一种网联环境下车辆换道动态调控方法

本发明属于网联车交通控制领域，具体是一种网联环境下车辆换道动态调控方法。

背景技术：

1、城市道路是连接城市内部各区域之间中长距离出行的交通大动脉，其安全与高效运行对城市道路网系统整体交通稳定起着至关重要的作用，然而随着交通量的不断提升，交通压力也不断增大，交通安全问题也日益严重，尤其是道路上大量的换道行为，都大大增加了交通冲突，降低了交通运行效率。

2、随着网联自动驾驶技术和车路协同技术的发展，给我们解决交通问题带来了新思路，与人工驾驶车辆相比，网联自动驾驶汽车能以更短的车头时距、更快的反应速度、更明智的驾驶行为行驶。然而在最近一系列的自动驾驶汽车测试中发生了一系列事故，尤其是在频繁的换道中，自动驾驶车辆中嵌入的控制算法在面对实时动态变化的道路环境时失效。

技术实现思路

1、本发明克服现有技术存在的不足之处，提出了一种网联环境下车辆换道动态调控方法，以期能在保证车辆安全运行的前提下，动态调整车辆换道轨迹，从而能提高车辆换道的效率与整体道路通行能力。

2、本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

3、本发明一种网联环境下车辆换道的动态调控方法的特点在于，所述网联环境下的机动车均为网联自动驾驶车辆，将所述网联环境下单向车道由内到外分别记为第j车道，其中j＝1,2...n，n≥2，且第j-1车道的交通量小于第j车道；所述动态调控方法包括以下步骤：

4、步骤1、定义处于第j车道上的目标车辆为a，处于第j-1车道上且相对在a车前方的第一辆车为b，处于第j-1车道上且相对在a车后方的第一辆车为c；

5、以车辆a的车头位置为原点，以第j车道的车辆行驶方向为x轴的正方向，以垂直于x轴且指向第j-1车道的方向为y轴的正方向，建立平面直角坐标系；

6、定义t表示总调控时长，δt表示一次更新时间间隔；

7、利用路侧智能交通设备采集t时刻目标车辆a的速度和航向角θt，车辆b的速度加速度和车头位置横坐标车辆c的速度加速度和车头位置横坐标

8、步骤2、判断t时刻车辆a是否需要从第j车道换到第j-1车道以获取更快的速度，若需要，则进入步骤3；否则，进入步骤10；

9、步骤3、利用式(1)计算车辆a的预估换道轨迹；

10、

11、式(1)中，xa和ya分别代表车辆a车头的横坐标和纵坐标；表示车辆a预估换道终点的车头横坐标；表示第j-1车道的道路中心线的纵坐标，即车辆a预估换道终点的车头纵坐标；

12、步骤4、利用式(2)计算换道效率和舒适性的综合成本j得到

13、

14、式(2)中，表示t时刻车辆a的侧向加速度；表示使人舒适的最大加速度；ta表示车辆a的整个换道时间；表示最长换道时间；w表示权重；y′a表示轨迹函数的一阶导数；τ表示车辆反应时间；

15、步骤5、计算车辆a最终位置横坐标的避免碰撞范围；

16、步骤5.1、利用式(3)计算车辆a换道完成时，车辆b的车头纵向位置和车辆c的车头纵向位置

17、

18、步骤5.2、利用式(4)计算车辆a与车辆b之间的安全距离sb以及车辆a与车辆c之间的安全距离sc；

19、

20、式(4)中，和分别表示车辆a、车辆b和车辆c的最大加速度；

21、步骤5.3、得到车辆a避免碰撞的安全范围：其中，lb表示车辆b的车长；

22、步骤6、计算车辆a最终位置横坐标的避免侧翻范围；

23、步骤6.1、利用式(5)计算车辆a发生侧翻时最终位置横坐标的边界

24、

25、式(6)中，表示车辆a发生侧翻时的临界侧向加速度；

26、步骤6.2、得到车辆a最终位置横坐标的避免侧翻安全范围：

27、步骤7、若则车辆a最终位置横坐标的安全范围是否则，进入步骤8；

28、步骤7.1、若则保持车辆a的速度和权重w，继续换道，并执行步骤10；

29、若则降低车辆a的速度和权值w，使落入安全范围内，继续换道，并执行步骤10；若速度和权值w降低后，始终无法落入安全范围内，则放弃换道，并执行步骤10；

30、若则增加车辆a的速度和权值w，使落入安全范围内，继续换道，并执行步骤10；若速度和权值w增加后，始终无法落入安全范围内，则放弃换道，并执行步骤10；

31、步骤8、若则得到车辆a最终位置横坐标的安全范围是否则，进入步骤9；

32、步骤8.1、若则保持车辆a的速度和权重w，继续换道，并执行步骤10；

33、若则降低车辆a的速度和权值w，使落入安全范围内，继续换道，并执行步骤10；若速度和权值w降低后，始终无法落入安全范围内，则放弃换道，并执行步骤10；

34、若则增加车辆a的速度和权值w，使落入安全范围内，继续换道，并执行步骤10；若速度和权值w增加后，始终无法落入安全范围内，则放弃换道，并执行步骤10；

35、步骤9、若则车辆a放弃换道，并执行步骤10；

36、步骤10、将t+δt赋值给t，判断t＞t是否成立，若成立，则结束调控流程；否则，返回步骤2顺序执行。

37、本发明一种交通智能设备的特点在于，利用无线通信手段与所述道路路段网联自动驾驶车辆互联，获取道路车辆信息，并向网联自动驾驶车辆发布信息。

38、本发明一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质可进行程序编写的特点在于，所述可读存储介质按照所述的动态调控方法编写程序，并被处理器运行。

39、与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在：

40、1、本发明建立三次多项式动态模拟车辆换道轨迹，使得对换道过程的调控更加精准，而且综合考虑了换道舒适性和换道效率，在保证换道效率的同时，确保了换道的舒适性。

41、2、本发明引入避碰算法和避免侧翻算法，综合两个算法最终得出安全换道范围，不仅保证了避免与前后车相撞也避免的车辆在换道过程中发生侧翻，当无法同时保证两个算法时，会中断换道以保证换道的安全性。

42、3、与现有技术相比，本发明以一定的时间步长，不断重新获取交通信息，根据实时的交通信息不断对车辆换道轨迹进行调整，从而提高了车辆换道的交通运行效率。

技术特征：

1.一种网联环境下车辆换道动态调控方法，其特征在于，所述网联环境下的机动车均为网联自动驾驶车辆，将所述网联环境下单向车道由内到外分别记为第j车道，其中j＝1,2...n，n≥2，且第j-1车道的交通量小于第j车道；所述动态调控方法包括以下步骤：

2.一种电子设备，包括存储器以及处理器，其特征在于，所述存储器用于存储支持处理器执行权利要求1所述方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。

3.一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行权利要求1所述方法的步骤。

技术总结本发明公开了一种网联环境下车辆换道动态调控方法，包括：1、判断目标车辆是否有换道需求；2、计算目标车辆预估换道轨迹；3、结合舒适性和效率计算成本函数；4、计算目标车辆避免碰撞安全范围；5、计算目标车辆避免侧翻安全范围；6、结合安全范围对目标车辆速度和权值进行调整；7、循环上述步骤，直到控制时长结束。本发明有利于改善道路拥堵现状，并能提高交通效率和交通安全，从而能提升道路通行能力。技术研发人员：张卫华,王志豪,高剑,汪春,黄文娟,程泽阳,陈康,张海洋受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5