基于車路協(xié)同的交叉口沖突消除算法

徐建軍 劉陽訓 沈偉杰

摘 要：文章提出了無信號交叉口車輛沖突消解策略，利用車路協(xié)同中車車與車路相互通訊功能，設計了基于信息交互的車輛沖突消解算法。通過將車輛的沖突消解轉(zhuǎn)化為車輛的相對距離問題，計算出為避免碰撞避讓車輛所需的行駛速度。

關鍵詞：車路協(xié)同；沖突消解算法；化解沖突

中圖分類號：D631.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0028-02

Abstract： In this paper， a vehicle conflict resolution strategy at signalized intersection is proposed， and a vehicle conflict resolution algorithm based on information interaction is designed by using the function of vehicle-vehicle and vehicle-road communication in vehicle-road coordination. By solving the conflict of the vehicle into the relative distance of the vehicle， the speed needed to avoid collision and avoid the vehicle is calculated.

Keywords： vehicle-road coordination； conflict resolution algorithm； conflict resolution

道路交叉口是道路交通的重要樞紐，交叉口事故的頻發(fā)，一直危害著廣大群眾，如何提高道路交叉口的安全通行問題已經(jīng)成為了道路安全通行研究中的重中之重。

在現(xiàn)有的交叉口沖突消除算法中，基于動態(tài)博弈論的消除算法是利用重復博弈理論，將駕駛員實際駕駛過程中的操作行為考慮在內(nèi)[1，2]，但在交叉口車輛較多的情況下，該算法可能失效[3]；基于占先度的沖突消除算法是根據(jù)車輛所在位置的優(yōu)先通行狀況進行決策[4]，這種算法只對車輛的優(yōu)先通行模式進行闡述，并沒有給出具體的消除算法及策略；根據(jù)插車間隙提出的可接受間隙模型是根據(jù)車輛的行駛速度、目的、車輛的動力性能等提出，但會引起車輛發(fā)生碰撞[5]。基于資源鎖的沖突表算法是在車輛進入交叉口前提前預測道路交通沖突情況，提前控制車輛減速，但該方法所定義的交叉口沖突相對模糊，不適用在車輛較多的交叉口路段[6]。以上幾種算法，適用性均不強。

車路協(xié)同技術可以實現(xiàn)車車之間實時的信息交換，是未來智能交通的發(fā)展方向，本文基于車路協(xié)同技術，提出了一種基于信息交互的交叉沖突消解算法。

在實際行駛過程中，車輛間應保持一定安全距離，這樣既能夠降低事故發(fā)生概率，又能在緊急情況時，給駕駛員足夠的反應時間。但若安全距離過大，則容易造成道路交通資源的浪費，從而降低道路交叉口通行率。因此，車輛間的安全距離應保持在一定范圍內(nèi)，不宜過大也不宜過小。現(xiàn)在，許多學者已經(jīng)提出了車輛行駛安全距離模型，其主要有根據(jù)對車輛的制動過程進行分析而得出[7]、對駕駛員駕駛安全分析得出的、根據(jù)駕駛員以及乘客的駕駛體驗或者舒適度得出等。本文將車輛對角線距離設定為直徑，并以車輛的質(zhì)心作為圓心畫圓，將該圓圈范圍內(nèi)為車輛的安全范圍。利用車路協(xié)同系統(tǒng)實現(xiàn)車車相互通訊，系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取車輛的行駛方向、目的、速度和位移等訊息；通過避撞策略，計算出安全通過交叉口時，輔路車輛所需的行駛速度并進行調(diào)速，避免交叉沖突。

現(xiàn)以車輛1為原點，設立車輛通行坐標圖。

如圖1所示，以車輛1為原點，車輛2在圖示位置以速度V2行駛，車輛1延圖示方向，以速度V1行駛，則兩車速度矢量分別為：

（1）

（2）

那么車輛1和2的速度矢量差則為：

（3）

車輛2以 的速度及方向行駛，現(xiàn)作兩條與車輛2安全圓相切的直線，并且平行于 ，延伸至與X軸相交；若車輛1的安全圓范圍未與兩直線相交，則說明，兩車按當前速度方向行駛不會發(fā)生碰撞；若車輛1的安全圓范圍與兩直線相交，則說明，兩車將會發(fā)生碰撞，需要控制策略進行策劃。

如圖2所示，連接兩車質(zhì)心，設該直線為L12，則L12與X軸夾角為？準，L12與兩車安全圓范圍切線的夾角為？茲，且？茲=arcsin（2R/L12），那么可得出？琢=？準+？茲，？茁=？準-？茲，車輛1與車輛2的速度矢量差與X軸的夾角為？棕，tan？棕=|v2sin？漬r/（v2cos？漬r-v1）|。

要想兩車不發(fā)生碰撞，則必須滿足：

tan？棕？叟tan？琢或者tan？棕？燮tan？茁 （4）

若車輛1擁有優(yōu)先通行權利，則為避免發(fā)生碰撞，應對車輛2進行調(diào)速，因此，由上式兩車不發(fā)生碰撞條件可知：

（5）

或者

（6）

若？棕？叟？茁，則式子可簡化為：

因此，車輛2調(diào)速所需速度為：

若？棕？燮？茁，則式子可簡化為：

（9）

若車輛2擁有優(yōu)先通行權利，則車輛1所需的避撞速度為：

若？棕？叟？琢：

（10）

若？棕？燮？茁：

（11）

在實際交叉口道路中存在著多輛車輛，在實際行駛過程中，還需考慮駕駛員的駕駛體驗，車輛的加減速度不應過大，因此，應當保證？駐？淄盡量為最小。

想要從根本上消除道路交叉口碰撞沖突，則需利用先進的技術措施；本文結(jié)合車路協(xié)同系統(tǒng)，提出了基于信息交互的交叉口沖突消解策略，該算法有效的消除了交叉口車輛的沖突，提高了交叉口車輛通行的安全性。

參考文獻：

[1]Liu xiaoming， Zheng shuhui. Study of Vehicle-cross Action Model for Unsignalized Intersection Based on Dynamic Game.Mechanic Automation and Control Engineering（MACE），2010：1297-130.

[2]劉小明，王飛躍.基于Agent的無燈控交叉路口插車仿真研究[J].計算機仿真，2004，21（1）：105-108.

[3]Yang Rongji. Dynamic Cooperation： A Paradigm on Cutting-edge of Game Theory [M]，China Market Press，2007.

[4]肖永劍，楊建國，王兆安.基于占先度的駕駛員沖突避碰決策模型[J].交通運輸工程學報，2009，9（5）：116-120.

[5]高海龍，王煒，常玉林，等.無信號交叉口臨界間隙的理論計算模型[J].中國公路學報，2001，14（2）：78-80.

[6]孫一飛，楊明，楊汝清.基于沖突表的多智能車路口協(xié)調(diào)算法及其仿真實現(xiàn)[J].計算機應用研究，2007.

[7]易大江.組合導航中的魯棒濾波研究[D].長沙：國防科學技術大學，2008：31-32.