一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法

1.本发明涉及智能交通控制领域，特别是一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法。
背景技术：
：：2.现如今我国交通基础设施建设硕果累累，道路硬件的发展已经相当完善。如何提高已有道路的通行能力和安全水平成了交通发展的关键。智能网联汽车配备有传感设备，同时通过v2v通信获取附近的车辆信息，从而能精确感知并快速响应实时交通变化，在缓解拥堵和减少交通事故上有很好的效果。多辆行驶路径相似的智能网联车可以组成队列，以一致的速度和较小的间距行进，从而可以提升安全、提高道路通行能力。在队列形成、解散以及行驶过程中，主要有跟驰和换道两种行为。不合理的换道行为往往会导致事故和拥堵，是降低道路通行效率和造成不安全因素的主要原因之一。利用智能网联车技术在队列内通过多车协同的方法实现换道，可以有效的提升换道行为的安全和效率，减少交通事故的发生，提高道路的通行能力。技术实现要素：3.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，该基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法以队列内车辆速度、加速度和位置信息为基础，通过对目标车道后方人工驾驶车辆的状态进行分析，选取合理的方式规划换道轨迹，完成多车协同换道过程，并通过预先规划车辆纵向位置帮助缩短新队列的形成时间，为智能网联车队列多车协同换道提供一种安全高效的方法。4.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：5.一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，包括如下步骤。6.步骤1、目标车道影响车辆识别：智能网联车队列位于与目标车道相邻的外侧车道；目标车道内行驶有人工驾驶车辆；目标车道内位于智能网联车队列前方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列头部的纵向间距为d0；目标车道内位于智能网联车队列后方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列尾部的纵向间距为d1。7.当d0≥d0时，认为目标车道前方无影响智能网联车队列的换道车辆；d0为前换道安全阈值。8.当d1≥d1时，认为目标车道后方无影响智能网联车队列的换道车辆；d1为后换道安全阈值。9.当d2≤d1＜d1时，认为目标车道后方具有潜在影响智能网联车队列的换道车辆；其中，d2为允许换道的最小纵向间距；d2＜d1。10.当d1＜d2时，认为当前时刻智能网联车队列不适宜换道，需等待时机使d1≥d2。11.步骤2、确定换道方式：设智能网联车队列中需换道车辆为m辆，则换道方式的确定方法为：12.a、当d0≥d0且d1≥d1时，跳转至步骤4，使智能网联车队列中需换道的m辆车实现同步换道。13.b、当d0≥d0且d2≤d1＜d1时，进入步骤3，使智能网联车队列中需换道m辆车中尾部的最后一辆车优选换道；当最后一辆车换道完成后，进入步骤4，使剩余m-1辆车实现同时整体换道。14.步骤3、尾部车辆优选换道，具体包括如下步骤：15.步骤3-1、规划横向加速度：根据梯形加速度模型，得到队尾车辆的横向加速度随时间的变化关系曲线，进而得到横向位移随时间的变化关系曲线。16.步骤3-2、规划纵向加速度：采用纵向控制器对尾部车辆的纵向加速度进行规划；其中，纵向控制器基于pf通讯拓扑和定时距策略进行控制。17.步骤3-3、尾部车辆换道：尾部车辆根据步骤3-1规划的横向加速度，以及步骤3-2规划的纵向加速度，从外侧车道换至目标车道。18.步骤4、整体换道，具体包括如下步骤：19.步骤4-1、计算整体换道参数：整体换道参数包括整体换道时间td、换道结束速度vd和纵向换道位移xd；其中，整体换道时间td根据车道宽速w进行确定；m辆需换道车辆中第i辆智能网联车的纵向换道位移xd的计算方法为：20.a、当i＝1时，表明该车为原队列中位置最靠前的换道车辆，为换道完成后目标车道上新队列的头车；因而，其纵向换道位移xd的计算公式为：[0021][0022]式中，vs为换道开始时智能网联车队列稳定行驶时的纵向速度。[0023]b、当i≠1时，表明该车不为原队列中位置最靠前的换道车辆，则其在进行换道过程中，还需向前方靠拢，缩短与目标车道上前车的间距，以便在换道结束时更快的形成新的队列；因而，其纵向换道位移xd的计算公式为：[0024][0025]式中，pi为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号。[0026]pi-1为m辆需换道车辆中第i-1辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号。[0027]d为新队列稳定时相邻两辆车的期望车头间距，为设定值。[0028]δpmax为换道过程中不发生碰撞情况下的允许的最大车辆间隔数量。[0029]步骤4-2、整体换道：根据步骤4-1计算的整体换道参数和双五次换道轨迹模型，m辆需换道车辆，同时从外侧车道同步整体换道至目标车道。[0030]步骤1中，d0的计算公式为：[0031][0032]式中，dsafe为人工驾驶车辆和智能网联车辆之间的纵向安全间距，已知值。[0033]tdmax为换道过程中紧急纠正车辆姿态所需最长时间，设定值。[0034]vplatoon为智能网联车队列行驶速度。[0035]xlimit为前方人工驾驶车辆最短制动距离，已知值。[0036]abrake为智能网联车队列紧急制动速度，已知值。[0037]步骤1中，d1和d2的计算公式分别为：[0038][0039][0040]式中，tpre为网联车队列预先亮起转向灯的时间，设定值。[0041]tact为人工驾驶车辆驾驶员的反应时间，已知值。[0042]vhumandrive为人工驾驶车辆速度。[0043]acomfortable为人工驾驶车辆的舒适制动减速度，已知值。[0044]纵向控制器的表达式为：[0045][0046]其中：[0047][0048][0049]式中，uf为优选换道尾部车辆的纵向加速度控制器。[0050]kfp，kfv和kfa分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度反馈增益，均为设定值。[0051]τf为优选换道尾部车辆动力系统中的惯性时滞，已知值。[0052]和分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度误差。[0053]pf，vf和af分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度。[0054]pp，vp和ap分别为优选换道尾部车辆前方的最邻近上一辆智能网联车的位置、速度和加速度。[0055]hf为优选换道尾部车辆与最邻近上一辆智能网联车之间的车头时距。[0056]步骤4-1中，δpmax通过如下公式联立，求解得到：[0057]δpmax＝max(pi-pi-1)[0058][0059]式中，l为智能网联车的车长。[0060]δxp为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车横向偏出队列一个车宽时，其纵向相对位移；[0061]tp为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车不再与原车道上行驶的前车发生横向碰撞的时间。[0062]步骤4-2中，双五次换道轨迹模型为：[0063][0064][0065]式中，v0为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车换道开始时的速度。[0066]本发明具有如下有益效果：[0067]1、本发明基于既有的智能网联车队列纵向控制器，通过v2v通讯获得周围车辆信息，以队列内车辆速度、加速度和位置信息为基础，通过对目标车道前方和后方人工驾驶车辆的状态进行分析，选取合理的方式规划换道轨迹，完成多车协同换道过程，并通过预先规划车辆纵向位置帮助缩短新队列的形成时间。[0068]2、本发明提供的方法综合考虑多种换道场景，将基于v2v的队列控制和换道相结合，换道车辆可以以更近的安全间距在更短的时间内进行换道；无车辆影响换道时多车可同时换道；在后方存在可能影响换道的车辆时，换道车辆中靠后车辆先进行换道，减速为前车预留足够空间，之后多车可同时换道；保留在原先车道行驶的车辆可以更快恢复间距，新车道上的车辆可以更快缩短间距。整体换道过程时间缩短，道路通行效率提升；不稳定因素减少，为道路交通安全提供保障。附图说明[0069]图1是本发明一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法的流程图。具体实施方式[0070]下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。[0071]本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。[0072]如图1所示，一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，包括如下步骤。[0073]步骤1、目标车道影响车辆识别：智能网联车队列位于与目标车道相邻的外侧车道；目标车道内行驶有人工驾驶车辆；目标车道内位于智能网联车队列前方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列头部的纵向间距为d0；目标车道内位于智能网联车队列后方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列尾部的纵向间距为d1。[0074]当d0≥d0时，认为目标车道前方无影响智能网联车队列的换道车辆；d0为前换道安全阈值。[0075]当d1≥d1时，认为目标车道后方无影响智能网联车队列的换道车辆；d1为后换道安全阈值。[0076]当d2≤d1＜d1时，认为目标车道后方具有潜在影响智能网联车队列的换道车辆；其中，d2为允许换道的最小纵向间距；d2＜d1。[0077]当d1＜d2时，认为当前时刻智能网联车队列不适宜换道，需等待时机使d1≥d2。[0078]上述d0的计算公式优选为：[0079][0080]式中，dsafe为人工驾驶车辆和智能网联车辆之间的纵向安全间距，已知值。[0081]tdmax为换道过程中紧急纠正车辆姿态所需最长时间，设定值。[0082]vplatoon为智能网联车队列行驶速度。[0083]xlimit为前方人工驾驶车辆最短制动距离，已知值。[0084]abrake为智能网联车队列紧急制动速度，已知值。[0085]上述d1和d2的计算公式优选分别为：[0086][0087][0088]式中，tpre为网联车队列预先亮起转向灯的时间，设定值。[0089]tact为人工驾驶车辆驾驶员的反应时间，已知值。[0090]vhumandrive为人工驾驶车辆速度。[0091]acomfortable为人工驾驶车辆的舒适制动减速度，已知值。[0092]在本实施例中，对目标车道后方人工驾驶车辆作如下假设：[0093]①以驾驶员最大的正常反应时间2s考虑；[0094]②认为存在10％以内超速的情况，即132km/h(不予处罚的最高速度)；[0095]③考虑非紧急制动下乘员舒适减速度0.15g，即1.47m/s2；[0096]④认为智能网联车车队在队列稳定准备换道状态下速度不应低于100km/h。[0097]⑤换道前最后一辆换道车辆将提前4秒开启转向灯，之后进行换道。[0098]⑥智能网联车紧急制动减速度为8m/s2。[0099]⑦智能网联车换道过程中姿态调整时间不超过换道总时长的一半，即小于2.5s。[0100]⑧人工驾驶车辆意外最短停车距离为80m。[0101]在上述假设下可得：[0102]d1＝99.8m≈100m，d2＝54.6m≈55m[0103]另外，本实施例中，优选d0＝70m。[0104]由于队列中部分车辆进行换道时，队列纵向仍需维持稳定，即换道车辆的纵向速度与维持原车道行驶的车辆纵向速度保持一致。若队列原先行驶速度显著低于道路限速，则换道车辆可以提高速度，在维持纵向速度不变的情况下，提供横向速度；若队列原先行驶速度接近道路限速或等于道路限速，则无法通过换道车辆加速的方式来提供横向速度，则需整体队列在换道前适当降速。即纵向最大速度和横向最大速度的平方相加之和不得超过限速的平方。[0105][0106]对于车队在换道前的减速过程，以限速120km/h的高速公路为例，以梯形加速度换道轨迹模型为例，换道过程中最大横向速度vymax≈2.2m/s，解得vxmax＝119.7km/h，即当队列速度大于119.7km/h时需减速至该速度以下，小于该速度则无需减速。故需减速的情况和减速幅度都较小，对队列正常行驶几乎不产生任何影响。[0107]步骤2、确定换道方式：设智能网联车队列中需换道车辆为m辆，则换道方式的确定方法为：[0108]a、当d0≥d0且d1≥d1时，跳转至步骤4，使智能网联车队列中需换道的m辆车实现同步换道。在本实施例中，d0≥70m且d1≥100m时，认为无风险，可以直接进行换道。[0109]b、当d0≥d0且d2≤d1＜d1时，进入步骤3，使智能网联车队列中需换道m辆车中尾部的最后一辆车优选换道；当最后一辆车换道完成后，进入步骤4，使剩余m-1辆车实现同时整体换道。[0110]在本实施例中，d0≥70m且55m≤d1＜100m时，认为存在一定的风险，需最后一辆车提前转入目标车道，为前方换道车辆提供换道空间。[0111]另外，对于d0＜d0以及d1＜d2的情况(也即d0＜70m或d1＜55m)，当前时刻不予换道，可以采用方式，在后续时刻进行换道。[0112]c、对于当前时刻d0＜d0(也即d0＜70m)的情况，优选采取以下两种方式在后续时刻进行换道：[0113]①若智能网联车队列速度小于或等于前方人驾车辆速度时，则以最大舒适减速度1.47m/s2进行匀减速，将速度降低至低于前方车辆20km/h，等待该车辆离开前方70米区域时，重新开始进行换道流程。[0114]②若智能网联车队列速度大于前方人驾车辆速度时，则以最大舒适加速度1.47m/s2进行匀加速，加速至最高限速后，超越前方车辆，且其距离队列尾车超过55m，重新开始换道流程。[0115]d、对于当前时刻d1＜d2(也即d1＜55m)的情况，优选采取以下两种方式在后续时刻进行换道：[0116]①若后方车辆速度大于或等于智能网联车队列的车速，则智能网联车队列以最大舒适减速度1.47m/s2进行匀减速，将速度降低至低于后方车辆20km/h，等待后方车辆完全超越驶离车队前方70米区域时，重新开始进行换道流程。[0117]②若后方车辆速度低于智能网联车队列车速，则智能网联车队列将亮起转向灯，以最大舒适加速度1.47m/s2进行匀加速，将速度增加至高于后方车辆10km/h，等待后方车辆车辆于车队尾车距离大于55米时，重新开始进行换道流程。[0118]步骤3、尾部车辆优选换道，具体包括如下步骤：[0119]步骤3-1、规划横向加速度：根据梯形加速度模型，得到队尾车辆的横向加速度随时间的变化关系曲线，进而得到横向位移随时间的变化关系曲线。[0120]横向梯形加速度模型的形式为：[0121][0122][0123]式中，t1为汽车以最大的j值达到横向加速度最大值所需要的时间，t2为汽车在换道过程中第一次维持最大横向加速度不变的时间；j为横向加速度的最大变化率，为已知值；v为优选换道尾部车辆的速度；a为优选换道尾部车辆的加速度。[0124]进一步地，对上式求二次积分得到汽车横向位移与时间地关系为：[0125][0126]进一步地，对于上式，有∫∫adt＝w，w为车道宽度，可以解得t2的值，即可得到最终的横向加速度和横向位移与时间关系式。[0127]在本实施例中，以高速公路为例，取车道宽度为3.75米，横向最大加速度为1.5m/s2，横向加速度最大变化率为3m/s3。解得t2＝0.85s，总换道时长为3.70s。[0128]即横向加速度与时间关系为：[0129][0130]即横向位移与时间关系为：[0131][0132]步骤3-2、规划纵向加速度：采用纵向控制器对尾部车辆的纵向加速度进行规划；其中，纵向控制器基于pf通讯拓扑和定时距策略进行控制。[0133]上述纵向控制器的表达式为：[0134][0135]其中：[0136][0137][0138]式中，uf为优选换道尾部车辆的纵向加速度控制器。[0139]kfp，kfv和kfa分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度反馈增益，均为设定值。[0140]τf为优选换道尾部车辆动力系统中的惯性时滞，已知值。[0141]和分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度误差。[0142]pf，vf和af分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度。[0143]pp，vp和ap分别为优选换道尾部车辆前方的最邻近上一辆智能网联车的位置、速度和加速度。[0144]hf为优选换道尾部车辆与最邻近上一辆智能网联车之间的车头时距。[0145]上述纵向控制器参数取值和控制器形式优选为：[0146]kfp＝0.1，kfv＝1.6，kfa＝0.8，hf＝0.5s[0147][0148]步骤3-3、尾部车辆换道：尾部车辆根据步骤3-1规划的横向加速度，以及步骤3-2规划的纵向加速度，从外侧车道换至目标车道。[0149]步骤4、整体换道，具体包括如下步骤：[0150]步骤4-1、计算整体换道参数：整体换道参数包括整体换道时间td、换道结束速度vd和纵向换道位移xd；其中，整体换道时间td根据车道宽速w进行确定；换道结束速度vd，优选与没有进行换道的原队列在换道结束时的速度保持一致，考虑到安全和稳定，一般情况下原队列在换道过程中是保持匀速行驶的，故认为vd＝vx。[0151]m辆需换道车辆中第i辆智能网联车的纵向换道位移xd的计算方法为：[0152]a、当i＝1时，表明该车为原队列中位置最靠前的换道车辆，为换道完成后目标车道上新队列的头车；因而，其纵向换道位移xd的计算公式为：[0153][0154]式中，vs为换道开始时智能网联车队列稳定行驶时的纵向速度。[0155]b、当i≠1时，表明该车不为原队列中位置最靠前的换道车辆，则其在进行换道过程中，还需向前方靠拢，缩短与目标车道上前车的间距，以便在换道结束时更快的形成新的队列；因而，其纵向换道位移xd的计算公式为：[0156][0157]式中，pi为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号。[0158]pi-1为m辆需换道车辆中第i-1辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号。[0159]d为新队列稳定时相邻两辆车的期望车头间距，为设定值。[0160]δpmax为换道过程中不发生碰撞情况下的允许的最大车辆间隔数量。[0161]上述δpmax通过如下公式联立，求解得到：[0162]δpmax＝max(pi-pi-1)ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ(1)[0163][0164]δxp＜d-lꢀꢀ(3)[0165]式中，l为智能网联车的车长。[0166]δxp为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车横向偏出队列一个车宽时，其纵向相对位移。[0167]δxp的求解方法，优选为：先假设pi-pi-1是0，算出来δxp，然后采用上述公式(3)和d-l比较，然后判断上述公式(1)是否成立。后面同理，假设pi-pi-1是1、2、3……，依次进行判断，得到pi-pi-1≤2，说明小于等于2可以，大于2不可以。[0168]tp为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车不再与原车道上行驶的前车发生横向碰撞的时间；tp为求解值，设车辆的宽度为c，将y(t)＝c代入如下通解中：[0169][0170]通过上述求解的t值，就是tp。[0171]本实施例中，取标准车辆宽度为1.8m，长为4.8m。纵向控制模型下车头安全间距为16.6m，即在车辆横向位移为1.8m时，纵向位移差不得超过11.8m，否则会与前车相撞。假设队列稳定行驶速度为110km/h，换道时间取5s。将tp＝2.45s代入双五次换道轨迹模型中，得到横向位移x(tp)＝δxp＝1.8m，车辆偏出原队列。接着，将δxp代入δxp的计算公式中，得到pi-pi-1：[0172]i)若pi-pi-1≤2，则有约0.6m左右的安全距离，不会发生碰撞，按pi-pi-1值规划纵向位置即可；[0173]ii)若pi-pi-1＞2，则会发生碰撞，应先按pi-pi-1＝2进行轨迹规划，完成换道后再进行间距的进一步缩短。[0174]即若相邻两换道车辆在原队列中间隔不超过两辆车，如原队列第2辆、第5辆、第9辆车换道，第2和第5辆车属于相邻换道车辆，且在原队列中两车之间仅有第3、第4两辆车，间隔不超过两辆，则可以直接实现在换道的同时完成间距缩短的任务；第5和第9辆车属于相邻换道车辆，在原队列中两车之间有第6、第7和第8共三辆车，超过两辆，则先按照两辆的间距进行轨迹规划，换道完成后再继续缩小间距。[0175]步骤4-2、整体换道：根据步骤4-1计算的整体换道参数和双五次换道轨迹模型，m辆需换道车辆，同时从外侧车道同步整体换道至目标车道。[0176]现有双五次换道轨迹模型的形式为：[0177][0178]式(1)中，x(t)和y(t)分别为换道车辆的纵向和横向位置与换道时间的关系式，取换道行为开始时时间t＝0，换道车辆位置为原点，即x(t)＝0，y(t)＝0，车辆纵向行驶方向为x轴正方向，横向换道方向为y轴正方向，建立坐标系；a5，a4，a3，a2，a1，a0，b5，b4，b3，b2，b2，b0为12个待求解的系数。[0179]设换道开始和结束时车辆的状态矩阵分别为a和b：[0180][0181][0182]其中x0，y0，xd，yd分别为换道开始时和结束时车辆的纵向和横向位移，v0和vd分别为换道开始和结束时车辆速度，w为车道宽。[0183]对(2)(3)两式中的矩阵a和b进行变化，得到如下两个矩阵。[0184][0185][0186]设td为换道过程结束时的时刻，分别将t＝0和t＝td代入(1)式，解得x0，xd，y0，yd的表达式如下[0187][0188][0189][0190][0191]将a5，a4，a3，a2，a1，a0，b5，b4，b3，b2，b1，b0作为未知数，得到两个六元一次方程组，其系数矩阵a和b如下：[0192][0193][0194]求解两个六元一次方程组得：[0195][0196]将(12)(13)代入(1)式得到其通解为：[0197][0198][0199]式中，v0为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车换道开始时的速度。[0200]取高速公路车道宽为3.75米，初速度取队列行进速度110km/h，考虑换道结束后新队列更快形成并稳定，取末速度同为110km/h，换道时间考虑乘客舒适度取5s。纵向考虑向前缩短一个车头间距的情况，车头间距取16.67m，总位移为即车辆状态矩阵为：[0201][0202][0203]代入通解得：[0204][0205]y(t)＝0.0072t5-0.09t4+0.3t3[0206]规划得到的轨迹纵向和横向位移与时间关系如上式所示(单位：米)。[0207]以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。当前第1页12当前第1页12
技术特征：
1.一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、目标车道影响车辆识别：智能网联车队列位于与目标车道相邻的外侧车道；目标车道内行驶有人工驾驶车辆；目标车道内位于智能网联车队列前方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列头部的纵向间距为d0；目标车道内位于智能网联车队列后方距离最近的人工驾驶车与智能网联车队列尾部的纵向间距为d1；当d0≥d0时，认为目标车道前方无影响智能网联车队列的换道车辆；d0为前换道安全阈值；当d1≥d1时，认为目标车道后方无影响智能网联车队列的换道车辆；d1为后换道安全阈值；当d2≤d1＜d1时，认为目标车道后方具有潜在影响智能网联车队列的换道车辆；其中，d2为允许换道的最小纵向间距；d2＜d1；当d1＜d2时，认为当前时刻智能网联车队列不适宜换道，需等待时机使d1≥d2；步骤2、确定换道方式：设智能网联车队列中需换道车辆为m辆，则换道方式的确定方法为：a、当d0≥d0且d1≥d1时，跳转至步骤4，使智能网联车队列中需换道的m辆车实现同步换道；b、当d0≥d0且d2≤d1＜d1时，进入步骤3，使智能网联车队列中需换道m辆车中尾部的最后一辆车优选换道；当最后一辆车换道完成后，进入步骤4，使剩余m-1辆车实现同时整体换道；步骤3、尾部车辆优选换道，具体包括如下步骤：步骤3-1、规划横向加速度：根据梯形加速度模型，得到队尾车辆的横向加速度随时间的变化关系曲线，进而得到横向位移随时间的变化关系曲线；步骤3-2、规划纵向加速度：采用纵向控制器对尾部车辆的纵向加速度进行规划；其中，纵向控制器基于pf通讯拓扑和定时距策略进行控制；步骤3-3、尾部车辆换道：尾部车辆根据步骤3-1规划的横向加速度，以及步骤3-2规划的纵向加速度，从外侧车道换至目标车道；步骤4、整体换道，具体包括如下步骤：步骤4-1、计算整体换道参数：整体换道参数包括整体换道时间t
d
、换道结束速度v
d
和纵向换道位移x
d
；其中，整体换道时间t
d
根据车道宽速w进行确定；m辆需换道车辆中第i辆智能网联车的纵向换道位移x
d
的计算方法为：a、当i＝1时，表明该车为原队列中位置最靠前的换道车辆，为换道完成后目标车道上新队列的头车；因而，其纵向换道位移x
d
的计算公式为：式中，v
s
为换道开始时智能网联车队列稳定行驶时的纵向速度；b、当i≠1时，表明该车不为原队列中位置最靠前的换道车辆，则其在进行换道过程中，还需向前方靠拢，缩短与目标车道上前车的间距，以便在换道结束时更快的形成新的队列；因而，其纵向换道位移x
d
的计算公式为：
式中，p
i
为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号；p
i-1
为m辆需换道车辆中第i-1辆智能网联车在原始智能网联车队列中的顺序编号；d为新队列稳定时相邻两辆车的期望车头间距，为设定值；δp
max
为换道过程中不发生碰撞情况下的允许的最大车辆间隔数量；步骤4-2、整体换道：根据步骤4-1计算的整体换道参数和双五次换道轨迹模型，m辆需换道车辆，同时从外侧车道同步整体换道至目标车道。2.根据权利要求1所述的基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：步骤1中，d0的计算公式为：式中，d
safe
为人工驾驶车辆和智能网联车辆之间的纵向安全间距，已知值；t
dmax
为换道过程中紧急纠正车辆姿态所需最长时间，设定值；v
platoon
为智能网联车队列行驶速度；x
limit
为前方人工驾驶车辆最短制动距离，已知值；a
brake
为智能网联车队列紧急制动速度，已知值。3.根据权利要求2所述的基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：步骤1中，d1和d2的计算公式分别为：步骤1中，d1和d2的计算公式分别为：式中，t
pre
为网联车队列预先亮起转向灯的时间，设定值；t
act
为人工驾驶车辆驾驶员的反应时间，已知值；v
humandrive
为人工驾驶车辆速度；a
comfortable
为人工驾驶车辆的舒适制动减速度，已知值。4.根据权利要求1所述的基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：纵向控制器的表达式为：其中：
式中，u
f
为优选换道尾部车辆的纵向加速度控制器；k
fp
，k
fv
和k
fa
分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度反馈增益，均为设定值；τ
f
为优选换道尾部车辆动力系统中的惯性时滞，已知值；和分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度误差；p
f
，v
f
和a
f
分别为优选换道尾部车辆的位置、速度和加速度；p
p
，v
p
和a
p
分别为优选换道尾部车辆前方的最邻近上一辆智能网联车的位置、速度和加速度；h
f
为优选换道尾部车辆与最邻近上一辆智能网联车之间的车头时距。5.根据权利要求1所述的基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：步骤4-1中，δp
max
通过如下公式联立，求解得到：δp
max
＝max(p
i-p
i-1
)δx
p
＜d-l式中，l为智能网联车的车长；δx
p
为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车横向偏出队列一个车宽时，其纵向相对位移；t
p
为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车不再与原车道上行驶的前车发生横向碰撞的时间。6.根据权利要求1所述的基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，其特征在于：步骤4-2中，双五次换道轨迹模型为：2中，双五次换道轨迹模型为：式中，v0为m辆需换道车辆中第i辆智能网联车换道开始时的速度。

技术总结
本发明公开了一种基于智能网联车队列控制的多车协同换道方法，通过对目标车道影响车辆进行识别，并适当减速为换道过程做准备；在目标车道前方无影响换道的车辆、后方存在对换道有潜在影响的车辆时，队列中最后一辆优先换道，其余需换道车整体换道；整体换道时，预先规划换道过程的纵向位移，在换道过程中预先缩短目标车道上队列的间距，加快换道结束后目标车道上智能网联车队列形成和稳定速度；基于双五次换道轨迹模型，多车同时执行换道过程。本发明综合考虑队列内外车辆的位置和行驶轨迹，换道过程以及智能网联车队列的形成和恢复更为迅速，进而为智能网联车队列内多车协同换道提供合理的方法依据，为道路交通安全提供保障。为道路交通安全提供保障。为道路交通安全提供保障。


技术研发人员：董长印 张家瑞 王昊 熊卓智 钟娅凌 王丰 李谨成 吕科赟
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2023.01.18
技术公布日：2023/6/27