CN107933551A - 一种智能车队换道方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能车队换道方法，运用已经相当成熟的单个车辆换道技术进行安全控制，车队后续车辆在前车成功换道后进行依次安全换道；此换道方法高效安全，且车队的原有阵型不会被其他有人驾驶车辆所打乱，进而不会干扰到车队车中车之间的通信问题。本发明方法简单，可靠性高。

Description

一种智能车队换道方法
技术领域
本发明属于智能交通与智能车辆研究领域，具体涉及一种智能车队换道方法。
背景技术
近年来，随着传感器技术和计算机技术在汽车领域的大量应用，智能车辆(无人驾驶车辆)快速兴起，已经成为汽车行业发展的新趋势。
由于智能车辆具有很强的环境感知和车-车通讯能力，智能车辆能够以一个很近的跟车间距(理论上接近0m)编队行驶，这样能够大幅度提高道路利用率和道路的通行能力。然而，在相当长的一段时间内，智能车辆和有人驾驶的车辆会在道路上混行，容易出现由于两种车辆之间通讯不畅而导致交通事故。智能车队在行驶过程中，会有相当程度的换道操作，换道原因主要包括：(1)主动换道，智能车队按照行驶目的地，需要出入匝道、改变线路时自主换道；(2)被动换道，由于前方道路施工或者车道数减少必须换道。那么，在日益拥堵的道路上，智能车队的换道过程变得具有一定的困难，甚至出现在换道过程中，智能车队被其他车辆分隔开来，且车辆离散度逐渐在增大，影响智能车队车辆之间的通讯效果，容易造成一定的安全隐患。因此，面对复杂多变的道路环境，为了保证智能车队按照预定路线行驶而不被打乱，需要一种安全高效的智能车队换道方法。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种智能车队换道方法，保证智能车队安全高效地实现主动或者被动换道，并且换道结束后智能车辆编队中不会混入其他车辆。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
步骤一，根据车队行进方向，依次对车辆进行编号1，2，…，N，车队行进时跟车间距为L0，行驶速度为V0，通过雷达装置获取N号车周围车辆原车道前车速度Vf、目标车道前车速度Vobj1、目标车道后车速度Vobj2、与原车道前车距离Df、与目标车道前车距离Dobj1、与目标车道后车距离Dobj2；
步骤二，计算N号车与目标车道后车的碰撞时间TTC，若满足碰撞时间TTC和换道安全间距DMSS换道条件，则N号车进行换道；若不符合换道条件，则等待换道时机，并跳到步骤1；
步骤三，N号车成功换道后，原车道领头车变为N+1号车，调整N号车和N+1号车的行驶速度，使N+1号车速度高于N号车速度，V2＞V1，N号车行驶速度用V1表示，N+1号车行驶速度用V2表示，逐渐拉开间距，为车队其他车辆换道创造条件；
步骤四，当两车纵向间距超过安全跟车间距L0时，控制N+1号车快速换道至1号车前方，然后令N+1号车加速并与前车保持跟车行驶；
步骤五，控制N+1号车与目标车道前车保持安全跟车距离且同速行驶，即V2＝Vobj1，N+2号车通过传感器获取原车道前车速度Vf与目标车道前车速度Vobj1，调整N+1号车和N+2号车及其后续车队的行驶速度，控制N号车在保证行车安全并不对后车驾驶人造成危险的前提下逐渐减速；在N+1号车和N号车之间为后续车辆换道逐渐拉开足够的空间；
步骤六，当N号车与N+1号车的间距足够时，N+2号车换道到N号车前方，并保持原速与N+1号车正常跟车行驶；
步骤七，后续车辆重复步骤6，换道后跟随前车行驶，直到后续所有车辆换道成功，车队换道结束。
步骤二中，判断换道条件的方法如下：
△V0＝Vobj2－V1，在Dobj1和Dobj2大于最小安全距离的情况下判断换道条件：
如果△V0＜0，说明车队速度大于目标车道后车速度，则可以换道；
如果0≤△V0≤10m/s，且TTC＞2.5s，则可以换道；
如果10＜△V0≤15m/s，且TTC＞3s，则可以换道；
如果15＜△V0≤20m/s，且TTC＞3.5s，则可以换道；
如果Dobj2＞30m，且TTC＞7.5s，则可以换道。
步骤五中，调整后的2号车和3号车的行驶速度为V2＝V3＝min{Vf，Vobj1}。
步骤五中，1号车减速后速度为V1′＝V2－△V0。
与现有技术相比，本发明实时的车速控制方法与换道方法，能够让每一辆智能车及时掌握交通动态，方便各智能车的换道决策，车队后续车辆在前车成功换道后进行依次安全换道；此换道方法高效安全，且车队的原有阵型不会被其他有人驾驶车辆所打乱，进而不会干扰到车队车中车之间的通信问题。本发明方法简单，可靠性高。
附图说明
图1为本发明的换道示意图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例：
参见图1和图2，本发明包括以下步骤：
步骤1：换道条件检测。如上述所述，编号为1，2，…，N的智能车队按照一定的行驶速度V0，固定的跟车间距L0行驶；1号车的换道是整个智能车队换道的核心问题，因此，首先通过智能车辆的雷达装置获取1号车周围车辆的运动状态信息，主要包括Vf、Vobj1、Vobj2、Df、Dobj1、Dobj2六个关键参数。1号车行驶速度用V1表示；2号车行驶速度用V2表示；同时智能车之间基于车-车通讯技术能够共享这些信息；
步骤2：1号车换道。计算1号车与目标车道后车的TTC，若满足碰撞时间(TTC)和换道安全间距DMSS换道条件，则1号车进行换道；若不符合换道条件，则等待换道时机，并跳到步骤1；
为了减小对目标车道后车驾驶人的影响，1号车换道条件依据国际标准智能运输系统换道决策辅助系统(LCDAS)性能要求和试验程序(ISO.17387-2012)中换道预警参数TTC的预警阈值进行判断。
假设△V0＝Vobj2－V1，在Dobj1和Dobj2大于最小安全距离的情况下判断换道条件：
如果△V0＜0，说明智能车队速度大于目标车道后车速度，可以换道；
如果0≤△V0≤10m/s，且TTC＞2.5s，可以换道；
如果10＜△V0≤15m/s，且TTC＞3s，可以换道；
如果15＜△V0≤20m/s，且TTC＞3.5s，可以换道；
如果Dobj2＞30m，且TTC＞7.5s，可以换道。
步骤3：第一次速度调整。1号车成功换道后，原车道领头车变为2号车，由于交通条件复杂多变，当前车道前车与目标车道前车的速度受到整个交通流的影响且无法预测。因此，需要实时调整1号车和2号车的行驶速度，使2号车速度高于1号车速度，逐渐拉开间距，为智能车队其他车辆换道创造条件。
2号车通过传感器获取当前车道前车速度Vf与目标车道前车的速度Vobj1，并调整行驶速度V2＝min{Vf，Vobj1}，控制1号车在保证行车安全并不对后车驾驶人造成危险的前提下逐渐减速，令V1＝V2－△V。这样，在其前方为智能车队其他车辆换道留出足够的空间。
步骤4：2号车换道。在第一次速度调整后，V2＞V1，在一段时间后，2号车反超1号车，且两车纵向间距超过智能车安全跟车间距L0。此时，控制2号车快速换道至1号车前方，然后令2号车加速并与前车保持跟车行驶。
步骤5：第二次速度调整。控制2号车与目标车道前车保持安全跟车距离且同速行驶，即V2＝Vobj1。
协调控制智能车队各车的速度，2号车换道后，原车道领头车变成3号车。3号车通过传感器获取原车道前车速度Vf与目标车道前车速度Vobj1，调整2号车、3号车及其后续车队的行驶速度V2＝V3＝min{Vf，Vobj1}，控制1号车在保证行车安全并不对后车驾驶人造成危险的前提下逐渐减速，令V1＝V2－△V0；在2号车和1号车之间为后续车辆换道逐渐拉开足够的空间。
步骤6：3号车换道。当1号车与2号车的间距足够时，3号车换道到1号车前方，并保持原速与2号车正常跟车行驶；
步骤7：后续车辆换道。智能车队中后续车辆重复步骤6，与3号车动作类似，换道后跟随前车行驶，直到后续所有智能车换道成功，智能车队换道结束。
换道过程中，智能车队基于车车通讯技术能够实时的共享信息，能够让每一辆智能车及时掌握交通动态，方便各智能车的换道决策；同时，该换道方法极大地提高了车队的换道效率，并保证了车队中每辆车换道过程中的安全性。

Claims (4)

1.一种智能车队换道方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，根据车队行进方向，依次对车辆进行编号1，2，…，N，车队行进时跟车间距为L0，行驶速度为V0，通过雷达装置获取N号车周围车辆原车道前车速度Vf、目标车道前车速度Vobj1、目标车道后车速度Vobj2、与原车道前车距离Df、与目标车道前车距离Dobj1、与目标车道后车距离Dobj2；
步骤二，计算N号车与目标车道后车的碰撞时间TTC，若满足碰撞时间TTC和换道安全间距DMSS换道条件，则N号车进行换道；若不符合换道条件，则等待换道时机，并跳到步骤1；
步骤三，N号车成功换道后，原车道领头车变为N+1号车，调整N号车和N+1号车的行驶速度，使N+1号车速度高于N号车速度，V2＞V1，N号车行驶速度用V1表示，N+1号车行驶速度用V2表示，逐渐拉开间距，为车队其他车辆换道创造条件；
步骤四，当两车纵向间距超过安全跟车间距L0时，控制N+1号车快速换道至1号车前方，然后令N+1号车加速并与前车保持跟车行驶；
步骤五，控制N+1号车与目标车道前车保持安全跟车距离且同速行驶，即V2＝Vobj1，N+2号车通过传感器获取原车道前车速度Vf与目标车道前车速度Vobj1，调整N+1号车和N+2号车及其后续车队的行驶速度，控制N号车在保证行车安全并不对后车驾驶人造成危险的前提下逐渐减速；在N+1号车和N号车之间为后续车辆换道逐渐拉开足够的空间；
步骤六，当N号车与N+1号车的间距足够时，N+2号车换道到N号车前方，并保持原速与N+1号车正常跟车行驶；
步骤七，后续车辆重复步骤6，换道后跟随前车行驶，直到后续所有车辆换道成功，车队换道结束。
2.根据权利要求1所述的一种智能车队换道方法，其特征在于，步骤二中，判断换道条件的方法如下：
△V0＝Vobj2－V1，在Dobj1和Dobj2大于最小安全距离的情况下判断换道条件：
如果△V0＜0，说明车队速度大于目标车道后车速度，则可以换道；
如果0≤△V0≤10m/s，且TTC＞2.5s，则可以换道；
如果10＜△V0≤15m/s，且TTC＞3s，则可以换道；
如果15＜△V0≤20m/s，且TTC＞3.5s，则可以换道；
如果Dobj2＞30m，且TTC＞7.5s，则可以换道。
3.根据权利要求1所述的一种智能车队换道方法，其特征在于，步骤五中，调整后的2号车和3号车的行驶速度为V2＝V3＝min{Vf，Vobj1}。
4.根据权利要求1所述的一种智能车队换道方法，其特征在于，步骤五中，1号车减速后速度为V′1＝V2－△V0。
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