[发明专利]一种基于车车通信的多车协同换道控制方法

权利要求书

1.一种基于车车通信的多车协同换道控制方法，其特征在于，采用如下步骤进行：

步骤一：在道路场景中所有车辆以符合交通规则的任意状态行驶，在多车协同换道每个控制周期内，每辆车均通过车车通信向周围车辆播报自车信息；

预换道时，首先由换道车辆发出换道请求，由率先发起换道请求的车辆，或者同时发起换道请求中位于行驶前列的车辆作为总控车辆，接收换道车辆的换道请求及该场景中所有车辆的位置、速度、加速度信息；

步骤二：所述总控车辆根据所有车辆信息和车辆参数，规划初始协同换道轨迹，并根据该换道轨迹以及当前各车辆的行驶状态，计算换道车辆与直行车辆之间的安全距离以及换道车辆与换道车辆之间的安全距离，若该换道轨迹下各车辆满足安全距离要求，则总控车辆向各车辆分发该换道轨迹数据，使换道车辆按照规划好的轨迹换道，若该换道轨迹下各车辆不能满足安全距离要求，则需要重新规划换道轨迹，放弃换道；

步骤三：在换道过程中，总控车辆根据换道轨迹及周围车辆行驶状态，在每个控制周期内实时计算换道车辆与直行车辆之间的安全距离以及换道车辆与换道车辆之间的安全距离，并实时判断实际行车距离是否满足安全距离；

若实际行车距离被判断为安全，则换道车辆按照初始换道轨迹继续进行协同换道；若换道过程中实际行车距离被判断为不安全，则由总控车辆根据当前所有车辆状态信息重新规划换道轨迹，并重新计算安全距离，当实际行车距离再次被判断为安全时，才能继续换道，否则换道车辆放弃换道，返回原道行驶；

换道车辆与直行车辆之间，包括四种安全距离情形：

换道车辆M与目标车道前车L_d之间的安全距离、换道车辆M与目标车道后车F_d之间的安全距离、换道车辆M与初始车道前车L_o之间的安全距离、换道车辆M与初始车道后车F_o之间的安全距离；

换道车辆M与目标车道前车L_d之间的安全距离模型MSS(M,L_d)为：

t∈[t₁,t_fin]

b_M∈[-B_M,B_M]

其中t₁满足：

x_M(t)表示t时刻换道车辆质心纵向位置，x_M(0)表示换道起始时刻换道车辆质心纵向位置，L_fM表示换道车辆中心到前保险杠的距离，θ表示换道车辆行驶方向与车道纵向坐标轴之间的夹角，b_M表示换道车辆前、后保险杠上一点到相应保险杠中点距离的二倍，y_M(t)表示换道车辆质心横向位置，B_M表示换道车辆宽度；

x_Ld(t)表示t时刻目标车道前车质心纵向位置，x_Ld(0)表示起始时刻目标车道前车质心纵向位置，y_Ld(t)表示目标车道前车质心横向位置，B_Ld表示目标车道前车宽度；t_fin表示换道完成时刻；

换道车辆M与目标车道后车F_d之间的安全距离模型为：

MSS(M,F_d)＝max(MSS₁(M,F_d),MSS₂(M,F_d))

其中，

t∈[t₁,t₂]

l∈[-L_rM,L_fM]

s.t.t∈[t₂,t_fin]

其中t₁,t₂满足：

x_Fd(t)表示t时刻目标车道后车质心纵向位置，x_Fd(0)表示起始时刻目标车道后车质心纵向位置，x_M(t)表示t时刻换道车辆质心纵向位置，x_M(0)表示换道起始时刻换道车辆质心纵向位置，L_rM表示换道车辆中心到后保险杠的距离，L_fM表示换道车辆中心到前保险杠的距离，b_M表示换道车辆前、后保险杠上一点到相应保险杠中点距离的二倍，θ表示换道车辆行驶方向与车道纵向坐标轴之间的夹角，l表示换道车辆左、右侧面上的一点到车辆中心的纵向距离，y_M(t)表示换道车辆质心横向位置，B_M表示换道车辆宽度，y_Fd(t)表示目标车道后车质心横向位置，B_Fd表示目标车道后车宽度，t_fin表示换道完成时刻；

换道车辆M与初始车道前车L_o之间的安全距离模型为：

MSS(M,Lo)＝max(MSS₁(M,Lo),MSS₂(M,Lo))

其中，

s.t.t∈[0,t₁]

t∈[t₁,t₂]

l∈[-L_rM,L_fM]

其中t₁,t₂满足：

x_M(t)表示t时刻换道车辆质心纵向位置，x_M(0)表示换道起始时刻换道车辆质心纵向位置，x_Lo(t)表示t时刻初始车道前车质心纵向位置，x_Lo(0)表示起始时刻初始车道前车质心纵向位置，L_fM表示换道车辆中心到前保险杠的距离，L_rM表示换道车辆中心到后保险杠的距离，B_M表示换道车辆宽度，θ表示换道车辆行驶方向与车道纵向坐标轴之间的夹角，l表示换道车辆左、右侧面上的一点到车辆中心的纵向距离，y_M(t)表示换道车辆质心横向位置，y_Lo(t)表示初始车道前车质心横向位置，B_Lo表示初始车道前车宽度；

换道车辆M与初始车道后车F_o之间的安全距离模型为：

t∈[0,t₂]

b_M∈[-B_M,B_M]

t₂为换道车辆右后角离开初始车道后车左侧面的时刻；

x_Fo(t)表示t时刻初始车道后车质心纵向位置，x_Fo(0)表示初始时刻初始车道后车质心纵向位置，x_M(t)表示t时刻换道车辆质心纵向位置，x_M(0)表示换道起始时刻换道车辆质心纵向位置，L_rM表示换道车辆中心到后保险杠的距离，B_M表示换道车辆宽度，θ表示换道车辆行驶方向与车道纵向坐标轴之间的夹角，y_M(t)表示换道车辆质心横向位置，y_Fo(t)表示初始车道后车质心横向位置，B_Fo表示初始车道后车宽度。