基于交叉路口道路时空网格的车辆碰撞预警方法研究

通过车-路通信构建协作型交叉路口防碰撞安全预警系统,能保证车辆在交叉路口行驶过程安全的同时,提高交叉路口的通行率,然而车辆防碰撞安全预警需要对车辆行驶路线进行准确地估计,当车辆有碰撞危险时,需要给出安全速度区间,通知车辆减速或制动. 为解决这一问题,提出了交叉路口道路时空网格车辆避碰算法,其基本思想是将交叉路口划分为多个网格,利用路侧单元根据车辆当前车速、方向预测车辆行驶轨迹即车辆所占的网格数,若在某一时刻两车占用相同的网格则会发生碰撞,此时根据车辆当前的运动状态给出车辆能避开冲突的安全速度建议. 为了对算法进行验证,在无信号灯交叉路口和有信号灯交叉路口环境中对所提出的算法进行了仿真实验和真实测试,实验结果表明,所提出的算法能准确预判出在交叉路口处于潜在碰撞危险中的车辆,并给予车速建议,证明了该系统的有效性和准确性.     

考虑智能网联车队强度的混合交通流基本图模型

随着智能网联车的发展和普及,在未来较长时段内,道路上的交通流内将过渡为由智能网联车和人工驾驶车组成的混合交通流。为揭示此类混合交通流流量、密度、速度三者之间的关系,本文以考虑智能网联车功能退化和车队强度为出发点,建立了智能网联环境下的混合交通流基本图模型。首先,对智能网联车退化后产生的不同类型车辆分别采用特定的跟驰模型进行模拟,并确定了车队强度影响下不同类型车辆的比例;基于此,推导出同时考虑车辆功能退化与车队强度的基本图模型,以弥补已有研究未全面考虑二者的不足,使构建的模型更符合混合交通流实际情形;最后,通过设计SUMO仿真实验进行验证。仿真结果表明：不同场景下仿真获得的流量-密度散点与对应理论曲线的一致性较高,从而验证了理论模型的正确性。     

信号交叉口网联电动汽车自适应学习生态驾驶策略

提出了一种面向信号交叉口的自适应学习生态驾驶策略。首先,搭建了电动汽车纵向动力学模型,建立了信号灯交叉路口的虚拟交通仿真环境;其次,以车辆能耗最小化与通行效率最大化为目标,耦合设计强化学习奖励函数,基于深度确定性策略梯度算法（DDPG）对车辆加速度进行实时控制与训练;最后,通过蒙特卡洛试验法,验证本文提出的强化学习生态驾驶策略在不同初始交通场景下的有效性与鲁棒性。仿真结果表明,相较于常规“加速-匀速-制动（ACB）”策略,本文提出的强化学习生态驾驶策略在单路口和多路口场景下均可有效提升通行效率和能量效率。同时,智能网联汽车数字孪生试验平台的多次实车试验表明,本文的强化学习算法控制效果良好,可以有效减少车辆路口等待时长,降低能耗同时提高通行效率。     

基于Radau伪谱法和MPC的智能电动车辆生态驾驶

为优化智能电动车能源消耗,提出了基于Radau伪谱法和模型预测控制算法的智能电动车辆生态驾驶的方案。建立生态驾驶控制模型和能耗模型,结合边界约束和路径约束,构建生态驾驶能耗优化的最优控制问题。通过能耗优化得到最优车速轨迹,将此轨迹作为期望输入,基于模型预测控制( MPC)算法完成生态驾驶控制。实验结果表明：以纯电动车和实际规划路径为例,以最优车速自动行驶的能源消耗少于人工驾驶的能源消耗,验证了文中策略的有效性。     

利用通行能力余量的智能网联车队生态驾驶模型

针对非饱和城乡交通干道上存在通行能力余量和高燃油消耗的问题, 提出一种利用通行能力余量的智能网联车队生态驾驶模型, 该模型兼顾燃油经济性和通行能力两个目标, 通过优化求解获取最优速度曲线, 引导一系列小型车队平滑地通过非饱和城乡交通干道。提出近似的速度优化模型并采用遗传算法对其求解。定义3种控制方案对模型进行测试, 仿真结果表明: 与方案1相比, 方案2燃油消耗量减少49.4%, 通行能力增加200%, 绿灯剩余时间减少14.7%;方案3燃油消耗量减少59.5%, 通行能力增加200%, 绿灯剩余时间减少23.5%。与方案2相比, 方案3可以在不影响通行能力的前提下, 通过绿灯剩余时间缩短10.3%和平均速度降低5.2%, 燃油消耗量可以减少20%。结果表明, 当信号交叉口存在通行能力余量时, 可以通过调整车辆的行驶速度曲线以充分利用通行能力余量, 明显改善燃油经济性。     

自动化公路系统车队换道变结构控制

基于车辆纵横向动力学耦合模型,研究了自动化公路系统车队换道的纵横向耦合控制.假定车队中每个跟随车辆依靠车间通信接收引导车辆以及该车前面相邻车辆的位移、速度信息,利用车载传感器获得车辆横摆角速度信息.基于满足正反梯形约束条件的侧向加速度,计算车辆换道时的期望横摆角和横摆角速度.采用有限时间滑模趋近律,设计了车队换道纵横向耦合变结构跟踪控制规律,基于李雅普诺夫稳定性理论,对控制系统的稳定性进行分析.仿真结果显示,采用文中设计的控制规律,对于车队中每个跟随车辆,在实现车辆自动换道的同时,纵向上能够保持满意的车间距离.     

基于分位数回归的随机优化速度跟驰模型

为了研究交通流异质性对车辆跟驰行为的影响,基于分位数回归方法改进优化速度函数. 根据实际交通流数据对改进的优化速度函数进行参数标定,并对参数结果进行假设检验,结合改进的优化速度函数和全速度差跟驰模型建立随机优化速度跟驰模型,利用傅里叶变换理论推导跟驰模型的稳定性条件,并搭建环形车道仿真平台对跟驰模型进行数值实验. 结果表明：改进的优化速度函数能更好地反映交通流异质性对交通流的影响;单一分位点车队达到稳定状态的时间与分位点呈正相关;多分位点组合车队随着0.5分位点车辆数的增加,达到稳定状态的时间减少. 提出的多分位点车队相比于单一分位点车队可以更真实地反映交通流复杂的运行状况.     

智能网联环境下交叉口双环自适应控制模型

面向智能网联环境交叉口,提出一种双环自适应信号控制方法.首先,建立并标定智能网联车辆与常规车辆跟驰模型;然后以延误和停车次数为优化目标,考虑绿灯最小时长约束,使用NEMA双环相位结构中相位组时长为变量建模计算最优相位组时长;最后,基于微观仿真进行实验.结果表明:在不同饱和度下,相比定时式控制,双环信号控制方法延误减少7.9％～17.7％,停车次数减少7.3％～17.0％.网联环境下双环自适应控制模型优化效果随饱和度、网联车辆渗透率的增加而增加.     

智能车辆路径跟踪横纵向耦合实时预测控制器

为解决高速工况下低附着系数路面上智能车辆路径稳定跟踪控制问题,提出了基于非线性模型预测控制的车辆路径跟踪横纵向耦合集成控制器,并实现了实时控制.首先,根据期望的路径信息计算出期望的车辆横向速度.然后,将实际横、纵向车辆速度与期望速度的误差设为目标函数,同时考虑执行机构约束,设计了非线性模型预测控制器,优化求解出前轮转角和前、后轮驱动力,实现了车辆路径稳定跟踪控制.为了提高控制器的实时性,将非线性规划问题转换成代数方程组求解,采用并行牛顿方法进行方程组求解,通过解耦预测时域间方程组的耦合关系,降低优化问题的计算复杂度.最后,在双移线工况下进行控制器的仿真实验和硬件在环实验,实验结果验证了本文所设计控制器的有效性,可实现车辆路径跟踪的实时控制.     

并联混合动力汽车工况识别与参数优化

针对现有混合动力汽车能量管理策略存在的局限性,以某型并联混合动力汽车为研究对象,基于ADVISOR车辆仿真软件中24种标准工况构建组合工况,选定车辆行驶过程中的平均速度、平均绝对加速度以及怠速时间比3个参数为工况识别特征量,利用K均值聚类算法得到4种典型行驶工况,建立整车能耗优化目标函数,采用粒子群算法对电量消耗-电量维持型(CD-CS)规则控制策略主要参数离线寻优,得到4种典型行驶工况下的功率分配权重,且在MATLAB/Simulink平台上建立整车仿真模型验证。仿真结果表明,所采用控制策略能够准确识别行驶工况,与未采用工况识别的能量管理策略相比,电机与发动机间的能量分配更加合理,车辆综合油耗下降5.45%,电池荷电状态变化更加平稳。     

基于驱动信号的加速车身速度算法

为了改进目前在汽车动力学控制系统研究中常用的由车辆的非驱动轮速获得车身速度的计算方法的局限性和精确性,通过建立行驶车辆及车轮部分的动力学及运动学模型,推导并提出了基于驱动轮速信号带可调整加权因子的车身速度算法. 编制了嵌有车速算法的Matlab程序并对不同路面上加速的车辆工况进行了仿真. 仿真结果与试验结果吻合良好,验证了算法的可信性.     

汽车启动时安全距离模型的改进及其验证

为了精确研究在信号灯交叉路口车辆启动时的跟驰行为,提出了一种基于加速度的Kometani改进模型。在分析车辆行驶行为特征的基础上,结合实际观测的交通数据,对Kometani模型进行了验证。针对Kometani模型出现的部分点与实际数据趋势不相符等问题,增加了车辆加速度因素并予之改进。改进后的模型考虑了车辆的速度和加速度对于车辆安全距离(即车间距)的共同影响,从而能够更加全面准确地描述交通路口的实际交通现象。采用在交叉路口采集的实际数据,并对改进后的模型进行了验证;通过验证结果与原模型验证结果进行对比分析,表明改进后的模型更符合实际交叉路口车辆启动时的跟驰行为。     

高速公路施工区车队被动换道行为建模与仿真

针对高速公路施工区域车速波动大,通行效率低的问题,从网联环境车队行为协同优化角度出发,构建车队被动换道行为模型.利用Plexe-SUMO搭建仿真平台,设计相应车队生成及换道选择算法,实现车队行为的生成与仿真.考虑不同的流量状态,通过调整车队规模,探究不同车队规模对施工区通行效率提升的影响,寻求较理想的车队组织形式.结果表明,在中、低流量（小于900辆/h）状态下,车辆以较小规模（小于4辆）的车队形式行驶较合适.随着路段流量的增多,尤其在高流量状态下,车辆组成规模较大的车队（大于6辆）更能够提升通行效率.在实验场景下,当单车道流量小于1 100辆/h时,理想的车队规模为2辆.当流量较大时,理想车队规模为6～8辆.这表明在不同流量状态下的施工区域,存在某一合理车队规模,使得路段通行能力达到最优.     

智能汽车纵横向整体反馈线性化控制

针对智能汽车纵横向耦合非线性导致的控制系统模型复杂度高以及轮胎侧偏刚度不确定性影响控制效果的问题,提出了一种基于轮胎侧偏刚度估计的纵横向整体反馈线性化控制方法。首先,建立智能汽车纵横向耦合动力学模型和轨迹跟踪偏差模型;其次,对车辆模型的线性化条件进行了判定,利用李雅普诺夫稳定性分析方法设计了可以保证系统稳定和跟踪误差渐近收敛的虚拟控制律;然后,对轮胎侧偏刚度进行了实时估计;最后,通过基于CarSim/Simulink的高速紧急双移线仿真实验,验证了本文提出的方法可使智能汽车在纵横向耦合工况行驶时具有良好的轨迹跟踪性能和稳定性。     

交通信号灯配时优化控制理论研究

针对城市交通拥堵日益严重的问题,提出一种自适应交通信号灯配时优化控制理论.主要采取的方法是利用设置在交通路口的高位摄像机,获得车流图片或者车辆视频,再运用图像处理技术分析图片,结合相位绿灯分配时间的线性算法,以交叉路口流通能力最大、平均延误时间最小或排队等候的车辆数最少为优化目标,尽最大可能地实现绿波带.这项技术使用的结果能用来进行交通滞留状况下的智能交通调节.这种自适应配时优化方案,能够对交叉路口车流情况进行综合优化,实时修正各个相位的配时.     

基于ACT-R的智能车动态优化方法

为了使智能车辆在不同道路环境中能够顺利沿规划轨迹行驶,提出一种新的基于认知结构ACT-R的动态轨迹优化方法。该方法将数学工具最优控制方法和ACT-R模型联系起来,以ACT-R模型为核心,用最优控制方法生成轨迹,由ACT-R模型对评价函数的权重进行动态调整优化,通过智能优化多个权重的方法动态生成最优轨迹。避障行驶仿真实验结果表明,所提出的方法有效可行,可以动态地生成最优参考轨迹。     

基于VII的定时信号灯交叉口车辆通行引导策略

定时信号灯交叉口是目前城市中最常见的交叉口类型之一,行驶在城市道路上的车辆由于受到交叉口信号灯的约束而造成延误,不稳定的行驶速度和停车等待所产生的排放和能耗不符合当前节能减排和"低碳出行"的要求.随着技术的不断发展,智能车路已经越来越多地应用到解决交通问题中,VII的出现使得车路之间的关系更加协调.论文基于VII的交通环境,面向提高通行效率和节能减排,提出了一种新的定时信号灯交叉口车辆通行引导策略,针对城市主次路交叉口主路车辆延误和排放问题进行深入分析,提高主路车辆的行程时间同时减少了排放和能耗.利用基于VISSIM的COM端口编写的仿真程序并进行评价,优化效果明显.     

基于西安高新区循环工况的纯电动城市客车动力系统匹配及仿真研究

以西安市高新区运营的纯电动城市客车为实验对象,利用数据采集仪器Race-Technology记录车辆往返路线中的主要参数,采用SPSS软件中的主成分分析法和聚类分析法将站点运动区间分成代表不同运行特征的类别,以此构建具有代表性的西安市高新区城市客车行驶工况,根据构建的行驶工况对纯电动城市客车的动力系统进行参数匹配。对于匹配后的模型,利用仿真软件AVL-CRUISE建立相应车辆仿真模型,并在已建立的循环工况下分别对匹配的纯电动车辆模型与在西安市高新区运营的纯电动城市客车BYD-K9车辆进行综合性能仿真对比,结果表显示由于匹配车辆的动力传动速比为定值,对于动力性有所影响,但满足高新区行驶要求,电能消耗明显小于BYD-K9纯电动城市客车。     

网联车混合交通流渐进稳定性解析方法

针对网联车与普通车构成的混合交通流不稳定性问题,提出一种网联车混合交通流渐进稳定性解析方法.基于传递函数理论,应用跟驰模型推导扰动在交通流中传播时的传递函数,并建立不同网联车比例下的混合交通流渐进稳定性解析框架.选取智能驾驶模型(intelligent driver model, IDM)与优化速度模型(optimal velocity model,OVM)分别作为网联车与普通车的跟驰模型,进行混合交通流渐进稳定性案例分析,并进行小扰动下的数值仿真.研究结果表明:所建立的混合交通流渐进稳定性解析框架可计算得到关于网联车比例与平衡态速度的混合交通流稳定域;当平衡态速度大于21.5 m/s时,混合交通流可在任意网联车比例下稳定,当网联车比例大于0.63时,混合交通流可在任意平衡态速度下稳定;混合交通流稳定性数值仿真实验验证了理论解析的正确性.所建立的网联车混合交通流渐进稳定性解析框架适用于不同跟驰模型的选取,能够用于分析真车实验条件下网联车对交通流稳定性的影响.     

自主网联车辆时滞反馈预测巡航控制

考虑车联网环境下的车辆自适应巡航控制问题,提出一种针对前车信息传输存在有界长时延的自主车辆时滞反馈预测巡航控制策略.首先建立自主网联车辆自适应巡航系统的增量控制时滞模型,再考虑车辆行驶安全性、舒适性和燃油经济性等指标,结合滚动优化原理定义时滞反馈预测巡航控制器.进一步,利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式技术,建立保证自主车辆预测巡航控制系统闭环稳定性的时滞相关充分性条件.最后,通过与PID控制比较仿真验证本文方法的有效性.