交叉口环境下的智能网联汽车危险状态研究
时间：2021-04-12 08:01:52 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：道路交叉口的交通安全问题是世界各国面临的共同难题。车联网和智能网联驾驶汽车技术的飞速发展为解决交通安全问题提供了新的机会。本文旨在通过分析车联网环境下车辆简化模型和事故冲突类型，以碰撞时间（Time to Collision）为评价指标，建立时空冲突结合的智能网联汽车危险状态表示方法，通过设置修正系数改正模型，并且利用仿真模型对修正前后的结果进行对比，结果表明修正后的模型对车辆危险状态的表示更加符合实际情况。
关键词：智能网联；交叉口；时空冲突；危险状态
中图分类号：U491.23 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）07-0020-04
Abstract：Intersection traffic safety issues are common problems in the world. The sharping development of Internet of Vehicle and Intelligent Connected Vehicle provided a brand-new technology to solve traffic safety problems. A viable model was proposed to depict the risk status of vehicles at the intersections. Simplified model was analyzed and accident condition categories of connected vehicles with wireless networks to build the system of evaluating indicator with Time to Collision. Moreover， a method was proposed to describe the temporal-spatial conflict by setting the correction parameter. What"s more， comparing the simulation models on amendment before and after which shows the amendment one is more correspond to the reality dangerous state of vehicles at the intersection.
Key words：Intelligent and Connected； Intersection； Temporal-spatial conflict； Risk status
1 研究背景
道路交叉口的交通安全問题是世界各国面临的共同难题。针对交叉口安全问题的研究主要集中于人、车、路、环境等交通影响因素及其与交通事故的关系分析方面，并以此为依据改善道路设计、加强交通管控措施等，或者在车辆上安装主被动型安全装置来提高行车安全，但这些传统的道路设计、交通控制和管理技术只能在一定程度上减少交通流的冲突数或降低冲突的严重程度，并不能有效的防止交通事故的发生，无法达到交叉口安全效益最优，更难以从本质上解决交通问题。尤其是对于无信号灯控制的交叉口，虽然国家有一部分针对无信号灯控制交叉口的让行通过的法律法规，但在复杂的交通环境下，无信号灯控制的交叉口仍呈现无序状态，其安全水平低于有信号灯控制交叉口。
车联网和智能网联驾驶汽车的发展为解决交通安全问题提供了新的机会。车联网能够实现车路协同系统，通过采集车辆的信息，经过服务器整理分析，为车辆提供安全可靠的服务。对于提高行车安全、缓解交通拥堵以及未来的节能减排都具有重大的意义。随着无线技术的发展，网络通信能力的增强大幅度的提升了整个系统的实时性。也使得安全预警成为可能。本文在分析道路交叉口冲突的基础上，以车辆与冲突区域之间的碰撞时间作为依据，提出一种时空冲突结合的车辆危险状态表示方法。
2 研究方法
2.1 车辆简化模型分析
对于车辆在道路交叉口发生冲突的分析中，通常将车辆视为质点、矩形及圆形或椭圆形。在文献[1]中，作者提出一套车辆协同碰撞预警系统，将车辆看作质点，利用车辆的位置、速度、航向等信息计算车辆在未来可能发生冲突的位置。在文献[2]中，作者将车辆看作质点，利用最接近点法（Closest Point of Approach），计算两辆车在通过交叉口时的最小相对距离，以此作为判断车辆安全的依据。
在文献[3]中，将车辆看作以车辆对角线为直径的圆模型，计算车辆之间的距离，分析车辆的碰撞时间，提出冲突消解算法。
在实际交通运行环境中，如果只计算质点之间的距离，在冲突检测方面会造成较大的误差。CPA最接近点方法通常在航海中使用，用于船舶对周边船舶位置及速度的获取，并且通过该方法确定船舶行驶是否存在危险。由于船舶的尺寸对于海洋航行来说可以忽略不计。另外，航海时没有像陆地一样的典型十字交叉口，所以需要方位角及航向确定位置，以及速度向量判断危险。将车辆看作圆形一是因为质点计算存在误差，二是因为将车辆看作矩形计算复杂，三是因为车辆在行驶过程中存在一定的安全区域。因此，本文中将车辆看作矩形进行计算。首先与质点方法相比，将车辆看作矩形计算更加准确，也能够更加清楚的描述车辆之间的相对位置关系。另外，与圆形方法相比，主要是从预警的角度考虑，对于预警的依据分析需要更加准确的车辆相对位置的描述，而且如果预警的效果使车辆能够在临界位置停下，即是避免了现实运行环境中的交通事故。
2.2 碰撞时间（Time to Collision TTC）
对于一维交通，也就是车辆在同方向上行驶的交通环境，车辆之间的关系可以通过相对距离和相对速度进行表示；而对于二维交通，也就是在道路交叉口处，车辆之间还存在行驶方向，转向等因素影响，造成的冲突以及事故种类也较多，因此，需要提出更符合实际的碰撞时间计算方法，更合理的表示危险程度。以典型的双向两车道道路交叉口为例进行说明。假设双向四车道交叉口，不同方向上两辆直行的车辆通过交叉口。如图1所示。
