[发明专利]一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法

权利要求书

1.一种车联网环境下高速公路车辆非强制换道控制方法，其特征在于，所述的非强制换道为换道车辆为改善车辆行驶状态，而前方车辆行驶速度较低时，换至交通状态较好的旁道行驶的行为，该方法为：车联网环境下，在高速公路上行驶的车辆可以通过无线通讯方式与通讯范围内的周边车辆实现车车通信并进行实时的数据交换，当某车辆有非强制换道需求时，该车辆向附近车辆发出请求，获取其他车辆位置、速度信息，根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的非强制换道行为进行控制；

所述数据交换的内容包括车辆位置、行驶速度、加速度，车辆位置包括车辆所在车道以及对应于某一参考点沿高速公路中央分隔带方向的横、纵向距离，在高速公路上行驶的车辆需严格遵守交通规则，包括高速公路最高限速v_max，最低限速v_min，最大加速度a_a，最大减速度a_d，最小安全间距h_safe，且以车队形式跟驰行驶时在车队中的车辆速度相等且通过车车联网以相同速度协同行进，且队列中的车辆车头间距不小于安全间距；

所述根据车辆周边通信范围内不同的交通状态进行判断，对换道车辆的非强制换道行为进行控制的方法为：

以v表示需换道的车辆的速度，x为其纵向位置；v_旁，后表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x_旁，后为其纵向位置；v_旁，前表示目标车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆的速度，x_旁，前为其纵向位置；v_旁，末表示目标车道上纵向位置在换道车辆后方，且位于旁道车队队尾的车辆的速度，x_旁，末为其纵向位置；本车道前车定义为换道车辆所在车道上纵向位置在换道车辆前方，且距离换道车辆最近的车辆，初始状态下v_旁，前＝v_旁，后＝v_旁，末，

若旁道上无其他车辆，则立即执行换道；

若旁道上有前车而无后车，对旁道前车及自身的状态进行判断：

①前车速度大于或等于换道车辆速度且已经满足安全间距条件，即v_旁，前≥v且x_旁，前-x≥h_safe，则立即执行换道；

②前车速度大于或等于换道车辆速度但不满足安全间距条件，即v_旁，前≥v且x_旁，前-x＜h_safe，则换道车辆以最大减速度a_d进行减速，当达到以下条件之一时换道车辆停止减速：

a)换道车辆达到高速公路最低限速v_min；

b)与旁道前车达到安全间距，

若条件b)先满足，则在满足条件时，即x_旁，前′-x′＝h_safe时，换道车辆停止减速并执行换道；

若条件a)先满足，则换道车辆停止减速并保持v_min，直至条件b)满足时执行换道，待换道行为执行完毕后，换道车辆再以最大加速度a_a加速至旁道前车速度v_旁，前，

③前车速度小于换道车速度，即v_旁，前＜v，则换道车以最大减速度a_d减速至v_旁，前，在两车速度相等后，重新判断换道条件并按照相应方法执行控制；

若旁道上有前车也有后车，需要继续跟驰车辆旁道前车，等待等待旁道上的车队全部超过自己后方可考虑换道；

若旁道上无前车而有后车，若后车速度小于或等于换道车速度且已经满足安全间距条件，即v_旁，后≤v且x-x_旁，后≥h_safe，则换道车辆立即执行换道；否则，换道车辆原则上需要继续跟驰换道车道上的前方车辆，等待旁道上的车队全部超过自己后方可考虑换道；首先对换道车辆速度v、换道车道上的前方车辆v_本，前及旁道车队速度v_旁进行判断，由于为改善车辆行驶状态的非强制换道，则v_旁必大于v_本，前，且v必不小于v_本，前，

若换道车辆正常跟驰前方车辆，即v_本，前＝v＜v_旁，则当旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外，即x_旁，末′-x′＝h_safe时，换道车辆执行换道，待换道行为执行完毕后以最大加速度a_a加速至v_旁；

若换道车辆速度大于本车道前车速度但小于旁道车队速度，即v_本，前＜v＜v_旁，则在旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外时进行换道，在换道时，换道车辆需要与前车、旁道车队的末车均保持安全距离，即x_旁，末′-x′＝h_safe且x_前′-x′≥h_safe；

①若换道车辆可以继续保持速度v，则要想在时间t后换道，需要以下不等式组有解：

当以上不等式组有解时，换道车辆在时刻执行换道；否则，换道车辆需要减速方可安全进行换道，继续执行②；

②若①中的不等式无解，则需要换道车辆以最大减速度a_d进行减速，直至满足以下两个条件之一：

a)旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外，即x_旁，末′-x′＝h_safe；

b)速度与本车道前车速度相等，即v′＝v_本，前。；

若条件a)先满足，则在满足条件时换道车辆停止减速并执行换道；若条件b)先满足，则在满足条件时换道车辆停止减速，保持v_本，前，直至满足条件a)时换道，待换道完成后，换道车辆以最大加速度a_a加速至v_旁，末；

若换道车辆速度大于旁道车队速度，即v_本，前＜v_旁≤v，则换道车辆需要先以最大减速度a_d减速至一个小于旁道车队速度的速度，即v′＜v_旁，方可保证旁道车队超过换道车辆，在满足以下条件之一时停止减速：

a)旁道车队末车行驶至换道车辆前方安全距离外，即x_旁，末′-x′＝h_safe；

b)速度与本车道前车速度相等，即v′＝v_本，前。；

若条件a)先满足，则在满足条件时换道车辆停止减速并执行换道；若条件b)先满足，则换道车辆保持v_本，前，直至满足条件a)时执行换道，待换道完成后，换道车辆以最大加速度a_a加速至v_旁，末。