[发明专利]一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法

权利要求书

1.一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将公路路段中随机分布的若干车辆进行标记，其中V0是需要进行换道的车辆，V1、V2、V3是协同V0进行换道的车辆，V4和V5并不直接参与协同控制，但V4和V5的运动状态会限制V1和V3的运动轨迹，当V0需要进行换道时，将换道请求传入联网车辆控制中心，联网车辆控制中心获取道路实时交通信息，获取所有车辆的初始状态S_i(v_i,x_i,y_i)，i＝1～5；其中，v_i为速度，x_i为横向位置，y_i为纵向位置；

步骤S2、判断车辆V0是否为联网车辆，若是，则转至步骤S3，若不是，则不进行联网控制；

步骤S3、当车辆V0发出换道请求时，获取需要进行换道的车辆V0的初始状态S₀(v₀,x₀,y₀)，其中，v₀为速度，x₀为横向位置，y₀为纵向位置；

步骤S4、根据所有联网车辆位置信息，结合已传入联网车辆控制中心的初始状态矢量，确认相关车辆；

步骤S5、根据得到的相关车辆V1～V5初始状态矢量，计算相关车辆V1～V5换道的加速度组合；所述的加速度组合包括纵向加速度和横向加速度；

纵向加速度计算步骤如下：

(5-1)记Δa为车辆速度最小变量，取值范围为[0.01,0.1]，a₀＝0+nΔa，n为自然数，根据约束条件，分别求出a₁,a₂和a₃的相对优化解，如果{a₀,a₁,a₂,a₃}是个可行解，由目标函数获得评价指标G+；

(5-2)保持同样的Δa，a₀＝0-nΔa，根据约束条件，分别求出a₁、a₂和a₃的相对优化解，如果{a₀,a₁,a₂,a₃}是个可行解，由目标函数获得评价指标G-；

(5-3)将G+与G-进行比较，将较优值记为G#；

(5-4)将G#与上个最优值进行比较：G*表示最小加权加速度之和，如果G#G*，则G*＝G#，否则不改变G*；

(5-5)若还未找到满足要求的方案，返回步骤(5-1)开始循环；

所述目标函数表示为：

其中，g₀＜＜g_i(i＝{1,2,3}),g₀和g_i均为可变系数；G为加权加速度之和，a_i＝{a₀，a₁,a₂,a₃}，a₀、a₁、a₂、a₃分别对应车辆V0、V1、V2和V3的加速度，和分别表示所有车辆的最大减速度和最大加速度；

目标函数满足以下约束：

v₀+t_fa₀,v₁+t_fa₁,v₂+t_fa₂,v₃+t_fa₃∈[v_min,v_max]

其中，t_f表示换道时间，v_min和v_max分别表示车辆的最小和最大速度限值；v₀、v₁、v₂、v₃分别表示V0、V1、V2和V3的速度；

约束条件如下：

V1的纵向约束：

V2的纵向约束：

V3的纵向约束：

表示V1受到V4约束时所能取到的最大加速度值，表示V3 受到V5约束时所能取到的最大加速度值，使用两种策略来确定和的值，如下式所示：

其中，y₀,y₁,y₂,y₃,y₄,y₅为变道开始时V0、V1、V2、V3、V4、V5的纵坐标，a₀、a₁、a₂和a₃分别对应车辆V0、V1、V2和V3的加速度；L是整个变道过程中车辆的纵向位移，Δl表示最小安全距离，与车速有关；Len(Vi)表示Vi的车长，表示可行的最大加速度；

所述的纵向位移L与换道时间t_f根据以下横向运动约束得到：

换道车辆纵向运动约束：

其中d表示车道宽度，L表示换道过程中车辆的纵向位移，y为车辆纵坐标,h(y)为车辆横坐标关于车辆纵坐标的函数，

车辆与车道的倾角为：

其中v₀为换道车辆进行车道变换时的初始速度，α和β是待定系数；

根据车辆纵向约束公式和车辆与车道的倾角公式，用三角函数来估算车辆换道所需时间和纵向位移：

当a₀≠0，车道变换所需时间t_f为：

当a₀＝0，车道变换所需时间t_f为：

纵向位移L为：

根据上述条件计算车辆加速度组合，如果有可行解，则得到相应的动力学参数；如果无解，回到步骤(5-1)寻找新的加速度组合(a₀,a₁,a₂,a₃)；

步骤S6、采用遍历搜索算法，对于最优加速度组合进行求解；如果遍历未完成就已经找到满足要求的方案，遍历算法提前结束；

步骤S7、相关车辆按照步骤S6计算出来的运动参数进行自动驾驶。