城市道路车辆的换道行为是常见的交通现象,合理、有序的换道行为可以提升整个路段的通行效率,而频繁、随意的换道行为降低通行效率同时也增加了交通运行的安全隐患,尤其是在容易发生交通拥挤的瓶颈路段。针对城市道路车辆换道优化问题,以减少因随机换道产生的延误为出发点,提出路段车辆换道组织和车辆优化控制方法,旨在减少路段车辆换道总次数,从而降低区域路网总体延误,优化局部路网的通行效率及安全性。具体从换道区域规划、协同换道控制策略、车辆控制方法及协同换道仿真评价四个方面进行了研究。(1)换道区域规划设计。车辆局部路由选择是诱发转向换道的决定性因素,转向换道的频次不会随交通流的增加而减少。车辆协同换道组织方案通过对城市路段功能区划分,规划设置固定换道区域与连接路段,前者用于车辆的转向换道,减少随机换道的次数,后者作为车辆可变限速的执行区域,用于车辆的加、减速运行。以换道区域的规划设计作为仿真场景基础,提出车辆控制策略及协同换道策略。(2)协同换道控制策略。协同换道控制策略用于引导路段车辆高效运行、转向车辆安全换道,包括路段车辆运行控制策略及转向车辆协同换道策略两部分。其中,路段车辆运行控制策略包括可变限速策略与静态路径规划,用于引导车辆在路段上的行驶速度及路由选择;协同换道策略则是根据车辆换道最小安全距离与可用插车间隙的关系,制定的转向车辆在换道区域匀速换道或加速换道策略,同时也是构建协同控制车辆运行模型的基础。(3)车辆协同控制方法。基于车辆协同换道组织方案,建立了车辆跟驰模型及换道模型。考虑车辆换道影响因素,基于相对速度、相对加速度和相对距离求解分析匀速和匀加速换道所需的最小安全距离,并根据车辆匀速换道策略及加速换道策略的不同,分别构建车辆匀速换道模型及加速换道模型,以此协同控制换道区域车辆的运行状态与行驶路径。(4)协同换道仿真评价。以车辆协同换道组织方案为基础,结合协同控制车辆运行模型,借助VISSIM仿真软件及Python程序语言,设计协同控制车辆换道仿真实验。基于VISSIM仿真软件搭建仿真场景,输入各段换道区域的初始流量及转向比例,利用MATLAB拟合仿真数据,得出在不同速度、流量及转向比例条件下的最佳换道区域设置长度。通过设计对比仿真实验可以得出:设置车辆固定换道区域、制定路径引导策略并协同控制换道区域车辆行驶状态,能有效降低车辆换道次数,避免车辆无效换道,减少因车辆换道造成的延误,提高车辆路段平均行程速度,进而提高交通系统的运行效率及安全性。