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自动驾驶车队行为决策优化与仿真
| 论文题名： | 自动驾驶车队行为决策优化与仿真 |
| 关键词： | 自动驾驶车队;行为决策;轨迹规划;优先权顺序寻优 |
| 摘要： | 随着车联网和自动驾驶技术的快速发展，自动驾驶正从单车智能往多车协同驾驶发展，为改善交通安全和提高通行效率提供了新的解决方案。高速公路工作区是高速公路系统中主要的瓶颈区域之一，该区域的车道变窄易于引起车辆频繁穿插变道。车辆由于缺乏有效的协同配合，可能会在该区域出现走走停停等拥堵现象，这将在很大程度上影响道路通行能力和增加通行能耗。因此，研究自动驾驶车队在高速公路工作区场景下的行为决策优化方法，使得所有车辆实现协同驾驶，安全高效地通过该区域，对于提高交通安全性和缓解交通拥堵具有重要意义。本文主要研究内容如下： （1）针对高速公路工作区的车辆协同优化问题，解决该问题的关键在于对车辆在冲突区域的通行优先权进行优化。因此，本文构建了自动驾驶车队行为决策优化模型，在满足安全性约束条件下，以最小化通行时间和能耗为优化目标，同时还需要满足车辆运动学、滞留性和通行优先权约束条件。 （2）由于所建立的优化模型是一个混合整数非线性规划问题，很难直接求解。但是可以先解决约束条件里的通行优先权问题，再结合该通行优先权来完成车辆轨迹规划。因此，本文提出了双层规划框架对优化模型进行重构，上层规划解决车辆的通行优先权顺序寻优问题，以实现最优化目标函数；下层规划解决车辆轨迹规划问题，以确保车辆最终按照上层给定的通行顺序通过冲突区域。在上层规划中，将通行优先权寻优问题转换为树搜索问题，并使用蒙特卡洛树搜索和启发式规则算法来优化搜索；在下层规划中，设计了车辆轨迹协调规划算法来解决车辆轨迹规划问题，通过迭代局部轨迹规划，进而完成所有车辆轨迹规划，并将给定通行优先权顺序的目标函数值反馈到上层规划中。通过循环迭代上下层规划，最终返回最优的通行优先权顺序和车辆轨迹方案。 （3）在MATLAB软件平台上搭建高速公路工作区交通场景和设计自动驾驶仿真实验。首先通过案例与经典协同驾驶策略进行分析比较，结果表明所提出的基于双层规划策略可进一步节省4.15%的总通行成本；其次进行参数寻优实验来确保所提出策略的性能最佳；最后在不同交通流量下进行性能分析，结果表明所提出的策略可以应对不同交通流量下的复杂情况，在通行效率、能耗和安全指标上均有很好的性能表现。 |
| 作者： | 廖立 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 曾伟良;杨文臣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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