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原文传递车路协同环境下交叉口智能网联车辆通行控制方法研究

论文题名：	车路协同环境下交叉口智能网联车辆通行控制方法研究
关键词：	车路协同;智能网联车辆;交叉口;时空间隙;跟驰控制;冲突避碰;最优安全速度;交通流
摘要：	随着汽车保有量与道路交通流量的快速增长，现有的路网设施已难以满足人们日益增长的交通需求，致使城市交通拥堵问题日益严重。交叉口作为汇集疏散车流的重要场所，其管控模式是否科学合理直接影响着道路交通安全与出行效率。传统信号控制交叉口是以相位禁行的方式来避免交通冲突，对于交叉口的时空资源利用极不充分，且难以高效疏导随机车流，造成行车延误增加。而在车路协同交通环境下，以车-路-云通信为主的一体化智能交通技术为实现高效、安全、绿色的城市交通管控提供了全新的平台和机遇。因此，探索如何在新技术赋能下实现交叉口控制模式的智能化转变，使交叉口时空资源得到充分高效利用，具有重要的研究价值与实际意义。　　本文首先构建了由车载单元、路侧单元和云端控制中心组成的智能交叉口控制系统，从基础数据感知模块、信息交互共享模块和控制决策应用模块对系统功能进行设计规划，详细阐述了系统应用中所涉及到的多源信息智慧感知技术、V2X通信技术和数据融合处理技术，从微观层面分析了交叉口内部冲突问题，建立了交叉口车辆冲突对应关系矩阵，并归纳了交叉口车辆通行冲突区序列。其次，基于间隙控制理论提出了智能网联车辆交替穿插通过交叉口冲突区的管控理念，根据管控功能需求将交叉口区域路段划分为了变道区、调控区和穿行区，进而提出了车路协同交叉口冲突消解策略，构建了直行与直行、直行与左转、左转与左转冲突车辆行车间隙控制模型。然后，分析了交叉口时空间隙分配机制，建立了车路协同交叉口车辆通行时间轴，并设计制定了车辆通行时间归一方法，以保证行车安全、提高交叉口通行效率为目标，提出了基于时空间隙动态分配的交叉口车速控制方法，进而建立了车辆跟驰控制模型和冲突避碰模型，使车辆能够在调控区路段内通过预先速度调整，达到无碰撞、不停车通过交叉口的最优安全速度，从而实现交叉口时空资源的充分利用。最后，运用MATLAB和VISSIMCOM接口技术对仿真环境进行了二次开发，分别在不同饱和度的交通流量条件下，对车路协同智能控制交叉口和传统信号控制交叉口进行了模拟仿真，并选取车辆通过交叉口的行程时间、延误、油耗和污染物排放作为评价指标，从效率、经济和环保三个方面对比分析了不同控制模式下的交叉口管控效果。　　仿真实验结果表明：在不同饱和度的交通流量条件下，所设计的车路协同交叉口智能控制方法均能够优化疏导交叉口随机车流，大幅提升交叉口直行和左转车辆通行效率，有效减少车辆油耗与各种污染物的排放；且随着交通流量越接近饱和，车路协同智能控制交叉口在各方面的效益提升越显著。同时，相较于现有的绿波车速引导策略，本方法不再受限于信号配时的约束，能够为交叉口智能网联车辆提供更加碎片化、离散化的安全通行间隙，为未来城市交通管控智能化、精细化的发展变革提供参考和借鉴。
作者：	张游
专业：	交通运输工程
导师：	潘福全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022