智能網聯汽車中心式匝道合流協同控制

摘要：交通擁堵已成為城市發展的痛點問題，匝道合流是造成城市高架道路和高速公路交通擁堵的主要原因之一。2018年，以北京高峰時段出行為例，每出行1個小時，就有29.7分鐘耗費在堵車上，按月平均工資8467元（北京市統計局發布2017年北京市職工月平均工資）計算，得出北京第三季度每月因擁堵造成的時間成本達1049元。交通擁堵降低了交通效率，增加了碰撞風險，增加了出行時間，給乘客帶來不適，導致油耗和排放過多。實際上，匝道合流操作對于駕駛員來說，必須綜合考慮周圍環境的各類因素。通常，試圖合流的車輛可能會在入口匝道上先減速，等待合適的合流機會，同時根據對安全間距和主流車輛速度的判斷，以確定加速的程度和時間。即使駕駛員最終順利完成合流，實際的合流過程也不一定是全局最優的，安全性、經濟性和舒適性難以兼顧和保證。

關鍵詞：智能網聯汽車;匝道合流;協同控制;中心式方法;燃油經濟性

引言

交織區是道路系統的重要組成部分，尤其山地城市受地形、地物等客觀條件的限制，多條匝道并入主線形成多路合流交織區，極易引發交通事故。雖然分車道控制配合定向車道對這類交織區的安全性有了很大的提升，但研究發現在高峰期多路合流交織區的交通延誤現象更為嚴峻。因此，優化多路合流交織區控制方法對降低交織區的車輛延誤具有重要的意義。

1智能網聯汽車的匝道合流協同控制

自適應控制的原則是通過感知交通數據，合理的改變各車道的相位相序和自適應信號配時來減少交織區的延誤，保證交織區內車輛高效通行，從而避免各個車道發生溢流。主要包括：數據實時感知和分車道自適應控制，其中分車道自適應控制又分為進口車道相位相序優化、自適應配時、最小總延誤3個模塊。進行自適應協同控制時，當檢測到各車道的交通流量和排隊長度發生變化，根據各車道的約束條件重新組合相位相序，得到不同的分車道控制方案。再根據自適應相位綠時和信號周期，動態調整各方案的信號配時，最終得到最優的組合方案。當檢測到放行的各車道相位相序不變時，根據各車道的交通量和排隊長度判斷是否進行信號配時，是否得到最小延誤，否則返回車輛檢測。

2研究場景

如圖1所示，考慮一種簡化的匝道合流場景，主道與匝道均為單車道。實際上，主道道路一般由多車道組成，本文假設車輛在進入控制區之前已經完成了換道操作，而不需要考慮控制區域的車輛換道行為，因此，主道多車道的問題可以簡化為單車道問題。此外，在同一條車道上的車輛遵循先進先出（FirstInFirstOut，FIFO）規則，不能進行超車。控制區域定義為圖1中長度為L的V2I通訊范圍，實際上通常是半徑為幾百米的范圍。匝道合流協同控制系統中僅考慮位于控制區內的車輛。合流點定義為主道中心線與匝道中心線的交點。在本文中僅考慮匝道上有一輛車的情景，標記為車0。主干道上尚未到達合流點的車輛依次標記為車1～車m，如圖1所示。

匝道合流需要合流車輛（車0）與主道上的車輛協同完成，在主干道上的車輛負責為合流的車輛制造足夠安全的間隙，以便合流車輛進行合流匯入。也就是說，它們需要協同調節各自的車速以適應合流車輛。本文假設每個合流區域中都存在智能路側單元，如圖1所示。控制區內的每輛車都可以與智能路側單元進行通信，頻繁共享其實時信息并接收控制消息。車輛的共享信息包括車輛編號、車輛長度和寬度、位置、速度、加速度、橫擺角等。其中一些共享信息是常數，其余信息可以通過車載設備（例如GPS、速度計、加速度計和陀螺儀）實時測量和計算。智能路側單元收到共享信息后，其內部的數據處理單元將采用本文提出的方法來計算每輛車的最優速度曲線，然后將最優速度曲線發送給各個車輛進行軌跡跟隨實現。

3智能網聯汽車中心式匝道合流協同控制方法

3.1匝道合流區生態協同控制

在分割的平面道路上，干貨車輛必須在主要道路上進口，不可避免地影響主要道路和道路交通的穩定性，造成交通混亂。因此，高速公路附近車輛并存的問題始終是科學研究的重點之一。CAV旱區生態斜坡填埋場是一種計算和預測主要車輛和履帶式車輛流入住宅區所造成的安全沖擊和干擾的方法，目的是利用控制協調算法提前優化主要道路或旅游車輛的行為，提高車輛安全、能效和效率。流域生態協同控制方法根據控制策略分為中心方法和分布方法兩類。集中辦法是通過道路交通設施和交通管理對任務和控制不足進行全球管理。系統中的每個CAV都沒有全局信息，也不會占用大量計算能力和本地計算時間。采用集中方法，通過中央控制器的不同層控制器執行任務和控制命令。同時采用基于啟發式規則的兩級協調系統，該系統除其他外，由非線性系統的動態觀測控制，由高層依次控制，由下級依次控制車輛的運動;里約托雷斯等。提出了CAV車輛加/減速曲線的在線優化框架，即

結束語

本文提出了基于智能網聯汽車的中心式匝道合流協同控制方法，建立了匝道合流協同控制模型，通過數值仿真驗證了所提出方法的有效性。仿真結果表明，本文所提出方法與文獻[6]中方法具有基本相同的合流效率，但可有效提升協同合流控制中的車輛燃油經濟性。本文所研究的合流問題中，車輛與路側智能設施之間僅在初始時刻進行短暫通信，在后續研究中可增加對規劃后車輛動力學控制的研究，增加合流過程中的通信影響，對通信時延、丟包作為重要因素進行建模分析。不同的匝道結構參數對車輛動力學控制的影響較大，尤其是橫向動力學控制，因此在后續研究中可考慮不同匝道結構參數的影響。此外，今后的研究也將集中在更復雜場景下的合流控制問題上，比如匝道上車輛數目增多、主干道上車道數量增加并允許換道等。

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作者簡介

郭海霞，女，民族漢，本科，講師，無錫南洋職業技術學院。