摘要
智能化、网联化是当下汽车行业研究发展的重点和热门方向，智能网联汽车（Intelligent Connected Vehicle，ICV）可以取代人类驾驶员来操控车辆实现无人自动驾驶，为解决交通拥堵、道路安全事故等负面问题提供了新思路。换道行为是车辆在道路上行驶时的重要行为决策，也是影响交通安全和道路通行效率的关键因素。相比于城市道路，高速公路道路结构简单，具备网络化和智能化的特点，将会是智能网联汽车应用最早的场景。因此，本文以智能网联汽车为载体，聚焦高速公路三车道多车辆的行驶场景，以提高换道效率、减少碰撞事故为目的，开展了智能网联汽车自主安全换道研究。 首先，基于智能网联汽车车车通信、信息实时共享技术，采用完全信息非合作动态博弈理论设计了自主换道决策模型，提出了成对博弈和重复博弈的三车道多车博弈自主换道决策解决方案，分析并定义决策变量，利用纯策略纳什均衡定义设计收益函数和目标函数，通过对比寻优两组博弈的目标函数的解，获得当下时刻最优策略组合。 其次，优化改进了基于多项式曲线的轨迹规划方法，提出并设计了横向五次、纵向四次多项式的换道轨迹规划模型，推导出多项式换道轨迹曲线的参数求解公式，设计添加了换道过程中横向速度和横向加速度约束条件，并通过仿真实验，验证设计的多项式换道轨迹的合理性和可行性。 然后，构建了三自由度的车辆动力学模型和基于魔术公式的轮胎模型，设计了基于模型预测控制（MPC）的轨迹跟踪控制器，建立线性误差模型，优化目标函数，根据本文实际研究工况设定车辆动力学约束条件，搭建完成基于MPC的轨迹跟踪控制器。 最后，基于PreScan/Simulink/CarSim搭建联合仿真平台，设计构建高速公路自主换道场景和算法仿真验证模型，通过三种不同工况下的仿真实验对比，验证本文所提出的自主换道决策模型和轨迹跟踪控制器的有效性和鲁棒性。
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