带时间窗的卡车编队路径优化

卡车编队是一种极具前景的新型运营组织模式,多辆采用半自动驾驶技术的卡车以较小的车头间距共同行驶,达到减少能源消耗与环境污染和保障交通安全的目的,该组织模式也被称为“公路列车”。从运营管理及调度技术的角度进行研究,利用商品网络流理论解决某一特定卡车在何时何地编入哪个卡车编队的问题,尽可能地促进卡车编队的形成,最大限度地节约能源。本文分析卡车编队形成过程中额外产生的集结等待时间,并量化计算由于卡车编队成组运行,空气阻力的下降进而产生的燃油节省。在限制卡车编队规模的条件下,构建考虑合理绕行的卡车编队路径优化模型,将每个运输任务是否通过路网中的弧段设置为决策变量,优化结果既能反映每个弧段上卡车编队的构成情况,又能体现每个运输任务具体的走行路径。采用商业软件求解构建的卡车编队路径优化模型,形成卡车编队19个,节省燃油费用达到14%以上。结果表明:该模型能得出理想的卡车编队路径优化方案,为卡车编队的推广应用提供理论参考。

智能网联环境下分流区卡车编队交通影响与控制策略

为缓解智能网联环境下分流区的大车屏障效应,构建了符合分流特性的变道模型,分析了卡车比例、直行车辆进入概率、分流车辆进入概率、车头时距与编队规模对大车屏障效应的影响.将变道控制策略和编队规模限制策略相结合,提出并评估了卡车编队控制策略(TPCS).结果表明,卡车比例、直行车辆进入概率与分流车辆进入概率的不同组合是大车屏障效应产生的宏观条件.在微观层面,5辆及以上卡车以不超过2 s的车头时距编队行驶是大车屏障效应产生的临界条件.相较于编队状态与非编队状态,TPCS可分别将出口匝道流量提高60%和43%.因此,满足大车屏障效应的产生条件时,交通管理者可实施TPCS缓解大车屏障效应.

基于模型预测控制的卡车编队控制方法与设计运行域评估

卡车编队因其在运输效率、交通安全、节约人力等方面的独特优势,正越来越得到全世界各国研究者的重视。基于模型预测控制理论,考虑重载车辆的铰接特性和侧偏特性,构建重载卡车编队纵向、横向控制器,可实现重载卡车L2级别横纵向自动编队控制。为验证模型有效性,基于Prescan&Trucksim联合仿真平台,引入速度、加速度、载荷、坡度、通信时延等参数,对控制器的控制效益进行敏感性分析。结果表明,卡车编队方法在各种驾驶场景下具有良好的控制精度和较强的抗干扰能力。在此基础上,提出“从外向内、逐级递减”的系统设计运行域评估方法,可更直观、更清晰地定义系统边界。

智能网联卡车编队领航车驾驶人驾驶能力需求综述

智能网联卡车编队在减少人力成本、节省燃料消耗、提高运输效率等方面具有较大优势,是未来货物运输发展的新趋势。领航车驾驶人作为在智能化和网联化背景下出现的新兴角色,对于保障智能网联卡车编队安全平稳运行至关重要。通过对大量文献、标准规范以及企业调研结果的系统梳理,综述了智能网联卡车编队领航车驾驶人驾驶能力需求研究现状。首先,介绍了卡车编队系统架构、自动化分级标准和驾驶模式等智能网联卡车编队概况。然后,归纳了卡车编队行驶场景的组成要素种类,总结了超出车辆设计运行范围的边界场景,以此为基础分析了各边界场景下领航车驾驶人的能力需求。其次,论述了卡车编队不同功能对应领航车驾驶人的作用和职责。最后,以传统卡车驾驶人和自动驾驶卡车安全员的基本驾驶能力需求为基准,结合边界场景和编队功能对应的特殊驾驶能力需求,汇总获得卡车编队领航车驾驶人在理论知识、实操技能和生心理状态方面的需求,并对比分析了不同驾驶阶段下驾驶人能力需求差异。综述结果有助于更加科学合理地开展智能网联卡车编队领航车驾驶人的遴选、培训和考核。

基于ITC的自动驾驶卡车编队跟驰安全性评价

为了在卡车编队技术大规模应用时控制编队跟驰冲突风险和减少追尾事故的发生,在传统的交通冲突评价方法上进行了改进,对自动驾驶卡车编队的跟驰安全性进行了分析和评价。考虑路面阻力和协同控制,对智能驾驶人模型(intelligent driver model,IDM)进行了改进,建立了考虑路面阻力的跟驰模型(IDM+)、融合协同控制策略(cooperative adaptive cruise control,CACC)跟驰模型2种适用于自动驾驶卡车的编队跟驰模型。然后以跟驰模型作为编队控制的基础,不考虑车辆控制的个体差异,通过MATLAB数值模拟试验,得到编队跟驰状态时变曲线,分析编队跟驰模型特征和稳定性。分别以距离碰撞时间(time-to-collision,TTC)和距离碰撞时间倒数(the inverse time-to-collision,ITC)2种碰撞时间函数作为评价指标,得到安全指标时变曲线,并比较2种指标的优缺点。基于数值模拟试验结果和ITC安全性判别准则对卡车编队跟驰安全进行了定性分析,以IDM+和CACC跟驰模型下的3辆卡车组成的编队为例进行了仿真试验。试验结果表明:CACC协同控制策略能提高卡车编队跟驰过程的稳定性,降低追尾风险;随着卡车编队中前后车的速度差增加,车辆追尾的风险呈现不断增大的趋势;ITC与前后车速度差成近似线性关系。该研究结果可用于卡车编队投入运营前以及运营过程中,对编队跟驰安全性进行评价和风险预警,防范追尾事故的发生。