一種基于車車通信和車路通信的車速優化控制

姚沖

摘 要 本文提出了一種新的基于車車通信和車路通信環境的速度優化控制方法，在有車車通信的道路上，車輛根據車車通信下的車輛跟馳模型對速度進行調整，在車路通信路段運用單純形法算法，對車速進行動態調整，提高車輛在道路上的通行效率。

【關鍵詞】車車通信 車路通信 協同駕駛

1 前言

隨著智能交通系統的發展，車車通信和車路通信都已成為可能，對于推動人、路、車緊密協調的車聯網研究具有重要的意義，探究如何對傳統模型進行改進，提出適用于車-車通信和車-路通信環節的車速優化控制方法，具有重要的理論和實際意義。

目前很少有研究把車車通信和車路通信綜合起來考慮，這和實際情況是不相符合的；本文考慮把車車通信環境下的車輛跟馳模型和車路通信路段的單純形法速度優化模型相結合，提出一種新的車速優化控制方案。

2 車車通信環節

在單車道帶有信號燈的路段中，在信號燈前方距離D處設置一個車路通信點，在距離D外，頭車按原始速度行駛，跟馳車輛按照文章的車車通信環境下的車輛跟馳模型行駛。跟馳車輛通過車輛之間的通信，得到前方多輛車的車間距信息，綜合這些前車距信息，由此修改原車輛跟馳模型，得到車車通信環境下的車輛跟馳模型。跟馳車輛由此調整車速。

3 車路通信環節的設計方案

當到達車路通信點，車輛開始接收到信號燈的相關信息，根據搜集到的信號燈信息以及車輛自身的駕駛信息，車輛在保證與前車有一定安全間距的前提下，以最小加速度為優化目標，運用單純形法算法，對車速進行優化調整，具體的優化算法為：

車輛接收到的信號燈信息包括紅綠燈的狀態，距離信號燈的距離，以及紅燈（綠燈）的剩余時長tr（tg），

目標函數：

其中，D為通信距離，為到達通信點時的初始速度，t1為加速、減速所需時間，t為車路通信路段的行駛總時間，為加速度，為了車輛行駛盡量通暢，希望加速度盡量小。車輛通過車路通信得到。表示安全間距，

在車路通信路段，車輛爭取在信號燈前少停留，為了驗證本章中車輛協同駕駛方法的優越性，我們設計了仿真實驗，將傳統的不考慮車路通信的模型和新的模型進行對比，具體的描述在下一章節。

4 數值仿真

在本小節中，我們將對比分析車輛在傳統環境下和車車通信、車路通信環境下的車輛行駛特性。設置道路長度為200m，路段屬性以及相關參數設置如下：

周期時長T=60s，綠信比（綠燈時間占的比例）為0.6，車燈通信距離D=100m。

一般地，在車車通信路段，每輛車與前方四輛車有通信，我們在周期邊界條件下對模型進行仿真。選取了不同的車輛密度來進行仿真，仿真的相關結果如表1所示。

從仿真結果可以看出，在有車路通信的情況下，車輛平均行程時間和延誤時間少于一般環境下的車輛平均行程時間，并且隨著車輛數的增加，車隊的行程時間增長趨勢要低于一般環境下的車隊平均行程時間增長趨勢，并且在有車路通信的環境下，隨著車輛數的增加，車隊平均速度可以穩定在一個相對較高的速度水平。

5 小節

本文針對有信號燈影響的路段，對車車通信環節和車路通信環節，設計不同的控制算法，把車車通信路段的車輛跟馳模型和車路通信路段的單純形法速度優化控制相結合，提出了一種新的車聯網環境下的車速優化控制方法。為了驗證其有效性，我們在周期邊界條件下進行了數值仿真，仿真結果中，車輛的行駛軌跡更優，延遲時間短，平均速度快，說明新的車路通信方式可以很有效地利用信號燈信息，提高車輛的行駛效率。

參考文獻

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作者單位

同濟大學 上海市 201804