Assessing the Potential Impacts of Connected Vehicles: Mobility,Environmental, and Safety Perspectives

The connected vehicle is a rapidly emerging paradigm aimed at deploying and developing a fully connected transportation system that enables data exchange among vehicles, infrastructure, and mobile devices to improve mobility, enhance safety, and reduce the adverse environmental impacts of the transportation systems. This study focuses on micromodeling and quantitatively assessing the potential impacts of the connected vehicle (CV) on mobility, safety, and the environment. To assess the benefits of CVs, a modeling framework is developed based on traffic microsimulation for a real network located in the city of Toronto, Canada, to mimic communication between enabled vehicles. In this study, we examine the effects of providing real-time routing guidance and advisory warning messages to CVs. In addition, to take into account the rerouting in nonconnected vehicles (non-CVs) in response to varying sources of information such as apps, global positioning systems (GPS), variable message signs (VMS), or simply seeing the traffic back up, the impact of fraction of non-CV vehicles was also considered and evaluated. Therefore, vehicles in this model are divided into; uninformed/unfamiliar not connected (non-CV), informed/familiar but not connected (non-CV) that get updates infrequently every 5 minutes or so (non-CV), and connected vehicles that receive information more frequently (CV). The results demonstrate the potential of connected vehicles to improve mobility, enhance safety, and reduce greenhouse gas emissions (GHGs) at the network-wide level. The results also show quantitatively how the market penetration of connected vehicles proportionally affects the performance of the traffic network. While the presented results are pertinent to the specifics of the road network modeled and cannot be generalized, the quantitative figures provide researchers and practitioners with ideas of what to expect from vehicle connectivity concerning mobility, safety, and environmental improvements.     

城市地面地下一体化物流网络货运性能研究

为解决地面地下物流系统耦合运作下的货运性能评估问题,根据城市物流特征刻画一体化网络设施形态,提出地下货运载具设计依据与多式联运成本测算方法,基于案例,对一体化网络运输成本、总运力、流量配置和交通安全外部效益在不同地下运载速度、发车频率和设施容量参数下的动态表现进行模拟分析。结果表明： 1)路网与地下物流网络的立体协同有利于城市物流降本增效; 2)与运载速度相比,地下枢纽节点的处理能力和干线隧道的通行能力对一体化网络服务水平的影响更显著。     

不同渗透率下自动驾驶混合交通流在天气条件影响下的通行能力建模

随着世界范围内对自动驾驶汽车及其相关产业发展的高度重视,自动驾驶车辆上路已成为重点领域协同创新、构建未来交通系统的重要载体。本文主要研究自动驾驶车辆不同渗透率参与的混合交通流受场景天气条件的耦合影响因素下的复杂车辆行为逻辑分析,影响机理解析,跟驰模型及通行能力模型构建等。最后我们通过SUMO仿真实验对模型进行嵌套及分析,以期对自动驾驶汽车在测试及上路引导中起到重要理论决策依据。     

TRB2017年会——行人交通及智能交通研究综述

介绍了2017年第96届美国交通运输研究委员会年会(2017 Transportation Research Board 96th Annual Meeting, TRB2017)的概况,包括TRB的组织构架、TRB年会的组织形式及所涉及的领域等.重点介绍行人交通及智能交通2个研究领域的最新进展,并对其未来的发展进行了展望.行人交通方面,结合交通流理论与特征、应急疏散、行人等6个相关TRB(分)委员会的会议组织情况,分别从群集动力学、人员疏散、道路行人交通和客流服务与安全4个方面进行了分析和展望;智能交通方面,结合智能交通系统、自动化与互联化车辆的角色和车辆-高速公路自动化3个TRB委员会的大会组织情况以及讨论情况,分别从智能交通对驾驶安全的影响以及车路协同对交通效率和环境的影响2个方面进行了分析和展望.      

IntelliWay-变耦合模块化智慧高速公路系统一体化架构及测评体系

根据当前智慧高速公路系统的发展历程,总结一些典型的车路协同系统逻辑与物理模型。在总结国内外智慧高速公路系统的整体架构之后,提出新一代智慧高速系统的总体架构-IntelliWay,包括智慧高速公路系统分层模块化架构、基于变耦合程度的智能分级和基于事件驱动的数据分发机制。同时,根据当前智慧高速公路系统的主流应用技术,总结车载高精度定位、高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance System, ADAS)与车载总线、路侧设备优化、异构网络融合、网络负载均衡、网络信息安全、多传感器融合与协同感知、以用户为中心的场景自适应信息发布、车辆群体协同自动驾驶、基于大数据与人工智能的交通态势预测、车道级主动交通管理、组件式应用服务开发等驱动智慧高速公路系统快速发展的新兴技术研究现状,然后基于以上关键技术的特点提出未来智慧高速公路系统应用的实施建议;分析广播式交通信息服务、主动交通管理、伴随式信息服务、自动驾驶专用道、车辆队列协同驾驶等智慧高速公路系统的典型应用场景,进行智慧高速系统的测评方法分析和相关案例分析。最后,系统性地分析和预测智慧高速系统存在的挑战及未来发展趋势,以...     

信号交叉口行车风险场建立及车辆通行行为优化

随着汽车逐步向智能化、网联化发展,智能网联车辆逐步进入实际应用阶段。进行智能网联车辆的通行行为优化,对提升驾驶安全性和行车效率,避免事故发生和交通拥堵至关重要。车辆在通过交叉口时将受到很多环境及运动因素的影响,而现有的通行优化模型难以准确表达各类因素共同作用下的行驶环境。为此,基于风险场理论建立由环境场和运动场组成的信号交叉口行车风险场,表征信号交叉口中每点的实时行车风险程度,从而引导车辆驶向风险值低点,并提供下一步长的位移及速度指引,实现车辆的动态轨迹优化及速度控制。典型场景下的仿真结果表明：在优化模型的控制下单车的信号交叉口通行效率明显提升,其中直行方向车辆单车平均通行效率提升最高,平均提升6.35%,通过对交叉口面积内所有车辆进行通行行为优化,交叉口通行效率提升了9.3%,这表明所建模型可以准确表达交叉口行车环境并优化车辆通行行为。研究结论可应用于自动驾驶车辆的交叉口通行控制,并为网联环境下的行车环境表达和安全驾驶控制提供模型基础。     

驾驶模拟器在自动驾驶系统中的应用研究

自动驾驶车辆在实际道路上行驶之前的测试阶段是一个至关重要的环节。一个低成本、高效率以及高精度测量的自动驾驶车辆的测试方式,对于自动驾驶车辆的开发具有重要意义。将驾驶模拟器运用到研究自动驾驶车辆测试已是近年来的一个研究热点。基于虚拟驾驶场景的自动驾驶车辆的检测,通过组合虚拟驾驶场景的背景车辆、行人、交通灯、建筑、指示标牌等元素,研究将驾驶模拟器与虚拟驾驶场景的联合应用来测试自动驾驶车辆。设计了典型的交通场景,通过自动驾驶车辆和背景车辆的实时交互,研究自动驾驶车辆的各项性能指标。研究结果表明:该驾驶模拟器可以高度拟合人类驾驶体验,驾驶员通过驾驶模拟器控制背景车辆能够很好的模拟现实中的驾驶行为,对自动驾驶车辆的仿真测试起到了促进作用。     

基于典型非机动车事故的自动驾驶汽车测试场景构建方法研究

基于交通事故卷宗、交通事故视频信息数据,研究机非混行交通环境下典型交通事故形态,构建了面向机非混行交通环境下的自动驾驶汽车测试场景,旨在针对我国较为特殊的机非混行环境下的自动驾驶汽车的测试场景及测试评价方法提供参考。本文首先分析了自动驾驶测试场景的构建需求,建立交通事故数据筛选标准,得到133例可用于构建自动驾驶汽车测试场景的机动车与非机动车交通事故数据集;其次基于《中华人民共和国道路交通安全法》行驶要求,对133例交通事故的发生地点、车辆行为、道路类型、环境光线等方面进行解构分析;最后通过聚类分析,建立了5类典型的自动驾驶测试场景模型,并分析了不同场景模型的关键要素,为实际道路测试提供理论指导。     

人机混驾交通流交织区换道模型切换控制策略

因交织区的强制换道存在紧迫性, 车辆换道行为在交织区后半段会出现因换道意愿强烈而产生的激进换道行为, 这种微观的换道行为将给交通流带来一定影响; 在人机混驾情形下, 不同类型换道切换控制模型同样可能影响交织区通行能力。在分析人机混驾交通流交织区换道行为特性的基础上, 将换道类型分为保守型换道和激进型换道; 在可接受安全间隙模型的基础上结合自动驾驶车辆间的协同行为, 构建自动驾驶车辆在保守状态下的协同换道模型; 以及在激进型状态下考虑目标车道后车类型影响下, 构建激进型换道模型。通过分析津保立交桥实地调研轨迹数据和NGSIM中US-101交织路段轨迹数据, 分别拟合了保守型、激进型换道模型切换点分布函数; 考虑不同车辆驾驶行为特性及其相互作用, 提出人机混驾条件下换道模型切换控制逻辑决策。以SUMO仿真软件搭建实验平台, 考虑人工驾驶车辆换道模型切换点分布特性, 以优化最大流率、交织区整体车辆运行速度、换道车辆速度等为目标, 确定不同自动驾驶车辆渗透率下自动驾驶车辆的最佳保守型-激进型换道模型切换点。仿真结果显示: 在交织区长度为250 m, 自动驾驶渗透率分别为0.2, 0.5, 0.8时, 自动驾驶换道模型切换点分别在180, 80, 50 m处达到最佳, 即随着自动驾驶渗透率的提高, 换道切换点最佳位置将向交织区入口处逐渐移动, 且在自动驾驶渗透率较低时这种换道切换点的变化较为明显; 在较高渗透率下, 由于协同换道出现频率增高, 自动驾驶强制性换道行为比例降低, 换道模型切换点对交织区通行能力的影响逐渐变小。本项研究对人机混驾条件下高速公路交织区自动驾驶车辆的换道控制提供决策依据      

车-车协同下无人驾驶车辆的换道汇入控制方法

多车协同驾驶是智能车路系统领域的研究热点之一,可有效降低道路交通控制管理的复杂程度,减少环境污染的同时保障道路交通安全。基于多车协同驾驶控制结构,提出了一种无人驾驶车辆换道汇入的驾驶模型及策略,系统分析了多车协同运行状态的稳定条件。在综合分析无人驾驶车辆换道汇入的协作准则、安全性评估后,基于高阶多项式方法,结合车辆运行特性,通过引入乘坐舒适性的指标函数,设计得到无人驾驶车辆换道汇入的有效运动轨迹。通过研究汇入车辆与车队中汇入点前、后各车辆的运动关系,详细分析车辆发生碰撞的类型和影响因素,给出避免碰撞的条件准则,从而确保无人驾驶车辆汇入过程中多车行驶的安全性和稳定性。基于车辆运动学建立车辆位置误差模型,结合系统大范围渐进稳定的条件,选取线速度和角速度作为输入,应用李雅普诺夫稳定性理论和Backstepping非线性控制算法,设计了无人驾驶车辆换道汇入后的路径跟踪控制器。仿真试验和实车试验结果表明：所设计的换道汇入路径是可行、安全的,控制器具有良好的跟踪效果,纵向和横向的距离误差在15 cm以内,方向偏差的相对误差在10%以内。研究结果为智能车路系统中的多车状态变迁与协同驾驶研究提供了参考,可服务于未来道路交通安全设计和评价。     

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。     

匝道合流交通场景下自动驾驶汽车安全性测试评价方法

矿用无人运输车辆作业环境恶劣,存在大曲率弯道、坡道等非结构化道路明显特征,对无人化运输控制要求高。为改善PID等传统控制算法适应性问题,提高无人驾驶轨迹跟踪的车辆横纵向控制精度,提出一种纯跟踪与PID结合的多点预瞄横向控制、考虑模糊控制表参数拟合的纵向控制方法,减少控制参数的同时提高算法效果。根据传统控制算法设计基础控制器,结合基础算法优势进行横向与纵向控制算法设计,通过硬件在环仿真和实车测试验证算法的性能。试验结果表明,横向控制算法与斯坦利算法相比,车辆路径跟踪精度有明显改善,纵向控制方面,速度跟随误差<1 km/h,保证了车辆驾驶时的平稳性与舒适性。     

跨线桥梁桥墩在车辆撞击作用下的结构性能研究

随着我国立体交通的快速发展,跨越既有高速的桥梁结构迅速增加.按传统结构设计方法设计的桥梁结构,一旦遭遇严重的车辆撞击事故,不仅会造成车辆损坏与人员伤亡,而且由于跨线桥多处于交通网络的重要节点,还会造成大面积的交通瘫痪,直接或间接地导致巨大的经济损失.因此,进行跨线桥梁在车辆撞击作用下的结构性能研究是十分必要的.现以杭绍...     

视线遮挡条件下面向弱势道路使用者的避撞策略研究

由于视线障碍物造成的“鬼探头”事故已经成为当前城市道路交通事故的主要类型之一。针对汽车碰撞视线遮挡条件下横穿的弱势道路使用者(VRU)的场景, 设计了1种基于碰撞时间比和安全制动距离的避撞策略, 建立车辆与VRU的交通状态数学模型, 分析“鬼探头”场景下的制动避撞临界距离。结合临界距离和车辆与VRU的碰撞时间比, 将可以避免碰撞的场景分为3种工况, 分别采用不同的制动减速度, 建立自动紧急制动避撞策略。通过Euro NCAP CPNC测试场景对该策略与传统TTC制动算法进行比较分析。结果表明, 在Euro NCAP CPNC测试场景中, 自车利用该避撞策略在理想情况下能够在更高的车速情况下完成避撞; 在不能避免碰撞的高速行驶工况中较传统TTC算法能够更加有效降低碰撞速度, 同时降低事故重伤风险和死亡风险, 提高车辆的安全性。      

基于整车在环仿真的自动驾驶汽车室内快速测试平台

整车在环仿真测试方法可以安全、高效地验证复杂环境和极端工况等场景下自动驾驶汽车性能的有效性,基于此研发一种基于整车在环仿真的自动驾驶汽车室内快速测试平台,该平台由前轴可旋转式转鼓试验台、试验台测控子系统、虚拟场景自动生成子系统、虚拟传感器模拟子系统、驾驶模拟器、自动驾驶汽车和测试结果自动分析评价子系统组成。通过在试验台滚筒上独立加载转矩模拟车辆行驶阻力,可动态模拟不同的路面附着系数,同时利用坡度、侧倾和转向随动机构可模拟车辆俯仰角、侧倾角和航向角3个自由度;采用虚拟现实技术柔性集成车辆动力学模型、传感器仿真、复杂道路交通环境及测试用例仿真,模拟多种道路交通场景,并通过传感器仿真及数据融合等技术快速测试自动驾驶汽车智能感知与行为决策等性能指标。将自动驾驶汽车、虚拟仿真场景和试验台耦合构建一个闭环系统,完成了多项关键技术研发,包括：多自由度高动态试验台结构设计、虚拟测试场景自动重构方法和传感器数据模拟及注入方法,可满足在各种场景下测试自动驾驶汽车整车性能的需求。此外,为验证快速测试平台的有效性,以U-turn轨迹跟踪控制为研究实例,基于简化的车辆运动学模型和模型预测控制算法,在平台上搭建U-turn场景并对自动驾驶汽车的轨迹跟踪控制算法性能进行大量测试。结果表明：自动驾驶汽车室内快速测试平台可以真实地模拟汽车在道路上的运行工况,自动驾驶汽车在虚拟场景中的轨迹跟踪效果良好,与参考轨迹的偏差小于8%,证明了该测试平台检测方法的有效性。     

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%。      

基于降低碳排放的道路交通运行策略研究

在我国目前的“双碳”政策背景下,以天津市为例,通过对天津市市内六区的交通出行现状指标进行梳理,提出道路交通污染物排放影响因素,进而从技术手段以及管理政策角度出发,针对不同影响因素,制定控制机动车总量、优化交通结构、提高交通运行效率、加强车辆排放监管等几个方面相应的政策以及采取技术手段,以缓解天津市目前CO、NOx、HC、PM等机动车污染物的排放压力,从而实现整个城市层面的交通运输领域节能减排目标。     

山区高速公路曲线超高与汽车行驶安全

山区高速公路的建设带动了我国山区经济的发展,加强了地区间的经济联系。但其运营的安全性也比较突出,山区公路事故率一直较高,重、特大事故多。通过对我国山区高速公路车辆运行情况的实际调查和分析,探讨了路面超高与汽车行驶安全性的关系,阐述了汽车在曲线上行驶的特性,分析了一般情况和超载情况下汽车轮胎受力的大小,计算了不同路面超高和不同超载情况下汽车内、外侧轮胎受力的不均衡度。计算结果表明,路面超高越大,越容易引起车辆(特别是超载车辆)轮胎受力不均匀,严重的时候引起车胎爆裂,甚至翻车,对车辆的行驶安全不利。最后,结合《公路路线设计规范》(JTG D 20-2006)和道路交通安全法,对改善山区公路车辆行驶安全性提出了几点建议。     

Connected cruise control: modelling,delay effects,and nonlinear behaviour

Connected vehicle systems (CVS) are considered in this paper where vehicles exchange information using wireless vehicle-to-vehicle (V2V) communication. The concept of connected cruise control (CCC) is established that allows control design at the level of individual vehicles while exploiting V2V connectivity. Due to its high level of modularity the proposed design can be applied to large heterogeneous traffic systems. The dynamics of a simple CVS is analysed in detail while taking into account nonlinearities in the vehicle dynamics as well as in the controller. Time delays that arise due to intermittencies and packet drops in the communication channels are also incorporated. The results are summarised using stability charts which allow one to select control gains to maintain stability and ensure disturbance attenuation when the delay is below a critical value.     

自动驾驶车辆混行集聚MAS控制模型

随着车路协同技术和自动驾驶技术的不断发展，越来越多的网联自动驾驶车辆（Connected and Autonomous Vehicle， CAV）涌入道路交通，与传统人工驾驶车辆（Human Pilot Vehicle， HPV）形成混合交通流（Mixed Traffic Stream， MTS）。为在提高MTS交通流量的同时保证交通安全，面向未来的混行交通环境，结合交通工程中人、车、路等要素，设计基于多智能体系统的CAV集聚控制模型（Agglomeration Control Model of Connected and Autonomous Vehicle Based on Multi-Agent System，ACMCAV-MAS）。该模型针对CAV的可控性和HPV的随机性，意在通过集聚控制，促使道路中分散行驶的CAV集聚成行驶条件更优的队列。具体以Agent的形式设计与集聚控制相关的底层车辆Agent（CAV-Agent和HPV-Agent两类）和上层管理Agent。同时，针对同质要素间的匹配和异质要素间的风险规避，区别于常规的无集聚（No Agglomeration，NOA）策略，提出车队级集聚（Platoon Level Agglomeration， PLA）和车道级集聚（Lane Level Agglomeration，LLA）2种策略及相关的CAV-Agent集聚控制算法。基于ACMCAV-MAS及元胞自动机模型，在不同交通流密度和不同CAV-Agent渗透率下进行仿真试验。结果表明：集聚策略能在60%的CAV-Agent渗透率下取得最佳效益，同时，在60 veh·km^-1密度条件下，车队级集聚策略平均能提升38.14%的交通流量，比车道级集聚的提升效果高9.73%，并能在40~50 veh·km^-1的密度范围和50%~70%的CAV-Agent渗透率条件下有效缓解交通拥堵；通过对中高密度交通流下的纵向风险分析，发现2种集聚策略在低CAV-Agent渗透率下的风险发生率无显著差异，且最大风险降低比例都能达到20%以上，然而，在实际交通情况下，集聚策略可能会在一定程度上导致横向碰撞风险的增加。在未来的工作中，将继续探究降低横向碰撞风险的方法，同时着力解决目前仿真框架中对于人工驾驶行为异质性建模不够完善的缺陷，不断优化ACMCAV-MAS，为未来MTS中自动驾驶策略的制定提供理论依据。