车辆换道行驶控制方法及系统与流程

本发明涉及智慧交通，尤其是涉及一种车辆换道行驶控制方法及系统。

背景技术：

1、高速公路分流区通常是指到达高速公路出口前的行车区域。高速公路分流区是高速公路行车安全和运行效率的高影响区域，在该区域内，部分车辆由于出行起讫点的原因需要进入最外侧车道，并经由出口匝道驶离高速公路。车辆在高速公路干线主路行驶时，通常会选择设计时速较快的最内侧车道，在分流区内，驶离车辆一般需要经历多次换道到达最外侧车道，以便从出口驶离高速公路，因此，分流区的换道行为是容易造成车辆冲突、交通事故多发及运行效率下降的主要原因。

2、随着智能车辆及自动驾驶技术的发展，智能车辆逐步具备了运行环境感知、规划决策、智能辅助驾驶等多种服务功能，但受限于传感器性能及成本等限制，仅依靠智能车辆本身难以完全满足新一代智能化交通控制系统的需求。车辆与路侧智能交通设备的交互成为车路协同的主要发展路线，路侧智能交通设备具备一定的检测、计算及通信能力，可向特定车辆发送必要的信息，辅助车辆完成智能驾驶决策。

3、为了降低高速公路分流区的事故发生率，对于智能网联车辆(connected andautonomous vehicles，cavs)和人工驾驶车辆(human driving vehicles，hdvs)构成的混合交通流的换道行驶控制研究是十分必要的。目前，混合交通流下的换道控制策略，通常侧重于研究设计车辆运行规则，控制主路车辆在分流区上游提前减速，以便为待驶离车辆创造可供换道的间隙；或者，侧重于研究控制车辆换道，控制车辆提前进行车道变更，降低对待驶离车辆的影响。但是，目前的混合交通流下的换道控制策略，并未考虑换道车辆与其他车辆构成的交通流整体效果，交通流整体运行效率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种车辆换道行驶控制方法及系统，能够充分考虑到目标车辆的换道行驶对整体交通流的影响，兼顾了换道车辆的运行效率，提升了交通流整体运行效率。

2、为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供了一种车辆换道行驶控制方法，包括：获取目标公路的分流区内各车辆当前的运动状态信息；基于所述运动状态信息对所述分流区内的各所述车辆进行状态预测，得到各所述车辆在预设未来时域内的运动状态预测结果；基于各所述车辆的运动状态预测结果确定目标车辆驶离所述目标公路的换道行驶策略；其中，所述目标车辆为所述分流区内任意需要驶离所述目标公路的智能车辆；从所述换道行驶策略中筛选出所述分流区的交通流运行效率取最大值时对应的最优换道行驶策略，控制所述目标车辆按照所述最优换道行驶策略行驶。

4、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述运行状态信息包括所述车辆在所述分流区的纵向位置及车辆加速度；所述基于所述运动状态信息对所述分流区内的各所述车辆进行状态预测，得到各所述车辆在预设未来时域内的运动状态预测结果的步骤，包括：基于所述纵向位置及所述车辆加速度对各所述车辆在所述预设未来时域内的纵向位置、运行速度及加速度进行状态预测，得到各所述车辆的纵向位置预测结果、速度预测结果及加速度预测结果。

5、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述基于各所述车辆的运动状态预测结果确定目标车辆驶离所述目标公路的换道行驶策略的步骤，包括：获取所述目标车辆与待换车道间隙前车满足安全换道要求的第一安全距离，及所述目标车辆与待换车道间隙后车满足安全换道要求的第二安全距离；基于所述运动状态预测结果、所述第一安全距离和所述第二安全距离确定所述分流区在所述预设未来时域内的间隙状态矩阵；其中，所述间隙状态矩阵中包括所述目标车辆的可插入间隙和不可插入间隙；基于所述间隙状态矩阵确定所述目标车辆切换至所述目标公路出口对应的最外侧车道的全部换道行驶策略。

6、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述从所述换道行驶策略中筛选出所述分流区的交通流运行效率取最大值时对应的最优换道行驶策略的步骤，包括：构建评价指标函数；其中，所述评价指标函数与所述目标车辆在各行驶策略下的换道行驶时间及交通流运行效率相关；基于所述评价指标函数确定所述换道行驶策略中各行驶策略对应的评价指标值中的最大值对应的行驶策略，得到最优换道行驶策略。

7、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述评价指标函数为：

8、j＝ξ1jsv+ξ2jflow

9、

10、

11、πopt＝argπ∈pmaxj(π)

12、其中，t(fh)为所述行驶策略fh对应的换道行驶时间，ξ1和ξ2为权重值，jsv为所述分流区的交通流运行效率，x(ssv(k)，gramp)为当前位置ssv(k)与所述目标公路出口匝道起始点gramp之间的距离，为分流区内车道l上所有车辆的平均速度，πopt为最优换道行驶策略。

13、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述状态预测的预测模型为：

14、

15、其中，x(k)为k时刻车辆的纵向位置，τ为时间步长，x(k+τ|k)为一个所述时间步长后车辆的纵向位置，为k时刻车辆的运行速度，b(k)为控制加权因子矩阵，c(k)为误差加权因子矩阵，u(k)为预测输入，a(k)为k时刻车辆的加速度。

16、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述车辆换道行驶控制方法还包括：

17、s71，在所述最优换道行驶策略执行第二预设时域后，获取所述目标车辆的运动状态信息的当前检测值，基于所述当前检测值计算所述第二预设时域内产生的预测偏差；

18、s72，基于所述预测偏差更新所述控制加权因子矩阵和所述误差加权因子矩阵；

19、s73，判断所述预测偏差是否小于等于预设偏差阈值，若所述预测偏差小于等于预设偏差阈值，控制所述目标车辆继续按照所述最优换道行驶策略行驶。

20、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述车辆换道行驶控制方法还包括：若所述预测偏差大于所述预设偏差阈值，基于所述当前检测值重新对所述目标车辆进行状态预测，并更新所述目标车辆驶离所述目标公路的最优换道行驶策略，控制所述目标车辆按照更新后的所述最优换道行驶策略行驶。

21、进一步，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述车辆换道行驶控制方法还包括：重复执行所述s71～s73，直至所述目标车辆行驶至所述分流区出口匝道。

22、第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆换道行驶控制系统，包括：传感器和控制器；所述传感器用于检测车辆状态信息；所述控制器用于执行如第一方面任一项所述的车辆换道行驶控制方法。

23、本发明实施例提供了一种车辆换道行驶控制方法及系统，该方法包括：获取目标公路的分流区内各车辆当前的运动状态信息；基于运动状态信息对分流区内的各车辆进行状态预测，得到各车辆在预设未来时域内的运动状态预测结果；基于各车辆的运动状态预测结果确定目标车辆驶离目标公路的换道行驶策略；其中，目标车辆为分流区内任意需要驶离目标公路的智能车辆；从换道行驶策略中筛选出分流区的交通流运行效率取最大值时对应的最优换道行驶策略，控制目标车辆按照最优换道行驶策略行驶。本发明通过基于目标公路上车辆当前的运动状态信息对每辆车辆进行状态预测，预测各车辆在未来时域内的运动状态信息，可以对目标公路的整体交通流起到预测作用，通过根据各车辆的运动状态预测结果确定目标车辆驶离所述目标公路的换道行驶策略，并筛选及执行最优换道行驶策略，充分考虑到了目标车辆的换道行驶对整体交通流的影响，兼顾了换道车辆的运行效率，提升了交通流整体运行效率。

24、本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明实施例的上述技术即可得知。

25、为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。