V2X下基于T-CPS的近信号控制区多车协同行驶策略研究

发布时间：2020-05-09 21:02

【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。
【图文】：

196. 总结图 1.1 论文结构及思路Fig. 1.1 The architecture graph of this thesis析现有的各种 V2X 通信技术的优缺点，研究了在通想通信条件对近信号控制区域车辆协同行驶的影响。近信号控制区域多车协同行驶模型的扩展，本文提同控制策略。新的策略通过将交叉口附近在物理空的行驶状态信息，映射至信息空间的同一虚拟车道实现交叉口区域时空资源的重新分配，以达到交叉利用，，从而提高整个交叉口及其邻近区域的车辆行驶工作进行了总结和分析，并对下一步的研究工作进行图 1.1 所示（见上页）。

取交通信息以及车辆装备有 V2X 通信设备两种条件，分别构建了不同真实验对两种条件下的模型进行了验证和比较。结果表明，在存在 V2况下，所建立的模型能够有效缩减总行程时间以及车辆在近信号控制车时间，最终达到了提高交通系统运行效率的目的。言号控制被广泛应用于十字路口、T 型路口、高速公路匝道等存在车辆冲近信号控制区作为道路上一般路段与信号控制区域的连接部分，是交要组成部分，对城市道路的通行效率及安全均有重要影响[4]。据欧盟的故数据 CARE 分析指出，在 2001 年到 2010 年期间，在欧盟有超过 20通事故发生在邻近信号灯控制的路段及交叉口区域[2]。无独有偶，据美交通安全管理局的报告显示，在美国有 40%的车辆碰撞及 21.5%的严重生在近信号控制区或交叉口处[1]。因此，近信号控制区是整个道路系统和关键的区域之一。如图 2.1 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U491.54

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张良;陈诗慧;张伟;;驾驶员换道执行持续时间研究[J];工业工程与管理;2014年04期

2 杨晓光;赵靖;马万经;白玉;;信号控制交叉口通行能力计算方法研究综述[J];中国公路学报;2014年05期

3 马育林;徐友春;吴青;;车队协同驾驶混成控制研究现状与展望[J];汽车工程学报;2014年01期

4 王建强;王海鹏;刘佳熙;李克强;;基于车路一体化的交叉口车辆驾驶辅助系统[J];中国公路学报;2013年04期

5 孙棣华;李永福;刘卫宁;赵敏;廖孝勇;;交通信息物理系统及其关键技术研究综述[J];中国公路学报;2013年01期

6 龚;李苏剑;;基于CPS理论的城市交通控制与诱导融合框架[J];公路交通科技;2012年05期

7 王中杰;谢璐璐;;信息物理融合系统研究综述[J];自动化学报;2011年10期

8 岳伟;郭戈;王丽媛;;通讯网络影响下自主车队分散式控制[J];东南大学学报(自然科学版);2011年S1期

9 陈丽娜;王小乐;邓苏;;CPS体系结构设计[J];计算机科学;2011年05期

10 李永福;孙棣华;崔明月;;全速度差跟驰模型的Lyapunov稳定性分析[J];控制理论与应用;2010年12期

相关博士学位论文 前3条

1 柴琳果;智能车路协同交叉口间隙耦合运行控制方法[D];北京交通大学;2018年

2 刘辉;T-CPS下近信号控制区多车协同的行驶一致性控制研究[D];重庆大学;2017年

3 谭云龙;快速路合流区微观交通仿真车道变换模型研究[D];吉林大学;2014年

相关硕士学位论文 前3条

1 杨刚;基于车车通信的多车协同自动换道控制策略研究[D];清华大学;2016年

2 董珂洋;交通信息采集方法研究[D];重庆交通大学;2009年

3 何明;基于数据挖掘技术的交通事故数据分析[D];长沙理工大学;2009年

本文编号：2656730