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原文传递一种网联条件下多车协同换道方法

专利名称：	一种网联条件下多车协同换道方法
摘要：	本发明提供了一种网联条件下多车协同换道方法，包括以下步骤：建立驾驶员期望跟车模型，对自车换道后的车辆状态进行预测；建立换道收益函数模型，根据约束条件判断当前状态是否能协同换道操作；提出一个两阶段协同换道框架，将换道过程分为纵向距离调整阶段和车道变更阶段，基于模型预测控制建立协同换道多目标优化控制函数，通过滚动优化时域算法求解得出最优控制量；将最优控制量传递给协同车辆，控制多车协同换道操作。本发明通过建立协同换道多目标优化控制函数，实现换道过程的分布式控制，用于提高道路通行能力、车辆换道安全性能以及换道效率。
专利类型：	发明专利
申请人：	江苏大学
发明人：	倪捷;董非;韩静文;刘志强
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T12:00:00+0805
申请号：	CN202010057765.4
公开号：	CN111137288A
分类号：	B60W30/12;B60W30/18;B60W10/20;B60W50/00;B;B60;B60W;B60W30;B60W10;B60W50;B60W30/12;B60W30/18;B60W10/20;B60W50/00
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，包括以下步骤：建立驾驶员期望跟车模型，对自车换道后的车辆状态进行预测；建立换道收益函数模型，根据约束条件判断当前状态是否能协同换道操作；提出一个两阶段协同换道框架，将换道过程分为纵向距离调整阶段和车道变更阶段，基于模型预测控制建立协同换道多目标优化控制函数，通过滚动优化时域算法求解得出最优控制量；将最优控制量传递给协同车辆，控制多车协同换道操作。 2.根据权利要求1所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，建立驾驶员期望跟车模型为： Vm(ΔSn)＝e1+e2tanh[c1(ΔSn-dc)-c2] 其中，代表车辆换道后各车道上车辆的纵向加速度；表示自车换道后车辆的加速度；自车换道后原车道上的车辆加速度；表示自车换道后目标车道上的车辆加速度； Vm(ΔSn)为优化速度函数； Vn为车辆的当前速度； ΔSn为两车间的车头间距； dc是包含车身长度的最小安全车距； R为反应系数； e1，e2是常数参数； c1，c2是对应系数。 3.根据权利要求1所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，建立换道收益函数模型，具体为： Ni＝{j∈Si:0≤\|\|xSV-xj\|\|≤l},i＝O or T；其中：G(SV,O,T)表示在协同情况下，SV从O换道到T的总体收益；SV代表自车，O代表当前车道，T代表目标车道； No代表在通信车道范围内，当前车道上的后续车辆的集合；NT代表在通信车道范围内，目标车道中的后续车辆的集合；L代表左侧车道，R代表右侧车道；礼貌因子η表征换道操作对目标车道中后续车辆的影响；礼貌因子μ表示当前车道上的后续车辆因自车换道获得的速度优势； asv表示自车当前状态下的加速度，表示自车换道后车辆的加速度；at表示目标车道车辆加速度，表示自车换道后目标车道上的车辆加速度；a0表示原车道车辆加速度，自车换道后原车道上的车辆加速度；和通过驾驶员期望跟车模型得出； xSV为自车位置；xj为i车道上的后续车辆j位置；l为通信范围；Si表示车道i上的车辆集；i表示当前车道或目标车道；\|\|·\|\|为欧几里得范数。 4.根据权利要求3所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，所述换道收益函数模型的约束条件为： Q＝arg maxT∈{L,R}G(SV,O,T) 其中：Q为候选的目标车道，即选择集合中具有最大效益G(SV,O,T)的T作为目标车道； Δath是切换阈值，即当前交通条件下车道变换行为优于车道保持行为； asafe表示安全加速度。 5.根据权利要求1所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，所述纵向距离调整阶段具体为：在换道开始前，调整换道车辆与前后车之间的纵向间距，使车辆间距离足够稀疏，建立纵向距离调整阶段的目标函数，如下：约束条件如下：其中，N表示预测时域；是权重因子；(h+p+1\|h)表示基于h时刻的信息对h+p+1时刻的值进行预测；amin为驾驶员可接受的最小舒适加速度；amax为驾驶员可接受的最大舒适加速度； ‖a′SV‖是换道车辆的加速度变化率，a′SV＝aSV(h+p+1\|h)-aSV(h+p\|h)； ‖a′LV‖是当前车道前车的加速度变化率，a′LV＝aLV(h+p+1\|h)-aLV(h+p\|h)； ‖a′ALV‖是目标车道前车的加速度变化率，a′ALV＝aALV(h+p+1\|h)-aALV(h+p\|h)； ‖a′AFV‖是目标车道后车的加速度变化率，a′AFV＝aAFV(h+p+1\|h)-aAFV(h+p\|h)； δ为驾驶员可接受的最大舒适纵向加速度率； Dh表示h时刻两车之间的实际距离； Dsafe为安全车间距。 6.根据权利要求5所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，所述车道变更阶段具体为：在SV换道过程，纵向加速度随期望的控制输入量而变化，采用正弦函数表达横向加速度：其中，τ为整个换道过程横向移动持续时间，W为道路宽度；对换道横向加速度积分两次即可得到横向位移的变化：假设当换道车辆的横向位移达到一个路宽W时，建立所述车道变更阶段的目标函数如下所示：约束条件如下：其中，N表示预测时域；β＝{SV,AFV,ALV}；λβ和是各项的权重因子；目标函数中，代表自车及周围车辆的加速度优化，表征换道过程中的舒适性代价；代表自车与周围车辆的跟车车距误差，表征其跟踪性代价；Δaβ(h+p+1\|h)代表从时刻h到h+p+1时刻加速度的变化，ΔSβ(h+p+1\|h)代表从时刻h到h+p+1时刻跟车距离的变化。 7.根据权利要求6所述的网联条件下多车协同换道方法，其特征在于，所述纵向距离调整阶段的目标函数和所述车道变更阶段的目标函数分别通过滚动优化时域算法对优化控制问题逐步动态求解，在滚动的有限时间区间内反复对每一时刻的偏差进行优化计算，得到纵向距离调整阶段各车的期望输入。
所属类别：	发明专利