一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略

1.本发明涉及智能交通控制领域，特别是一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略。


背景技术：

2.随着机动车保有量的增加，交通安全和交通拥堵问题日益严重。而智能网联车可以通过对周围环境的精确感知和精准控制大幅度减少因人为失误导致的事故与拥堵。而具有相同目的地或路径有重叠的智能网联车可以采用cacc(cooperative adaptive cruise control)编队运行，大幅度增加通行能力，并且减少排放和能源消耗。但是使智能网联车渗透率达到100％仍有很大困难，因此由智能网联车和人工驾驶车辆所组成的混合交通流仍会长期存在。目前的智能网联车在跟随人工驾驶车行驶时会从cacc降级为acc(adaptive cruise control),导致通行效率、安全性和稳定性的降低，因此如何保障队列在运行过程的连续性与完整性十分重要。
3.而目前针对智能网联车队的换道方法主要有两种，分别为整体式换道和相继式换道。但这两种换道方式所需要的车间距较大，在交通流密度较大的场景下常常难以找到合适的换道间隙。若队列需要下匝道，可能会因为没有合适的间隙错过匝道口，或是为强制下匝道而打乱队列，大幅度降低智能网联车队舒缓交通流、提高通行效率的能力。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略，该智能网联车队下匝道前的协同换道策略能在较高交通密度环境中车队能够找到合适的间隙，安全有序的进行换道，并使智能网联车队在换道前后都能编队行驶，保障了道路交通安全、高效、平稳的状态。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
6.一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略，包括如下步骤。
7.步骤1、确定最优首次换道车辆：设下匝道前具有紧邻的内侧车道和外侧车道；内侧车道的前方具有下匝道，也称为目标车道；待从下匝道换道的智能网联车队行驶在外侧车道；智能网联车队具有n辆智能网联汽车，且从前至后依次编号为1、2、3、
……
、i、
……
、n；其中，1≤i≤n；智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定最优首次换道车辆，设其编号为i。
8.步骤2、最优首次换道车辆i首次换道及减速，具体包括如下步骤：
9.步骤2-1、首次换道：步骤1确定的最优首次换道车辆i，从外侧车道以纵向匀速换道至目标车道。
10.步骤2-2、确定ad和td：根据最优首次换道车辆i在目前车道内前车的车速以及最优首次换道车辆i距离下匝道的距离值，确定最优首次换道车辆i将在目标车道内的匀减速度ad
、匀减速时间td和在td后的速度vd。
11.步骤2-3、减速：位于目标车道内的最优首次换道车辆i以ad匀减速行驶，并在设定匀减速时间td后，达到设定速度vd；
12.步骤2-4、匀速：以速度vd在目标车道内匀速行驶。
13.步骤3、编队减速：位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内，均达到速度vd。
14.步骤4、二次换道：步骤3重新编队后的智能网联新车队中的每辆智能网联汽车均利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定满足二次换道的智能网联汽车；接着，满足二次换道的智能网联汽车均以纵向匀速进行二次换道。
15.步骤5、位于外侧车道的剩余智能网联汽车，均按照速度vd进行匀速行驶，并均重复步骤4，直至位于外侧车道的所有智能网联汽车，均在下匝道前完成向目标车道的换道。
16.步骤1、确定最优首次换道车辆的方法，具体包括如下步骤：
17.步骤1-1、设定首次换道条件：假设当前时刻第i辆智能网联汽车成功换道至目标车道，目标车道上第i辆智能网联汽车和其后车的预计加速度分别为ai和a
i，r
，当ai和a
i，r
同时满足如下两个条件时，则说明第i辆智能网联汽车和其后车均行驶安全，第i辆智能网联汽车满足首次换道条件：其中：
18.条件
①
、ai＞a
min
。
19.条件
②
、a
i，r
＞a
min
。
20.式中，a
min
为设定的最小车辆加速度。
21.步骤1-2、计算ai和a
i，r
：智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和自身的纵向间距进行测定，并采用跟驰函数计算ai和a
i，r
。
22.步骤1-3、判断符合首次换道车辆：将步骤1-2计算得到的计算ai和a
i，r
，与步骤1-1设定的首次换道条件进行比较判断，从而得到符合首次换道的车辆。
23.步骤1-4、确定最优首次换道车辆：当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆只有一辆时，则改该辆智能网联汽车即为最优首次换道车辆；当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆具有两辆及以上时，则确定最靠近智能网联车队队尾的车辆为最优首次换道车辆，从而缩小整个智能网联车队队列换道所需时间和行驶距离。
24.步骤1-1中，ai和a
i，r
，具体计算公式为：
25.ai＝f(s
i，l
，v
i，l
，vi)
26.a
i，r
＝f(s
i，r
，vi，v
i，r
)
27.式中，f(
·
)为跟驰函数，表示人工驾驶时根据前后两辆车的间距和速度对后车加速度的调整，反映了人工驾驶车辆的跟车行为。
28.s
i，l
为车辆i和目标车道最近前车的间距。
29.s
i，r
为车辆i和目标车道最近后车的间距。
30.v
i，l
为目标车道车辆i最近前车的速度。
31.v
i，r
为目标车道车辆i最近后车的速度。
32.vi为车辆i的速度。
33.步骤2-2中，ad和td需同时满足如下条件：
34.①
vd＝v
0-adtd＜v
l
35.②
x＝xd+(t
e-td)vd+(n-1)(se+l)＜s
36.其中：
[0037][0038][0039][0040]
条件
①
表示换道车辆减速后速度vd小于前车速度v
l
，则前后车间距将增大，从而使其他车辆可以完成换道；式中，v0表示最优首次换道车辆i换道至目标车道时的初始速度。
[0041]
条件
②
表示整个队列从最优首次换道车辆开始减速到换道完成所行驶的距离x小于最优首次换道车辆开始减速时至下匝道入口的距离s，也即能在达到下匝道区域前整个队列完成换道；其中，xd为最优首次换道车辆减速过程行驶过的距离。
[0042]
te为从最优首次换道车辆开始减速到队列最后一辆车完成换道所经历的时间。
[0043]
(t
e-td)vd为最优首次换道车辆匀速过程行驶过的距离。
[0044]
se为智能网联车队列期望车辆前后间距，为设定值。
[0045]
l为智能网联汽车的车辆长度。
[0046]
(n-1)(se+l)为队列换道完成后在最优首次换道车辆之前的队列长度。
[0047]
t1为编号i+1、i+2、...、n的车辆在最优首次换道车辆换道后的匀速行驶时间。
[0048]
tc表示最优首次换道车辆换道时间；δx1表示最优首次换道车辆在目标车道减速开始时与前车纵向上的距离。
[0049]
步骤3中编队减速的方法，具体为：
[0050]
a、位于外侧车道的第i+1、i+2、...、n辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t1时，以ad的加速度减速到vd后保持匀速。
[0051]
b、位于外侧车道的第1、2、...、i-1辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t2时，以ad的加速度减速到vd后保持匀速，其中t2为：
[0052][0053]
。
[0054]
位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内到达各自的预计到达位置，且均达到速度vd；其中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车的预计到达位置的计算方法为：
[0055]
a、当1≤j≤i-1时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j)(se+l)处。
[0056]
b、当i+1≤j≤n时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j+1)(se+l)处，从而能保持纵向匀速进行换道。
[0057]
步骤4中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车，满足二次换道的条件为：
[0058]
条件
①
、δx
j，l
＞0；
[0059]
条件
②
、v
l
＞vj；
[0060]
式中，δx
j，l
为第j辆智能网联汽车与目标车道上离已完成换道车辆最近前车的测量纵向间距，vj为第j辆智能网联汽车的速度，v
l
为前车速度。
[0061]
若第j辆智能网联汽车同时满足条件
①
和条件
②
，第j辆智能网联汽车能进行换道，否则继续保持匀速行驶，等待换道时机。
[0062]
本发明具有如下有益效果：本发明充分发挥智能网联车队协同感知和决策的优势，利用整队感知并判断换道条件，进而选取优先换道车辆的方式，可最大程度上在较大密度车流中找出合适间隙；采用单车优先换道并以特定减速方式运动的策略，既为其他车辆的换道制造条件，又确保整个换道过程可以在抵达下匝道之前完成；期间队列其余车辆进行重组编队，最大程度保证编队行驶，并设定预定位置和速度，保证后续换道的安全与效率。本发明提供的方法所需初始车辆间隙小，并且保证了智能网联车队在换道过程中，以及下匝道前后编队的连续与完整，为未来交通安全高效提供保障。
附图说明
[0063]
图1是本发明智能网联车队下匝道前的协同换道策略的结构示意图。
[0064]
图2是本发明实施例的示例中交通初始状况的示意图。
[0065]
图3是本发明实施例的示例中优先换道车辆换道并减速的示意图。
[0066]
图4是本发明实施例的示例中队列其余车辆重组编队的示意图。
[0067]
图5是本发明实施例的示例中队列其余车辆相继换道的示意图。
具体实施方式
[0068]
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。
[0069]
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。
[0070]
如图1所示，一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略，
[0071]
步骤1、确定最优首次换道车辆
[0072]
设下匝道前具有紧邻的内侧车道和外侧车道；内侧车道的内侧前方具有下匝道，也称为目标车道；待从下匝道换道的智能网联车队行驶在外侧车道；智能网联车队具有n辆智能网联汽车，且从前至后依次编号为1、2、3、
……
、i、
……
、n；其中，1≤i≤n；智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定最优首次换道车辆，设其编号为i。
[0073]
因而，上述确定最优首次换道车辆的方法，具体包括如下步骤。
[0074]
步骤1-1、设定首次换道条件：假设当前时刻第i辆智能网联汽车成功换道至目标车道，目标车道上第i辆智能网联汽车和其后车的预计加速度分别为ai和a
ir
，当ai和a
ir
同时满足如下两个条件时，则说明第i辆智能网联汽车和其后车均行驶安全，第i辆智能网联汽
车满足首次换道条件：其中：
[0075]
条件
①
、ai＞a
min
，其中，ai的计算公式为：
[0076]ai
＝f(s
i，l
，v
i，l
，vi)
[0077]
式中，f(
·
)为跟驰函数，表示人工驾驶时根据前后两辆车的间距和速度对后车加速度的调整，反映了人工驾驶车辆的跟车行为。
[0078]si，l
为车辆i和目标车道最近前车的间距。
[0079]vi，l
为目标车道车辆i最近前车的速度。
[0080]
vi为车辆i的速度。
[0081]amin
为设定的最小车辆加速度。
[0082]
条件
②
、a
ir
＞a
min
；其中，a
ir
的计算公式为：
[0083]ai，r
＝f(s
i，r
，vi，v
i，r
)
[0084]
式中，s
i，r
为车辆i和目标车道最近后车的间距。
[0085]vi，r
为目标车道车辆i最近后车的速度。
[0086]
步骤1-2、计算ai和a
i，r
：智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和自身的纵向间距进行测定，并采用跟驰函数计算ai和a
i，r
。
[0087]
步骤1-3、判断符合首次换道车辆：将步骤1-2计算得到的计算ai和a
i，r
，与步骤1-1设定的首次换道条件进行比较判断，从而得到符合首次换道的车辆。
[0088]
步骤1-4、确定最优首次换道车辆：当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆只有一辆时，则改该辆智能网联汽车即为最优首次换道车辆；当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆具有两辆及以上时，则确定最靠近智能网联车队队尾的车辆为最优首次换道车辆，从而缩小整个智能网联车队队列换道所需时间和行驶距离。
[0089]
上述跟驰函数f(
·
)含有3个参数，每个参数的计算方法均为现有技术，以向前相邻两辆车k-1和k为例，则跟驰函数f(
·
)中的3个参数分别为前后两车的间距s
k-1，k
，前车速度v
k-1
，后车速度vk，f(
·
)具体形式如下：
[0090]
f(s
k-1，k
，v
k-1
，vk)＝α(v(s
k-1，k
)-vk)+β(v
k-1-vk)
[0091][0092][0093]
式中，α、β为待定系数，v(s
k-1，k
)表示当前后车辆间距为s
k-1，k
时后车期望达到的速度，s
st
为静态安全间距，v
max
为最大速度，s
go
为维持最大速度所需的间距。以上参数均可根据实际路段和具体场景，基于人工驾驶车辆轨迹进行标定。
[0094]
在本实施例中，初始交通状况如图2所示，车队中共有5辆智能网联车，编号从下游到上游依次为1、2、3、4、5，每辆车长l＝5m，均以速度ve＝25m/s，前后车辆间距se＝20m行驶。每辆车测得的目标车道和自身紧邻的前后车辆纵向间距s
i，l
、s
i，r
以及速度v
i，l
、v
i，r
为：
[0095]s1，l
＝35ms
2，l
＝60ms
3，l
＝5ms
4，l
＝30ms
5，l
＝55ms
1，r
＝35ms
2，r
＝10ms
3，r
＝55ms
4，r
＝30ms
5，r
＝10mv1，l
＝25m/sv
2，l
＝25m/sv
3，l
＝25m/sv
4，l
＝25m/sv
5，l
＝25m/sv
1，r
＝25m/sv
3，r
＝25m/sv
3，r
＝27m/sv
4，r
＝27m/sv
5，r
＝27m/s
[0096]
每辆车计算换道条件，其中，根据人工驾驶车辆实际轨迹对跟驰函数进行标定，确定系数α＝0.6、β＝0.9，静态安全间距s
st
＝5m，最大速度v
max
＝30m/s，维持最大速度所需的间距s
go
＝35m，则假设每辆车换道之后，其后车和自身预计加速度a
i，r
和ai为：
[0097][0098]
当且仅当
①ai，r
＞a
min
②ai
＞a
min
同时满足时，车辆i才满足换道条件，其中，本实施例考虑一般车辆性能，a
min
＝-5m/s2，因此只有编号为1的车以及编号为4的车可以换道。而编号为4的车离车尾更近，因此选择其作为最优首次换道车辆。
[0099]
步骤2、最优首次换道车辆i首次换道及减速，具体包括如下步骤：
[0100]
步骤2-1、首次换道：步骤1确定的最优首次换道车辆i，从外侧车道以纵向匀速换道至目标车道。换道完成后，利用地图获取其和下匝道入口的距离，并且实时利用传感器获取和前车的间距，并通过v2v通信技术将间距和自身速度发送给其他智能网联车。
[0101]
步骤2-2、确定ad和td：根据最优首次换道车辆i在目前车道内前车的车速以及最优首次换道车辆i距离下匝道的距离值，确定最优首次换道车辆i将在目标车道内的匀减速度ad、匀减速时间td和在td后的速度vd。
[0102]
上述ad和td需同时满足如下条件：
[0103]
①
vd＝v
0-adtd＜v
l
[0104]
②
x＝xd+(t
e-td)vd+(n-1)(se+l)＜s
[0105]
其中：
[0106][0107][0108][0109]
条件
①
表示换道车辆减速后速度vd小于前车速度v
l
，则前后车间距将增大，从而使其他车辆可以完成换道；式中，v0表示最优首次换道车辆i换道至目标车道时的初始速度。
[0110]
条件
②
表示整个队列从最优首次换道车辆开始减速到换道完成所行驶的距离x小于最优首次换道车辆开始减速时至下匝道入口的距离s，也即能在达到下匝道区域前整个队列完成换道；其中，xd为最优首次换道车辆减速过程行驶过的距离。
[0111]
te为从最优首次换道车辆开始减速到队列最后一辆车完成换道所经历的时间。
[0112]
(t
e-td)vd为最优首次换道车辆匀速过程行驶过的距离。
[0113]
se为智能网联车队列期望车辆前后间距，设为定值。
[0114]
l为智能网联汽车的车辆长度。
[0115]
(n-1)(se+l)为队列换道完成后在最优首次换道车辆之前的队列长度。
[0116]
t1为编号i+1、i+2、...、n的车辆在最优首次换道车辆换道后的匀速行驶时间。
[0117]
tc表示最优首次换道车辆换道时间；δx1表示最优首次换道车辆在目标车道减速开始时与前车纵向上的距离。
[0118]
步骤2-3、减速：位于目标车道内的最优首次换道车辆i以ad匀减速行驶，并在设定匀减速时间td后，达到设定速度vd；
[0119]
步骤2-4、匀速：以速度vd在目标车道内匀速行驶。
[0120]
在本实施例中，优先换道车辆的换道并减速如图3所示，车道宽度为3.75m，车辆首先从初始速度v0＝25m/s开始，保持纵向匀速，横向首先以1.78m/s2的加速度加速1.125s后达到2m/s，维持匀速0.75s后以-1.78m/s2的加速度减速到0完成换道，换道时间为tc＝3s，之后其他车辆的换道也遵循此方法。此时测定和车道2前车的距离δx1＝30m,和下匝道入口的距离s＝500m，之后以ad的加速度开始做匀减速运动，匀减速时间td，速度达到vd，ad和td同时满足条件
①
和条件
②
即可，具体取值可以根据实际情况的需求选择，本实施例中ad＝-2m/s2,td＝4s，vd＝17m/s，判断是否满足条件：
[0121]
vd＜v
l
＝25m/s
[0122][0123][0124][0125]
xd+(t
e-td)vd+(n-1)(se+l)＝343.97m＜s＝500m
[0126]
因此满足条件
①
和条件
②
，减速完成后，该车保持vd匀速行驶。由于在换道之前已经判断换道条件，前后车间距和速度合适，后车状态在可控范围内，而当优先换道车辆减速后，后车也会响应减速，前后车间距保持适当，不会出现碰撞。
[0127]
步骤3、编队减速：位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内，均达到速度vd。
[0128]
步骤3中编队减速的方法，具体为：
[0129]
a、位于外侧车道的第i+1、i+2、...、n辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t1时，以ad的加速度减速到vd后保持匀速。
[0130]
b、位于外侧车道的第1、2、...、i-1辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t2时，以ad的加速度减速到vd后保持匀速，其中t2为：
[0131][0132]
在本实施例中，队列的重组编队如图4所示，对于车辆编号i＝5的车辆首先保持v0＝25m/s的速度匀速行驶，当时间过去t1＝6.25s时，以ad＝-2m/s2的加速度减速到vd＝17m/s后保持匀速；
[0133]
对于车辆编号i＝1，2，3的车辆首先保持v0＝25m/s的速度匀速行驶，当时间过去
时，以ad＝-2m/s2的加速度减速到vd＝17m/s后保持匀速。
[0134]
此时，对于车辆编号i＝5的车辆，预计位置在优先换道车辆相邻车道的下游25(n-i+1)＝25m；对于车辆编号i＝1，2，3的车辆，预计位置在优先换道车辆相邻车道的下游25(n-i)m。并且所有车辆都到达和优先换道车辆相同的速度vd＝17m/s。
[0135]
步骤4、二次换道：步骤3重新编队后的智能网联新车队中的每辆智能网联汽车均利用利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定满足二次换道的智能网联汽车；接着，满足二次换道的智能网联汽车均以纵向匀速进行二次换道。
[0136]
步骤5、位于外侧车道的剩余智能网联汽车，均按照速度vd进行匀速行驶，并均重复步骤4，直至位于外侧车道的所有智能网联汽车，均在下匝道前完成向目标车道的换道。
[0137]
位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内到达各自的预计到达位置，且均达到速度vd；其中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车的预计到达位置的计算方法为：
[0138]
a、当1≤j≤i-1时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j)(se+l)处。
[0139]
b、当i+1≤j≤n时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j+1)(se+l)处，从而能保持纵向匀速进行换道。
[0140]
步骤4中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车，满足二次换道的条件为：
[0141]
条件
①
、δx
j，l
＞0；
[0142]
条件
②
、v
l
＞vj；
[0143]
式中，δx
j，l
为第j辆智能网联汽车与目标车道上离已完成换道车辆最近前车的测量纵向间距，vj为第j辆智能网联汽车的速度，v
l
为前车速度。
[0144]
若第j辆智能网联汽车同时满足条件
①
和条件
②
，第j辆智能网联汽车能进行换道，否则继续保持匀速行驶，等待换道时机。
[0145]
在本实施例中，其余车辆相继换道如图5所示，在编队重组完成后，前车速度v
l
＝25m/s，而编号为j的车辆速度vj＝17m/s，测量与前车间距δx
j，l
为：
[0146]
δx
1，l
＝73.72mδx
2，l
＝48.72mδx
3，l
＝23.72mδx
5，l
＝-1.28m
[0147]
因此编号为2、3、5的车辆可以进行换道，编号为1的车辆等待约(-δx
1，l
)/(v
l-vd)＝0.16s后也可以开始换道。换道完成后，原队列的所有智能网联车均完成了换道，并且换道过程最大程度保证了队列的连续性，换道前后队列完整，之后也能充分发挥智能网联车队的作用。
[0148]
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。

技术特征：
1.一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：包括如下步骤：步骤1、确定最优首次换道车辆：设下匝道前具有紧邻的内侧车道和外侧车道；内侧车道的前方具有下匝道，也称为目标车道；待从下匝道换道的智能网联车队行驶在外侧车道；智能网联车队具有n辆智能网联汽车，且从前至后依次编号为1、2、3、
……
、i、
……
、n；其中，1≤i≤n；智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定最优首次换道车辆，设其编号为i；步骤2、最优首次换道车辆i首次换道及减速，具体包括如下步骤：步骤2-1、首次换道：步骤1确定的最优首次换道车辆i，从外侧车道以纵向匀速换道至目标车道；步骤2-2、确定a
d
和t
d
：根据最优首次换道车辆i在目前车道内前车的车速以及最优首次换道车辆i距离下匝道的距离值，确定最优首次换道车辆i将在目标车道内的匀减速度a
d
、匀减速时间t
d
和在t
d
后的速度v
d
；步骤2-3、减速：位于目标车道内的最优首次换道车辆i以a
d
匀减速行驶，并在设定匀减速时间t
d
后，达到设定速度v
d
；步骤2-4、匀速：以速度v
d
在目标车道内匀速行驶；步骤3、编队减速：位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内，均达到速度v
d
；步骤4、二次换道：步骤3重新编队后的智能网联新车队中的每辆智能网联汽车均利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和与自身的纵向间距进行测定，以确定满足二次换道的智能网联汽车；接着，满足二次换道的智能网联汽车均以纵向匀速进行二次换道；步骤5、位于外侧车道的剩余智能网联汽车，均按照速度v
d
进行匀速行驶，并均重复步骤4，直至位于外侧车道的所有智能网联汽车，均在下匝道前完成向目标车道的换道。2.根据权利要求1所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：步骤1、确定最优首次换道车辆的方法，具体包括如下步骤：步骤1-1、设定首次换道条件：假设当前时刻第i辆智能网联汽车成功换道至目标车道，目标车道上第i辆智能网联汽车和其后车的预计加速度分别为a
i
和a
i，r
，当a
i
和a
i，r
同时满足如下两个条件时，则说明第i辆智能网联汽车和其后车均行驶安全，第i辆智能网联汽车满足首次换道条件：其中：条件
①
、a
i
＞a
min
；条件
②
、a
i，r
＞a
min
；式中，a
min
为设定的最小车辆加速度；步骤1-2、计算a
i
和a
i，r
：智能网联车队中的每辆智能网联汽车均利用利用自身搭载的传感器，对目标车道自身周围的人工驾驶车的速度以及和自身的纵向间距进行测定，并采用跟驰函数计算a
i
和a
i，r
；步骤1-3、判断符合首次换道车辆：将步骤1-2计算得到的计算a
i
和a
i，r
，与步骤1-1设定的首次换道条件进行比较判断，从而得到符合首次换道的车辆；步骤1-4、确定最优首次换道车辆：当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆
只有一辆时，则该辆智能网联汽车即为最优首次换道车辆；当步骤1-3判断得到同一时刻符合首次换道的车辆具有两辆及以上时，则确定最靠近智能网联车队队尾的车辆为最优首次换道车辆，从而缩小整个智能网联车队队列换道所需时间和行驶距离。3.根据权利要求2所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：步骤1-1中，a
i
和a
i，r
，具体计算公式为：a
i
＝f(s
i，l
，v
i，l
，v
i
)a
i，r
＝f(s
i,r
，v
i
，v
i,r
)式中，f(
·
)为跟驰函数，表示人工驾驶时根据前后两辆车的间距和速度对后车加速度的调整，反映了人工驾驶车辆的跟车行为；s
i，l
为车辆i和目标车道最近前车的间距；s
i，r
为车辆i和目标车道最近后车的间距；v
i，l
为目标车道车辆i最近前车的速度；v
i,r
为目标车道车辆i最近后车的速度；v
i
为车辆i的速度。4.根据权利要求1所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：步骤2-2中，a
d
和t
d
需同时满足如下条件：
①
v
d
＝v
0-a
d
t
d
＜v
l
②
x＝x
d
+(t
e-t
d
)v
d
+(n-1)(s
e
+l)＜s其中：其中：其中：条件
①
表示换道车辆减速后速度v
d
小于前车速度v
l
，则前后车间距将增大，从而使其他车辆可以完成换道；式中，v0表示最优首次换道车辆i换道至目标车道时的初始速度；条件
②
表示整个队列从最优首次换道车辆开始减速到换道完成所行驶的距离x小于最优首次换道车辆开始减速时至下匝道入口的距离s，也即能在达到下匝道区域前整个队列完成换道；其中，x
d
为最优首次换道车辆减速过程行驶过的距离；t
e
为从最优首次换道车辆开始减速到队列最后一辆车完成换道所经历的时间；(t
e-t
d
)v
d
为最优首次换道车辆匀速过程行驶过的距离；s
e
为智能网联车队列期望车辆前后间距，为设定值；l为智能网联汽车的车辆长度；(n-1)(s
e
+l)为队列换道完成后在最优首次换道车辆之前的队列长度；t1为编号i+1、i+2、...、n的车辆在最优首次换道车辆换道后的匀速行驶时间；t
c
表示最优首次换道车辆换道时间；δx1表示最优首次换道车辆在目标车道减速开始时与前车纵向上的距离。5.根据权利要求4所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：步骤3
中编队减速的方法，具体为：a、位于外侧车道的第i+1、i+2、...、n辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t1时，以a
d
的加速度减速到v
d
后保持匀速；b、位于外侧车道的第1、2、...、i-1辆智能网联汽车，首先保持v0的速度匀速行驶，当时间过去t2时，以a
d
的加速度减速到v
d
后保持匀速，其中t2为：6.根据权利要求4所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：位于外侧车道的n-1辆智能网联汽车，进行重组编队，并均分别按照各自的设定减速度匀减速行驶，并分别在各自的设定时间内到达各自的预计到达位置，且均达到速度v
d
；其中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车的预计到达位置的计算方法为：a、当1≤j≤i-1时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j)(s
e
+l)处；b、当i+1≤j≤n时，预计到达位置在最优首次换道车辆相邻车道的下游(n-j+1)(s
e
+l)处，从而能保持纵向匀速进行换道。7.根据权利要求6所述的智能网联车队下匝道前的协同换道策略，其特征在于：步骤4中，位于外侧车道的第j辆智能网联汽车，满足二次换道的条件为：条件
①
、δx
j，l
＞0；条件
②
、v
l
＞v
j
；式中，δx
j，l
为第j辆智能网联汽车与目标车道上离已完成换道车辆最近前车的测量纵向间距，v
j
为第j辆智能网联汽车的速度，v
l
为前车速度；若第j辆智能网联汽车同时满足条件
①
和条件
②
，第j辆智能网联汽车能进行换道，否则继续保持匀速行驶，等待换道时机。

技术总结
本发明公开了一种智能网联车队下匝道前的协同换道策略，包括步骤为：智能网联车队获取目标车道车辆的前后间距和速度信息；判断每辆车的换道条件和队列最优首次换道车辆；最优首次换道车辆进行换道并减速为其他车辆留出足够空间；其他车辆重组编队并达到预定速度和换道位置；每辆车在满足换道条件后相继换道。本发明提供的方法可适用于混合交通流且交通密度较大的下匝道前的换道场景，通过充分发挥智能网联车精确感知以及车队协同控制的优势，利用整队的感知和决策增加可换道概率，在抵达下匝道入口前完成换道要求的同时，保证了智能网联车队在换道过程中，以及下匝道前后编队的连续与完整，为未来交通安全高效提供保障。为未来交通安全高效提供保障。为未来交通安全高效提供保障。


技术研发人员：王昊 董长印 熊卓智 王丰 张家瑞 钟娅凌 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：2023/5/16