本发明涉及无人驾驶路径规划，尤其涉及一种基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法。
背景技术：
1、车辆换道是车辆驾驶的主要行为之一，也是引发道路交通事故的主要成因之一，换道行为相比较跟驰行为，具有更强的复杂性。随着智能网联技术的发展，车辆与车辆、车辆与道路环境之间可以实时获得行驶信息，这对于车辆换道行为的研究提出了更高的要求，车辆可以通过车车通信、车路通信达到交通信息的传递与融合，实时进行驾驶行为的判断与操作，保证驾驶效率与安全。
2、车辆换道行为是一项复杂的决策过程，目前针对换道行为的研究中，按照换道类型可以将换道行为分为自由换道、强制换道和协作换道三种；按照换道发生的先后顺序可以将换道过程又分为换道准备阶段、换道执行阶段和换道持续三个阶段。目前在换道安全条件的研究中，建立了多种换道模型，例如：利用间隙接受模型来描述换道行为的执行，建立了强制换道和判断换道的换道模型；将相互协作机制引入换道过程中，并考虑到驾驶人的特性差异，建立了间隙接受模型；根据换道车辆完成换道后的跟驰安全性，建立了换道车辆及周围冲突车辆的可接受间隙模型；基于不同速度及不同司机类型的可接受间隙模型；基于多车道间车辆的相互干扰，建立了邻车影响模型；从分子动力学角度，系统考虑跟驰需求安全特性，确保在换道完成时，换道车辆和目标车道后车能以需求安全距离进行跟车行驶，建立了模拟分子动力学的期望安全间距模型。
3、目前关于势场的研究，最早提出了基于人工势场概念的移动机器人轨迹规划方法。随着智能交通的发展，不少学者将势场理论推广至交通流领域，例如：基于引力场和斥力场提出了一种基于机器学习的实时自主车辆控制器；基于人工势场理论针对不同对象建立了相应的势场模型；通过引入加速度参数对既有安全势场模型进行改进，并建立了安全势场换道模型；在对换道意图进行客观性量化的基础上，建立了基于分子相互作用势建立换道决策行为的分子动力学模型。
4、关于研究采用的数据集方面，所用的数据大致分为三种，分别为自然数据集、视频观测数据以及模拟仿真试验数据，例如：利用ngsim数据调查了高速公路上换道情况下的间隙接受行为；通过使用五辆分别配备了shrp2 nextgen数据采集系统的通用轻型汽车用来收集真实的驾驶数据，并将其用于实证分析；还有部分学者由于受到设备条件等方面的限制，运用模拟仿真实验平台，包括prescan软件等进行交通场景、车辆控制系统等模型搭建。
5、不管是对安全距离的研究还是对安全势场的研究，均与换道行驶过程中的安全相关。因此，智能网联环境下的换道研究中，应充分考虑换道车辆周围环境中交互车辆的运动参数对换道安全产生的影响，重点分析车辆在不同运动状态下可能对换道车辆产生的安全风险，进而找到模型简单且适用性强的换道决策算法，避免安全事故的发生。
技术实现思路
1、针对上述现有分子相互作用势应用于网联交通环境下车辆换道行为时，存在与现实车辆的换道行为存在较大差异，导致车辆在进行换道行为时容易发生碰撞的问题。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法包括以下步骤：s1在原车道中换道车辆跟驰原车道前车，持续计算换道车辆与当前车车道上的原车道前车以及目标车道上的目标车道前车、目标车道后车之间的换道可接受间隙；s2构建平面坐标系，根据换道车辆所受原车道前车的势场力来判断是否具有换道趋势，若具有换道趋势则进入s3，否则进入s1；s3在具有换道趋势情况下，根据换道车辆所受目标车道后车、目标车道前车的势场力来判断是否换道，若进行换道则进入s4，否则进入s2；s4在进行换道时，换道车辆在受到目标车道后车、目标车道前车以及原车道前车的作用力下，换道车辆以加速度为向目标车道加速换道，加速度满足关系式：
3、；
4、式中，为车辆运行的垂直方向，定义为轴，为车辆在轴方向的加速度，为作用力在x轴方向的分量，为车辆的质量；
5、s5完成换道过程。
6、进一步地，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
7、；
8、式中，为与的换道可接受间隙，为的初始速度，为的换道初始速度，为的换道加速度，为的加速度，为换道结束后与之间的纵向临界距离，为的宽度，为与道路水平方向的夹角，、、为待定系数。
9、进一步地，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
10、；
11、式中，为与的换道可接受间隙，为的初始速度，为的加速度，为换道结束后与之间的纵向临界距离。
12、进一步地，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
13、；
14、式中，为与的换道可接受间隙，为的初始速度，为角碰状态，为与发生角碰时呈现图示状态的时间，取值介于1.8s和3s之间，为换道结束后与之间的纵向临界距离。
15、进一步地，在s2中，构建平面坐标系，判断是否满足，式中为车辆前进的方向，定义为轴，为对在轴方向上产生的势场力；
16、若满足则进入s1，继续跟驰；若不满足则进入s3。
17、进一步地，在s3中，当或时，表示受到或的纵向斥力，不建议换道并进入s2，式中为对在轴方向上产生的势场力，为对在轴方向上产生的势场力；
18、当且时，表示和对产生引力，建议换道并进入s4；
19、在s4中，受到的横向引力和为，促使加速驶入目标车道，式中为垂直车辆运行方向，定义为轴，为对在轴方向上产生的势场力，为对在轴方向上产生的势场力；
20、随着转向行驶，对产生横向斥力，迫使横向加速远离原车道，此时受到的横向力和为：
21、；
22、式中，为对在轴方向上产生的势场力。
23、进一步地，在s2中，跟驰车辆间的分子相互作用势函数：
24、；
25、式中，为分子相互作用势函数，为势阱深度，为跟驰需求安全距离，为前后车的间距；
26、分子相互作用势模型中引力项和斥力项的幂次设置为待定参数，构建了车辆相互作用势函数：
27、；
28、式中，为车辆相互作用势函数，与为引力项和斥力项的幂次，且大于；
29、引入距离、速度、加速度进行修正，得到车辆相互作用势函数：
30、；
31、式中，为车辆的加速度，为修正距离，为车辆加速度与两车质心连线所成的顺时针夹角，为待定参数，为当前车辆质心坐标位置，为周围任意车辆质心位置，为可接受停车间隙；
32、引入转向角进行修正，得：
33、；
34、式中，为修正后的偏转角坐标；
35、换道行为的车辆相互作用势模型为：
36、。
37、进一步地，对产生的作用势：
38、；
39、式中，为对产生的作用势，为与的间距，为与的质心连线与轴的夹角，为修正距离，为待定参数，为的质心坐标位置；
40、令，对产生的势场力：
41、；
42、令，则：
43、；
44、；
45、式中，为代替变量，为与的间距的+1次幂，为与的间距的+1次幂。
46、进一步地，对产生的势场力：
47、；
48、；
49、；
50、式中，为与的间距的+1次幂，为与的间距的+1次幂，为和的质心连线与轴的夹角。
51、进一步地，对产生的势场力：
52、；
53、；
54、；
55、式中，为与的间距的+1次幂，为与的间距的+1次幂，为和的质心连线与轴的夹角。
56、本发明的有益效果是：本发明基于lennard-jones势的车辆相互作用势的建立，引入了车辆外形、速度、加速度以及转向角的修正，弥补了之前研究分子换道模型直接以lennard-jones势函数为原型而忽略粒子与车辆在质量、速度等参数量级的巨大差异。并且本发明可通过绘制不同运动状态下车辆作用势场空间分布图，能够直观分析车辆作用势场随车辆速度、加速度、转向角的变化，使得以分子动力学为基础研究车辆微观行为更具有现实意义。
57、在前期进行分子动力学换道模型研究中，对于换道完成后纵向临界距离的设定，只考虑了当前车辆的速度和加速度，忽略了原车道前车运行状态对换道完成后临界安全距离产生的影响，本发明将原车道前车加速度引入到纵向临界距离中，并通过换道安全临界时间的分析，明确了换道可接受间隙与交互车辆速度差、加速度差的关系，分别构建了换道车辆与原车道前车、目标车道前车、目标车道后车之间的换道可接受间隙表达式，通过对交互车辆不同运动状态的仿真分析，对网联环境下换道行为提出了合理建议。
58、本发明建立了基于车辆相互作用势的换道模型，分析了换道车辆受到的周围交互车辆产生的作用势和势场力，给出了车辆在不同势场力作用下的行驶决策。通过与基于分子动力学的换道模型和sl2015模型的对比，验证了其有效性，对未来智能网联环境下车辆换道行为决策具有理论指导意义。
1.基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
3.根据权利要求2所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
4.根据权利要求3所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s1中，与之间换道可接受间隙表达式为：
5.根据权利要求4所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s2中，构建平面坐标系，判断是否满足，式中为车辆前进的方向，定义为轴，为对在轴方向上产生的势场力；
6.根据权利要求5所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s3中，当或时，表示受到或的纵向斥力，不建议换道并进入s2，式中为对在轴方向上产生的势场力，为对在轴方向上产生的势场力；
7.根据权利要求6所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，在s2中，跟驰车辆间的分子相互作用势函数：
8.根据权利要求7所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，对产生的作用势：
9.根据权利要求8所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，对产生的势场力：
10.根据权利要求9所述的基于车辆相互作用势的换道控制模型构建方法，其特征在于，对产生的势场力：
