x_旁，前-x＜h_safe，则换道车辆、旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆同时以最大减速度a_d进行减速，直至同时满足以下两个条件：

a)换道车辆与旁道前车距离达到安全距离h_safe，

b)换道车辆速度不大于旁道前车速度，

若在满足以上两个条件前换道车辆或旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆达到高速公路最低限速v_min，则达到最低限速的车辆停止减速并保持速度，其他车辆继续执行减速，在满足a)、b)两个条件的情况下，再对换道车辆与旁道后车的速度与距离进行判断，若换道车辆与旁道后车之间距离满足安全间距且换道车辆速度小于旁道后车，即x′-x_旁，后′≥h_safe且v-a₂t₁＜v_旁-a₂t₁，则换道车辆继续以最大减速度a_d进行减速，而旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆以最大加速度a_a进行加速，直至它们的速度相等后，停止加速/减速，换道车辆执行换道，换道行为执行完毕后换道车辆、旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆再同时以最大加速度a_a加速至v_旁；若换道车辆与旁道后车之间距离满足安全间距且换道车辆速度大于或等于旁道后车，即x′-x_旁，后′≥h_safe且v-a₂t₁≥v_旁-a₂t₁，则换道车辆立即执行换道，待换道行为执行完毕后换道车辆、旁道后车以及旁道车队中后车以后的其他车辆再以最大加速度a_a加速至v_旁。