车路协同条件下智能网联高速公路通行效率信息自适应分发协议:NRT-V2X

车路协同技术是解决自动驾驶中单车智能现存缺陷的关键技术。而智能网联高速公路的出现为车路协同技术真正应用于实际提供了良好的平台，其中，路侧单元（Road Side Unit，RSU）如何将路侧传感器信息或交通监控中心发布消息传递给路上车辆，是车路协同技术的一个关键环节。为此，提出一种基于V2V（Vehicle to Vehicle）和V2I（Vehicle to Infrastructure）融合的自适应数据分发协议（Adaptive Network and Road Traffic Data Dissemination for V2X，NRT-V2X）。NRT-V2X协议在影响通行效率事件的车流上游为RSU定义了一段服务区域（ROI，Region of Interest）。RSU通过感知服务区域中车辆的无线通信网络状况和路面交通状况来自适应调整其信息发送间隔，从而在保证ROI中车辆信息全覆盖的前提下，降低RSU发送信息开销，抑制ROI内车辆的接收信息冗余。基于创建的2个场景和2个车路协同应用，利用双向耦合车联网仿真平台进行性能评估。试验结果表明：采用NRT-V2X协议的车路协同技术可使高速公路的通行效率提高28%以上；与RSU固定发送间隔协议和典型V2X协议ATB相比，NRT-V2X的信息覆盖率稳定在100%，发送信息开销降低了至少30%，接收信息冗余下降了20%以上；NRT-V2X能够将智能网联高速公路通行效率相关信息高效地由RSU分发到其定义的ROI中的所有车辆，从而保证所有车辆预先接收到相关信息，选择最优行车路线，提高通行效率。     

考虑车车与车路通讯并存的路侧单元优化布设方法

路侧单元(Road Side Unit, RSU)作为车路协同系统(Cooperative Vehicle Infrastructure System, CVIS)中路侧感知控制网与网联化车辆自组网的重要节点,其布设方案对车路交互效能、系统建设成本与协同服务水平均产生较大影响。现有RSU优化布设研究主要基于车路(Vehicle to Infrastructure, V2I)通讯,忽视了车车(Vehicle to Vehicle, V2V)通讯的转发和中继作用,也缺乏对RSU设备及线网布设成本的相关考量。针对上述问题,面向V2V和V2I通讯并存环境,考虑信息覆盖正向收益与设备/线网布设负向收益,构建面向综合收益最优的RSU布设方案优化模型。首先结合信息流-交通流耦合模型获取传播时间矩阵,提出权重约束可达性算法,构建布设方案与信息覆盖正向收益之间的关系方程。然后针对动态最优布设方案条件下的最优线网布设问题,提出改进的最小生成树模型,并以此设计综合收益最优的RSU优化布设模型。最后,基于井字形算例路网,进行模型验证和关键系数敏感性分析;并基于Sioux Falls路网,将所提出的模型与现有未...     

面向车联网多点协作联合传输的安全认证与密钥更新方法

未来基于车联网的车路协同和自动驾驶场景要求车-车/车-路等网络通信在保证数据安全的前提下，具备低时延、高可靠的特性，从而保证车辆的行驶安全以及车/人的信息安全。LTE-V2X作为车联网通信方案之一，LTE的多点协作联合传输（Coordinated Multiple Points-Joint Transmission，CoMP-JT）技术不仅可以减少车辆在高速行驶过程中进行基站（Evolved Node B，eNB）切换时的通信中断，还能通过多个基站的协同传输来辅助提高网络的数据传输性能。然而当前LTE标准中的安全密钥管理方案无法满足多点协作联合传输过程中的密钥管理场景。针对该问题，提出一种可用于LTE-V2X车联网通信中多点协作传输切换的安全密钥生成与更新算法。该算法由车辆生成基站切换请求并使用随机数、共享密钥、目标基站公钥对切换请求进行加密、广播；基于密码学特性，目标基站不仅可基于私钥从密文请求中计算出共享密钥，还可以计算得到后续的会话密钥；车辆则可以基于目标基站位置信息、生成请求时的随机数计算出会话密钥，从而实现在只需要1次密钥传输的前提下，达成车辆与基站之间的密钥共享和密钥更新，并从密码学角度针对该密钥生成与更新算法进行验证分析。研究结果表明：在LTE-V2X多点协作传输时的基站切换过程中，该算法能够确保车辆与基站进行后向/前向密钥分离的安全认证以及会话密钥建立；与传统方案相比，所提方法可减少26.4%的基站切换过程中引入的通信时延，基站信道负载均仅为传统方案的1/2，并且随基站小区范围内车辆数目增加，基站的信道负载也仅线性增加，提升了该算法在LTE-V2X车联网场景中的适用性。     

信号交叉口车路协同诱导策略下ACC车辆控制模式研究

信号控制交叉口是城市道路交通网络中的基本节点,车辆在通过交叉口时频繁地启停和加减速等严重降低了交叉口的通行效率,并产生了更高的燃料消耗和污染物排放。无人驾驶技术中的车路协同技术和自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control, ACC)技术为缓解交叉口处的交通拥堵和提高节能减排水平带来了新的契机。ACC车辆可以通过车载检测设备和传感器技术等实时获取自身与前车的行驶状态,并通过ACC控制系统做出比人类驾驶员更精确、稳定和安全的决策判断。根据ACC车辆在信号交叉口车路协同诱导策略下的行驶工况信息,考虑了ACC车辆在信号交叉口车路协同诱导策略下的控制模式,利用诱导策略对ACC车辆的控制模式进行了划分。在智能驾驶模型(IDM)的基础上建立了不同控制模式下的加速度算法,利用MATLAB对信号交叉口车路协同诱导策略下的ACC车辆的交通特性进行仿真模拟,对比分析了传统ACC车辆和车路协同诱导策略下的ACC车辆在通过交叉口时的平均延误、平均燃油消耗和平均污染物排放。仿真结果表明,车路协同诱导策略下的ACC车辆在不同等级车流密度下均能够降低交叉口的延误,并减少车辆的燃油消耗与污染物排放量。     

车路协同下避让紧急车辆协同换道策略

为加快紧急车辆抵达事故现场的速度，同时减少紧急车辆优先权对其他车辆的影响，运用车路协同系统，提出避让紧急车辆协同换道策略，通过调整紧急车辆下游车辆位置，实现紧急车辆高效通过路段。以紧急车辆前车（DV）及其相邻目标车道车辆为控制对象，根据相邻车道车辆间距与车车通信范围，搜索DV可换道空间间隙集。以交通流整体恢复稳定时间最小为目标，确定DV换道轨迹和相邻车道协作车辆的速度变化，引导车辆完成协同合流，既能保障车辆安全换道，还能降低换道造成的速度振荡传递。同时，为快速恢复DV换道造成的目标车道车辆速度波动，对上游车辆（UV）采取先进先出规则的换道控制策略。所提协同避让紧急车辆的策略考虑了车辆协同换道对交通流的整体影响，并在原有换道策略的基础上提出了减少速度波动传递的控制方法。案例分析结果表明:采用上下游协同换道策略最短换道时间为6s，此时紧急车辆距前车78.66 m时发送避让信号。同时研究发现，恢复交通流速度稳定所需的时间为29 s，比未采用上下游协同换道策略降低了34%。      

基于区块链技术的车联网匿名身份认证技术研究

针对目前存在的假冒用户信息和利用用户信息进行车辆跟踪等攻击的行为,分析并总结了近年来车联网安全领域的相关研究成果以及区块链技术的特征和原理,提出了适用于车联网的匿名身份认证的区块链系统框架,基于该框架和SM9加密算法设计了汽车与服务器、汽车及路侧单元(RSU)之间的匿名认证方案,并针对效率和安全性与传统方法进行了仿真对比,结果表明,该方案是一种高效、承载量更大、更能保证用户及车辆身份信息安全的匿名身份认证方式。     

一种新型智能车载单元OBU系统的设计与量产

OBU(On Board Unit),即车载单元^[1]。在智能网联车路系统中,OBU使不同厂商车辆,以及路侧单元RSU(Road Side Unit)^[1]互联互通。本文设计了一种新型OBU系统,融合了5G通信、C-V2X通信(Cellular Vehicle to Everything,V2X)^[2]和GNSS定位、硬件加密等功能。针对客户需求和OBU系统架构,对软硬件子单元进行了详细分析和设计,经落地优化、批量生产,成功大规模应用于城市公交系统与车路协同项目中。     

基于车路协同的车辆换道Logistic模型研究

本文基于车路协同系统下的多车数据,提取车路协同中距离和速度指标,利用python进行参数估计,并验证了模型的可靠性,同时结合车辆换道过程中的目标车道上前车和后车的距离和速度信息进一步对换道需要满足的最小间距问题进行说明,提出在车路系统系统中嵌套车辆换道最小间距模块,结合车辆换道最小间距和Logistic模型可以减小车辆换道判断误差,为驾驶者提供更加准确的换道参考。     

车联网中的ZigBee通信网络传输的影响因素分析

以特殊车辆在交叉路口的信号灯优先控制为应用场景,研究影响短距离ZigBee车路协同通信的因素。搭建1个基于CC2530芯片的短距离车路通信简易模拟平台,通过对实测数据的分析,研究车速、多普勒频移、天线高度等因素对有效传输距离和掉包率等性能的影响,并建议通过自适应调制和功率控制来应对传输环境的变化。实验结果表明:车速小于40km/h、接收天线5.5m,传输距离20m时,通信传输掉包率保持在5%以下。因此,基于ZigBee的车路通信系统适合于车速较低的城市公交车辆在交叉路口的信号灯优先控制场景。     

车路协同下车队避让紧急车辆的换道引导方法

为保证紧急车辆更安全、高效地到达紧急事故现场,基于车路协同系统,提出车队避让紧急车辆的换道引导策略。针对目标车道无车辆、有车辆和有车队3种不同场景,分别提出确保紧急车辆快速通过的协同换道策略。通过协同换道策略引导紧急车辆前方行驶的车队和目标车道的车辆改变速度以调整车辆间距,使其满足换道安全距离,依据换道轨迹规划使车队完成换道,并提出紧急车辆发送紧急避让信号的位置方法,计算当不影响紧急车辆的速度情况下,其发送紧急避让信号时与车队尾车的最短距离。利用SUMO交通仿真软件,实现车路协同环境下3种不同场景车队避让紧急车辆的换道引导,并比较目标车道为车队的场景下,车队换道至目标车队的每个空档中（方式A）和车队换道至目标车队的同一个空档中（方式B）2种不同的换道引导策略。研究结果表明：目标车道有车队的场景下,方式B的协同换道时间更短,发送紧急信号的位置距车队尾车82 m,较方式A的87 m更近,对周围车辆影响更小,因此此场景采用方式B的协同换道策略;在目标车道无车辆、有车辆和有车队3种场景下,紧急车辆分别距车队尾车71,71,82 m时发送紧急避让信号,其可以维持期望速度,验证了最短距离与车辆速度的关系式;与未使用换道引导策略的情况相比,紧急车辆的速度提高,延误减少。     

基于车端量子密钥的车联网数据访问控制研究

为实现车联网相关数据的安全传输和隐私保护，提出了一种基于车端量子密钥的车联网数据访问控制方案。设计了基于预充注量子密钥的身份认证和密钥协商机制，提出了基于量子随机数发生器的车辆数据访问控制方案，在车载通信终端集成量子随机数发生器以生成量子加密密钥，并由车辆所有者对来自外部设备的车联网数据访问请求进行管控，以防止非授权访问、高权限人员恶意侵入和车辆隐私数据的不当开放。最后，对提出的方案进行了安全性和性能分析，结果表明，该方案具有较强的安全性，具有比其他主要方案更小的计算开销（0.395 ms）和通信开销（420 B）。     

用于改进道路安全的车与车通讯系统

车辆间通讯联盟（Car 2 Car Communication Consortium）在欧宝汽车公司位于德国杜登霍芬的试验跑道上首次对系统能力进行了实际演示。欧洲联合体（OEM和供应商及研究机构之间的协作）打算通过车与车通讯来推进安全系统的发展。     

车路协同环境下车辆前照灯自适应控制方法研究

针对现有自适应前照灯控制系统仅仅根据汽车行驶状态及转向盘触发车灯偏转,使得车灯偏转动作带有明显的滞后性的问题,引入车辆行驶前方道路线形信息,建立了车路协同环境下车辆前照灯自适应控制方法的系统。在不改变原有车灯控制系统执行机构的情况下,利用车路协同装置将线形曲率等道路信息提前传输给汽车,综合利用行车状态信息实时计算出车灯偏转角度,自适应调整灯光照明方向。经仿真结果表明,该方法可以更加主动精确的调整车灯偏转角度,减少视野盲区,提高行车安全性。     

车联网标识解析体系研究

车联网标识解析体系是建立在工业互联网相关技术之上,针对车路协同、自动驾驶、车辆运行等交通环节的设备赋予全局唯一的标识。本文介绍了我国工业互联网标识解析体系的建设与技术发展情况,提出了车联网标识解析体系的实施框架与技术架构。通过建立车联网标识解析体系,可以实现车联网信息通信的身份验证、高效传输与安全保障,助力车联网的发展与应用。     

基于车路协同的车辆状态估计方法

提出了一种基于车路协同的车辆质心侧偏角估计方法。该方法通过专用短程通信技术获取路侧基站的差分GPS信息,在车辆运动学模型的基础上,通过建立二次卡尔曼滤波器,融合差分GPS的航向角、车速和车载传感器的纵向加速度、横向加速度与横摆角速度信号,来估计车辆横摆角和质心侧偏角,并进行了实验验证。结果表明,即使在横向加速度较大的情况下,该方法仍具有较好的估计精度,可满足车路协同系统中车辆安全控制的要求。     

快速路车路协同场景交通流运行效率仿真评价

为研究车路协同系统在不同车间信息交互水平下对快速路交通流的影响,采集并提取北京市四方桥快速路段早高峰交通流轨迹,同时分析车路协同场景下快速路车辆运行特征,实现对常规驾驶场景和信息交互场景的车辆行驶模型标定。选取期望速度行驶车辆占比、横向车距收缩比、纵向车距收缩比、通行能力拓展比对车辆运行效率进行评价,提出车辆横向偏移距离缩小比用以评价车辆空间占用状况;搭建仿真模型并进行仿真试验,分析不同信息交互水平对交通的影响程度。结果显示,车辆运行效率随信息交互水平的提升而提升,其中通行能力的提升幅度最为显著,车路协同场景下信息交互水平从4级提高到1级,道路通行能力较常规驾驶场景分别拓展了19.42%,28.06%,46.48%,74.62%,仿真时段内其余指标值提升幅度较小。车间信息交互场景下车辆行驶的横向偏移幅度缩小,且在高水平信息交互下缩小比例达到17.33%,表明相同车道宽度下车辆行驶的横向安全性提升。      

智能车路系统中汽车列队行驶控制关键技术与研究进展

通过车路协调技术可以控制车辆实现列队行驶,以提高道路车辆密度,增加道路容量,同时也能增加交通系统的安全性和节约能源.论述了汽车列队行驶控制的关键技术,介绍了车辆纵向、横向自动控制技术、车路信息交互技术以及车队队列控制技术等研究进展,展望汽车列队行驶控制研究方向.     

车路协同下带诱导车速的单车道改进NS模型

面向车路协同环境,基于一维元胞自动机模型提出了一种带诱导车速单车道改进NS模型。分析了车路协同交通环境中可交互的基本车辆信息。根据前后车辆的位置、速度制约关系和邻近阻塞点位置等信息类别,以及在此信息交互条件下将对车辆运行产生的影响,在单向不发生换道的假设下,设计了不同车辆关系下的诱导车速模型,并基于诱导车速模型对NS模型进行了改进。根据实际道路条件,在不同车辆密度条件下,对所建模型进行了数值模拟。数值仿真结果表明:遵守诱导速度对车辆进行控制,能够在车辆密度小于0.4 pcu/km的路况中获得较好的平均速度和平均流量;但当车辆密度大于0.4 pcu/km时,由于同步相的增多,改进NS模型中平均车速和流量均不能优于当前微观交通流现状。不同遵守率仿真结果说明:在同等车流密度条件下,当遵守车速诱导的车辆比率下降,则诱导车速的有效性也发生下降。理论和数值结果均表明:在未来交通环境中的信息交互条件下,车辆的运动规律将发生改变。根据此改变所提改进NS模型能够较好地揭示车路协同条件下单车道环境中的微观交通现象,为未来智能交通提供理论基础。     

车路协同 V2X仿真验证系统设计

为验证车路协同技术的有效性和安全性,基于车联网(V2X)测试需求,提出了一种车路协 同仿真验证系统的设计方案。使用 Prescan软件搭建了仿真场景,以用户数据报协议(UDP)形式将 仿真数据发送至 V2X 协议栈,通过 LTE-V 信道仿真设备仪表和被测器件(DUT),并经由直连通信 接口(PC5)进行通信。采用全球卫星导航系统(GNSS)模拟器,将模拟测试车辆的位置和时间等信息 与协议栈及 DUT 进行同步交互,DUT 接收到测试场景及位置的数据后,触发车路协同相关预警功 能。该方案可真实模拟 V2X环境,实现了 V2X应用场景的测试验证,能够有效推动车路协同系统的 开发和算法验证,促进 V2X技术的快速发展。     

基于高频高精度定位信息的车辆轮廓冲突瞬时预测方法

车辆避撞预警系统是高级驾驶辅助系统（ADAS）研究的关键内容,也是降低道路事故率的有效途径。目前,车辆避撞预警的一般实施途径是通过在车辆上布设多元传感设备进行相对间距检测,并通过智能算法对碰撞条件进行判断。但由于该方法存在传感设备成本高昂、受环境噪声影响大等缺点,应用条件仅局限于单车智能。基于此,在卫星导航、车路协同技术快速发展的背景下,提出一种依托北斗高精度定位技术,利用车载终端获取高频（5 Hz）、高精度（厘米级）车辆定位数据进行车辆避撞预警的方法,该方法立足车路协同角度,构建包括路侧北斗连续运行参考站系统、车路通信系统、车载定位预警终端的车辆避撞预警体系,并建立基于实时位置信息的车辆轮廓冲突瞬时预测模型。为验证模型可靠性,设计动、静态试验对定位精度进行验证,并在西安绕城高速约7 km试验路段开展3次实车试验,共采集约6 000个有效样本数据对轨迹预测精度进行评估。研究结果表明：静态条件下,用于评价定位精度的圆概率误差C_EP50,C_EP95分别为1.51,3.24 cm;行车速度为80~100 km·h^-1条件下,通过2 317组数据对比分析,采用车载定位设备与成熟产品天宝接收机（亚米级精度）获取的定位数据的误差均值为1 cm,标准差为1.38 cm;行车速度为80~100 km·h^-1条件下,定位数据的真实值与预测值的横向误差标准差可达厘米级,纵向误差标准差可达分米级,该级别精度可满足车辆避撞短临预警要求。