网联环境下信号交叉口车辆行驶轨迹优化方法研究

作     者：申丹丹 

作者单位：长安大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝茹茹

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 082302[工学-交通信息工程及控制] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：信号交叉口 智能网联车辆 轨迹优化 生态驾驶 

摘      要：车辆在信号交叉口附近频繁的加减速及怠速停车等驾驶行为严重影响了交叉口的通行效率,且容易造成交叉口区域额外的燃油消耗及尾气排放问题。如何通过优化交叉口区域车辆轨迹来提高交叉口通行效率,减少车辆走走停停的现象,一直以来都备受业界及学术界的关注。本文旨在利用网联环境可获取的交通状态信息,研究交叉口智能网联车辆(Intelligent Connected Vehicles)通行控制策略及轨迹优化方法,以提高交叉口的服务效率、减少燃油消耗。论文在深入研究信号交叉口轨迹优化理论及速度引导模型的基础上,针对单交叉口车辆轨迹优化问题,建立了不同场景下的通行决策模型,并对不同决策下的速度轨迹优化进行了研究,提出了新S型加/减速度引导模型,并在此基础上建立了不同通行决策下面向生态驾驶的速度优化模型。针对多交叉口车辆轨迹优化问题,首先利用网联环境获取当前信号交叉口和下一信号交叉口的相位和信号灯剩余时间,建立了两交叉口生态驾驶轨迹优化模型,并采用分支定界法对模型求解。然后在两交叉口生态驾驶模型的基础上提出了基于滚动优化思想的多交叉口轨迹优化策略,实现了多交叉口节能驾驶速度引导。最后,本文基于SUMO(Simulation of Urban Mobility)仿真平台分别搭建了单交叉口和多交叉口仿真测试场景,对本文提出的单交叉口通行决策模型、单交叉口生态驾驶轨迹优化模型以及多交叉口生态驾驶轨迹优化模型进行了仿真实验,并对比了相同仿真条件下,有轨迹优化引导和无引导情况下车辆的燃油消耗量。仿真结果表明,在单交叉口场景中,本文提出的新S型加/减速度模型结合通行决策模型可引导车辆尽早通过交叉口,且与无引导的情况相比,最高节省油耗55.9%。在多交叉口场景中,本文提出的车辆轨迹引导方法能够有效降低车辆的油耗,相较于无引导场景最高可节省油耗31%。由此可见,本文提出的信号交叉口的车辆轨迹优化方法实现了交叉口区域的节能驾驶,同时也提高了交叉口的通行效率。