一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法技术

本发明专利技术公开了一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法。所述的非强制换道为换道车辆为改善车辆行驶状态，而前方车辆行驶速度较低时，换至交通状态较好的旁道行驶的行为，该方法为：车联网环境下，在高速公路上行驶的车辆可以通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，当某车辆有非强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制，实现非强制换道行为的安全、高效实施。本发明专利技术对换道车辆及其他相关车辆的状态进行分析，并基于此对车辆的非强制换道行为进行合理组织，实现非强制换道行为的安全、高效实施。

Non forced lane change control method for expressway vehicle under environment of vehicle networking

The invention discloses a non forced lane change control method for a highway vehicle under the environment of vehicle networking. The non mandatory lane changing for road vehicles for improving the vehicle running state, and the front vehicle low speed, traffic state change to better bypass driving behavior, and the method is as follows: Car networking environment, vehicle traveling on the highway vehicle communication and can realize real-time data exchange through surrounding the vehicle wireless communication modes and communication range, when a vehicle is not mandatory lane changing demand, the vehicle request to nearby vehicles, other vehicles to obtain the velocity and position information, according to the vehicle around the communication range of different traffic status judgments, road vehicles mandatory lane changing control. Non mandatory lane changing behavior of safe and efficient implementation. The present invention analyzes the status of the road vehicles and other related vehicles, and rationally conducts the non forced lane changing behavior of the vehicles based on the invention so as to realize the safe and efficient implementation of the non forced lane changing behavior.

【技术实现步骤摘要】
一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法
：本专利技术涉及一种车辆协同驾驶控制方法，特别是涉及一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法。
技术介绍
：随着社会经济的高速发展，我国民用汽车保有量不断增加，至2016年末全国民用汽车保有量已达19440万辆，相比2015年末增加12.8％。然而，由于投资及空间等限制，全国四级及以上等级公路里程仅增长4.3％，高速公路车道里程仅增加5.4％，远远民用汽车的增长率，导致道路交通压力日益增大。在不大规模增加道路基础设施投资的基础上，随着无线通信技术的发展，车联网条件下的智能交通系统和自动驾驶技术的发展将能够充分利用道路资源，挖掘道路通行能力，减缓道路交通压力。对于智能网联汽车，工信部在其发布的智能网联汽车技术路线图中将其分为四个发展阶段：第一阶段为驾驶辅助，包括自适应导航、自动紧急制动、车道保持、辅助泊车等；第二阶段为部分自动驾驶，包括车道内自动驾驶、换道辅助、全自动泊车等；第三阶段为有条件的自动驾驶，包括高速公路自动驾驶、城郊公路自动驾驶、协同式队列行驶、交叉口通行辅助等；第四阶段为完全自动驾驶，包括车路协同控制、市区自动驾驶及无人驾驶等。本专利技术基于自动驾驶发展的第三阶段，即有条件的自动驾驶，考虑在高速公路中，车辆以无线通讯方式(如LTE-V、Wi-Fi、蓝牙、DSRC等)与通讯范围内其他车辆实时进行通信，大多数车辆以队列形式协同行驶。对现有研究进行分析，大多数车联网环境下的换道模型缺乏对自动驾驶不同发展阶段中控制策略的区别对待，也缺乏对强制换道和非强制换道行为中控制策略的区别对待。对于智能网联汽车第三发展阶段，车辆能够与通讯范围内其他车辆进行实时数据交换与协同驾驶，但是并不能达到完全的自动驾驶。在此阶段中，高速公路内的大多数车辆以队列方式协同行驶，但是势必会产生换道以进入或离开队列的问题。相对于传统高速公路换道模型及完全自动驾驶下的换道模型，本专利技术针对在智能网联汽车第三发展阶段中高速公路车辆因特殊交通状况而必须尽快换道的强制换道问题，明确了换道车辆以及通信范围内的周边车辆在换道过程中所应做出的反应，为自动驾驶提供支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是基于车辆运行过程的安全性，提供一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法,为辅助驾驶和自动驾驶提供支撑。该方法对换道车辆及其他相关车辆的状态进行分析，并基于此对车辆的非强制换道行为进行合理组织，实现非强制换道行为的安全、高效实施。上述的目的通过以下技术方案实现：一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，所述的非强制换道为换道车辆为改善车辆行驶状态，而前方车辆行驶速度较低时，换至交通状态较好的旁道行驶的行为，该方法为：车联网环境下，在高速公路上行驶的车辆可以通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，当某车辆有非强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制，实现非强制换道行为的安全、高效实施。所述的车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，所述数据交换的内容包括车辆位置、行驶速度、加速度，车辆位置包括车辆所在车道以及对应于某一参考点沿高速公路中央分隔带方向的横、纵向距离，在高速公路上行驶的车辆需严格遵守交通规则，包括高速公路最高限速vmax，最低限速vmin，最大加速度aa,最大减速度ad,最小安全间距hsafe等，且以车队形式跟驰行驶时在车队中的车辆速度相等且通过车车联网以相同速度协同行进，且队列中的车辆车头间距不小于安全间距。所述的车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，所述根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制的方法为：以v表示需换道的车辆的速度，x为其纵向位置；v旁，后表示目标车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x旁，后为其纵向位置；v旁，前表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x旁，前为其纵向位置；v旁，末表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且位于旁道车队队尾的车辆的速度，x旁，末为其纵向位置；本车道前车定义为换道车辆所在车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆，初始状态下v旁，前＝v旁，后＝v旁，末，若旁道上无其他车辆，则立即执行换道；若旁道上有前车而无后车，对旁道前车及自身的状态进行判断：①前车速度大于或等于换道车辆速度且已经满足安全间距条件，即v旁，前≥v且x旁，前-x≥hsafe，则立即执行换道；②前车速度大于或等于换道车辆速度但不满足安全间距条件，即v旁，前≥v且x旁，前-x<hsafe，则换道车辆以最大减速度af进行减速，当达到以下条件之一时换道车辆停止减速：c)换道车辆达到高速公路最低限速vmin；d)与旁道前车达到安全间距，若条件b)先满足，则在满足条件时，即x旁，前′-x′＝hsafe时，换道车辆停止减速并执行换道；若条件a)先满足，则换道车辆停止减速并保持vmin，直至条件b)满足时执行换道。待换道行为执行完毕后，换道车辆再以最大加速度aa加速至旁道前车速度v旁，前，③前车速度小于换道车速度，即v旁，前<v，则换道车以最大减速度ad减速至v旁，前，在两车速度相等后，视为有前车也有后车的初始状态，重新判断换道条件并按照相应方法执行控制。若旁道上无前车而有后车，若后车速度小于或等于换道车速度且已经满足安全间距条件，即v旁，后≤v且x-x旁，后≥hsafe，则换道车辆立即执行换道；否则，换道车辆原则上需要继续跟驰换道车道上的前方车辆，等待旁道上的车队全部超过自己后方可考虑换道；首先对换道车辆速度v、换道车道上的前方车辆v本，前及旁道车队速度v旁进行判断，由于为改善车辆行驶状态的非强制换道，则v旁必大于v本，前，且v必不小于v本，前，若换道车辆正常跟驰前方车辆，即v本，前＝v<v旁，则当旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外，即x旁，末′-x′＝hsafe时，换道车辆执行换道，待换道行为执行完毕后以最大加速度aa加速至v旁；若换道车辆速度大于本车道前车速度但小于旁道车队速度，即v本，前<v<v旁，则在旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外时进行换道，在换道时，换道车辆需要与前车、旁道车队的末车均保持安全距离，即x旁，末′-x′＝hsafe且x前′-x′≥hsafe；①若换道车辆可以继续保持速度v，则要想在时间t后换道，需要以下不等式组有解：当以上不等式组有解时，换道车辆在时刻执行换道；否则，换道车辆需要减速方可安全进行换道，继续执行②；②若①中的不等式无解，则需要换道车辆以最大减速度ad进行减速，直至满足以下两个条件之一：c)旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外，即x旁，末′-x′＝hsafe；d)速度与本车道前车速度相等，即v′＝v本，前。若条件a)先满足，则在满足条件时换道车辆停止减速并执行换道；若条件b)先满足，则在满足条件时换道车辆停止减速，保持v本，前，直至满足条件a)时换道。待换道完成后，换道车辆以最大加速度aa加速至v旁，末；若换道车辆速度大于旁道车队速度，即v本，前&本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，其特征在于，所述的非强制换道为换道车辆为改善车辆行驶状态，而前方车辆行驶速度较低时，换至交通状态较好的旁道行驶的行为，该方法为：车联网环境下，在高速公路上行驶的车辆可以通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，当某车辆有非强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制，实现非强制换道行为的安全、高效实施。

【技术特征摘要】
1.一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，其特征在于，所述的非强制换道为换道车辆为改善车辆行驶状态，而前方车辆行驶速度较低时，换至交通状态较好的旁道行驶的行为，该方法为：车联网环境下，在高速公路上行驶的车辆可以通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，当某车辆有非强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制，实现非强制换道行为的安全、高效实施。2.根据权利要求1所述的车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，其特征在于，所述数据交换的内容包括车辆位置、行驶速度、加速度，车辆位置包括车辆所在车道以及对应于某一参考点沿高速公路中央分隔带方向的横、纵向距离，在高速公路上行驶的车辆需严格遵守交通规则，包括高速公路最高限速vmax，最低限速vmin，最大加速度aa,最大减速度ad,最小安全间距hsafe等，且以车队形式跟驰行驶时在车队中的车辆速度相等且通过车车联网以相同速度协同行进，且队列中的车辆车头间距不小于安全间距。3.根据权利要求1所述的车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，其特征在于，所述根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的强制换道行为进行控制的方法为：以v表示需换道的车辆的速度，x为其纵向位置；v旁，后表示目标车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x旁，后为其纵向位置；v旁，前表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x旁，前为其纵向位置；v旁，末表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且位于旁道车队队尾的车辆的速度，x旁，末为其纵向位置；本车道前车定义为换道车辆所在车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆，初始状态下v旁，前＝v旁，后＝v旁，末，若旁道上无其他车辆，则立即执行换道；若旁道上有前车而无后车，对旁道前车及自身的状态进行判断：①前车速度大于或等于换道车辆速度且已经满足安全间距条件，即v旁，前≥v且x旁，前-x≥hsafe，则立即执行换道；②前车速度大于或等于换道车辆速度但不满足安全间距条件，即v旁，前≥v且x旁，前-x<hsafe，则换道车辆以最大减速度ad进行减速，当达到以下条件之一时换道车辆停止减速：a)换道车辆达到高速公路最低限速vmin；b)与旁道前车达到安全间距，若条件b)先满足，则在满足条件时，即x旁，前′-x′＝hsafe时，换道车辆停止减速并执行换道；若条件a)先满足，则换道车辆停止减速并保持vmin，直至条件b)满足时执...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，洪阳，冉斌，徐凌慧，季欣凯，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32