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原文传递冰雪环境下基于博弈论的智能汽车换道决策

论文题名：	冰雪环境下基于博弈论的智能汽车换道决策
关键词：	智能汽车;自动驾驶;换道决策;路面附着系数;冰雪环境
摘要：	随着汽车保有量逐年上升，伴随而来的是交通安全事故频发、交通拥堵和空气污染等众多问题，为了解决这些问题，在计算机技术与人工智能技术不断发展的背景下，自动驾驶技术已经得到了越来越多的关注，成为了汽车行业重点发展的领域。近年来，很多公司和学者都展开了对自动驾驶技术的探索，自动驾驶技术也已经取得了一定的成果，但是想要在真实的道路上实现安全高效的行驶，还要面临很多现实问题。车辆换道算法是智能驾驶系统决策规划模块中的比较重要的一个模块，决定了智能驾驶车辆能否高效安全地进行换道。现有的换道决策研究主要是基于中、高附着路面工况展开的，而对于冰雪环境这种极端工况没有针对性地进行探索。　　本文基于冰雪环境的行车工况，展开了对智能驾驶汽车自主换道的研究，冰雪路面下车辆的附着能力下降，车辆对于自身的极限操控能力降低，在车辆换道时很容易发生安全隐患，本文对于冰雪环境下的换道决策的研究主要围绕着两个主要问题展开：一、车辆在冰雪环境下行驶时，什么情况下会产生换道的需求；二、当车辆产生换道需求时，本车所处的交通环境是否存在安全换道的机会。围绕以上两个问题，展开了如下研究内容：　　（1）建立冰雪环境下拟人换道意图模型　　首先，利用Burckhardt轮胎模型的典型路面的??s曲线与车辆的车轮受力信息实时估算车辆行驶路面的附着系数，建立本车跟驰前车的安全距离模型，将路面附着系数作为安全距离模型的输入，保证了安全距离模型的合理性；由于前车低速行驶，使本车不能以期望速度行驶时，本车就会累积对本车道的不满意程度，由此引入驾驶员不满意度累积模型，很大程度上模拟了人类驾驶员的驾驶思路；最后建立了符合冰雪环境行车工况下的目标车道选择机制，避免了频繁变道情况的发生，从而降低了在换道时发生交通事故的可能性。　　（2）构建与目标车道后车合理的多步博弈框架　　首先，分析换道过程发生碰撞的情况，将复杂的交通环境简化成双车道的简单换道场景，提出了潜在危险点的概念，引入双圆弧换道轨迹，拟合了车辆换道的过程，求解潜在危险点的位置；围绕本车和目标车道后车到达潜在危险点纵向位置的速度和时间，建立换道-让行策略的动态博弈框架，设置博弈的开始和终止条件；其次考虑二者在不同策略下的安全收益和速度收益并进行收益加权计算；最后求解出每一个博弈步骤换道车辆的策略以及车辆应该采取的加速度。　　（3）仿真实验与硬件在环实验　　首先，利用SCANeR软件建立车辆交通环境，将Matlab/Simulink中建立的换道意图模型、博弈换道模型搭载到SCANeR中的自动驾驶车辆模型上在多个工况下进行验证；然后，借助智能网联综合试验台进行硬件在环实验，由不同风格的驾驶员驾驶目标车道后车与自动驾驶车辆进行博弈，综合验证本文所研究的冰雪环境下基于多步博弈的换道决策方法的安全性、合理性和有效性。
作者：	张永达
专业：	控制科学与工程
导师：	郭洪艳
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022