网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法及应用，适用于网联环境下高速公路发生交通事故时车辆的换道控制，该网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆，该方法以事故发生后车辆换道时在行驶方向上的行驶距离之和最小为控制目标，以最小安全距离和换道完成时间为约束条件，构建换道可行点的优化选择模型，从而求解出车辆的最优换道点。本发明专利技术能有助于高速公路事故点上游的车辆顺畅地通过事故影响区，从而能避免事故造成的交通拥堵和二次事故。而能避免事故造成的交通拥堵和二次事故。而能避免事故造成的交通拥堵和二次事故。

【技术实现步骤摘要】
网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法及应用


[0001]本专利技术属于智能交通管控领域，具体是一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法及其应用。

技术介绍

[0002]近十几年来，随着高速公路发展迅速，高速交通事故也频繁发生，当高速公路发生交通事故后，事故点上游车辆需换道来避开事故点。由于高速公路是一个高指标、线性、完全封闭的道路，驾驶员通常无法预测前方的障碍物，当驾驶员发现行驶方向前有问题时，由于车辆自身的速度太高，常常不能及时换道，从而引发“二次事故”。高速公路上的二次事故与第一次交通事故直接相关，而且二次事故造成的后果往往比第一次交通事故更严重，它的影响要比第一次事故的影响大得多。为了避免出现二次事故的重大伤害，需要合理协调事故点上游车辆换道位置。现有的研究中，多数均假设车辆匀速换道，且都以单车为研究对象，并未考虑事故点上游车辆换道时协调配合。
[0003]随着5G和车路协同技术的发展，车辆正不断网联化和自动化，未来道路上行驶的车辆将全部是网联自动驾驶车辆。网联自动驾驶车辆不但可以车辆之间进行相互通信，而且可以与道路上的智能交通设备进行互联以获取道路实时状态信息。因此，网联环境的出现为事故点上游车辆的协同换道提供了可能性。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术存在的不足之处，提供一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法及应用，以期能在前方车辆发生交通事故的情况下迅速获得其跟驰车辆的最优换道点，帮助高速公路事故点上游的车辆顺畅地通过事故影响区，从而能避免事故造成的交通拥堵和二次事故。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法，所述网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆，且行驶在单向双车道上；令发生交通事故的车道为事故车道a，则另一车道为目标车道o，其特点在于，所述最优换道控制方法包括以下步骤：
[0007]步骤1假设前车发生交通事故，则获取前车交通事故的发生时刻，记为t1；获取前车交通事故预计的结束时刻，记为t2；获取t1时刻事故点上游的车辆正常行驶时的速度v1；获取t1时刻事故点上游的交通流量，记为Q1；计算t1时刻事故点上游的车辆密度
[0008]步骤2利用式(1)计算事故点上游的影响区长度S；
[0009][0010]式(1)中，v
w
为前车交通事故影响下产生的交通波的速度，并由式(2)获得；
[0011][0012]式(2)中，C为前车交通事故发生后用于疏散交通的最大通行能力；k
C
为最大通行能力C所对应的最佳密度；且
[0013]步骤3获取t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上第i辆车在行驶方向上的位置x
a,i
(t1)，i表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上的车辆编号，i＝1,2,3,
…
,n，n表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上的车辆总数；
[0014]获取t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的第k辆车在行驶方向上的位置x
o,k
(t1)，k表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的车辆编号，k＝1,2,3,
…
,m，m表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的车辆总数；
[0015]步骤4利用(3)计算时间段[t1,t2]内任一时刻t在影响区长度S范围内目标车道o上第k辆车的运行速度v
o,k
(t)：
[0016][0017]式(3)中，d表示任一网联自动驾驶车辆的舒适减速度；v
C
表示最大通行能力C所对应的最佳速度，并由式(4)获得；
[0018][0019]步骤5利用式(5)计算事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上第i辆车的换道可行点集合H
i
：
[0020][0021]式(5)中，h
i
(t)表示第i辆车在t时刻的换道点位置，并由式(6)获得；t
b
为车辆换道所需要的时间，并由式(7)获得；t
i
为第i辆车在事故车道a上以初始速度v1匀速行驶到达事故点的最长时间，并由式(8)获得；k
′
为t时刻在目标车道o上与事故车道a上的第i辆车紧邻的前车编号；k
′
+1为t时刻在目标车道o上与事故车道a上的第i辆车紧邻的后车编号；x
o,k
′
+1
(t+t
b
)表示t+t
b
时刻目标车道o上第k
′
+1辆车在行驶方向上的位置，并由式(9)获得；x
o,k
′
(t+t
b
)表示t+t
b
时刻目标车道o上第k
′
辆车在行驶方向上的位置，并由式(10)获得；L
C
表示车辆速度为v
C
时的目标车道o上车辆间的最小安全距离；Δx表示事故车道a上的第i辆车在换道过程中在行驶方向上的行驶距离，并由式(11)获得；
[0022]h
i
(t)＝x
a,i
(t1)+v1·
(t
‑
t1)
ꢀꢀ
(6)
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]步骤6利用式(12)建立目标函数ω，并利用式(13)建立约束条件，从而得到换道可行点优化选择模型；
[0029][0030]h
i
(t)∈H
i
,i＝1,2
…
n
ꢀꢀ
(13)
[0031]步骤7利用整数规划的求解方法对所述可行点优化选择模型进行求解，得到事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上每一辆车的换道点位置。
[0032]本专利技术一种电子设备，包括存储器以及处理器的特点在于，所述存储器用于存储支持处理器执行所述跟驰车辆最优换道控制方法的程序，所述处理器被配置为用于执行所述存储器中存储的程序。
[0033]本专利技术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，其特点在于，所述计算机程序被处理器运行时执行所述跟驰车辆最优换道控制方法的步骤。
[0034]与已有技术相比，本专利技术的有益技术效果体现在：
[0035]1、本专利技术在网联环境下，提供一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法，以事故点上游影响全部车辆为控制对象，以事故发生后车辆换道时在行驶方向上的行驶距离之和最小为控制目标，以最小安全距离和换道完成时间为约束条件，构建了换道可行点的优化选择模型，从而求解出车辆的最优换道点，从整体效益出发，帮助高速公路事故点上游的车辆顺畅地通过事故影响区，避免本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网联环境下前方事故车辆的跟驰车辆最优换道控制方法，所述网联环境为道路上行驶的所有车辆均为网联自动驾驶车辆，且行驶在单向双车道上；令发生交通事故的车道为事故车道a，则另一车道为目标车道o，其特征在于，所述最优换道控制方法包括以下步骤：步骤1假设前车发生交通事故，则获取前车交通事故的发生时刻，记为t1；获取前车交通事故预计的结束时刻，记为t2；获取t1时刻事故点上游的车辆正常行驶时的速度v1；获取t1时刻事故点上游的交通流量，记为Q1；计算t1时刻事故点上游的车辆密度步骤2利用式(1)计算事故点上游的影响区长度S；式(1)中，v
w
为前车交通事故影响下产生的交通波的速度，并由式(2)获得；式(2)中，C为前车交通事故发生后用于疏散交通的最大通行能力；k
C
为最大通行能力C所对应的最佳密度；且2k
Q1
≤k
C
；步骤3获取t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上第i辆车在行驶方向上的位置x
a,i
(t1)，i表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上的车辆编号，i＝1,2,3,
…
,n，n表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上的车辆总数；获取t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的第k辆车在行驶方向上的位置x
o,k
(t1)，k表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的车辆编号，k＝1,2,3,
…
,m，m表示t1时刻事故点上游的影响区长度S范围内目标车道o上的车辆总数；步骤4利用(3)计算时间段[t1,t2]内任一时刻t在影响区长度S范围内目标车道o上第k辆车的运行速度v
o,k
(t)：式(3)中，d表示任一网联自动驾驶车辆的舒适减速度；v
C
表示最大通行能力C所对应的最佳速度，并由式(4)获得；步骤5利用式(5)计算事故点上游的影响区长度S范围内事故车道a上第i辆车的换道可行点集合H
i
：式(5)中，h
i
(t)表示第i辆车在t时刻的换道点位置，并由式(6)获得；t
b
为车辆换道所需要的时间，并由式(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，王昌胜，丁恒，吴文佑，张小旗，朱文佳，雍海风，孙婷，刘嘉茗，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：