文 献 综 述
- 研究背景与意义
近年来，随着计算机、传感器和人工智能技术的深入发展，自动驾驶汽车 (Autonomous Vehicles,AVs)已经从实验室概念迅速发展到真实世界中[1]。世界上许多国家和地区已经允许在专用测试轨道和公共道路上对AVs进行实地测试，2009年Google正式启动无人驾驶汽车项目,是世界上第一家推行无人车上路测试的公司。2011年,德国柏林自由大学顺利挑战了交通信号灯、环岛、拥堵通行等诸多项目。2012年,Google无人车首获由美国内华达州颁发的第一张红色牌照。2016年，Uber公司正式于美国匹兹堡市面向公众开放无人车出行服务。2016年12月，Google拆分无人驾驶业务成立了Waymo实体公司，加速了无人驾驶车辆商业化进程。奥迪于2017年推出全球第1辆L3级量产上市车型A8，并发布L4级概念汽车Elaine和L5级概念汽车Audi Aicon。戴姆勒计划2021年测试L4/5级自动驾驶汽车。宝马计划2021年发布L5级自动驾驶。大众汽车集团计划2021年推出L5级自动驾驶汽车Sedric。
但道路上的车辆在很长一段时间内都不会全部实现自动驾驶。在那之前，自动驾驶汽车必须与人类驾驶的车辆（Human-driving Vehicles,HVs）共享道路，AV和 HV的共存将从根本上改变交通特征。人类驾驶员行为的未知性，对自动驾驶车辆控制系统提出了挑战。即在混合交通流的情况下，驾驶车辆的人类驾驶员在道路上行驶，遇到自动驾驶车辆时，于其原来在纯人类驾驶环境下的驾驶行为相比，发生了哪些变化？这些变化的掌握和分析，对自动驾驶车辆控制系统的优化、混合车流的管理和控制等诸多方面均有重要意义。
本课题研究的是在自动驾驶车与人工驾驶车混合行驶背景下，人类驾驶员驾驶车辆在道路上行驶并遇到无人驾驶车的时候，其换道决策的行为所产生的变化。车道变换是行车过程中经常发生的驾驶行为，在车道变换过程中发生的交通事故约占事故总数的4%，交通事故总死亡人数中约有0.5%是由换道引起；而由碰撞引起的交通延迟中，此类碰撞事故占10%[2]。因此，对换道行为的研究将有助于了解人类驾驶员的换道特征，这为今后混合交通的建模提供数据基础，可用于未来混合交通的预测、规划和运营。另一方面，人类驾驶员的换道决策数据也可以反过来用于优化自动驾驶车辆的软硬件设计，为智能驾驶技术发展助力。
- 相关文献研究现状
- 自动驾驶车辆的自动化特征
自动驾驶汽车的定义是，在没有驾驶员直接输入的情况下，至少有一些安全关键控制功能(如转向、油门或刹车)得以实现[3]。
目前，全球汽车行业公认的有关自动驾驶系统等级的划分标准是国际自动车工程师学会(SAE International,简称SAE)的SAE标准J3016，该标准给出了自动驾驶水平的分类和定义，根据“什么时候，谁做什么”来划分车辆自动水平[4]。该标准将自动驾驶技术分为L0-L5共6个等级，具体来说，自动化水平0(SAE Level 0,L0）是指操作汽车全部由驾驶员完成，代表没有自动驾驶加入的传统人类驾驶；自动化水平1(SAE Level 1,L1) 是指在行驶过程中，系统有时能够辅助驾驶员处理部分驾驶操作任务；自动化水平2(SAE Level 2,L2）是指在行驶中，驾驶员需要持续监控周边环境，在操作部分行驶任务时，车辆自动系统能够实际操作完其他部分的任务；自动化水平3(SAE Level 3,L3)是指在某些情况下，车辆自动驾驶系统能够同时完成驾驶操作和监控行驶的周边环境，但是当自动驾驶系统发出请求时，驾驶员必须随时接管行使控制权；自动化水平4(SAE Level 4,L4)是指仅在一定的环境和条件下，车辆自动驾驶系统能够同时完成驾驶操作和监控行驶的周边环境的任务，驾驶员不需要接管行驶控制权；自动化水平5(SAE Level 5,L5)是指在所有的条件下，自动系统都能够完成人类驾驶员所有的驾驶操作任务。
可以看出，L1-L3级驾驶员具有行驶控制权，自动驾驶系统主要起辅助作用；在发生紧急情况时，驾驶员具有随时接管车辆的义务，防止危险的发生。L4-L5级驾驶员不具有行驶控制权，主要由自动驾驶系统完成驾驶操作。
而我国工信部也在2020年发布了《汽车驾驶自动化分级》推荐性国家标准，标准根据驾驶自动化系统对于车辆横向运动控制、车辆纵向运动控制、对目标和事件的探测与响应情况、对动态驾驶任务的接管程度和设计运行条件等,也将驾驶自动化分为0到5级六个分级[5]。每一个等级均覆盖较低等级的全部功能。0级驾驶自动化也称为应急辅助,驾驶自动化系统需具备对部分目标和事件进行持续探测与响应的能力,不需要执行任何的车辆横向或者纵向运动控制；1级驾驶自动化也称为部分驾驶辅助,除了具备0级功能,还要能够持续执行动态驾驶任务中的车辆横向或纵向运动控制；2级驾驶自动化也称为组合驾驶辅助,驾驶自动化系统需要能够持续执行动态驾驶任务中的车辆横向和纵向运动控制；3级驾驶自动化也称为有条件自动驾驶,驾驶自动化系统需在其设计运行条件内持续执行全部动态驾驶任务；4级驾驶自动化也称为高度自动驾驶,驾驶自动化系统需在设计运行条件内持续执行全部动态驾驶任务和动态驾驶任务的接管；5级驾驶自动化也称为完全自动驾驶,全部的动态驾驶任务和动态驾驶任务接管都由驾驶自动化系统执行,且无设计运行条件限制。
其中0级到2级系统即高级驾驶辅助系统,其驾驶责任人仍然是传统驾驶员,驾驶自动化系统仅起驾驶辅助作用；3级是驾驶自动化系统的一个分水岭,自3级开始,驾驶责任人为驾驶自动化系统。在3级系统时,动态驾驶任务接管用户需要一定程度上保持关注车辆运行状况,以便在危急时刻或车辆出现机械故障时能够及时接管系统,如果用户不接管, 系统应执行相应的风险减缓策略；4级和5级系统,传统驾驶员可以完全不用关注车辆, 驾驶自动化系统需要在车辆运行出现紧急状态时能够自动达到最小风险状态。4级与5级的差别在于,4级有设计运行条件的限制,而5级则完全没有限制。
多项研究表明，AV可以通过适当的纵向控制提升交通吞吐量和整体性能[6]，特别是在联网汽车技术的辅助下[7]，由于精确的控制，纯互联自动汽车(CAV)交通预计会缩短车头时距和反应时间[8]。
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