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原文传递应用于预见性巡航控制的交通状态预测

论文题名：	应用于预见性巡航控制的交通状态预测
关键词：	商用车;预见性巡航控制;交通状态预测;复合道路
摘要：	商用车有载货量大、行驶里程长、燃油消耗高的特点。当车辆在含有坡道的复合道路上行驶时，因交通流或坡道而产生不合理的猛踩油门、紧急制动或者频繁换挡行为，会导致燃油消耗量明显上升。预见性巡航控制（Predictive Cruise Control，PCC）针对于在含有坡道的复合道路上行驶的车辆，由ADAS地图获取前方坡度信息，对挡位及发动机的转速、转矩状态进行调整。但传统PCC缺乏对交通信息的处理，在巡航过程中容易受交通流影响而退出巡航状态，影响PCC的实际节油效果。进行道路交通状态预测并应用于PCC可以提高车辆巡航时的交通状态适应能力，显著改善车辆燃油经济性，具有重要意义。本文研究内容包括以下几个方面。　　第一，对预见性巡航系统进行分析与建模。进行车辆纵向动力学分析，针对基于距离域的PCC算法采用动态规划解算。给出了系统状态方程和车辆动能定义，将优化重点放在发动机能量优化而不单纯是燃油消耗优化上。鉴于传统PCC侧重坡度变化而缺乏对交通状态全局或局部的考虑，对融合交通状态的PCC算法进行研究。将全局交通状态预测获取的道路期望车速作为 PCC 巡航参考车速，结合局部障碍车轨迹预测对PCC进行预先的抢行或让行决策，可以增强PCC系统的交通适应能力，提高PCC在复杂交通环境下的实际节油效果。　　第二，为获取道路期望车速作为PCC巡航参考车速，提出了一种基于车联网时空定位数据的交通状态预测框架，用于预测栅格化处理后的道路期望车速。针对单一品牌商用车的车联网时空定位数据提出道路交通预测框架，框架由 ConvLSTM 编码和ResNet 残差结构组成，并引入注意力机制和 Mask 遮蔽模块，使用特定品牌车辆时空定位数据对全局交通状态进行预测，得到路网未来一段时间不同路段的期望车速。经实际数据验证，以该框架预测得到的道路期望车速可以作为PCC巡航参考车速。　　第三，针对PCC设计了考虑换道行为的局部障碍车轨迹预测算法，为PCC抢让行决策提供障碍车的特定预测参数值。为提升运算效率，考虑换道行为的局部障碍车轨迹预测算法分为基于XGBoost的车辆换道意图识别和基于向量化处理的换道轨迹预测。车辆换道意图识别用XGBoost机器学习模型识别“待切入车辆”，并对“待切入车辆”进行轨迹预测，以获取准确的特定预测参数值。该特定预测参数值包括他车切入自车车道的时间tcut、切入时与自车之间的距离scut和切入时的前车车速vcut。选取不同参数对预测准召率进行评测，结果表明局部障碍车轨迹预测算法能够满足PCC要求。　　第四，采用TruckSim和Simulink联合仿真对全局交通状态预测和局部障碍车轨迹预测在PCC系统中的应用进行验证。在TruckSim中对一汽解放青岛JH6纵向车辆动力学进行建模。针对应用全局交通状态预测的PCC选取上下坡、下上坡、上坡和下坡等典型道路工况进行仿真；针对应用局部障碍车轨迹预测的PCC选取抢行和让行工况进行仿真。通过与传统PCC的对比结果表明，交通状态预测可以为PCC提供交通状态信息，使得PCC系统更适应道路交通状态，提高了节油效果，对巡航状态保持、减少急加速和急减速等有明显作用。　　综上所述，本文提出了应用于PCC的全局与局部交通状态预测方法，并讨论了交通状态预测在PCC中的应用方式与道路场景。经实际数据验证，本文的全局与局部交通状态预测方法可以满足 PCC 需求，结合交通状态预测后的 PCC 系统在不降低巡航车速的情况下有2%-5%的燃油经济性提升，并显著增加了巡航状态下的跟车距离，减少了制动次数，提高了PCC系统的道路适应能力、燃油经济性与行驶安全性。
作者：	丁毅然
专业：	车辆工程
导师：	王玉海
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023