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原文传递智能网联混行环境下交叉口区域车辆协同控制方法研究

论文题名：	智能网联混行环境下交叉口区域车辆协同控制方法研究
关键词：	交叉口区域;信号控制;间隙控制;智能网联;混行环境
摘要：	目前，我国机动车保有量和驾驶员数量已位居世界前列，城市拥堵已经成为一种常态。在城市道路资源难以提高供给条件下，降低私家车出行需求、采用现代交通技术来改善交通效率具有重要研究意义。　　交叉口信号控制的主要思想是在时间上进行交通冲突隔离，其控制策略损失了大量的时空资源。随着智能网联自动驾驶技术的研发与应用，交叉口控制理念将从对人工驾驶控制到对车辆运动控制转变，控制方式将从一维(时间或空间)到二维(时空)转变。然而，智能网联自动驾驶技术的发展必然经过网联自动驾驶车辆(ConnectedandAutonomousVehicle,CAV)与网联人工驾驶车辆(ConnectedHuman-DrivenVehicle,CHV)混行的阶段。因此，在智能网联混行环境下，如何制定交叉口混行车辆的控制策略，提高混行环境下交叉口时空资源的利用率，保障车辆安全快速通过，具有重要研究价值。　　本文首先阐述了智能网联交通系统中所涉及的V2X(VehicletoEverything)通信技术、全时空智慧感知技术、大数据技术和智能控制技术;由点到面，分析了交叉口冲突质点与考虑实车物理大小的冲突区域，建立了冲突点和冲突区域关系矩阵;建立了智能网联交叉口控制系统架构;设立了本研究的理想环境，将交叉口区域划分为变道区、调控区、缓冲区、物理区和恢复区5个控制路段，以便实现交叉口车辆的区域化精准化控制。其次，针对未来城市道路交通CAV/CHV混行情况，分析了混行环境下车辆的跟驰模式和跟驰模型，计算了混行车流的通行能力，通过分析车队强度建立了考虑驾驶员反应时间与车队强度的混行交通流基本图模型，提出了混行环境下的车队组建模式。然后，针对完全智能网联环境，建立了考虑实车物理大小的交叉口物理区车辆冲突区域计算模型，通过优化左转车辆轨迹为椭圆轨迹、优化车辆间极限安全距离及考虑车辆间安全跟驰距离，开发了物理区直行-直行、直行-左转和左转-左转车辆行车间隙控制的数学模型;基于三角函数加速度调控模型建立了调控区和缓冲区的车速诱导模型。针对智能网联混行环境，提出了混合间隙耦合下交叉口混行车辆信号协同控制方法，对CAVs车队进行间隙控制，对DCAVs车队进行车速诱导，从而减少交叉口控制时隙的浪费，以提高智能网联混行环境下交叉口车辆的通行效率。最后，利用Matlab软件平台和VissimCOM软件平台进行联合仿真，对智能网联混行环境下的交叉口区域车辆协同控制方法进行效果评价，并选取传统信号控制交叉口进行仿真对比验证和效果评价，以交叉口车辆平均行程时间、平均油耗量、平均CO排放水平作为评价指标，在不同道路饱和度和CAV渗透率条件下进行对比分析，验证所提出控制策略对实际交叉口管控的有效性。　　仿真结果表明:所提出的间隙控制策略及模型能使相冲突的CAV车辆安全不停车地依次穿插通过冲突区域;在不同道路饱和度条件下，所提出协同控制策略较传统信控策略能够明显提升交叉口区域直行和左转车辆的通行效率，有效降低油耗，有效减少污染物排放水平;在不同CAV渗透率条件下，所提出协同控制策略下交叉口CAV渗透率越高，车辆平均延误时间越小，平均油耗水平越低，平均CO排放量越少。
作者：	牛远征
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：	2023