一种基于车车通信和车路通信的车速优化控制

摘 要 本文提出了一种新的基于车车通信和车路通信环境的速度优化控制方法，在有车车通信的道路上，车辆根据车车通信下的车辆跟驰模型对速度进行调整，在车路通信路段运用单纯形法算法，对车速进行动态调整，提高车辆在道路上的通行效率。

【关键词】车车通信 车路通信 协同驾驶

1 前言

随着智能交通系统的发展，车车通信和车路通信都已成为可能，对于推动人、路、车紧密协调的车联网研究具有重要的意义，探究如何对传统模型进行改进，提出适用于车-车通信和车-路通信环节的车速优化控制方法，具有重要的理论和实际意义。

目前很少有研究把车车通信和车路通信综合起来考虑，这和实际情况是不相符合的；本文考虑把车车通信环境下的车辆跟驰模型和车路通信路段的单纯形法速度优化模型相结合，提出一种新的车速优化控制方案。

2 车车通信环节

在单车道带有信号灯的路段中，在信号灯前方距离D处设置一个车路通信点，在距离D外，头车按原始速度行驶，跟驰车辆按照文章的车车通信环境下的车辆跟驰模型行驶。跟驰车辆通过车辆之间的通信，得到前方多辆车的车间距信息，综合这些前车距信息，由此修改原车辆跟驰模型，得到车车通信环境下的车辆跟驰模型。跟驰车辆由此调整车速。

3 车路通信环节的设计方案

当到达车路通信点，车辆开始接收到信号灯的相关信息，根据搜集到的信号灯信息以及车辆自身的驾驶信息，车辆在保证与前车有一定安全间距的前提下，以最小加速度为优化目标，运用单纯形法算法，对车速进行优化调整，具体的优化算法为：

车辆接收到的信号灯信息包括红绿灯的状态，距离信号灯的距离，以及红灯（绿灯）的剩余时长tr（tg），

目标函数：

其中，D为通信距离，为到达通信点时的初始速度，t1为加速、减速所需时间，t为车路通信路段的行驶总时间，为加速度，为了车辆行驶尽量通畅，希望加速度尽量小。车辆通过车路通信得到。表示安全间距，

在车路通信路段，车辆争取在信号灯前少停留，为了验证本章中车辆协同驾驶方法的优越性，我们设计了仿真实验，将传统的不考虑车路通信的模型和新的模型进行对比，具体的描述在下一章节。

4 数值仿真

在本小节中，我们将对比分析车辆在传统环境下和车车通信、车路通信环境下的车辆行驶特性。设置道路长度为200m，路段属性以及相关参数设置如下：

周期时长T=60s，绿信比（绿灯时间占的比例）为0.6，车灯通信距离D=100m。

一般地，在车车通信路段，每辆车与前方四辆车有通信，我们在周期边界条件下对模型进行仿真。选取了不同的车辆密度来进行仿真，仿真的相关结果如表1所示。

从仿真结果可以看出，在有车路通信的情况下，车辆平均行程时间和延误时间少于一般环境下的车辆平均行程时间，并且随着车辆数的增加，车队的行程时间增长趋势要低于一般环境下的车队平均行程时间增长趋势，并且在有车路通信的环境下，随着车辆数的增加，车队平均速度可以稳定在一个相对较高的速度水平。

5 小节

本文针对有信号灯影响的路段，对车车通信环节和车路通信环节，设计不同的控制算法，把车车通信路段的车辆跟驰模型和车路通信路段的单纯形法速度优化控制相结合，提出了一种新的车联网环境下的车速优化控制方法。为了验证其有效性，我们在周期边界条件下进行了数值仿真，仿真结果中，车辆的行驶轨迹更优，延迟时间短，平均速度快，说明新的车路通信方式可以很有效地利用信号灯信息，提高车辆的行驶效率。

参考文献

[1]毛保华，杨肇夏，陈海波.道路交通仿真技术及系统研究[J].北方交通大 学学报，2002，22-29.

[2]张可.智能交通究竟离我们还有多远[M].科技中国，2004（07）.

[3]D E Wolf.Cellular Automata for Traffic Simulations [J].1999，Phys.A.263，438-451.

[4]须超，王新红，刘富强.车联网网络架构与媒质接入机制研究[J].2011，39-45.

[5]黄婧t.车车通信环境下耦合映射跟驰模型与超网络研究[D].同济大学.

作者单位

同济大学 上海市 201804