無(wú)人駕駛汽車減速通過(guò)交叉口最佳油耗方法研究

王媛 高祥 易鑫

摘 要：針對(duì)無(wú)人駕駛汽車油耗控制問(wèn)題，研究了無(wú)人駕駛汽車如何以最佳油耗減速通過(guò)交叉口的方法。當(dāng)單個(gè)車輛需要減速通過(guò)交叉口時(shí)，通過(guò)在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下車輛獲得的信號(hào)燈相位信息和配時(shí)信息，結(jié)合車輛油耗的特點(diǎn)，尋找車輛的最佳行駛軌跡。

關(guān)鍵詞：無(wú)人駕駛；交叉口；油耗

中圖分類號(hào)：U461.99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1671-7988（2018）12-44-02

Abstract： For the control of fuel consumption of driverless vehicle， the method of best fuel consumptionpassing through the intersection under slowing downof the driverless vehicle is studied. When a single vehicle needs to decelerate through the intersection， the signal light phase information and timing information obtained in the vehicle network environment.The characteristics of vehicle fuel consumption are combined to get the best driving track of the vehicle.

Keywords： driverless vehicle； intersections； fuel consumption

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-44-02

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的能源消費(fèi)增長(zhǎng)迅速。自2010年以來(lái)，中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)。而其中汽車能耗是能源消耗的主要方面，減少汽車能耗是當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展要解決的重要問(wèn)題。另一方面，世界環(huán)境污染問(wèn)題嚴(yán)重，汽車污染是環(huán)境污染的主要途徑，防治汽車污染，降低汽車在交叉口的能耗，對(duì)我國(guó)的能源消耗和環(huán)境污染等問(wèn)題有重要意義[1，2]。

本文基于汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)提出一種交叉口減速通行算法，研究了車輛在自主行駛過(guò)程中如何以最佳油耗減速通過(guò)交叉口[3，4]。當(dāng)車輛接近交叉口時(shí)，可以獲得交叉口信號(hào)燈的配時(shí)和相位信息，結(jié)合車輛的油耗特點(diǎn)，從而規(guī)劃車輛的行駛速度軌跡，尋找最優(yōu)油耗速度軌跡，達(dá)到減少燃油消耗的目的。

1 交叉口通行輔助算法

1.1 車輛運(yùn)動(dòng)模型

當(dāng)車輛接近交叉口接收到信號(hào)燈信息時(shí)，信號(hào)燈為紅燈，如果車輛以當(dāng)前的速度行駛到達(dá)交叉口，信號(hào)燈仍為紅燈，或當(dāng)車輛接收到信號(hào)燈信息時(shí)信號(hào)燈為綠燈，通過(guò)加速，車輛在剩余的綠燈時(shí)間內(nèi)不能通過(guò)交叉口，但是車輛通過(guò)減速，可以在下一個(gè)綠燈內(nèi)通過(guò)交叉口。將車輛的行駛速度軌跡簡(jiǎn)化為勻減速行駛和勻速行駛兩種狀態(tài)。車輛的速度軌跡為先做減速運(yùn)動(dòng)，然后做勻速運(yùn)動(dòng)，如圖1所示：

通過(guò)輸入不同加速度值，便可以得到相應(yīng)場(chǎng)景下的所有行駛速度曲線，計(jì)算各速度軌跡曲線的總油耗，從而找到最佳油耗行駛速度軌跡曲線。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

在Matlab中進(jìn)行算法的仿真實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化目標(biāo)是車輛行駛過(guò)程中的油耗，采用枚舉法分別將時(shí)間和加速度離散化，通過(guò)對(duì)比可得到這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)的最佳油耗速度軌跡。

假設(shè)一輛普通轎車在一條平坦的標(biāo)準(zhǔn)公路上行駛。當(dāng)車輛行駛到距離交叉口300m時(shí)，接收到交叉口信號(hào)燈的信息，此時(shí)信號(hào)燈為紅燈并且將在12秒后變?yōu)榫G燈，車速為32 m/s。如果車輛繼續(xù)以目前的速度行駛，車輛必須在停車等待綠燈，因此車輛必須減速通過(guò)交叉口。車輛的通行時(shí)間域?yàn)檎麄€(gè)綠燈相位時(shí)段，通行時(shí)間為12～27s，間隔為3s，然后將車輛減速行駛的加速度離散化。通過(guò)Matlab仿真過(guò)程，可以分別得到各個(gè)通行時(shí)間下的最佳油耗速度軌跡，如表1所示：

表（1）中的各個(gè)速度軌跡均為車輛行駛所能達(dá)到的最低加速度的行駛軌跡，通行時(shí)刻為12s、15s和18s時(shí)車輛沒(méi)有勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)存在一個(gè)加速度使車輛保持勻減速運(yùn)動(dòng)的同時(shí)剛好在對(duì)應(yīng)的時(shí)刻到達(dá)交叉口。

從仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：隨著通行時(shí)間的增加，對(duì)應(yīng)時(shí)刻的最佳燃油速度軌跡的耗油量也不斷的增加，并且通行時(shí)間越長(zhǎng)，增加的越快。

通過(guò)上述仿真可以發(fā)現(xiàn)，車輛減速通過(guò)交叉口時(shí)的最佳燃油速度軌跡，是車輛可以達(dá)到的最小加速度減速通過(guò)交叉口的速度軌跡，同時(shí)也是最佳效率軌跡。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究無(wú)人駕駛車輛減速行駛在下一個(gè)綠燈時(shí)間段內(nèi)通過(guò)交叉口的最佳油耗軌跡。通過(guò)仿真軟件結(jié)合Matlab進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和分析，構(gòu)建了無(wú)人駕駛汽車在假定道路條件下減速通行方法的油耗模型。研究結(jié)果表明，此場(chǎng)景下適當(dāng)降低加速度可以提高燃油經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于后續(xù)智能交通的研究有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

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[4] 高祥，張巖，李傳東，王燕濤.基于車路通訊的交叉口輔助通行算法. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)與信息化，2016.04.