[发明专利]高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法

说明书

本发明公开了高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法，包括：构建强制换道场景；计算混合交通流处于平衡态时四种类型车辆的存在概率，基于车道管理策略计算自动驾驶专用车道和通用车道的交通量，构建混合交通流运行条件；CAV选择在CAV换道模型的成本函数值J最小时进行换道。本发明高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法分析CAV驶离CAV‑L对交通状态的影响，建立CAV换道意图生成点位置与换道决策模型，研究成果为未来的高速公路混合交通流管理提供重要的技术指导，也为高速公路自动驾驶专用车道部署落地提供理论基础。

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，涉及高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法。

背景技术

近年，随着人工智能技术的日益成熟，自动驾驶技术的研发由纯理论研究逐渐转向理论研究与具体实车测试相结合，这意味着今后车辆行驶的交通模式将进入CAV与人工驾驶车辆(Human Manual Vehicles,HMV)混行的阶段。然而，自动驾驶技术的普及受到较多因素限制，如受众接受程度、道路基础设施匹配程度、相关法律法规等，在技术达到成熟的过程中交通模式仍需要经历一段较长时间的CAV与HMV混行的阶段。此外，由于混合交通流(指CAV与HMV混行的混合交通流)特性及其安全性尚不明晰。故，众多交通学者提出适当在高速公路部署自动驾驶专用车道(Connected and Automated Vehicles Dedicated Lane，CAV-L)的设想，通过合理布设自动驾驶专用车道以分离混合交通流，达到提高通行效率和交通安全的目的。

已有研究证明设置自动驾驶专用车道的必要性和可行性，并构建优化模型获取专用车道部署的最佳方案，且大部分研究仅考虑平衡态下主线通行能力，建立解析模型或者运用仿真技术分析CAV-L的收益，忽略了CAV驶离/驶入对交通流的影响，该区域属于限制高速公路通行能力的瓶颈区，其运行效率决定了整体高速公路的运行质量。因此，有必要研究CAV驶离/驶入CAV-L对交通状态的影响，建立CAV换道决策方法，保障CAV换道安全。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法，分析CAV驶离CAV-L对交通状态的影响，建立CAV换道意图生成点位置与换道决策模型；然后在此基础上构建不同影响因素下的换道成本函数，并解析在不同影响因素下CAV行驶效率性与换道安全性的最佳平衡点，最后综合考虑行驶效益与换道安全性，提出CAV换道决策模型，并通过数值与仿真分析不同交通需求、不同换道准备距离及不同CAV的市场渗透率p下CAV换道对交通安全的影响，解决了现有技术中存在的忽略CAV驶离/驶入对交通流影响的问题。

本发明所采用的技术方案是，高速公路下匝道分流区域的CAV换道决策方法，包括以下步骤：

构建高速公路下自动驾驶专用车道行驶的CAV在下匝道分流区域的强制换道场景；

在强制换道场景下，计算混合交通流处于平衡态时四种类型车辆的存在概率，基于车道管理策略计算自动驾驶专用车道和通用车道的交通量，构建混合交通流运行条件；

构建CAV换道模型的成本函数，CAV选择在CAV换道模型的成本函数值J最小时进行换道。

本发明的有益效果是：

(1)本发明实施例针对部署CAV-L的高速公路，分析CAV驶离CAV-L对交通状态的影响，建立CAV换道意图生成点位置与换道决策模型；然后在此基础上构建不同影响因素下的换道成本函数，并解析在不同影响因素下CAV行驶效率性与换道安全性的最佳平衡点，最后综合考虑行驶效益与换道安全性，提出CAV换道决策模型及方法，并通过数值与仿真分析不同交通需求、不同换道准备距离及不同CAV的市场渗透率p下CAV换道对交通安全的影响；

(2)本发明实施例考虑了CAV之间自编队技术，并基于CAV与HMV的的混合交通流特性提出了一个动态的道路通行能力计算方法，与实际相符，符合未来自动驾驶车辆与传统车混行的大环境；