本書匯總了作者及團隊在車路協同體系下智能網聯汽車領域研究的相關科研成果，探討了交通運行狀態的感知與評價、實時路徑決策方法和速度引導方法，研究了智能網聯汽車動力學模型、編隊控制模型及編隊切換控制技術、時空軌跡優化方法、主動安全控制技術、數據交互系統，以及智能網聯汽車編隊控制模型及硬件在環仿真技術等。本書匯總的這些前沿關鍵技術可以為優化城市干線車流行駛狀態、緩解城市干線擁堵、提高道路通行能力提供新的技術手段和解決方案。
本書適合從事車路協同技術應用和智能交通研究的研究人員閱讀參考，也可以作為智能交通、自動控制專業師生的參考用書。
第2版序
第2版前言
第1版序
第1版前言
第1章 智能網聯汽車相關技術發展過程 1
1.1 車路協同技術 2
1.2 智能網聯汽車技術 6
1.3 車輛編隊技術 9
參考文獻 13
第2章 面向智能網聯汽車的車路協同系統 15
2.1 車路協同技術特征分析 15
2.2 面向智能網聯汽車的車路協同系統設計 16
2.2.1 系統設計目的 16
2.2.2 車路信息交互場景 17
2.2.3 車路數據實時交互方法 18
2.3 車路數據交互軟件系統 18
2.3.1 車路數據交互軟件系統總體目標 18
2.3.2 車路數據交互軟件系統方案論證 19
2.3.3 車載終端軟件系統實現 21
2.3.4 路側終端軟件系統實現 22
參考文獻 23
第3章 基于車路信息融合的交通狀態感知與預測技術 24
3.1 交通狀態感知與預測的現狀分析 25
3.2 基于V2X通信的多源車路信息融合系統 26
3.2.1 交通感知層 28
3.2.2 網絡傳輸層 29
3.2.3 數據處理層 30
3.2.4 信息服務層 33
3.3 基于V2X通信的交通狀態感知場景 35
3.3.1 基于V2X通信的城市單交叉口場景 35
3.3.2 城市單交叉口圖模型 36
3.4 V2X通信環境下的交通狀態預測模型 37
3.4.1 基于圖嵌入提取道路空間特征 38
3.4.2 基于神經網絡捕獲時間特征 39
3.5 實驗測試與分析 40
3.5.1 基于多源車路信息融合的智能邊緣計算平臺 40
3.5.2 模型參數設置 41
3.5.3 測試結果分析 41
3.5.4 對比實驗結果分析 43
3.5.5 實驗結果總結 44
參考文獻 45
第4章 基于車路信息融合的交通運行狀態評價方法 47
4.1 車路信息融合技術分析 47
4.2 基于信息融合的交通運行狀態模糊評價方法研究 47
4.2.1 目前常用的交通評價方法 47
4.2.2 多級模糊綜合方法結構設計 48
4.2.3 一級模糊評價空間 49
4.2.4 基于樣本數據的層次分析法 53
4.2.5 二級模糊評價空間 56
4.3 交通狀態評價方法實驗驗證 57
4.3.1 實驗設計 57
4.3.2 實驗流程 57
4.3.3 實驗結果與分析 59
參考文獻 61
第5章 智能網聯汽車實時路徑決策方法 63
5.1 路徑規劃算法分析 63
5.2 智能網聯汽車實時路徑規劃系統設計 65
5.2.1 車路協同場景描述及路徑規劃系統設計目的 65
5.2.2 智能網聯汽車路徑規劃策略 65
5.3 基于車路協同的路徑規劃優化方法研究 67
5.3.1 車路信息交互過程 67
5.3.2 路阻計算方法 68
5.3.3 路徑選擇策略 71
5.4 優化方法實驗驗證 72
5.4.1 實驗設計 72
5.4.2 實驗結果與分析 74
參考文獻 77
第6章 智能網聯汽車速度引導方法 78
6.1 基于車路協同的交通控制系統概述 78
6.2 車路協同環境下車速引導方法 80
6.2.1 車路協同環境下的單車車速引導模型 81
6.2.2 車路協同環境下多車車速引導模型 84
6.2.3 面向智能網聯汽車的干線信號優化模型 86
6.3 基于VISSIM/MATALB的車速引導仿真驗證 88
6.3.1 交通仿真驗證場景 88
6.3.2 仿真數據分析 91
參考文獻 93
第7章 面向城市道路的智能網聯汽車時空軌跡優化方法 94
7.1 時空軌跡優化算法現狀分析 94
7.2 智能網聯汽車時空軌跡優化的典型城市多車道場景 96
7.2.1 基于V2X通信的多車道路段場景 96
7.2.2 智能網聯汽車時空軌跡優化系統架構 96
7.3 面向智能網聯汽車的多車道時空軌跡生成方法 98
7.3.1 智能網聯汽車的狀態向量 98
7.3.2 系統成本函數的定義 99
7.3.3 智能網聯汽車行駛約束條件 101
7.3.4 基于大值原理的求解方法 102
7.4 基于先進先出算法的協同換道方法 103
7.5 基于強化學習的優化方法 105
7.6 基于MySQL數據庫的時空軌跡匹配方法 107
7.7 基于雙尾配對T檢驗算法的系統分析方法 108
7.8 基于SUMO軟件二次開發的模型仿真驗證 109
7.8.1 基于SUMO軟件的測試平臺 109
7.8.2 基于SUMO軟件的測試方案 110
7.8.3 測試結果分析 112
7.8.4 實驗結果總結 115
參考文獻 115
第8章 面向城市路網的智能網聯汽車時空軌跡優化方法 118
8.1 優路徑相關算法的研究現狀 118
8.2 基于V2X通信的城市路網場景 119
8.3 城市路網環境下的系統架構改進 120
8.4 基于有向加權圖方法的多子節點拓撲圖生成 121
8.5 路網承載力分析模型 123
8.5.1 基于優劣解距離法的節點承載力分析 124
8.5.2 基于重力模型法的路段承載力評價 125
8.6 面向城市路網的路徑決策模型 125
8.6.1 基于D算法的城市路徑規劃 125
8.6.2 基于混合遺傳算法的求解方法 127
8.7 仿真實驗 129
8.7.1 場景選擇與搭建 130
8.7.2 參數設置 132
8.7.3 仿真實驗結果分析 133
8.7.4 實驗總結 143
參考文獻 144
第9章 智能網聯汽車動力學模型 145
9.1 智能網聯汽車受力分析 145
9.2 智能網聯汽車簡化縱向動力學分層模型 149
9.2.1 智能網聯汽車動力學模型的簡化 149
9.2.2 簡化縱向車輛動力學模型的分層 150
9.3 基于CarSim/MATLAB軟件的車輛動力學模型聯合仿真驗證 152
9.3.1 CarSim軟件仿真環境參數設置 153
9.3.2 CarSim、MATLAB、Simulink聯合仿真驗證 156
9.3.3 下層動力學控制模型仿真結果分析 156
參考文獻 159
第10章 智能網聯汽車編隊控制模型 160
10.1 智能網聯汽車編隊控制系統概述 160
10.1.1 車輛編隊控制系統數學模型 160
10.1.2 車輛隊列系統控制方法 161
10.1.3 車輛隊列控制系統結構 162
10.2 智能網聯汽車編隊行駛條件 163
10.2.1 車輛行駛安全性條件 163
10.2.2 車輛隊列穩定性條件 164
10.3 智能網聯汽車編隊控制技術 165
10.3.1 智能網聯汽車編隊控制數學模型 165
10.3.2 智能網聯汽車隊列穩定性分析 168
10.4 智能網聯汽車編隊控制模型仿真 169
10.4.1 階躍緊急減速輸入仿真效果 170
10.4.2 正弦加速度輸入仿真效果 171
參考文獻 173
第11章 智能網聯汽車編隊切換控制技術 175
11.1 通信異常對智能網聯車隊控制影響及模型策略調整 175
11.1.1 通信延遲的影響及模型策略調整 175
11.1.2 通信失效的影響及模型調整策略 176
11.2 考慮通信時延的智能網聯汽車編隊切換控制模型 177
11.2.1 存在通信時延時智能網聯汽車編隊切換控制模型 177
11.2.2 存在通信時延時保持隊列穩定性條件 177
11.3 通信失效下的智能網聯汽車編隊切換控制模型 178
11.3.1 車輛隊列中通信失效車輛及其后車的控制模型 178
11.3.2 通信失效下保持隊列穩定性條件 179
11.4 通信異常時智能網聯汽車編隊控制模型仿真 180
11.4.1 頭車階躍緊急減速輸入仿真 181
11.4.2 頭車正弦加速度輸入仿真 182
參考文獻 183
第12章 智能網聯汽車主動安全控制技術 184
12.1 車輛主動安全控制系統概述 184
12.2 傳統避撞模型缺陷分析 185
12.3 避撞過程中交通資源非線性規劃問題 186
12.3.1 非線性規劃函數 186
12.3.2 非線性規劃求解方法 187
12.4 智能網聯汽車協同主動避撞模型 189
12.4.1 加速度非線性規劃模型 189
12.4.2 非線性規劃求解條件 190
12.5 協同主動避撞模型應用于車輛隊列控制 191
12.6 仿真驗證 195
12.6.1 兩車協同主動避撞 195
12.6.2 車輛隊列協同主動避撞 195
參考文獻 199
第13章 混行車隊通信拓撲及車間距策略 201
13.1 混行車隊研究現狀分析 201
13.2 混行車隊多車道區域劃分及長度計算方法 203
13.2.1 混行車隊協同控制流程 204
13.2.2 多車道行駛區域內換道場景分析 205
13.2.3 緩沖區與編隊區長度計算方法 207
13.3 混行車隊規模計算方法 208
13.4 車隊通信拓撲結構 210
13.4.1 通信正常車隊拓撲結構 210
13.4.2 通信異常拓撲結構切換 211
13.5 車間距策略 212
13.5.1 通信正常車間距策略 212
13.5.2 通信異常車間距策略 214
參考文獻 215
第14章 混行車輛編隊控制方法及穩定性分析 216
14.1 基于模型預測控制的混行車輛編隊模型 216
14.1.1 模型預測控制方法簡述 217
14.1.2 通信正常混行車輛編隊控制模型 218
14.1.3 通信異常混行車輛編隊控制模型 222
14.2 系統穩定性分析 224
14.2.1 e L 2 隊列穩定性分析 225
14.2.2 漸進穩定性分析 226
14.3 混行車輛編隊控制效果驗證及分析 227
14.4 混行車隊協同控制及通信異常切換控制 229
14.4.1 實驗場景設計 229
14.4.2 實驗結果分析 230
14.5 考慮交通信號配時下的單車道混行車隊協同控制 232
14.5.1 實驗場景設計 232
14.5.2 實驗結果分析 233
14.6 考慮交通信號配時下的多車道混行車隊協同控制 236
14.6.1 實驗場景設計 236
14.6.2 實驗結果分析 237
參考文獻 242
第15章 智能網聯汽車編隊控制硬件在環仿真技術 243
15.1 智能網聯汽車編隊控制硬件在環仿真平臺原理 243
15.1.1 硬件在環仿真系統框架 244
15.1.2 硬件在環仿真平臺驗證原理 246
15.1.3 硬件在環仿真平臺驗證可行性驗證 247
15.1.4 車輛動力學的微縮車實現 249
15.2 智能微縮車平臺硬件結構 250
15.2.1 控制部分電路設計 251
15.2.2 環境感知部分設計 255
15.3 智能微縮車平臺軟件結構 256
15.3.1 圖像處理部分軟件結構 256
15.3.2 控制系統部分軟件結構 256
15.3.3 數據濾波處理程序結構 257
15.3.4 上位機控制軟件結構 259
15.4 仿真結果分析 261
15.4.1 仿真場景環境參數設置 261
15.4.2 智能網聯汽車編隊控制效果 262
15.4.3 智能網聯汽車編隊主動安全控制效果 262
15.5 智能網聯汽車駕駛模擬平臺 264
15.5.1 仿真環境建立 266
15.5.2 仿真平臺與智能小車聯調測試 268
15.5.3 智能網聯虛擬駕駛運行效果 272
參考文獻 281
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