[发明专利]一种基于车车通信的多车协同换道控制方法

说明书

本发明公开一种基于车车通信的多车协同换道控制方法，考虑到多车道、多辆车同时换道、直行车辆做变速运动的复杂情景，提出了多车协同换道的控制策略，建立了直行车辆变加速工况下的安全距离模型及两个换道车辆之间的安全距离模型。采用五次多项式换道轨迹，以轨迹长度及舒适性为目标函数、以车辆纵横向速度等作为约束条件，利用优化求解的方法得到期望换道轨迹。在换道过程中，根据换道车辆与直行车辆的实时信息计算安全距离，在存在危险时重新规划轨迹，以避免发生碰撞事故，同时提高通行效率。

技术领域

本发明属于智能驾驶汽车主动安全控制技术领域，特别是涉及一种基于车车通信条件的多车协同换道控制策略，以避免换道过程中突发情况造成的碰撞事故。

背景技术

我国高速公路发展迅速，但安全性仍有待提高。据统计，我国高速公路事故发生率、死亡率都较高。事故原因中，未保持安全距离占比30％，违章变更车道占比13％，分别排在第二、第三位。车辆换道行为是车辆最基本的行驶行为之一，相关资料表明，75％的换道事故是因驾驶员认知错误，换道事故占美国约4％至10％的交通事故总量，并且导致了10％的交通延迟。

智能交通系统和车辆无线通信网络技术是解决现代交通问题的有效方法之一。智能交通系统将信息、通信、控制等先进技术运用于交通运输管理体系，建立起实时、准确、高效的运输管理；车辆无线通信网络可以实现车辆间的实时通信，是智能交通系统的基础信息承载平台，对减少交通事故的发生有重要意义。

目前，车辆自动换道分为单车自动换道、多车协同换道两类。单车自动换道研究已有一定成果，大多关注换道车辆与直行车辆之间的安全距离模型、换道轨迹规划、轨迹跟踪等方面。由于实际生活中常有多车道、多辆车同时进行换道的情景，因此近年来学者开始关注多车协同换道的控制策略研究。协同换道能够提高换道车辆的安全性、提高交通效率。

在多车协同换道领域，现有研究多集中于一辆车进行换道、直行车辆进行加/减速协同的方式，对多车同时换道的协同行为展开的研究较少，无法适应复杂路况，只能处理较为简单的两车道场景；在安全距离计算中，传统换道控制均仅在换道开始前利用当前时刻的车辆位置和速度信息进行计算，并假设直行车辆保持匀速行驶，没有考虑在换道过程中直行车辆运动状态的变化情况，与实际情况相差较大，且在此假设下仅考虑部分直行车辆的安全性；在控制策略方面，仅在换道开始前进行安全距离的检测及轨迹规划，策略单一缺少灵活性，当换道过程周围车辆、环境发生变化时，没有相应的应急措施，无法保证车辆的动态安全性，尤其是在直行车辆速度发生较大变化时，可能会改变原有的安全距离判断结果。

发明内容

因此，针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于车车通信的多车协同换道控制方法。本发明基于车车通信条件，依靠车辆间的信息传递，提出了一种实时判断车辆安全并对危险做出响应的多车协同换道控制方法，该方法以直行车辆变速条件下的安全距离模型为基础，适用于各种车辆行驶状态，实现换道过程中安全距离的实时判断及轨迹调整，保证了换道过程的安全性，避免了车辆在换道过程中发生碰撞事故。

本发明采取的技术方案如下：一种基于车车通信的多车协同换道控制方法，包括步骤如下：

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，在多车协同换道控制周期内，每辆车都可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、加速度等信息；

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；