基于車車協(xié)同的交叉口主動(dòng)防碰撞控制策略

李歡　武文佳　武書辰　郭淵

摘要：本文利用車車協(xié)同技術(shù)，對(duì)無(wú)信號(hào)交叉口車輛沖突消解進(jìn)行了理論分析，通過(guò)矢量圖來(lái)建立兩車碰撞消解的臨界情形，得到不同的通行權(quán)分配對(duì)應(yīng)的車速調(diào)整模型。在沖突消解策略滿足安全通過(guò)的前提下，還需要考慮速度因素和時(shí)間因素，建立交叉口優(yōu)化控制的目標(biāo)函數(shù)，得到最優(yōu)交叉口最優(yōu)控制方案。最后聯(lián)合Prescan和Matlab/Simlink對(duì)交叉口動(dòng)態(tài)交通環(huán)境進(jìn)行仿真，結(jié)果表明模型可有效避免碰撞危險(xiǎn)，同時(shí)提高交叉口通行效率，對(duì)于交叉口多車協(xié)作算法的發(fā)展具有一定的參考意義。

Abstract： in this paper， the collision resolution at intersections is theoretically analyzed based on the vehicle-road cooperation technology. The conflict resolution model is established by vector graph of two vehicle moving trajectory， and the speed change strategy is obtained. Besides the conflict resolution strategy meets safety factor， it is necessary to consider the speed and time factors， so the objective function at intersection is established， and the optimal control strategy is obtained. Finally， Prescan and Matlab/Simlink are combined to simulate the dynamic traffic environment at intersections. The results show that the model can effectively avoid collision hazards and improve the crossing efficiencyat intersections. It can provide a certain reference for the development of multi-vehicle cooperation algorithm at intersections.

關(guān)鍵詞：車速引導(dǎo);沖突消解;無(wú)信號(hào)交叉口;協(xié)調(diào)控制模型;V2V/V2X

Key words： vehicle speed change;conflict resolution;unsignalized intersection;coordination control model;V2V/V2X

中圖分類號(hào)：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0238-04

3? 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

為驗(yàn)證交叉口車車協(xié)調(diào)控制策略，系統(tǒng)采用PreScan8.3.0和Matlab-Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真。無(wú)信號(hào)交叉口目標(biāo)車C1由南往北行駛，初始狀態(tài)為位置坐標(biāo)（x10=60，y10=-10），初始速度v10=5m/s;另外一輛主車C2由西往東行駛，C2初始位置坐標(biāo)（x10=-40，y10=60），初始速度v20=5m/s，期望速度為15m/s。

圖4和圖5給出了主動(dòng)車調(diào)速前和調(diào)速后的場(chǎng)景，以及相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡?？梢钥吹饺糗囕v以原定的速度行駛，兩車發(fā)生碰撞，若主動(dòng)車通過(guò)V2V/V2X交互接受目標(biāo)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，在沖突判斷模型系統(tǒng)預(yù)判會(huì)發(fā)生合流沖突的情況下，通過(guò)算法計(jì)算執(zhí)行調(diào)速策略，則車車沖突可以消解。

如圖6所示，為沖突檢測(cè)算法所計(jì)算的沖突時(shí)間TTC在目標(biāo)車調(diào)速前和調(diào)速后的波形圖，通過(guò)沖突檢測(cè)算法計(jì)算，可知在t=17.25s，兩車在十字交叉口相撞。

圖7給出了主動(dòng)車調(diào)速前后，目標(biāo)車和主動(dòng)車的質(zhì)心直線距離，由此可以看出主動(dòng)車根據(jù)交叉口沖突消解策略調(diào)速后可以消解兩車十字交叉口合流沖突。圖8給出了主動(dòng)車調(diào)速前后主動(dòng)車自身車速的變化情況，在主動(dòng)車通過(guò)V2V/V2X交互接收到主動(dòng)車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過(guò)計(jì)算給出調(diào)速策略后，主動(dòng)車的速度在10s內(nèi)由初始速度5m/s下降為約3.5m/s，并在避免發(fā)生沖突且使駕駛員感到舒適的情況下，在調(diào)速之后合理提速，保證了通行的高效性。

4? 結(jié)論

①本文對(duì)無(wú)信號(hào)交叉口兩車沖突消解進(jìn)行了理論分析，指出兩車沖突是兩車在通過(guò)交叉口時(shí)在時(shí)間和空間上彼此之間有疊加的部分，若能適當(dāng)調(diào)節(jié)車輛進(jìn)入交叉口的時(shí)間，則會(huì)有效避免兩車碰撞事故的發(fā)生，選擇了以兩車的相對(duì)距離和沖突時(shí)間判斷兩車的沖突情況。

②本文將車輛簡(jiǎn)化為圓模型，通過(guò)矢量圖來(lái)建立兩車碰撞消解的臨界情形，得到車速調(diào)整模型，不同的通行權(quán)分配對(duì)應(yīng)不同的速度引導(dǎo)策略。

③在沖突消解策略滿足安全通過(guò)的前提下，還需要考慮速度因素和時(shí)間因素。本文以速度和時(shí)間收益為目標(biāo)函數(shù)完成交叉口控制優(yōu)化，得到最優(yōu)通行權(quán)的分配信息及車速調(diào)整信息。最后通過(guò)PreScan8.3.0和Matlab-Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真，結(jié)果表明模型可有效避免碰撞危險(xiǎn)，同時(shí)提高交叉口通行效率，避免了車輛因停車導(dǎo)致的尾氣排放和功耗損失，大大提高了其環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于今后交叉口多車協(xié)作算法的發(fā)展具有一定的參考意義。

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