基于多智能体协同的车辆换道决策设计与实现

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环岛是城市路网中普遍存在的道路基础设施,由于其路线特点,可以让车辆连续行驶,有效减少路口车辆由于交通信号灯造成的停车等待时间。随着环岛内车辆的不断增加,环岛入口与出口的路径限制增加了车辆驶入环岛与驶出环岛过程中车辆间冲突,加剧了环岛内交通隐患。如何围绕环岛中安全驾驶,特别是围绕驶入与离开的特殊驾驶行为,进行路径规划以及换道策略已成为在环岛中提高通行效率以及安全驾驶的重要问题。针对环岛中驾驶场景,特别是针对环岛中车辆强制换道问题,本文结合MPC(Model Predictive Control,模型预测控制)与Stackelberg博弈提出了一种基于驾驶员驾驶风格的多车协同换道策略。首先,基于车辆行驶过程中加速度变化的剧烈程度,本文定义了车辆驾驶员激进系数,用来描述驾驶员驾驶过程中的激进程度;其次,基于车辆的行驶状态、与周围车辆的相对位置以及其距离环岛出口的距离信息,本文设计了车辆行驶的成本函数,并利用MPC算法解决车辆的运动控制;再次,基于换道车辆与其周边车辆的交互关系,本文利用Stackelberg博弈模型对车辆进行建模,并以此来决定车辆的换道时机;最后,通过SUMO仿真平台对算法进行仿真实验,结果表明算法可以提升环岛内车辆行驶的平均速度并保持换道车辆行驶的平稳性。此外,由于无线通讯技术的不断发展,在车联网节点上集成多种通讯接口已成为当前发展的趋势。由于通讯介质的异质性,当数据报文经由多条不同链路发送时,就可能导致乱序现象。为此,针对车联网环境下多种网络集成造成的数据乱序情况,本文提出一种面向数据交互需求的数据链路层调度算法。首先,提出链路状态指数用来对不同类型链路的状态进行评估,并基于WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment,汽车环境中无线存取)协议中定义的数据帧ACI(Access Categories Index,访问类别索引),本文提出数据帧流行度的概念,用以描述不同种类数据帧对于链路选择的倾向性。其次,借用帕累托最优模型给出非WSM(WAVE Short Message,WAVE短消息)的分发频率限制。再次,本文提出了基于链路状态与数据流行度的数据链路层调度算法。最后,仿真实验验证了算法可以降低WSM的传输延时,并同时减少乱序数据帧的产生。
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