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面向匝道合流的网联车辆换道与轨迹优化控制
| 论文题名： | 面向匝道合流的网联车辆换道与轨迹优化控制 |
| 关键词： | 智能网联车辆;匝道合流;换道控制;轨迹优化 |
| 摘要： | 匝道合流区是主线车流与匝道车流汇合的特殊路段，不合理的换道、频繁的加减速行为以及匝道车辆的强制汇入使该区域成为冲突事故和拥堵的高发路段，从而大大降低了合流区的通行效率。随着智能网联技术的发展，这些潜在的冲突是可以避免的。在网联环境中，智能网联车辆（Connected and Automated Vehicles，CAVs）可以进行实时的信息交互，共享自身行车状态，对于改善合流区通行效率非常重要。 然而，目前使用CAVs技术的文献主要集中在单车道主线和匝道之间的合并，缺少处理多车道合流的策略与算法，而且相关的研究大多是针对固定状态下的车辆，而非实际状态下的连续车流。为此，本文以现有匝道合流研究和车路协同技术为基础，建立网联环境下的匝道合流模型，提出基于智能网联车辆的实时匝道合流控制方法和策略，以提高合流区的通行效率，改善大面积减速现象，为面向智能网联的匝道合流区域管控提供研究基础。 首先，本文确定了研究对象为典型的双车道快速路合流区，通过仿真从宏观上展现了非网联环境下车流量增加带来的拥堵问题，分析得出，匝道车辆的汇入是造成拥堵的重要因素，并从微观层面展示了匝道车辆汇入造成的主线车辆减速的现象。其次，基于车路协同系统的结构，本文提出网联环境下的云-边-端协同的匝道合流架构以及分区控制策略，将整个合流区划分为协同换道区、轨迹优化区和协同合流区，可以对连续车流进行实时控制。然后，在协同换道区，提出考虑合流区下游内外侧车道流量分布平衡的网联车辆换道控制方法，从而为匝道车辆提供更多的汇入空间。再然后，提出了合流区网联车辆的轨迹优化方法，可以保证合流的安全高效进行，同时采用基于尾车的纵向控制律对合流后的车辆间距进行调控，使合流后的车辆趋于稳定的运行状态。最后，本文选用SUMO对所提的合流策略进行仿真与可视化，仿真结果表明本文提出的智能网联环境下的匝道合流控制策略可以显著提高合流区车辆的通行效率，大大改善了匝道车辆汇入造成的主线车辆减速现象。在主线/匝道不同流量分布下的仿真结果表明，该合流策略在车辆平均通行速度、车辆平均延迟时间、吞吐量、停车数和下游车道不平衡度等方面均有不同程度的改善。 |
| 作者： | 于浩 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 史彦军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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