Analysis of the impact of heterogeneous platoon for mixed traffic flow: control strategy, fuel consumption and emissions

📄 arXiv: 2411.15238v1 📥 PDF

作者: Yunxia Wu, Le Li, Zhihong Yao, Yi Wang, Gen Li, Yangsheng Jiang

分类: eess.SY

发布日期: 2024-11-22

💡 一句话要点

针对混合交通流，提出异构车队组合间距控制策略，优化燃油消耗与排放。

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 混合交通流 车队控制 间距控制策略 燃油消耗 污染物排放

📋 核心要点

  1. 传统车辆纵向间距控制策略各有优劣，但缺乏对混合交通流影响机制的深入分析。
  2. 论文提出组合间距控制策略，旨在融合不同策略的优势，优化混合交通流的整体性能。
  3. 实验结果表明，在高CAV渗透率下，特定组合策略能有效降低燃油消耗和污染物排放。

📝 摘要（中文）

本研究针对混合交通流中网联自动驾驶车辆（CAVs）的间距控制问题，提出多种组合间距控制策略。首先，构建了混合交通流模型，分析了CAV车队的特性，并推导了车辆分布的概率模型，通过仿真验证了其有效性。在此基础上，基于四种间距控制策略，提出了多种间距组合策略。最后，通过数值实验计算了不同间距控制策略下混合交通流的平均燃油消耗和污染物排放，并进一步分析了车队间距控制策略对交通流燃油消耗和污染物排放的影响。结果表明：（1）在低交通密度（即15辆/公里）下，不同车队间距控制策略下交通流的平均燃油消耗和污染物排放差异相对较小；（2）在中高交通密度（即55-95辆/公里）下，当CAV的渗透率超过80%时，VTG1-CS、VTG2-CS和CTG-CS策略能够有效保证交通流的稳定性和安全性，并显著降低燃油消耗和污染物排放。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决混合交通流中，如何针对网联自动驾驶车辆（CAVs）设计有效的间距控制策略，以优化交通流的燃油消耗和污染物排放的问题。现有方法通常只关注单一的间距控制策略，无法充分利用不同策略的优势，并且缺乏对混合交通流中车辆分布特性的深入分析。

核心思路：论文的核心思路是提出多种组合间距控制策略，将不同的间距控制策略进行组合，从而融合它们的优点，以适应不同的交通状况和CAV渗透率。通过对混合交通流的建模和仿真，分析不同组合策略对交通流性能的影响，并选择最优的策略。

技术框架：论文的技术框架主要包括以下几个部分：1) 建立混合交通流模型，考虑CAV和传统车辆的交互；2) 推导车辆分布的概率模型，用于描述混合交通流中车辆的分布情况；3) 基于四种基本的间距控制策略（具体策略未知），提出多种组合间距控制策略；4) 通过数值实验，计算不同策略下的燃油消耗和污染物排放，并进行比较分析。

关键创新：论文的关键创新在于提出了组合间距控制策略，这是一种将多种间距控制策略进行组合的新思路。与传统的单一间距控制策略相比，组合策略能够更好地适应不同的交通状况和CAV渗透率，从而实现更好的交通流性能。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 混合交通流模型的构建，需要考虑CAV和传统车辆的动力学特性和交互行为；2) 车辆分布概率模型的推导，需要基于一定的假设和统计分析方法；3) 组合间距控制策略的设计，需要选择合适的间距控制策略进行组合，并确定组合的规则和参数；4) 数值实验的设计，需要选择合适的交通场景和参数设置，以评估不同策略的性能。

📊 实验亮点

实验结果表明，在中高交通密度（55-95 veh/km）下，当CAV渗透率超过80%时，VTG1-CS、VTG2-CS和CTG-CS策略能够有效保证交通流的稳定性和安全性，并显著降低燃油消耗和污染物排放。具体降低幅度未知，但强调了在高CAV渗透率下的显著效果。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于智能交通系统设计、自动驾驶车辆控制算法开发以及交通管理策略优化等领域。通过采用合适的组合间距控制策略，可以提高交通效率，降低燃油消耗和污染物排放，从而改善城市交通环境，实现可持续发展。

📄 摘要（原文）

Compared with traditional vehicle longitudinal spacing control strategies, the combination spacing strategy can integrate the advantages of different spacing control strategies. However, the impact mechanism of different combination spacing control strategies on mixed traffic flow has not been analyzed yet. Therefore, this paper proposes various combination spacing control strategies for connected automated vehicles (CAVs). First, a mixed traffic flow model was developed to analyze the characteristics of CAV platoons. On this basis, a probability model of vehicle distribution was derived, and its effectiveness was verified through simulation. Then, multiple spacing combination strategies are proposed based on four spacing control strategies. Finally, numerical experiments were conducted to calculate the average fuel consumption and pollutant emissions of mixed traffic flow under different spacing control strategies, and the impact of platoon spacing control strategies on traffic flow fuel consumption and pollutant emissions was further analyzed. Results show that: (1) the differences in average fuel consumption and pollutant emissions of traffic flow are relatively small under different platoon spacing control strategies under low traffic density (i.e., 15 veh/km); (2) at medium to high traffic densities (i.e., 55-95 veh/km), when the penetration rate of CAVs exceeds 80%, VTG1-CS, VTG2-CS, and CTG-CS strategies can effectively ensure traffic flow stability and safety, and significantly reduce fuel consumption and pollutant emissions.