[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

说明书

本发明公开了一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法，包括步骤：S1、将公路路段中随机分布的若干车辆进行标记；S2、判断车辆是否为CAV，若是，则转至步骤S3，若不是，则计算车辆换道轨迹；S3、当车辆发出换道请求时，获取需要进行换道的车辆的初始状态；S4、根据车辆位置信息，结合已传入联网车辆控制中心的初始状态矢量，确认哪些车辆为相关车辆；S5、根据得到的车辆初始状态矢量，计算车辆换道的加速度组合；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；S7、车辆按照步骤S6计算出的运动参数进行自动驾驶。

技术领域

本发明涉及高速公路车辆换道控制技术研究领域，特别涉及一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法。

背景技术

随着经济社会的迅速发展，汽车保有量急剧增加，随之带来的能源短缺、环境污染、交通拥堵和事故频发等社会问题。智能网联条件下的自动驾驶车辆(ConnectedAutomated Vehicles/CAV)是解决这些社会问题的有效方案，代表着汽车行业未来的发展方向。智能网联条件下的自动驾驶车辆是新一轮科技革命背景下的新兴产品，可显著改善交通安全、实现节能减排、减缓交通拥堵、提高交通效率，并拉动汽车、电子、通信、服务、社会管理等行业协同发展，对促进汽车产业转型升级具有重大战略意义。

目前，物联网、移动互联网等技术正在快速发展，车联网(以车-车、车-路实时互联为特征)成为物联网最活跃的分支，而车载环境下的无线接入基础IEEE 802.11p和IEEE1609协议族分别于2010年11月、12月正式颁布。车联网技术为进行交通流精确控制提供了广阔的技术空间。

最近几年，有关自动驾驶的研究受到了广泛的关注，但是大部分只关注了跟驰行为的自动驾驶建模，而针对自动驾驶车辆的换道行为的规则研究较为不足。现有的换道行为研究主要以几何曲线法(李玮,王晶,段建民.基于多项式的智能车辆换道轨迹规划[J].计算机工程与应用,2012,48(3):242-245.)与人工势场法(刘法勇.基于改进人工势场法的车道保持系统研究[D].合肥工业大学,2017.)为主。然而，在当前的研究存在着一些不足之处。第一，上述模型更侧重于车辆运动场景的复原，车辆无法根据周围车辆状态进行调整、响应，因此这些模型在真实交通环境中可能失效。第二，在安全性方面，这些模型未考虑车辆的安全距离，和车辆在紧急制动情况下可能发生的碰撞。第三，上述模型未考虑车辆的协同驾驶，即可以通过操纵多台相关车辆达到系统最优。

考虑到车辆在高速公路环境下，在需要改变速度或规避风险时需要进行换道动作，而大量的换道往往会导致高速公路道路通行能力的锐减，严重时发生交通瘫痪。为解决这种问题，将智能网联技术与车辆控制技术引入高速公路，为高速公路的车辆换道运动过车进行精细化、系统性地统筹，进行以安全、高效为前提的全相关车辆控制，从而使交通系统的整体运行效率得到明显提升的车辆换道控制方法具有重要的意义。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法，该方法对个体车辆的换道运动过程进行精细化、系统性的统筹，从而使交通系统的整体运行效率得到明显提升。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种智能网联条件下的高速公路协同车辆换道控制方法，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，但是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(CVC)，联网车辆控制中心(CVC)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；