Enhancing the performance of trajectory planners for lane - changing vehicles is one of the key challenges in autonomous driving within human - machine mixed traffic. Most existing studies have not incorporated human drivers' prior knowledge when designing trajectory planning models. To address this issue, this study proposes a novel trajectory planning framework that integrates causal prior knowledge into the control process. Both longitudinal and lateral microscopic behaviors of vehicles are modeled to quantify interaction risk, and a staged causal graph is constructed to capture causal dependencies in lane-changing scenarios. Causal effects between the lane-changing vehicle and surrounding vehicles are then estimated using causal inference, including average causal effects (ATE) and conditional average treatment effects (CATE). These causal priors are embedded into a model predictive control (MPC) framework to enhance trajectory planning. The proposed approach is validated on naturalistic vehicle trajectory datasets. Experimental results show that: (1) causal inference provides interpretable and stable quantification of vehicle interactions; (2) individual causal effects reveal driver heterogeneity; and (3) compared with the baseline MPC, the proposed method achieves a closer alignment with human driving behaviors, reducing maximum trajectory deviation from 1.2 m to 0.2 m, lateral velocity fluctuation by 60%, and yaw angle variability by 50%. These findings provide methodological support for human-like trajectory planning and practical value for improving safety, stability, and realism in autonomous vehicle testing and traffic simulation platforms.


翻译:提升换道车辆轨迹规划器的性能是人机混合交通环境下自动驾驶领域的关键挑战之一。现有研究在设计轨迹规划模型时大多未融入人类驾驶员的先验知识。为解决这一问题,本研究提出了一种将因果先验知识融入控制过程的新型轨迹规划框架。通过建模车辆的纵向与横向微观行为以量化交互风险,并构建分阶段因果图以捕捉换道场景中的因果依赖关系。随后利用因果推断(包括平均因果效应ATE与条件平均处理效应CATE)估计换道车辆与周围车辆间的因果效应。这些因果先验被嵌入模型预测控制(MPC)框架以增强轨迹规划。所提方法在自然驾驶车辆轨迹数据集上得到验证。实验结果表明:(1)因果推断为车辆交互提供了可解释且稳定的量化表征;(2)个体因果效应揭示了驾驶员异质性;(3)与基线MPC相比,所提方法能更贴近人类驾驶行为,将最大轨迹偏差从1.2米降低至0.2米,横向速度波动减少60%,横摆角变异度降低50%。这些发现为类人轨迹规划提供了方法论支持,对提升自动驾驶车辆测试与交通仿真平台的安全性、稳定性与真实性具有实用价值。

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