基于車車協同的交叉口主動防碰撞控制策略

李歡　武文佳　武書辰　郭淵

摘要：本文利用車車協同技術，對無信號交叉口車輛沖突消解進行了理論分析，通過矢量圖來建立兩車碰撞消解的臨界情形，得到不同的通行權分配對應的車速調整模型。在沖突消解策略滿足安全通過的前提下，還需要考慮速度因素和時間因素，建立交叉口優化控制的目標函數，得到最優交叉口最優控制方案。最后聯合Prescan和Matlab/Simlink對交叉口動態交通環境進行仿真，結果表明模型可有效避免碰撞危險，同時提高交叉口通行效率，對于交叉口多車協作算法的發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.

關鍵詞：車速引導;沖突消解;無信號交叉口;協調控制模型;V2V/V2X

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

中圖分類號：U491? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0238-04

3? 仿真實驗與結果

為驗證交叉口車車協調控制策略，系統采用PreScan8.3.0和Matlab-Simulink進行聯合仿真。無信號交叉口目標車C1由南往北行駛，初始狀態為位置坐標（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（x10=-40，y10=60），初始速度v20=5m/s，期望速度為15m/s。

圖4和圖5給出了主動車調速前和調速后的場景，以及相應運動軌跡?？梢钥吹饺糗囕v以原定的速度行駛，兩車發生碰撞，若主動車通過V2V/V2X交互接受目標車的運動狀態參數，在沖突判斷模型系統預判會發生合流沖突的情況下，通過算法計算執行調速策略，則車車沖突可以消解。

如圖6所示，為沖突檢測算法所計算的沖突時間TTC在目標車調速前和調速后的波形圖，通過沖突檢測算法計算，可知在t=17.25s，兩車在十字交叉口相撞。

圖7給出了主動車調速前后，目標車和主動車的質心直線距離，由此可以看出主動車根據交叉口沖突消解策略調速后可以消解兩車十字交叉口合流沖突。圖8給出了主動車調速前后主動車自身車速的變化情況，在主動車通過V2V/V2X交互接收到主動車的運動狀態參數，經過計算給出調速策略后，主動車的速度在10s內由初始速度5m/s下降為約3.5m/s，并在避免發生沖突且使駕駛員感到舒適的情況下，在調速之后合理提速，保證了通行的高效性。

4? 結論

①本文對無信號交叉口兩車沖突消解進行了理論分析，指出兩車沖突是兩車在通過交叉口時在時間和空間上彼此之間有疊加的部分，若能適當調節車輛進入交叉口的時間，則會有效避免兩車碰撞事故的發生，選擇了以兩車的相對距離和沖突時間判斷兩車的沖突情況。

②本文將車輛簡化為圓模型，通過矢量圖來建立兩車碰撞消解的臨界情形，得到車速調整模型，不同的通行權分配對應不同的速度引導策略。

③在沖突消解策略滿足安全通過的前提下，還需要考慮速度因素和時間因素。本文以速度和時間收益為目標函數完成交叉口控制優化，得到最優通行權的分配信息及車速調整信息。最后通過PreScan8.3.0和Matlab-Simulink進行聯合仿真，結果表明模型可有效避免碰撞危險，同時提高交叉口通行效率，避免了車輛因停車導致的尾氣排放和功耗損失，大大提高了其環境效益和經濟效益。對于今后交叉口多車協作算法的發展具有一定的參考意義。

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