人机混驾环境下无信号交叉口自动驾驶汽车左转运动规划研究

为了使自动驾驶汽车在人机混驾环境下能安全、高效地左转通过无信号交叉口,在借鉴人类驾驶人左转时会对周围车辆驾驶意图进行提前预判的基础上,提出了一种基于周围车辆驾驶意图预测的自动驾驶汽车左转运动规划模型。首先将无信号交叉口处周围车辆的驾驶意图分为左转、右转、直行3种类型,利用相关向量机预测周围车辆驾驶意图,以概率形式输出意图预测结果并实时更新,进一步界定自动驾驶汽车与周围车辆的潜在冲突区域并判断是否存在时空冲突;接着,在充分考虑他车速度、航向及车辆到达冲突区域边界距离的基础上建立基于部分可观测马尔可夫决策过程的自动驾驶汽车左转运动规划模型,生成一系列期望加速度;最后,基于Prescan-Simulink联合仿真平台搭建无信号交叉口仿真场景,对所提左转运动规划方法进行仿真验证,将基于博弈论的运动规划方法、基于人工势场理论的运动规划方法与所提出的方法进行比较,并选取行进比例达到1所用的时间和碰撞次数作为评价指标。研究结果表明：基于相关向量机的驾驶意图预测方法可在自动驾驶汽车到达交叉口之前准确预测出他车驾驶意图;基于部分可观测马尔可夫决策过程的左转运动规划方法能够通过速度调整策略实现人机混驾环境下自动驾驶汽车与周围车辆在无信号交叉口处的交互;不同算法对比效果表明,所提左转运动规划方法在自动驾驶汽车与不同数量周围车辆交互的仿真场景下均可有效避免碰撞事故发生并提高自动驾驶汽车左转通过无信号交叉口的效率。     

蝴蝶领结型交叉口交通组织与几何参数计算

为消除平面交叉口左转交通对交叉口的瓶颈作用，采用蝴蝶领结型交叉口交通组织方式，禁止交叉口车辆左转，将左转车流引至次要道路的环岛处进行掉头，将左转车流变成直行车流，并根据车速、道路和交通条件推导了掉头环岛与交叉口的距离、半径和车道宽度的计算模型。经过蝴蝶领结型交叉口交通组织以后，使交叉口的车辆禁止向左行驶，促使冲突点减少且信号控制只需两个相位，能够将交叉口信号灯的利用率提升，对交叉口运行效率具有显著提升效果。     

Estimation of left-turning vehicle maneuvers for the assessment of pedestrian safety at intersections

Improving pedestrian safety at intersections remains a critical issue. Although several types of safety countermeasures, such as reforming intersection layouts, have been implemented, methods have not yet been established to quantitatively evaluate the effects of these countermeasures before installation. One of the main issues in pedestrian safety is conflicts with turning vehicles. This study aims to develop an integrated model to represent the variations in the maneuvers of left-turners (left-hand traffic) at signalized intersections that dynamically considers the vehicle reaction to intersection geometry and crossing pedestrians. The proposed method consists of four empirically developed stochastic sub-models, including a path model, free-flow speed profile model, lag/gap acceptance model, and stopping/clearing speed profile model. Since safety assessment is the main objective driving the development of the proposed model, this study uses post-encroachment time (PET) and vehicle speed at the crosswalk as validation parameters. Preliminary validation results obtained by Monte Carlo simulation show that the proposed integrated model can realistically represent the variations in vehicle maneuvers as well as the distribution of PET and vehicle speeds at the crosswalk.     

基于轨迹数据的交叉口相位切换期间危险驾驶行为实证分析

基于交叉口相位切换期间的车辆轨迹数据,分别根据单车和跟车行驶状态,识别和分析了相位切换期间可能发生的危险驾驶行为。通过视频拍摄和图像处理的方式,提取了曹安公路沿线3个交叉口共312条单车状态和四平路-大连路交叉口共449条跟车状态的高精度车辆轨迹数据。针对交叉口相位切换期间的危险驾驶行为特征,利用速度、加减速度、减速度变化率、潜在碰撞时间（TTC）等指标,研究在此期间车辆发生危险驾驶行为的特点和类型。对于单车状态下行驶的车辆,按停止、通过分类,依据减速度、减速度变化率、减速度变化率的峰值差等指标将停止车辆的危险驾驶行为分为紧急减速型、增强减速型和持续急减型,依据过停车线时间、速度、加速度等指标将通过车辆分为闯红灯型、超速过线型、激进加速型和持续高速型。对于在跟车状态下行驶的车辆,按前、后车不同的停止、通过决策组合分类,依据连续5个时间间隔（0.12 s）的TTC分析前、后车的危险驾驶行为及发生追尾事故的危险程度。针对识别出的危险驾驶行为类型,讨论车辆的关键行为参数与危险驾驶行为之间的内在关联。研究结果表明：单车状态下有17%的车辆存在危险驾驶行为,其中53%为紧急减速行为;跟车状态下有19%的跟车行为是危险的,其中停止车辆的比例是通过车辆的2倍以上。研究成果可进一步应用于驾驶行为模型的参数标定、基于车辆轨迹的交叉口安全评价以及预防危险驾驶行为的主动安全控制策略等。     

Optimal motion control for collision avoidance at Left Turn Across Path/Opposite Direction intersection scenarios using electric propulsion

Collision avoidance at intersections involving a host vehicle turning left across the path of an oncoming vehicle (Left Turn Across Path/Opposite Direction) have been studied in the past, but mostly using simplified interventions and rarely considering the possibility of crossing the intersection ahead of a bullet vehicle. Such a scenario where the driver preference is to avoid a collision by crossing the intersection ahead of a bullet vehicle is considered in this work. The optimal vehicle motion for collision avoidance in this scenario is determined analytically using a particle model within an optimal control framework. The optimal manoeuvres are then verified through numerical optimisations using a two-track vehicle model, where it was seen that the wheel forces followed the analytical global force angle result independently of the other wheels. A Modified Hamiltonian Algorithm controller for collision avoidance that uses the analytical optimal control solution is then implemented and tested in CarMaker simulations using a validated Volvo XC90 vehicle model. Simulation results showed that collision risk can be significantly reduced in this scenario using the proposed controller, and that more benefit can be expected in scenarios that require larger speed changes.     

Risk assessment based on driving behavior for preventing collisions with pedestrians when making across-traffic turns at intersections

Traffic accident statistics in Japan show the necessity of preventing vehicle-on-pedestrian accidents. If the risk of a vehicle colliding with pedestrians could be evaluated in advance, driver-assistance systems would be able to support drivers to avoid potential collisions. Here, features of driving behavior and methods for assessing the risk of collision were investigated for a right turn at an intersection in left-hand traffic, which is a typical vehicle-on-pedestrian accident scenario. The results showed that pedestrian-collision risk can be evaluated from how the driver slows the vehicle and where the driver looks while turning during the maneuver. Moreover, pedestrian-collision risk could be predicted based on driving behavior upon commencement of steering when making an across-traffic turn.     

网联自动驾驶车辆通过信号交叉口的速度轨迹优化

以网联自动驾驶汽车(Connected Autonomous Vehicle,CAV)为研究对象,研究了CAV车队通过城市信号交叉口的速度轨迹优化控制策略.基于最优控制理论,采用CAV的自动驾驶模型描述车间相互作用,以所有CAV车辆在行驶过程中的总油耗为优化目标,根据信号灯的配时信息建立模型约束,通过优化CAV头车的速...     

自动驾驶环境下面向交叉口自由转向车道的交通控制模型

在未来自动驾驶环境下，自动驾驶车辆之间能相互配合、相互穿插地通过交叉口，而无需信号灯控制。因此，有必要研究新一代的能保障自动驾驶车辆安全高效通行的交叉口控制模型。已有控制模型可分为基于交叉口空间离散的控制模型和基于交叉口冲突点分析的控制模型，目前主要存在控制方式和模型非线性等方面的不足。建立了基于混合整数线性规划（MILP）的自动驾驶交叉口控制（Autonomous Intersection Control，AIC）模型，设计交叉口自由转向车道，允许交叉口所有进口道都能"左直右"通行，将交叉口空间离散为等距网格并建立网格坐标方程，考虑车辆在交叉口内部的行驶轨迹，建立车辆轨迹的上边界和下边界方程，确定行驶轨迹压过的交叉口网格，并建立网格被车辆路径占用的时间方程，使用同一网格同一时间只能被一台车辆占用的冲突点约束保障交叉口安全通行。模型以所有车辆通过交叉口的总延误最低为目标函数，通过将约束条件线性化处理，使用AMPL （A Mathematical Programming Language）并调用Gurobi数学规划优化器对模型进行求解。最后对模型效益进行了案例分析。结果表明：所提模型能有效处理自由转向车道的交通流到达模式，对比已有模型经常采用的先到先服务控制策略，该模型能整体优化车辆通行方案，降低车均延误50.51%，降低最大车辆延误29.12%，同时交叉口空间利用率提高了66.17%。     

雨夜驾驶人对黑色障碍物视认距离变化规律研究

为预防和减少雨夜道路交通事故,定量研究降雨强度对驾驶人视认距离变化规律,以确定行车速度、停车视距及限速选择,进行实际道路试验研究。试验共选择被试38人,在不同降雨量的雨夜,选用黑色障碍物,在不同车速条件下,进行驾驶人空间距离判识实际道路试验。试验共进行71组,最终依据速度和降雨强度,聚类为25组不同条件下全样本试验。统计全部结果,分析数据分布特征。利用曲面回归分析方法,建立视认距离随降雨量和行车速度变化规律函数模型。模型相关系数为0.9832,模型有效度系数为0.94,可有效表示视认距离与瞬时降雨强度和行驶速度之间的关系。研究表明,随着单位时间内降雨量增加,视认距离缩短;随着行驶速度增加,视认距离减小;当两因素耦合作用于驾驶人时,会因为视认距离减小导致允许反应时间缩短。      

混凝土搅拌运输车行驶稳定性分析

针对混凝土搅拌运输车在行驶过程中,由混凝土偏心力矩引起整车重心位置变化,从而对车辆的行驶稳定性、车辆两侧轮胎所受载荷及拐弯行驶侧翻临界速度造成的影响进行分析,得到车辆在各种行驶状况下左右轮的承载百分比、车辆在拐弯状况下的侧翻临界速度和安全车速。结果表明：在行驶过程中,右旋搅拌车左右轮胎负荷较均匀;在拐弯半径一定的条件下,左旋车左拐弯最易翻车,右旋车右拐弯次之,拐弯时应在安全车速范围内行驶。     

基于交通流理论的山岭隧道接近段停车视距修正计算

速度是停车视距中最重要的计算参数,而现有停车视距模型的修正计算中较少考虑山岭隧道交通环境对车辆行驶速度的影响.为研究山岭隧道接近段速度流量特性,选取重庆具有代表性的4条山岭隧道开展交通观测现场实验.利用山岭隧道接近段车速和车流量数据,分析车流量和速度的时空特性分布规律与统计学关系,建立山岭隧道接近段车速和流量关系模型的...     

基于车路协同环境的信号交叉口车速引导方法

针对现有的车速引导模型存在未综合考虑车辆跟驰行为、引导场景划分较粗略等问题,研究了4种基于车路协同环境下实时优化各车的车速引导模型.对车辆进行所属车辆列队划分,考虑车速引导影响对FVD跟驰模型进行改进.以车辆列队为引导单元,将车辆可能面临的交通状况细分为8种引导场景,以引导车辆不停车或少停车通过交叉口为目标,直接优化车...     

左转圆曲线处避险车道流出角与引道设置

为了给设置于左转圆曲线处的避险车道流出角与引道长度设置提供参考,针对山区高速公路广泛采用的9.0 m宽制动床避险车道,考虑左转圆曲线半径和驶入速度的影响,进行了不同流出角度与引道长度的驾驶仿真试验研究。采用UC-win Road 9.0驾驶仿真平台,获取了不同场景下16名男性B照驾驶人由主线驶入紧急避险车道过程中的车辆运行特征数据。采用拟合回归的方法,分析了圆曲线半径和驶入速度对方向调整时间、最小转向半径、方向盘转角幅值、方向盘转角频率的影响,建立了各指标与圆曲线半径的定量回归关系模型,并对比了主线为直线时的试验结果。采用二阶聚类的方法对不同圆曲线半径条件下的引道与流出角度的设置水平进行分类,获取了适宜设置避险车道的初步条件。根据车辆的行驶稳定性,确定了左转圆曲线处避险车道流出角与引道的设计标准。研究结果表明：左转圆曲线处避险车道的流出角受圆曲线半径的影响,引道长度受圆曲线半径与驶入速度的影响;主线半径1 000 m及以上,流出角0°~5°,引道为6 s设计行程,流出角5°~10°,引道为9 s设计行程;条件困难时,紧急避险车道可设置于半径600~1 000 m的曲线处,流出角0°~5°,引道为9 s设计行程,流出角5°~15°,引道为12 s设计行程。     

信号交叉口基于出发时刻预测的生态驾驶方法

在城市道路交通中,信号交叉口区域内车辆频繁停车启动的现象,加剧了整体交通流的能源消耗、污染排放与车辆延误。为了减少信号交叉口启停波现象对整体交通流产生的负面影响,以面向未来人工驾驶车辆(HDV)/智能网联车辆(CAV)混合构成的新型混合交通环境为基础,提出了一种基于出发时刻预测的生态驾驶方法,通过优化CAV的驾驶轨迹,减少交叉口区域的车辆延误和能源消耗。首先,对混合交通流的基本图模型进行了分析,根据启停波影响范围,划分CAV通过交叉口的驾驶场景;然后,建立了子区渗透率对饱和车头时距的影响关系,预测了CAV以当前饱和车头时距通过交叉口的时间;最后,结合车辆与交叉口的距离,利用分段三角函数模型,生成其通过交叉口的速度限制曲线,并将优化速度嵌入到智能车辆的跟驰模型中作为限制速度,从而使CAV在无法通过当前绿灯窗口的条件下,实现提前减速,在通过交叉口区域后解除速度限制,切换回自身的跟驰模型。此外,还提出了平均综合效能这一指标来综合评价驾驶策略在效率和能耗2个方面的性能,并将提出的基于出发时刻预测的生态驾驶方法与传统网联车辆控制方法、经典交叉口节能控制方法进行了对比。研究结果表明:提出的出发时刻预测方法可以精确预测CAV在交叉口的出发时刻,有效减少车辆的能源消耗与污染排放,同时提高信号交叉口的通行效率;在渗透率大于60%情况下,该方法对系统效能的提高达到12%左右,在10%渗透率条件下也可以达到6%的效能增益;在交通饱和流率在0.5~0.9的范围内时,系统的效能增益较明显。     

变带速干线协调控制模型研究

建立了以绿波带宽度为目标函数、以时差为决策变量的变带速干线协调控制的数学模型。模型中以各交叉口可以为绿波带提供的绿时最大为分解目标,以各交叉口间上下行实测自由行驶时间代替以平均车速计算的交叉口间行驶时间,大大地提高了绿波控制的效率。     

温州汤家桥路—机场大道交叉口交通组织方案

汤家桥路—机场大道交叉口为主干路相交形成的五叉路口,通过利用左转二次控制方法,降低交叉口混乱程度,极大地提高了环行交叉口的通行能力。     

A hybrid dead reckoning error correction scheme based on extended Kalman filter and map matching for vehicle self-localization

In this research, a hybrid dead reckoning error correction scheme is developed based on extended Kalman filter (EKF) and map matching (MM) to improve the positioning accuracy for vehicle self-localization. The developed method aims at obtaining accurate positions when the GPS signals are occasionally unavailable or weakened. First, the heading data collected from an odometer and an optical fiber gyroscope are integrated by an EKF to reduce the random errors in dead reckoning. Then a modified topological MM algorithm is developed to reduce the systematic errors in dead reckoning. In this work, both cross-track errors and along-track errors are considered to improve positioning accuracy of MM. The errors are finally corrected using the results achieved from both the dead reckoning and the MM when the driving distance of a vehicle exceeds a predefined length or the vehicle turns in an intersection. Experiments have been conducted to evaluate the developed method and the results show that the maximum error and average error of dead reckoning can be respectively reduced to 15.4?m and 5.2?m during the experiment with total distance of 43?km. This positioning accuracy is even better than the accuracy of the low-cost GPSs which are usually at the order of 15–20?m (95%). The developed method is effective to achieve the positions of the vehicle when the GPS signals are occasionally unavailable or weakened.     

信号交叉口右转机动车与行人和非机动车冲突研究

研究的主要内容为:未设置右转专用相位的信号灯控制道路交叉口右转机动车流与行人和非机动车的冲突行为,包括冲突数据的采集和提取、右转车流受到干扰前后速度与过街时间对比分析以及机非冲突速度-距离模型。以现实交通数据为基础,通过软件提取右转机动车与行人和非机动车冲突数据,建立标准统一的冲突数据库,以此为基础对比分析右转车流正常行驶状态和受到干扰情况下通过道路交叉口时的车速和过街时间,并建立右转车辆距离机非冲突点不同位置时所对应不同速度的统计模型。研究结果对右转专用相位设立标准的建立和相应信号配时方案的设计具有一定的工程指导意义。     

液罐汽车横向稳定性的研究

对液罐车非满载工况下在水平道路上转弯行驶以及在侧坡道路上直线行驶和转弯行驶时的液体质心坐标和横向稳定性进行了分析研究。在水平道路上转弯行驶时，质心的转移及侧倾程度主要与转弯半径，车速等有关；在侧坡道路上直线行驶时，质心的转移及侧倾程度主要与坡道的角度有关，在侧坡上转弯行驶时，质心的转移及侧倾程度除与侧坡角度有关外，还与转弯半径和车速等有关。为了减少液体质心的转移对汽车横向稳定性的影响，可在罐内增加纵向隔板，来抑制液体质心的转移。     

Modeling and ratio control of an electromechanical continuously variable transmission

A new type of electromechanical continuously variable transmission (EMCVT) was investigated. The EMCVT uses a direct current (DC) motor to push the driving pulley, which in turn changes the transmission ratio without a hydraulic system. This paper introduces the principle of the EMCVT and establishes a dynamic ratio control model. Ratio control strategies using both position and speed closed-loop control are proposed. Simulation results show that the simulation ratio curves of the EMCVT follow pre-designed ratios well for ramp and sine curves. Control software is based on MATLAB/Simulink/Stateflow and MotoHawk platforms. A prototype vehicle equipped with an EMCVT has been developed. Vehicle test results show that the control performance of the EMCVT satisfies the requirements of vehicle operation. The effectiveness of the EMCVT ratio control strategy proposed in this paper is validated with test data for the prototype vehicle.