自动驾驶车辆队列是智能化高速公路系统的重要组成部分,日益受到重视,成为当前研究热点之一。特别是车辆队列间协同换道控制策略研究,对于提高车辆行驶安全性和交通效率具有重要意义。然而,现有的车辆队列研究主要集中在队列稳定性控制方面,缺少针对队列的拆分、重组、合并及队列间换道的研究。针对上述问题,本文以高速公路行驶的两个车辆队列为研究对象,开展了基于车车通信的车辆队列间协同换道控制策略的研究。首先,在对车辆队列换道场景进行分类的基础上,提出了队列间车辆协同换道总体控制架构。根据换道车辆数量及换道方式的不同,将两队列车辆间换道场景划分为自由车辆进入队列、两队列间单车换道、两队列间多车同时换道以及两个队列合并四大类。针对该四类场景,提出了统一的分层式协同换道控制架构,包括通信层、决策层以及控制层。其中,通信层中设计了队列车辆之间传递的信息、队列通信网络的拓扑结构以及考虑时延与丢包的情况下信息在各个层之间的传递过程。其次,在协同换道决策层,提出了换道车辆最佳插入位置决策算法和队列车辆ID更新策略。协同换道决策层的主体是各队列的头车,主要任务是负责队列中每辆车ID的监控与更新。为获得不同场景下换道车辆进入队列的最佳位置,提出了基于遍历和基于模糊逻辑的两种最佳插入位置决策算法;在此基础上对整个队列进行ID更新,以确定队列中每一辆车的ID,从而实现了对车辆队列的有效管理。在协同换道控制层,提出了车辆的纵横向运动解耦控制策略。协同换道控制层的主体为队列中每一辆车,主要任务是控制自车的纵向和横向运动,保证行驶安全。为实现不同通信拓扑结构下队列的稳定行驶,设计了分布式纵向控制策略,包括车辆在队列中纵向行驶时的控制策略以及在队列间换道时的控制策略;为了确保不同车速下换道平稳性和对换道轨迹的准确跟踪,设计了车辆横向运动控制策略,包括基于五次多项式的换道轨迹规划策略以及基于PID的轨迹跟踪策略。最后,为验证所提车辆队列间协同换道控制策略的有效性,搭建了基于MATLAB/Simulink和Prescan的联合仿真平台,进行了系统的仿真验证。仿真结果表明,所提队列间协同换道控制策略实现了单辆或多辆换道车辆安全高效地出入队列,保证了原队列车辆的稳定行驶,且尽量减少了队列速度波动。同时,该控制策略还能确保通信网络存在一定时延情况下车辆队列间的协同换道。