【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于智慧高速公路车辆集聚通行控制，具体涉及一种网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的系统及方法。
技术介绍
1、随着自动驾驶技术和车联网技术不断发展，网联自动驾驶车辆(connected andautonomous vehicles，cav)开始涌入道路，在未来相当长的一段时间内，将会出现cav与传统人工驾驶车辆(human vehicles，hv)混行的新局面。高速公路匝道口是连接高速公路和其他道路的节点，又是交通拥堵和事故的多发地，车辆易在匝道口附近发生碰撞，从而形成瓶颈区域。目前高速公路匝道口车辆汇入的通行方法仅适应于hv，随着cav的不断增多，也必然产生影响通行效率和安全性的亟待解决的新问题。主要表现在：(1)cav在面临复杂交通状况时，比如：在高速公路匝道口车辆汇入主路与主路车辆发生冲突抑或碰撞而形成瓶颈区域时，很难像人类驾驶员那样做出及时合理的驾驶决策；(2)匝道口的通行状况势必会受到cav、hv中人与非人的控制差异，而导致冲突增多、效率下降，比如cav与hv在驾驶行为方面存在显著差异，hv驾驶员可能会受到情绪、判断、经验等多种因素干扰而导致一些不规范的驾驶行为出现，甚至诱发事故；但是cav不存在类似情况。
2、虽然网联自动驾驶领域已经取得了一些重要进展，但仍然存在着众多关键性挑战。从最初研究单一网联自动驾驶车辆的阶段逐渐演化为探索多车辆协同操作，已经在车队协同行驶和自主换道等领域取得了一些成果。然而，在实际应用中，特别是在复杂多变的高速公路进行安全换道集聚等方面，仍然存在许多待解决的问题。网
3、因此，在高速公路瓶颈区域设计合理的网联自动驾驶车队安全换道集聚方法，以提高道路通行效率和安全保障，是一个亟待解决的问题。现阶段，一方面，缺乏具有指导性的cav混行车流通行控制理论及技术方法；另一方面，微观性质的车辆间避撞与宏观性质的车辆集聚结合的相关指导理论及技术方法欠缺。这自然会引发许多新的技术需求。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的系统及方法，提升瓶颈区域的通行效率并保障行车的安全。
2、本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
3、一种网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法：
4、(1)网联自动驾驶车队前方车辆为传统人工驾驶车辆
5、①网联自动驾驶车队基于cacc跟驰行驶与前方车辆形成车队级跟驰行驶，基于它们之间实际的最小安全距离，保证网联自动驾驶车队同前方车辆跟驰行驶的安全；
6、②确定前方车辆换道时是否发生碰撞，控制网联自动驾驶车队
7、计算前方车辆的运动横向偏移量d，并利用协作搜索智能优化算法提高d的精确度；
8、将碰撞因子的影响数值、碰撞影响因子的安全阈值输入碰撞风险评估模型，判断是否具有碰撞风险，若有碰撞风险，则控制车队中各车辆的速度、加速度，以及与周边车辆的横纵向距离，以规避碰撞风险；若无碰撞风险，则基于acc，保持安全行驶状态；
9、所述碰撞因子的影响数值为：
10、当η∈[0,1/2)时，则：
11、当η∈[1/2,1]时，则：
12、其中：η为换道未完成率，表示四种碰撞影响因子的影响数值，为双向碰撞因子的约束函数，g(v,x)、h(v,x)、m(v,x)、n(v,x)是碰撞影响因子关于v、x的量化函数，g(·)是g(v,x)与η拟合所得的函数，h(·)是h(v,x)与η拟合所得的函数，m(·)是m(v,x)与η拟合所得的函数，n(·)是对n(v,x)与η拟合所得的函数；
13、所述碰撞影响因子的安全阈值为：
14、当η∈[0,1/2)时，碰撞影响因子的安全阈值为：g＝0，h＝0，n∈[0,1-m]；
15、当η∈[1/2,1]时，碰撞影响因子的安全阈值为：g∈(0,g1(2η-1)]，h∈(0,h1(2η-1)]，n∈[0,1-m-g-h]；
16、其中：h1、g1、m1、n1分别为碰撞影响因子h、g、m、n的初始值，且h1+g1+m1+n1＝1；
17、③基于信息矩阵对目标车道滞后车辆类型进行讨论，完成换道集聚；
18、(2)网联自动驾驶车队前方车辆为网联自动驾驶车辆
19、①网联自动驾驶车队基于cacc跟驰行驶与前方车辆形成车队级跟驰行驶
20、②确定前方车辆换道时是否发生碰撞，控制网联自动驾驶车队
21、计算前方车辆的运动横向偏移量d，并利用协作搜索智能优化算法提高d的精确度；
22、将碰撞因子影响数值、碰撞影响因子的安全阈值输入碰撞风险评估模型，判断是否具有碰撞风险，若有碰撞风险，则控制车队中各车辆的速度、加速度，以及与周边车辆的横纵向距离，以规避碰撞风险；若无碰撞风险，则基于acc，保持安全行驶状态；
23、所述碰撞因子影响数值为：
24、当η∈[0,1/2)时，有：
25、当η∈[1/2,1]时，有：
26、其中：表示四种碰撞影响因子的影响数值，a(v,x)、b(v,x)、k(v,x)、e(v,x)是碰撞影响因子关于v、x的量化函数，a(·)是a(v,x)与η拟合所得的函数，b(·)是b(v,x)与η拟合所得的函数，e(·)是e(v,x)与η拟合所得的函数，k(·)是k(v,x)与η拟合所得的函数；
27、所述碰撞影响因子的安全阈值为：
28、当η∈[0,1/2)时，碰撞影响因子的安全阈值为：b＝0，e∈[0,1-a-b-k]；
29、当η∈[1/2,1]时，碰撞影响因子的安全阈值为：b∈[0,b1(2η-1)]，e∈[0,1-a-b-k]；
30、其中：a1、b1、k1、e1分别是碰撞影响因子a、b、k、e的初始值，且a1+b1+k1+e1＝1；
31、③基于信息矩阵对目标车道滞后车辆类型进行讨论，完成换道集聚。
32、进一步地，基于它们之间实际的最小安全距离，保证网联自动驾驶车队同前方车辆跟驰行驶的安全，具体为：
33、若则车队可继续跟驰前方车辆直至其换道；
34、若则车队进行协同减速以及提前向后方车辆释放保持车距的预警信号，以保证行车安全；
35、其中，min(xhv-xc1)表示实际的最小安全距离，表示理想最小安全距离。
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1.一种网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，基于它们之间实际的最小安全距离，保证网联自动驾驶车队同前方车辆跟驰行驶的安全，具体为：
3.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，利用协作搜索智能优化算法提高d的精确度，具体为：
4.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，基于信息矩阵对目标车道滞后车辆类型进行讨论，完成换道集聚，具体为：
5.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，所述换道未完成率η为：前方车辆的总横向偏横移量D和其运动横向偏移量d的差与总横移量D之比：
6.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，前方车辆为传统人工驾驶车辆时，信息矩阵包括以两车道中线与车道线为标准的主场景信息矩阵以及将主场景划分为子场景形成的子场景信息矩阵并对子场景信息矩阵进行实时更迭
7.根据权利要求6所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，前方车辆为网联自动驾驶车辆时，假设场景中的任一因素都在CAV-Agent的感知范围内，通过CAV-Agents获取场景中车辆、道路信息，以车道中线及车道线为参照物，构建主场景信息矩阵C，划分子场景区域，结合CAV-Agents所获取的信息，构建子场景信息矩阵：取子场景信息矩阵中对应原车道网联自动驾驶车队的单车信息集，输入到子场景信息数据处理集，筛选具备子场景集聚条件的车辆信息，再输入到主信息数据处理集，最后输出具备换道集聚条件的网联自动驾驶车辆。
8.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，所述碰撞影响因子包括：前方车辆与其后方网联自动驾驶车队存在的双向碰撞影响因子、前方瓶颈区域对前方车辆的换道存在的单向碰撞影响因子、目标车道的网联自动驾驶车队存在的双向碰撞影响因子以及目标车道中前方车辆存在的双向碰撞影响因子。
9.一种实现权利要求1-8任一项所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法的系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，还包括执行模块，用于发布生产的指令。
...【技术特征摘要】
1.一种网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，基于它们之间实际的最小安全距离，保证网联自动驾驶车队同前方车辆跟驰行驶的安全，具体为：
3.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，利用协作搜索智能优化算法提高d的精确度，具体为：
4.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，基于信息矩阵对目标车道滞后车辆类型进行讨论，完成换道集聚，具体为：
5.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，所述换道未完成率η为：前方车辆的总横向偏横移量d和其运动横向偏移量d的差与总横移量d之比：
6.根据权利要求1所述的网联自动驾驶车队在瓶颈区域进行换道集聚的方法，其特征在于，前方车辆为传统人工驾驶车辆时，信息矩阵包括以两车道中线与车道线为标准的主场景信息矩阵以及将主场景划分为子场景形成的子场景信息矩阵并对子场景信息矩阵进行实时更迭，为网联自动驾驶车队的换道集聚提供车辆位置变化及运动状态。
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁军，张洲，盘朝奉，王文飒，葛慧敏，刘擎超，张星，耿浩然，任明辉，李哲宇，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
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