无人驾驶汽车减速通过交叉口最佳油耗方法研究

王媛 高祥 易鑫

摘 要：针对无人驾驶汽车油耗控制问题，研究了无人驾驶汽车如何以最佳油耗减速通过交叉口的方法。当单个车辆需要减速通过交叉口时，通过在车联网环境下车辆获得的信号灯相位信息和配时信息，结合车辆油耗的特点，寻找车辆的最佳行驶轨迹。

关键词：无人驾驶；交叉口；油耗

中图分类号：U461.99 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2018）12-44-02

Abstract： For the control of fuel consumption of driverless vehicle， the method of best fuel consumptionpassing through the intersection under slowing downof the driverless vehicle is studied. When a single vehicle needs to decelerate through the intersection， the signal light phase information and timing information obtained in the vehicle network environment.The characteristics of vehicle fuel consumption are combined to get the best driving track of the vehicle.

Keywords： driverless vehicle； intersections； fuel consumption

CLC NO.： U461.99 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2018）12-44-02

引言

隨着经济的发展，中国的能源消费增长迅速。自2010年以来，中国已经成为世界上最大的能源消费国。而其中汽车能耗是能源消耗的主要方面，减少汽车能耗是当前可持续发展要解决的重要问题。另一方面，世界环境污染问题严重，汽车污染是环境污染的主要途径，防治汽车污染，降低汽车在交叉口的能耗，对我国的能源消耗和环境污染等问题有重要意义[1，2]。

本文基于汽车自动驾驶技术提出一种交叉口减速通行算法，研究了车辆在自主行驶过程中如何以最佳油耗减速通过交叉口[3，4]。当车辆接近交叉口时，可以获得交叉口信号灯的配时和相位信息，结合车辆的油耗特点，从而规划车辆的行驶速度轨迹，寻找最优油耗速度轨迹，达到减少燃油消耗的目的。

1 交叉口通行辅助算法

1.1 车辆运动模型

当车辆接近交叉口接收到信号灯信息时，信号灯为红灯，如果车辆以当前的速度行驶到达交叉口，信号灯仍为红灯，或当车辆接收到信号灯信息时信号灯为绿灯，通过加速，车辆在剩余的绿灯时间内不能通过交叉口，但是车辆通过减速，可以在下一个绿灯内通过交叉口。将车辆的行驶速度轨迹简化为匀减速行驶和匀速行驶两种状态。车辆的速度轨迹为先做减速运动，然后做匀速运动，如图1所示：

通过输入不同加速度值，便可以得到相应场景下的所有行驶速度曲线，计算各速度轨迹曲线的总油耗，从而找到最佳油耗行驶速度轨迹曲线。

2 仿真实验

在Matlab中进行算法的仿真实验，优化目标是车辆行驶过程中的油耗，采用枚举法分别将时间和加速度离散化，通过对比可得到这个时间范围内的最佳油耗速度轨迹。

假设一辆普通轿车在一条平坦的标准公路上行驶。当车辆行驶到距离交叉口300m时，接收到交叉口信号灯的信息，此时信号灯为红灯并且将在12秒后变为绿灯，车速为32 m/s。如果车辆继续以目前的速度行驶，车辆必须在停车等待绿灯，因此车辆必须减速通过交叉口。车辆的通行时间域为整个绿灯相位时段，通行时间为12～27s，间隔为3s，然后将车辆减速行驶的加速度离散化。通过Matlab仿真过程，可以分别得到各个通行时间下的最佳油耗速度轨迹，如表1所示：

表（1）中的各个速度轨迹均为车辆行驶所能达到的最低加速度的行驶轨迹，通行时刻为12s、15s和18s时车辆没有匀速运动状态，此时存在一个加速度使车辆保持匀减速运动的同时刚好在对应的时刻到达交叉口。

从仿真实验结果可以看出：随着通行时间的增加，对应时刻的最佳燃油速度轨迹的耗油量也不断的增加，并且通行时间越长，增加的越快。

通过上述仿真可以发现，车辆减速通过交叉口时的最佳燃油速度轨迹，是车辆可以达到的最小加速度减速通过交叉口的速度轨迹，同时也是最佳效率轨迹。

3 结语

本文主要研究无人驾驶车辆减速行驶在下一个绿灯时间段内通过交叉口的最佳油耗轨迹。通过仿真软件结合Matlab进行数据的处理和分析，构建了无人驾驶汽车在假定道路条件下减速通行方法的油耗模型。研究结果表明，此场景下适当降低加速度可以提高燃油经济性，对于后续智能交通的研究有指导意义。

参考文献

[1] 刘小明，段海林.平面交叉口交通安全评价方法[J].人类功效学， 1997，（1）：49-53.

[2] 谢伯元，李克强，王建强，等.“三网融合”的车联网概念及其在汽车工业中的应用[J].汽车安全与节能学报，2013（4）：348-355.

[3] 卫研研.车联网的概念和发展[J].中国科技术语，2014，16（5）： 14-14.

[4] 高祥，张岩，李传东，王燕涛.基于车路通讯的交叉口辅助通行算法. 现代工业经济与信息化，2016.04.