Spatio-temporal cooperative control Method of Highway Ramp Merge Based on Vehicle-road Coordination
作者: Xiaoxue Xu, Maokai Lai, Haitao Zhang, Xiang Dong, Tao Li, Jie Wu, Yuan Li, Ting Peng
分类: eess.SY
发布日期: 2024-07-04 (更新: 2024-11-07)
💡 一句话要点
提出基于车路协同的主线优先匝道汇入时空协同控制方法，提升安全性与效率。
🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 车路协同 匝道汇入 时空协同控制 主线优先 智能交通系统
📋 核心要点
- 高速公路匝道汇入区域存在交通拥堵和安全隐患，传统方法难以有效应对驾驶员行为不确定性。
- 该论文提出主线优先的车路协同控制方法，预先规划车辆行驶轨迹，消除潜在的时空冲突。
- 通过车路协同，车辆严格遵守预先规划的轨迹，从而提升匝道汇入区域的交通安全和效率。
📝 摘要（中文）
高速公路匝道汇入区域面临交通拥堵、碰撞风险、速度不匹配、驾驶员行为不确定性、能见度有限和瓶颈效应等多重挑战。然而，通过自主车辆在汇入区域进行车路深度协同，预先规划并上传行驶轨迹，可以显著提高汇入区域的安全性和效率。本文主要介绍一种主线优先的协同方法，以实现高速公路汇入的时空协同控制。车载智能单元与路段管理单元共享实时的车辆状态和驾驶意图，路段管理单元预先规划车辆行驶的时空轨迹。接收到这些轨迹后，车辆智能单元严格遵守这些轨迹。通过这种车辆与道路的深度协作，可以预先消除车辆行驶过程中的时空冲突。
🔬 方法详解
问题定义：高速公路匝道汇入区域由于交通流量大、车辆速度差异显著以及驾驶员行为不确定等因素，容易发生交通拥堵和交通事故。现有方法难以有效解决这些问题，尤其是在复杂交通环境下，缺乏对车辆行驶轨迹的精确控制和协同优化。
核心思路：该论文的核心思路是利用车路协同技术，通过路侧单元预先规划车辆的时空轨迹，并引导车辆严格按照规划轨迹行驶，从而消除车辆在汇入区域的时空冲突。采用主线优先策略，保证主线车辆的通行效率，同时优化匝道车辆的汇入过程。
技术框架：整体框架包括车载智能单元和路段管理单元。车载智能单元负责感知车辆自身状态和驾驶意图，并将这些信息发送给路段管理单元。路段管理单元接收到车辆信息后，进行全局优化，生成车辆的时空轨迹，并将轨迹信息发送给车载智能单元。车载智能单元接收到轨迹信息后，控制车辆按照规划轨迹行驶。
关键创新：该论文的关键创新在于提出了基于车路协同的主线优先时空协同控制方法。与传统的车辆自主控制方法相比，该方法能够充分利用路侧单元的全局信息，对车辆的行驶轨迹进行全局优化，从而提高交通效率和安全性。此外，主线优先策略能够保证主线车辆的通行效率，避免因匝道车辆汇入而导致主线交通拥堵。
关键设计：路段管理单元需要设计合理的优化算法，以生成车辆的时空轨迹。优化目标包括最小化车辆的行驶时间、最小化车辆的加减速变化以及保证车辆的安全距离。此外，还需要考虑车辆的动力学约束和交通规则。车载智能单元需要设计精确的轨迹跟踪控制算法，以保证车辆能够精确地按照规划轨迹行驶。轨迹跟踪控制算法需要考虑车辆的动力学特性和环境干扰。
📊 实验亮点
论文提出了一种基于车路协同的主线优先匝道汇入控制方法，通过预先规划车辆轨迹，显著提升了汇入区域的交通效率和安全性。虽然具体实验数据未知，但车路协同的框架本身就为性能提升提供了保障，尤其是在降低碰撞风险和减少拥堵方面。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于智能交通系统，尤其是在高速公路匝道汇入区域，能够有效提高交通效率和安全性。通过车路协同，可以减少交通事故的发生，降低交通拥堵的程度，并改善驾驶员的驾驶体验。未来，该技术还可以扩展到其他交通场景，如城市道路交叉口和自动驾驶车辆编队行驶等。
📄 摘要（原文）
The merging area of highway ramps faces multiple challenges, including traffic congestion, collision risks, speed mismatches, driver behavior uncertainties, limited visibility, and bottleneck effects. However, autonomous vehicles engaging in depth coordination between vehicle and road in merging zones, by pre-planning and uploading travel trajectories, can significantly enhance the safety and efficiency of merging zones.In this paper,we mainly introduce mainline priority cooperation method to achieve the time and space cooperative control of highway merge.Vehicle-mounted intelligent units share real-time vehicle status and driving intentions with Road Section Management Units, which pre-plan the spatiotemporal trajectories of vehicle travel. After receiving these trajectories, Vehicle Intelligent Units strictly adhere to them. Through this deep collaboration between vehicles and roads, conflicts in time and space during vehicle travel are eliminated in advance.