摘要
高速公路合流区是典型的交通瓶颈路段，极易诱发交通拥堵和事故。而智能网联车辆以及车路协同技术的出现，为缓解合流区交通拥堵和事故提供了新的解决途径。特别是智能网联车辆列队控制技术，因具备降低车头时距、提高道路通行能力、降低车辆能耗，而受到行业高度关注。为此，本文围绕队列智能网联车辆协同合流策略设计，开展了基于驾驶数据的CAV队列模型研究、基于博弈的列队CAV合流次序规划、列队CAV换道合流间距分析、换道合流轨迹规划研究，并以G25高速部分路段为例进行了仿真验证。论文研究对于提升高速公路合流区通行安全、效率，降低车辆能耗具有重要指导意义。论文主要工作如下： 首先，针对现有列队模型的间距设置过于保守或激进的问题，研究了基于驾驶人实车实验的车辆队列间距推荐设置方案。通过10名驾驶人在湖州地区的跟驰和换道实验，获得了每个驾驶人约3万多条驾驶行为和周车相对运动数据和10G的实验视频；基于视频特征、驾驶行为特征和周车相对运动特征，对采集的跟车、换道、高速行驶样本片段进行筛选；然后根据驾驶人的跟车距离、跟车速度分布提取驾驶人驾驶风格及其跟驰和换道时距分布；最后依据保守型、激进型驾驶人的跟车换道时距分布，给出队列时距推荐设置。仿真结果表明：将保守型跟车时距作为队列的队间距离，将激进型跟车时距与换道最小临界时距作为队列的队内时距，可有效保证队列完整性、安全性，并提升道路通行能力。 其次，考虑到非列队车辆合流冲突较高且合流效率不高的问题，提出了一种基于协同博弈的合流区全域最优合流序列控制策略。将多队列博弈问题分解为多个两两列队的博弈问题，并以车辆能耗最小、效率最高和安全性能最佳为优化目标，以速度、加速度限制和安全距离为约束，优化合流次序和加速度轨迹。与虚拟映射相比协同博弈策略使平均速度、能耗、通行时间提升了约15-18%。该策略优于先进先出控制策略，使平均速度提高了约15%，停车数量减少了25%，油耗降低了20%。 再次，现有换道合流研究多为面向单辆车的，不能解决不同长度队列的换道合流问题，为此给出了一种列队车辆协同换道决策与轨迹规划方法。面向列队车辆换道的四种典型场景，分别讨论了换道安全条件；将队列考虑为动态圆盘建立安全约束，拓展了现 有的五次多项式换道模型。通过分析不同流量下车队的油耗、HC、CO2指标，以及不同车队长度下换道车辆数，结果表明随着车流量的增多，车队换道率提高，当流量达到饱和时，换道率最低。 最后，以长深高速路段的合流区为例，基于SUMO的仿真系统进行测试分析。分别采集各收费站进出口流量数据，分析不同流量场景下，平均速度、停车次数以及油耗指标在三种不同策略下的分布情况。验证了基于车队的智能网联车辆协同合流策略的适用性和有效性。
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