基于车组的快速路合流车辆协同控制策略研究
摘要:快速路入口匝道合流区是交通冲突、拥堵与事故的频发路段,是影响城市快速路安全、高效、快速通行的重要原因。智能网联技术的兴起为解决各种交通问题提供了新的手段。在混合交通流环境下,智能网联车辆与人工驾驶车辆并存本文提出车组行驶策略,增加混合交通流的稳定性;面向匝道合流区多车协同目标,提出基于车组的快速路合流区车辆协同控制策略,提升合流区通行效率,增强车辆合流轨迹的平稳。
关键词:快速路合流区;自动驾驶车辆;车辆协同
1、研究背景与意义
在城市道路中,快速路是现代交通体系中的重要组成部分,其建设和运营对城市的经济和社会发展起着举足轻重的作用。相较于高速公路,城市快速路具有更加密集的出入口分布,城市道路与之衔接的更加紧密,造成快速路上的汇入冲突更多且更复杂[1]。由于较高的道路设计标准与封闭式的行车环境,快速路承担着较高的交通需求,导致快速路合流区交通瓶颈影响范围更广、扩散速率更快,容易造成快速路交通拥堵,带来居民出行效率降低、驾驶环境安全性下降和环境污染加重等一系列问题。
2、混合流环境下车组行驶策略及稳定性分析
智能网联汽车技术的发展为交通管理与控制提供了新的机遇,也导致混合交通流这一复杂环境的出现。因此,需要研究新的交通管控手段,实现对混合流交通环境的管控。
2.1 混合流环境概述
智能网联汽车是车联网和智能车有机组合的产物,将先进的执行器、传感器和控制器等技术设备进行整合,并融合现代通信与网络,从而实现人、车、路和网络等多方的信息共享,实现安全、舒适、节能、高效的行驶,实现取代人工操作进行自主行驶这一目标的新一代汽车[2]。随着智能网联汽车的不断发展,道路的运行效率和安全性将会得到产生极大的提升。依靠人工智能的辅助,在完成行驶目标的同时,还能减少车辆能耗和废气的排放,从而促进绿出行。因此,智能网联汽车是在世界范围内被提倡的汽车发展趋势和热门话题。
智能网联汽车作为一种涉及多个领域的产品,其技术涵盖范围广泛,在带来了很多发展机会的同时,也带来了很多技术挑战。鉴于目前智能网联汽车正处在发展初期,要经过多个
阶段才能达到成熟,各阶段交通流的特性也各不相同,有必要将其进行阶段划分,并对各阶段的车流环境进行分析。
东风日产4s店2.2 车组行驶特征
在自由流状态下,行驶变化全都依靠驾驶员完成,而人类驾驶员从识别信息到施行操作存在一定反应时间,并且反应时间会根据人类当前状态有所变化。因此,为了保证安全驾驶,往往会与前车保持相对较大的间隙,以预留应对状态变化的充足空间[3]。依靠先进的设备与传感技术,能够实现毫秒级别延误的前车状态识别与应对操作。凭借这一优势,能够有效缩短与前车的间隙,提升道路的通行能力和稳定性。
2.2.1车组长度伸缩变换大连汽车网
当网联环境下混合交通流以车组策略接收调控时,车接收云端调控信息,立即改变行驶状态,同时向车组成员发送调控信息。第一辆成员车从接收信息,到做出改变状态的操作需要一定的反应时间,导致与车之间产生时间延迟。后续车虽然及时收到调控信息,但驾驶员出于安全意识,需识别到前车状态改变后再进行自身的操作,这将进一步产生时间延迟[
4]。这个延误就使得当前成员车辆与前方车辆距离发生变化。当车组接受加速调控时车组整体长度将会延长;当车组接受减速调控时,车组整体长度将会缩短。而且,该延迟会发生于车组中每一辆,使得调控延迟在车组中传递与积累,最终引起车组长度的伸缩变化。
3、车组行驶特征
3.1局部稳定性
代表着技术与设备的前沿水平,不仅能实时接受云端调控,无延误改变自身状态,还能通过互联技术实时监测成员车的状态信息。可以对成员车的异常做出预防,并凭借车辆间的通信做出及时的警告。除了引导成员车行驶,还能对成员车进行限制,防止速度变化过大。传统交通管制手段大部分是通过路侧指示牌,在固定位置一次性给出管控信息[5]。车辆接受信息后,在短时间内改变自身行驶状态。当以车组行驶时,交通管控信息可以通过车频繁发出,那么相较于传统手段,可以将原来一次性的提醒改变为多阶段的信息,使车组单位能够更平滑的改变自身状态,减少交通的波动产生,提升车组单位的局部稳定性,进而提升交通流整体稳定性
3.2管控精准
当需要对交通流进行管控时,可以对每个车组进行独立调控,实现较为精准的管控。同时,通过车将管控信息落实到整个车组,完成一道指令对多辆行驶车的调控,一定程度上减少规划问题的计算量。如高速公路合流区,正常情况下,匝道车辆在合流区寻求间隙完成合流。当以车组行驶时,车组间协调配合在进入合流区前预留出合流间隙,并以车组进行合流,一次完成多辆车合流。
3.3技术与设备要求较高
当前仍然需要经历多次技术革新,如动态下的驾驶行为精准识别、全自动驾驶技术、实时智能交互系统等许多技术仍未成熟。因此,车组行驶策略下的混合交通流主动控制策略是对未来交通的先行研究,是依照现有科学技术发展脉络进行的畅想。
3.4 多车组协同优化
起亚k5论坛多车组间隙适配成功只是表明这些车组能够换道或者合流,但是以怎样的轨迹是不确定的。无论是干道车组换道还是匝道车组合流,在多车组的协同配合过程中,对于实现需求的效率的主要影响变量为目标车道上后方车组放大间隙的速度曲线,与需求车组的调整相对位
置时的速度曲线。在满足间隙适配条件后,车组速度曲线和行驶轨迹往往不止一条,寻求能提升通行效率的最佳轨迹是提升合流区运行效率的优化规划。协同轨迹优化是针对单个换道或者合流需求,属于局部规划,并非是对合流区的整体规划。协同轨迹优化目标为换道过程时间最短。
4、结论雪佛兰4s店
东风卫视本文提出车组行驶策略,以提升交通流稳定性和通行效率,并设计了数值仿真分析以验证车组策略的稳定性与有效性。为了验证车组策略的适用性,将车组策略应用于快速路合流区,提出基于车组的合流区车辆协同。合流区上下游的交通流状况在实际场景中会产生重要影响。当干道上游汇入车流量较大时,策略的实施是否正常且有效有待研究。当匝道的上游车流量较大时,匝道车辆在策略控制下是否仍能合流有待实验。以上都是实际交通中普遍存在的状况,是研究策略是否符合实际的重要内容。在实际交通运行情况中,通信质量会受天气、设备老化情况、车载设备更新换代程度影响,并且通信结构与协议的不同同样会影响交互成功与否。
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参考文献:
[1]田勇达.混流环境下智能网联车辆换道模型研究[D].吉林大学,2020.
[2]祁宏生,应雨燕,林俊山,姚志洪.混合自动驾驶场景多换道需求下的主动间隙适配和换道序列规划J].交通运输工程与信息学报,2021,19(04):36-51.
[3]张倩楠. 通信时延下智能网联车辆队列的稳定性分析[D]. 长安大学,2020.
[4]董博韬.多分辨协同交通仿真系统设计与实现[D]内蒙古大学,2022.
[5]吕玲玲.车联网下匝道合流控制方法与仿真研究[D].大连理工大学,2021.