高速自动驾驶汽车超车控制策略：决策、规划与跟踪

随着科技的进步和人们对安全、舒适出行体验的日益重视，自动驾驶汽车技术逐渐成为汽车行业研究的焦点。特别是在高速公路上，自动驾驶汽车的超车控制能力不仅关乎行车效率，还直接关系到行车安全。本文针对这一关键领域进行了深入探讨。 首先，文章关注自动驾驶汽车的行为决策过程。作者借鉴人类驾驶员的超车行为模式，将其分解为换道准备、换道、超越和并道四个子行为，并通过构建有限状态机模型，将复杂的决策问题简化为子行为之间的状态转换，这有助于提高决策的逻辑性和减少复杂度，确保在高速环境中作出明智的超车决策。 在行车安全距离的考量上，作者引入换道防碰撞条件，计算出换道过程中所需的最小安全距离，确保在实际操作中能够保证车辆的安全。同时，根据实时路况调整最终的安全行车距离，增强了决策的实时性。 轨迹规划是另一个核心环节。文中对现有的换道轨迹模型进行了评估，最终选择五次多项式拟合车辆的换道轨迹，考虑到各子行为的具体需求。通过对车辆动态特性的理解和环境约束的理解，设计出适应不同情况的行驶轨迹。 轨迹跟踪是实现轨迹规划的关键，通过建立车辆三自由度非线性动力学模型，并将其离散化处理，形成模型预测控制器。同时，考虑了车辆在行驶中的各种约束，如动力限制和环境障碍物，设计目标函数时引入松弛因子，以应对优化问题的困难。通过动力学模型、约束条件和目标函数，设计出轨迹跟踪控制器，并通过联合仿真模型进行验证，证明其在不同速度和路面条件下都能有效执行。 最后，综合超车行为决策模型、安全距离模型、轨迹规划模型和轨迹跟踪控制器，构建了一个基于CarSim和Matlab/Simulink的自动驾驶汽车超车行为仿真模型。通过模拟不同工况下的场景，如正常行驶、紧急避让等，验证了本文提出的自主超车控制方法的有效性和可靠性。仿真结果显示，该控制策略能成功引导自动驾驶汽车在高速公路上安全、高效地完成超车任务。 本文的研究着重于解决自动驾驶汽车在高速公路上的超车控制问题，通过精确的行为决策、安全距离计算、轨迹规划和轨迹跟踪，实现了车辆在复杂交通环境中自主、安全的超车操作，为未来自动驾驶技术的实际应用提供了重要的理论支持。