無人駕駛汽車減速通過交叉口最佳油耗方法研究

王媛 高祥 易鑫

摘 要：針對無人駕駛汽車油耗控制問題，研究了無人駕駛汽車如何以最佳油耗減速通過交叉口的方法。當單個車輛需要減速通過交叉口時，通過在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下車輛獲得的信號燈相位信息和配時信息，結(jié)合車輛油耗的特點，尋找車輛的最佳行駛軌跡。

關(guān)鍵詞：無人駕駛；交叉口；油耗

中圖分類號：U461.99 文獻標識碼：B 文章編號：1671-7988（2018）12-44-02

Abstract： For the control of fuel consumption of driverless vehicle， the method of best fuel consumptionpassing through the intersection under slowing downof the driverless vehicle is studied. When a single vehicle needs to decelerate through the intersection， the signal light phase information and timing information obtained in the vehicle network environment.The characteristics of vehicle fuel consumption are combined to get the best driving track of the vehicle.

Keywords： driverless vehicle； intersections； fuel consumption

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-44-02

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，中國的能源消費增長迅速。自2010年以來，中國已經(jīng)成為世界上最大的能源消費國。而其中汽車能耗是能源消耗的主要方面，減少汽車能耗是當前可持續(xù)發(fā)展要解決的重要問題。另一方面，世界環(huán)境污染問題嚴重，汽車污染是環(huán)境污染的主要途徑，防治汽車污染，降低汽車在交叉口的能耗，對我國的能源消耗和環(huán)境污染等問題有重要意義[1，2]。

本文基于汽車自動駕駛技術(shù)提出一種交叉口減速通行算法，研究了車輛在自主行駛過程中如何以最佳油耗減速通過交叉口[3，4]。當車輛接近交叉口時，可以獲得交叉口信號燈的配時和相位信息，結(jié)合車輛的油耗特點，從而規(guī)劃車輛的行駛速度軌跡，尋找最優(yōu)油耗速度軌跡，達到減少燃油消耗的目的。

1 交叉口通行輔助算法

1.1 車輛運動模型

當車輛接近交叉口接收到信號燈信息時，信號燈為紅燈，如果車輛以當前的速度行駛到達交叉口，信號燈仍為紅燈，或當車輛接收到信號燈信息時信號燈為綠燈，通過加速，車輛在剩余的綠燈時間內(nèi)不能通過交叉口，但是車輛通過減速，可以在下一個綠燈內(nèi)通過交叉口。將車輛的行駛速度軌跡簡化為勻減速行駛和勻速行駛兩種狀態(tài)。車輛的速度軌跡為先做減速運動，然后做勻速運動，如圖1所示：

通過輸入不同加速度值，便可以得到相應(yīng)場景下的所有行駛速度曲線，計算各速度軌跡曲線的總油耗，從而找到最佳油耗行駛速度軌跡曲線。

2 仿真實驗

在Matlab中進行算法的仿真實驗，優(yōu)化目標是車輛行駛過程中的油耗，采用枚舉法分別將時間和加速度離散化，通過對比可得到這個時間范圍內(nèi)的最佳油耗速度軌跡。

假設(shè)一輛普通轎車在一條平坦的標準公路上行駛。當車輛行駛到距離交叉口300m時，接收到交叉口信號燈的信息，此時信號燈為紅燈并且將在12秒后變?yōu)榫G燈，車速為32 m/s。如果車輛繼續(xù)以目前的速度行駛，車輛必須在停車等待綠燈，因此車輛必須減速通過交叉口。車輛的通行時間域為整個綠燈相位時段，通行時間為12～27s，間隔為3s，然后將車輛減速行駛的加速度離散化。通過Matlab仿真過程，可以分別得到各個通行時間下的最佳油耗速度軌跡，如表1所示：

表（1）中的各個速度軌跡均為車輛行駛所能達到的最低加速度的行駛軌跡，通行時刻為12s、15s和18s時車輛沒有勻速運動狀態(tài)，此時存在一個加速度使車輛保持勻減速運動的同時剛好在對應(yīng)的時刻到達交叉口。

從仿真實驗結(jié)果可以看出：隨著通行時間的增加，對應(yīng)時刻的最佳燃油速度軌跡的耗油量也不斷的增加，并且通行時間越長，增加的越快。

通過上述仿真可以發(fā)現(xiàn)，車輛減速通過交叉口時的最佳燃油速度軌跡，是車輛可以達到的最小加速度減速通過交叉口的速度軌跡，同時也是最佳效率軌跡。

3 結(jié)語

本文主要研究無人駕駛車輛減速行駛在下一個綠燈時間段內(nèi)通過交叉口的最佳油耗軌跡。通過仿真軟件結(jié)合Matlab進行數(shù)據(jù)的處理和分析，構(gòu)建了無人駕駛汽車在假定道路條件下減速通行方法的油耗模型。研究結(jié)果表明，此場景下適當降低加速度可以提高燃油經(jīng)濟性，對于后續(xù)智能交通的研究有指導意義。

參考文獻

[1] 劉小明，段海林.平面交叉口交通安全評價方法[J].人類功效學， 1997，（1）：49-53.

[2] 謝伯元，李克強，王建強，等.“三網(wǎng)融合”的車聯(lián)網(wǎng)概念及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J].汽車安全與節(jié)能學報，2013（4）：348-355.

[3] 衛(wèi)研研.車聯(lián)網(wǎng)的概念和發(fā)展[J].中國科技術(shù)語，2014，16（5）： 14-14.

[4] 高祥，張巖，李傳東，王燕濤.基于車路通訊的交叉口輔助通行算法. 現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟與信息化，2016.04.