一种管理无信号交叉口网联自动驾驶车辆的多轨迹构建启发式方法

《IEEE Open Journal of Intelligent Transportation Systems》：A Multi-Trajectory Construction Heuristic to Manage CAVs in Signal-Free Intersections

　　摘要：本研究提出了一种实时方法，用于高效优化网联自动驾驶车辆（CAV）在通过无信号交叉口时的轨迹。设计了一种启发式算法来创建 CAV 轨迹，以避免追尾和交叉冲突。所提出的启发式算法为每辆 CAV 构建多条轨迹，并选择目标值最佳的轨迹。此外，提出了一种车队编队逻辑，在需要时同时操作一组 CAV，以进一步减少交叉口延误。采用滚动时域框架来捕捉系统的动态特性并进一步降低其复杂度。案例研究结果表明，所提出的框架能够成功处理高达每小时每车道 1800 辆车的通行需求，通过一个孤立路口的计算时间最多为 49 毫秒，这比实时要求快得多。这证明了该框架作为网络级信号和轨迹优化算法子程序的能力。此外，所提出的框架与一个基准进行了测试，该基准直接使用商业求解器求解完全相同的优化模型，结果显示计算时间显著减少，而最优性差距仅为 4.61%，平均速度差异仅为 0.39%。对每辆 CAV 生成的最大轨迹数量进行的敏感性分析表明，增加此限制可增强车辆行驶的安全性、平稳性和总体效率。此外，启用车队编队逻辑显著有助于更平稳和高效的交通流。值得注意的是，与独立管理单个 CAV 相比，每次协调两辆 CAV 可将平均延误减少 2.61 倍。