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首页自动驾驶汽车下匝道路径优化控制策略深度探究
自动驾驶汽车下匝道路径优化控制策略研究针对当前交通行业向智能化转型的背景,着重探讨了自动驾驶汽车在高速公路出口匝道路径规划中的关键问题。研究首先概述了自动驾驶汽车的发展现状,包括其跟车模型和常规换道模型,强调了环境感知系统在确定检测半径中的作用。接着,文章构建了一个自动驾驶汽车元胞自动机换道模型,区分了非下匝道车辆的自由换道和下匝道车辆的强制换道过程。自由换道阶段引入了冒险因子,而强制换道则细化为五个步骤,确保安全和效率。 在策略设计上,研究采用了分级分段控制的思想,提出了阶梯策略、全域策略和混合策略,这些策略旨在为自动驾驶汽车在不同情况下提供灵活的路径选择。为了评估策略的有效性,文章定义了宏观和微观评价指标,如平均行程时间和换道行为特性,包括换道时间、间距和换道率等。模型参数的标定采用了专家打分法和层次分析法的结合,保证了策略的科学性和实用性。 通过计算机仿真技术,研究进行了深入的仿真分析,对交通流基本参数和策略性能进行了深入剖析。最后,通过对各项成本的比较,特别是对比连续策略的综合成本,研究得出了自动驾驶汽车下匝道的最优路径控制策略。这项研究对于推动自动驾驶汽车在实际高速公路场景下的应用具有重要的理论支撑和实践意义,为未来智能交通系统的高效管理和控制提供了新的思路。
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东 南 大 学 硕
击
学
位
论
文
V
1 0
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第
二
章
交
通
流
基
础
理
论
及
自
动
驾
驶
汽 车
环
境
感
知
系
统 简 介
第
二
章
交
通
流
基
础
理
论
及
自
动
驾
驶
汽
车
环
境
感
知
系
练
简
介
研
究
自 动
驾 驶
汽
车
的 建
模
与 仿 真
,
首 先
要
把握
交
通
流
模
型
的
常
规
建
模
思
想
并
掌
握
一
些
常
用 的
交
通
流
模
型
;
而
交
通
流
模
型
中
一
般
会
涉
及
到
模
型
参
数
的 确
定
,
自
动
驾
驶 汽
车
的
部
分
参
数
是
由
其
环
境
感
知
技术
所
决定
,
因
此 也
需
对
自 动
驾
驶
汽
车
的
环
境
感
知
系
统
进
巧
了
解
。
2
.
1
典
型
交
通
流
模
型
銜
介
2
.
1
.
1
单车
道
跟
车
模
型
过
去
大 多 数
的 交
通
流
基
础
理
论
的
研
究
对
象
是
人
工
驾 驶 车
辆
,
随
着
信
息
技
术
、
电
子
控
制 技 术
、
计
算机
处
理
技
术
等 发
展
,
智 能交
通
系 统
的
发
展
越 来越
迅
速
,
智 能
交
通
系 统
内
的
自
动
驾
驶
汽 车
也
己
从
理
论
阶
段
发
展
至
试
验
阶
段
。
其
中 自
动
驾
驶
汽
车
的
自
适
应
巡
航
控 制
(
A
C C
)
系 统 是
一
个
重
要
的 发
展
方 向
,
它
能
够
利
用
智 能
交
通
系 统
提
供 的 信
息
,
通
过
及
时
地
控
制
自 身 速
度
,
使车
辆
与
前
车
保 持
较
小
的
车
头
间
距
,
从
而
提 高 交
通
系 统 的
安
全
和
效
率
。
2
丄
1
.
1
智
能 驾
驶
员
模
型
2
0 00
年
起
,
T
r
e
i
b
e
r
、
H
e
l
b
i
n
g
和
K
e s
t
i
n
g
等
噫
渐
总
结 提
出
了
一
个
只
需
要 少
数
有
明
确
物
理
含
义 的
参
数 来 拟
合
观
测 数
据
,
且
易
于
标 定
的
智
能
驾
驶
员
模
型
(
I
n
t
e
l l i
g
e
n
t
D
ri
v
e
M
o
d
e
l
,
I
D
M
)
,
并
应
用
于
AC C
系 统 中
口
1
-
巧
。
。
"
的
峰
(
考
_
(
逆
巡
竺
吐
巡
知
口
1
)
V
〇
么
其
中
:
五
>
n
(
'
)
,
A
V
n
_
,
.
n
的
)
=
J
。
+
V
,
脚
7
+
^
"
(
'
為
'
的
口
.
2
)
模
型
中
^
。
的
为 第
n
辆车 在
f
时 刻 的
速
度
,
^
v
。
的
为
第
《
辆
车
与
前 车
第
M
-
1
辆
车
的
速
度
差
。
v
〇
为
期
望
驾 驶
速
度
。
&
=
心
?
,
.
1
的
为 第
《
辆车
与
第
n
-
1
辆
车
在
/
时 刻 的
距
离
。
S
。
巧
当
前 状
态
下
驾 驶
员
的
期
望
间
距
。
饰
为
阻
塞
安
全
距
离
,
r
为
安
全
时
间 间
隔
(
又
称
期
望
时
间
间
距
)
。
表
示
驾 驶
员
试
图
保 持
较为 恒 定
的 车 头
时
距
。
a
为 起
步
加
速
度
(
也
称
最
大
加
速
度
)
,
6
为舒
适
减
速
度
,
S
X
)
为
加
速
度
指
数
。
当 交
通
流密
度
非
常
小
,
也
即
车 头 间
距
&
非 常
大
时
,
s
"
(
v
。
的
,
A
v
"
-
i
追
)
■
^
一
0
,
车辆
进
S
。
入
自
由
驾 驶
状
态
。
此
时
I D
M
模
型
退
化
为
1 1
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东
南 大 学
硕
±
学
位
论
文
a
?
(
〇
=
a
(
l
-
(
^
/
)
口
.
3
)
V
。
上
式表
明
车
辆
W
加
速
度
a
开
始
加
速
,
速
度
逐
渐 增
加
直
到
达
到
自
由
流
速
度
。
可
见
,
模
型
能
够
很
自
然
地
描
述 交
通
流
密
度
较
小
的
自
由
流
状
态
,
其 中 参 数
8
控
制
车辆 的
加
速
度
随
速
度
的
变
化
模
式
:
当
S
—
+
C
0
时
,
车辆
W
恒
定
加
速
度
a
加
速
到
理
想
速
度
V
0
;
否
则
,
车
辆
加
速
斤
为
将
有松
弛
时
间
X
=
v
〇
/
a
决
定
。
智
能 驾
驶
员
模
型
中 的
"
智
能
"
二
字
体
现
在
期
望
距
离
随
着
不 同
的
交
通
状
况
而
改
变
上
。
当
的
>
0
的 时
候
,
表
示
后
车
接
近
前 车
,
此
时
驾
驶
员 需
要
一
个
较
大 的
车
头
间
距
;
当
扣
(
〇
<
〇
时
,
表
示
后
车
远
离
前
车
,
驾
被
员
可
W
接
受
一
个
较
小
的
车
头
间
距
表
2
-
1
智
能
驾
驶
员
模
型
参
数
推
荐值
模
型
参 数
^
^
期
望
速
度
V
0
1 2 0
k
m
/
h
9
5
k
m
/ h
期
望
时 间
间
隔
r
1
.
5
s
2
.
0
s
最
大
加
速
度
a
1
.
4
m
/
s
^
0
.
7
m
/
s
^
舒
适
减速
度
6
l
.
Q
x
a
J
i
2
.
0
m
/
s
2
阻
塞
安
全
距
离
S
o
2
 ̄
4
m
2
 ̄
4
m
美
国
的
P
A
T
H
研
巧
团 队
发
现
P
S
l
,
当
运
用
式
(
2
.
2
)
时
并
不
能
很 好 的
符
合
实
际
试
验
情
况
,
根
据
I
D
M
网
站
P W
,
公
式
应在
每次
迭
代
过
程
中
避
免最
后
一
项
取
值
小
于
零
。
式
(
2
.
1
)
可
重
新
定
义 为
:
5
〇
+
m
a
x
[
0
,
v
r
+
V
■
V
]
a
n
^
^
a
l
-
(
—
/
{
2
A
)
V
o
s
<
V
入
智 能
驾
驶
员
模
型
不
仅
考
虑
了
期
望
速
度
、
期
望
间
距
等
因
素
,
而
且
不
湿
优
化
速
度
函
数
,
具
有
参
数数
量
少
、
物
理
意
义
明
确
、
易
于
标
定
的
优
势
,
得 到 广
泛
应
用
。
因
而
在
自
动
驾
驶
汽
车
纵
向
控
制
方
面
,
一
些
学
者
和
工
程师
采
用
该
模
型
对
自
动
驾
驶
汽
车
的
跟
车
行
为
进
行
模
拟
。
2
丄
1
.
2
速
度
-
间
距
控
制
算
法
在
N
i
s s a
n
汽
车
公
司
联
合
加 州
大
学
设
计
的
A
C C
车辆
跟
车
规
则
包
括
两
部分
P y
:
速
度
控
制
和
间
距
控
制
。
速
度控
制
算
法
的
目
标
是
使得车
辆
更
接
近
期
望速
度
,
而
间
距
控 制
算
法
的
目
标则
是
保持
本
车
与
前
车
的
间
距
为 期
望
时
间 间
距
。
在
本
车
与
前 车
的
距
离
大
于
1
2
0
m
的
时
候
,
速
度
控
制 被
激
活
;
间
距
控
制
在
两
车
之
间
距
离
小
于
1
0
0
m
的
时
候
开
始
工
作
;
当 前
盾
两
车
间
距
在
1
0 0
 ̄
1 2
0
m
之
间
时
,
本
车
继
续 维持
上
一
时
刻
的
控
制
算
法
来
避
免
两
控 制 算
法
之
间
切
换
而
产
生
的
滞 后
。
试
验
表
明
,
当
车辆
是
^
^
J
l
期
望
速
度
或
者
接
近
于
期
望
速
度
的
速
度
行
驶
在
高
速
公
路
上
时
,
这
些
固 定
距
离 的
转
换
是
适
当
的
,
但
对
于
较
低 的
速
度
操
作
,
这
些
距
离
应
较
小
。
速
度
控
制
中
,
控
制 算
法
如
下
!
V
e
—
V
—
V
d
(
2
.
5
)
1 2
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第
二
章 交
通
流
基
础
理
论
及
自
动 驾
驶
巧
车
环
境
感
知
系 统 简 介
O
s c
=
6
0 ww
<
i
(
-
〇
.
4
?
化
,
+
2
,
-
巧
(
2
.
6
)
a
=
〇
sc
(
2
.
7
)
其 中
函
数
6
饼
/ n
撕
定 义
为
如
?
瞧
/
批
X
u
b
,
郑
)
)
:
=
m
a
x
(
m
i
n
(
: c
,
而
b
)
,
饰
)
)
。
(
2
.
6
)
式
中 的
+
2
和
-
2
是
指
最 大
加
速
度
和
最 大
减
速
度
,
单
位
为
m
/
s
2
,
该控制
算
法
旨 在 消
除
车
辆
当
前
速
度
与
AC C
设
置
限
速之
间
的
差
距
。
间
距
控
制 中
控
制 算
法
是
为
了
保
持恒
定
的
车头
时
距
,
这
也
是
一
种 典
型
的
A
C
C
控
制 策
略
。
根
据
实
际
调
查
结
果
,
该
种
控
制 算
法
普
遍
被
驾
驶
员 所
接受
,
并
且
很
接
近于
驾
驶
员
自 身
的
跟
车
行
为
:
V
e
=
V
—
V
d
(
2
.
8
)
化
c
=
0
.
4
?
化
,
+
2
,
-
巧
(
2
.
9
)
S
d
=
T
d
'
V
(
2
.
1
0
)
=
S
—
(
2
.
1 1
)
a
-
b
o
i
m
d
{
s
-
\
^
Q
2 S
'
S
e
,
O
s
c
^
-
I
)
口
1 2
)
式
中
+
2
和
-
2
的
含
文
与
速
度控 制
算
法
一
致
。
间
距
控
制 算
法
强
制 车辆 不 断
接
近
己
设 定
间
距
值
,
但
是
如
果
车
辆
么
间 间
距
大
于
期
望
时
间 间
距
的
话
,
由
于
车
速
不
可
W
超
过
期
望
速
度
,
所
W
车辆
采
取
的
措
施
是
继
续
W 期
望
速
度
向
前 行
驶
。
式
(
2
.
5
-
2
.
1
2
)
中
的
含
义
解
释
为
!
V
:
当 前
车
辆
的
速
度
(
m
/
s
)
;
V
d
:
期
望
速
度
或
者
是
道
路
限
速
(
m
/
s
)
;
V
e
:
速
度
差
(
m
/
s
)
;
幻
s
c
:
速
度
控
制 中 的
加
速
度
(
m
/
s
2
)
;
S
:
本
车
与
前车 的
距
离
(
m
)
;
耐
:
期
望
间
距
(
m
)
;
5
e
:
距
离
差
(
m
)
;
。
;
期
望
时
间 间
距
(
S
)
。
2
丄
1
.
3
A
C C
的
动
力
学
模
型
密
西
根 大
学
的
D
a
v
i
s
f
W
P q
采
用
动
力
学
描 述
A
C C
车
辆
,
对
于
某 车
道
内
的
车
辆
m
T
马
!
!
:
每1
+
v
,
( 。
=
F
(
A
x
"
( 〇
,
A
v
"
( 〇 )
(
2
.
1
3
)
6
t
A
x
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X
n
-
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t
)
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X
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(
t
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2
.
1
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A
v
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( 〇
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V
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1
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〇
(
2
.
1 5
)
V
(
A
x
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t
)
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A
v
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(
〇 )
=
—
(
A
x
n
(
t
)
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D
+
r
A
v
?
(
〇 )
(
2
.
1
巧
h
d
柏
是
指
车头
时
距
。
根据
L
i
an
g
和
P
e
n
g
t
s
w
s
i
的
研
究
结
论
,
车 头
时
距
通
常
取
常
数
,
即
恒
定车
头
时
距
(
C
o n
s
t
an
t
T
i
m
e
H
e a
d
w
a
y
,
C
T
H
)
。
当
一
辆 车
汇
入
至
车
辆
n
么
前
,
为
避
免
此
种
情
况
导
致 的
不
必
要
减速
,
即
当
V
n,
(
〇
<
巧
的
的
,
心
V
。
( 撕
,
公
式
(
1
)
可
用
如
下
部
分
代
替
:
r
(
A
x
n
(
〇
,
A
v
n
(
〇))
e
邓
(
-
(
f
-
/
m
)
/
+
F
(
A
x
"
(〇
,
A
v
"
(
〇
)
(
2
.
1
7
)
1 3
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东
南
大
学
硕
±
学 位 论
文
式 中
V
m
W
表
示
某
一
车 辆 在
/
m
时 刻
汇
入
时 的
速
度
。
心
e
l
a
x
代
表
松
弛
时
间
,
推
荐
值
为
6
s
,
D
建
议
取
值
7
m
,
两 者
在 自
动
驾 驶
汽
车
设
计
时
取
值
可
偏
小
。
2
丄
1
.
4
改进
的 舒
适
驾 驶 模
型
一
般
认
为
静
止
车
辆
驾
驶
员
没
有
运
动
车
辆
驾 驶
员
敏感
,
因
此
静
止
车辆 的
随
机慢
化
概
率
较 大
然
而
姜
锐
等
人
认
为 实
际
情
况
应该
是
,
刚
停
下
的 车 辆
驾 驶
员 仍 然 十
分
敏感
,
只
有
停
车
时 间
超
过
一
定
程
度
后
,
驾
驶
员
才
会
逐
渐
放松 警
惕
,
不
再
过
于
敏
感
。
基
于
此
种 考
虑
,
提
出
了
改
进
后
的
舒
适
驾 驶
(
M
o
d
近
e
d
C
o
m
f
o r
t
a
b l
e
D
ri
v
i
n
g
,
M
C
D
)
模
型
[
"
]
。
考
虑
到
自
动
驾 驶
汽
车 装
配
的
AC C
系
统
是
基
于
人
的 感
官 设
计
,
因
此
车辆
行 驶 的 舒
适
度
也
会
是
评
价
AC C
系
统
优
劣 的
重
要 参
考
指
标
之
一
。
M
C
D
模
型
同
样接
受
恒 定 车
头
时
距
策 略
。
其
更新 规 则 如
下
;
(
1
)
确
定
随
机
慢 化
概
率
化
(
什
1
)
;
P
n
{
t
+
1
)
=
p
(
y
r,
(
t
)
,
b
n
+
l
(
/
)
,
t
h
,
n
,
t
s
,
n
)
(
2
)
加
速
;
i
f
( (
知
+
仙
=
0
or
/
、
"
>
0
)
a
n
d
(
V
n
似
>
0
) )
化
en
:
v
"
(
<
+
1
)
=
m
i
n
(
V
n
的
+
2
,
V
m
a x
)
e
l
s e
i f
(
机
的
=
0
)
t
h
en
:
V
B
(
f
+
1
)
=
m
i
n
(
机
(
f
)
+
1
,
V
m
a
x
)
e
l
s e :
化
(
f
+
U
=
化
的
(
3
)
减
速
!
V
n
{
t
+
1
)
=
w
m
{
d
f
,
v
?
(
t
+
1
) )
(
4
)
随
机
慢
化
:
i f
(
ra
化
斯
<
护
片
+
1
) )
t
h
e
n
;
化
片
+
l
)
=
m
a
x
(
V
n
的
一
1
^
0
)
(
5
)
确 定
(
什
1
)
:
i f
(
v
"
(
y
+
1
)
>
)
o r
(
V
n
(
y
+
1
)
含
V
c
a
n
d
/
/
,
"
>
to
)
化
en
:
6
"
+
1
的
=
0
e
l
s e
i f
(
v
,
(
/
+
1
)
<
v
n
的
)
t
h
en :
6
"
+
1
(
<
)
=
1
e
l
s
e
(
+
1
)
=
V
n
的
)
t
h
e
n
:
6
b
+
1
的
=
技
( 0
(
6
)
确
定
f
s
f
,
:
i f
+
1
)
=
0
t
h
e n
:
已
,
,
n
=
/
化
n
+
1
i f
V
r ,
(
t
+
1
)
>
0
t
h
e
n
;
t
s
t
.
n
=
0
(
7
)
确 定
如
:
i f
V
n
{
t
+
1
)
>
V
c
t
h
e
n
:
/
/
,
?
=
/
/
.
?
+
1
i
f
V
n
(
t
+
1
)
>
V
c
t
h
e n \
t
f
.
?
=
0
(
8
)
位
置
更
新
;
J
C
n
(
/
+
l
)
=
J
&
i
(
f
)
+
V
n
{
t
+
1
)
式
中
扣
是
指 刹
车
灯
的
状
态
,
灯
亮
时
6
。
=
1
;
灯
不
亮
时
6
。
=
0
。
两
种
时
间
咕
。
( 句
和
心
.
尸
m
i
n
(
V
n
W
,
A
)
的
含义
分
别
是
到
达
前
车
位
置
所 需 时 间
和
依赖
于
车
速 的
作
用
极
限
时
间
,
其
中
A
决
定
了
与 刹 车
灯
的
交
互
作
用
。
有
效
距
离
请
6
=
c
4
+
m
a
x
(
v
a n
6
g
巧
^
s a
f
e
t
y
,
0
)
,
式 中
V
a n
ti
=
m
i
n
(
成
+
1
,
V
n
+
I
)
代
表
下
一
更新
步
长
前 车 的
期
望
速
度
。
巧
巧
s a
f
e
t
y
控
制
预 测
的 有
效性
。
ra
心
1 4
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