摘要
随着城市交通基础设施不断建设与完善，目前我国汽车保有量和驾驶员数量逐年快速增加，使得现有交通条件供给难以满足居民的出行需求，导致城市交通问题日益凸显。交叉口作为城市交通路网中的关键节点，其控制模式对保证道路畅通和提高通行效率发挥着显著的作用。对于传统信号控制交叉口是通过相位禁行的方式来保障行车效率与安全，难以实现对交叉口区域空间资源和时间资源的充分利用，造成车辆延误增加。而随着自动驾驶、车路协同等智能技术的快速发展，智能交通应用范围不断扩大，以车-路-云协同为主体的控制模式为打造一个安全、快捷、绿色的交叉口交通系统提供了新思路。但是，面对智能网联技术的进步，必然会经历传统控制到协同控制的转变，经过传统驾驶车辆与智能网联车辆混行的阶段，如何有效提高智能网联混合交通流环境下信号交叉口区域的空间效率，具有重要理论研究意义与实际应用价值。 首先，本文阐述了车路云协同系统架构、“5G+智能交通”、V2X车联网通信技术和交通环境协同感知等智能网联交通系统关键技术，并从传统驾驶与智能网联两个角度，对信号控制交叉口的车流跟驰特性与速度引导方法进行探究分析，为后续协同控制策略的构建提供理论参考，并根据智能网联交通系统特点与优势，构建了由云端控制中心、车载单元及路侧单元组成的智能网联信号交叉口控制系统，将其分为自由行驶区、车辆编队区、速度调控区3个功能区域，实现路段精准化、智能化的车辆控制。其次，针对交叉口区域混合车流跟驰差异性，分析了车辆跟驰构成模式和动态车头间距的影响情况。根据基本图理论，提出了不同跟驰模式下的车队组建方式，建立了综合考虑动态车头间距与车队强度因素的基本图模型，并对模型参数进行敏感性分析，推导出混合交通流稳定状态临界条件。然后，对交叉口路段功能区域进行编队约束与区域范围界定设计，基于双层规划协同控制策略，构建了信号交叉口绿灯状态、红灯状态下的单车速度引导控制策略和后车最优速度控制模型；考虑多车队所存在的制约情况，建立了多车速度协同引导策略，达到智能管控效果，并基于三角函数加速控制模型，对最优引导速度进行优化调整，有效避免频繁加减速，提升驾驶员可操作性和乘客舒适性。最后，运用VissimCOM接口技术和MATLAB编程工具搭建混合交通流仿真平台，并对信号交叉口区域车速控制引导策略和信号协同优化模型进行联合仿真，设计了低、中、高流量环境和不同渗透率比例实验方案，进行传统控制与协同控制的对比仿真，将平均行程时间、平均车辆延误、污染物排放及燃油消耗作为评价指标，从通行效益、环境效益和经济效益方面，综合分析所提控制策略的有效性与合理性。 仿真实验结果表明：所提出的速度引导协同控制算法合理有效，在不同交通流量情况下均能够进行车速引导实现尽可能不停车通过交叉口，提高车辆通行效率，相较于传统信号控制呈现出明显优势，并且随着交通流量的饱和增加，所提出的速度引导控制模型在各个指标效益的提升越显著。同时，与现有的速度引导策略相对比，本研究基于信号状态实现速度动态调整，有效减少车辆速度波动，能够在调控区域内不停车通过交叉口，实现效益最大化的利用，也为未来交通环境精细化、智慧化的车车控制方式提高新思路。
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