详情

原文传递 V2X下基于T-CPS的近信号控制区多车协同行驶策略研究

论文题名：	V2X下基于T-CPS的近信号控制区多车协同行驶策略研究
关键词：	交通管理;车辆行驶;换道策略;近信号控制区
摘要：	近信号控制区作为道路系统中普通路段和信号控制区域的过渡部分，对交通系统具有重要意义和影响。在这一区域，连续的交通流由于受到不断变化的信号灯控制而呈现出周期性的停驶现象，容易引发交通事故、车辆延误及燃油浪费等问题。这些问题的发生主要是由于车辆之间缺乏通信和协同不足，难以从全局出发做出正确的驾驶决策所致。因此，研究车辆在近信号控制区行驶规律，并在V2X环境下设计相应的多车协同行驶策略，对改善驾驶安全、提高交通效率、降低能耗具有重要意义。　　信息系统与物理系统的深度融合，是信息物理系统（Cyber-Physical System,简称CPS）的主要优势。通过CPS思想实现多车协同行驶，有望成为V2X下解决近信号控制区交通问题的有效途径。因此，本文基于交通信息物理系统（T-CPS），围绕近信号控制区域的多车协同行驶，针对跟车与换道这两种基本的车辆协同行为，分别建立了基于决策树的协同跟车模型和基于换道紧迫性指标的协同换道策略。为了验证和分析多车协同模型在非理想V2X通信环境中的表现，分析了三种主流V2X通信技术的特点，验证了模型在典型的通信时延效应和中断效应下的性能表现。作为对近信号控制区多车协同行驶模型的扩展，研究了无信号交叉口的协同控制问题。主要内容如下：　　①针对近信号控制区车辆所面对的具体情况，研究了基于决策树的协同跟车模型。针对现有研究所考虑的近信号控制区场景比较简单，且多以单车为目标来进行优化，难以达到整体效率的提升的缺点，分析了近信号控制区域车辆所面对的信号灯状态、车辆与停车线的距离以及车辆在车流中所处位置等不同情况，给出了相应的行驶策略，提出了一种多车协同行驶的决策树模型，并通过仿真实验验证了所提出模型在近信号控制区域提高整体通行效率、减少停车时间方面的优势。　　②针对近信号控制区域换道场景的特殊性，研究了基于换道紧迫程度的协同换道策略。通过分析近信号控制区域的换道行为特征，提出了车辆换道的安全条件，并在是否满足该安全条件的情况下分别提出了常规换道策略和基于换道紧迫程度的条件协同换道策略。通过设计的仿真实验验证了所提出模型在换道安全性、换道效率等方面的保障和提升。　　③基于主流V2X技术的特点，研究了多车协同行驶系统在典型的通信时延和通信中断效应下的性能。现有研究所提出的车辆协同模型往往工作在理想通信环境下，与实际应用中的V2X技术存在通信时延、中断等情况不符。基于此，文章总结了V2X技术的发展路线和应用现状，分析了三种V2X通信技术，包括DSRC、LTE-V2X以及5G-V2X的优缺点，通过设计仿真实验，验证和分析了前面提出的多车协同行驶系统在典型的通信时延、通信中断条件下的性能。　　④作为对近信号控制区多车协同行驶模型的扩展，研究了无信号交叉口的协同控制问题。通过将交叉口附近在物理空间中存在于不同车道上的车辆的行驶状态信息，映射至信息空间的同一虚拟车道，提出了虚拟跟驰技术和动态调度算法，并基于此实现了交叉口区域内部时空资源的高效分配和避撞机制，从而达到提高整个交叉口及其邻近区域的车辆行驶效率的目的。
作者：	何宇矗
专业：	控制理论与控制工程
导师：	孙棣华
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文