基于車路協(xié)同的交叉口沖突消除算法

徐建軍 劉陽(yáng)訓(xùn) 沈偉杰

摘 要：文章提出了無(wú)信號(hào)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(shè)計(jì)了基于信息交互的車輛沖突消解算法。通過(guò)將車輛的沖突消解轉(zhuǎn)化為車輛的相對(duì)距離問(wèn)題，計(jì)算出為避免碰撞避讓車輛所需的行駛速度。

關(guān)鍵詞：車路協(xié)同；沖突消解算法；化解沖突

中圖分類號(hào)：D631.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(wèn)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(dòng)態(tài)博弈論的消除算法是利用重復(fù)博弈理論，將駕駛員實(shí)際駕駛過(guò)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(jìn)行決策[4]，這種算法只對(duì)車輛的優(yōu)先通行模式進(jìn)行闡述，并沒(méi)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(dòng)力性能等提出，但會(huì)引起車輛發(fā)生碰撞[5]?；谫Y源鎖的沖突表算法是在車輛進(jìn)入交叉口前提前預(yù)測(cè)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(duì)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(qiáng)。

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

在實(shí)際行駛過(guò)程中，車輛間應(yīng)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(shí)，給駕駛員足夠的反應(yīng)時(shí)間。但若安全距離過(guò)大，則容易造成道路交通資源的浪費(fèi)，從而降低道路交叉口通行率。因此，車輛間的安全距離應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，不宜過(guò)大也不宜過(guò)小?，F(xiàn)在，許多學(xué)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(duì)車輛的制動(dòng)過(guò)程進(jìn)行分析而得出[7]、對(duì)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(yàn)或者舒適度得出等。本文將車輛對(duì)角線距離設(shè)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(shí)現(xiàn)車車相互通訊，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)獲取車輛的行駛方向、目的、速度和位移等訊息；通過(guò)避撞策略，計(jì)算出安全通過(guò)交叉口時(shí)，輔路車輛所需的行駛速度并進(jìn)行調(diào)速，避免交叉沖突。

現(xiàn)以車輛1為原點(diǎn)，設(shè)立車輛通行坐標(biāo)圖。

如圖1所示，以車輛1為原點(diǎn)，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(shuō)明，兩車按當(dāng)前速度方向行駛不會(huì)發(fā)生碰撞；若車輛1的安全圓范圍與兩直線相交，則說(shuō)明，兩車將會(huì)發(fā)生碰撞，需要控制策略進(jìn)行策劃。

如圖2所示，連接兩車質(zhì)心，設(shè)該直線為L(zhǎng)12，則L12與X軸夾角為？準(zhǔn)，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(zhǔn)+？茲，？茁=？準(zhǔn)-？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(quán)利，則為避免發(fā)生碰撞，應(yīng)對(duì)車輛2進(jìn)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(jiǎn)化為：

因此，車輛2調(diào)速所需速度為：

若？棕？燮？茁，則式子可簡(jiǎn)化為：

（9）

若車輛2擁有優(yōu)先通行權(quán)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(shí)際交叉口道路中存在著多輛車輛，在實(shí)際行駛過(guò)程中，還需考慮駕駛員的駕駛體驗(yàn)，車輛的加減速度不應(yīng)過(guò)大，因此，應(yīng)當(dāng)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(jìn)的技術(shù)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(xiàn)：

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