路口的协同控制方法是智能交通控制领域的一个研究重点,国内外学者已经提出了很多基于孤岛路口的交通控制算法。这些算法不能满足实时交通的需求,满足不了对路口各相位公平性和路口交通安全性的要求,还忽视了车流之间的主动安全问题。为此,本文以现有路口协同控制系统为基础,针对路口的主动安全、效率、公平性问题,设计了单路口和多路口的横向安全协同控制算法和车队的纵向主动安全算法。利用数值仿真对算法进行了验证和对比分析,并在实验室环境下搭建由多辆缩微智能车组成的模拟平台,对其进行了验证。本文的主要研究内容如下:(1)提出了一种基于三级缓冲区的虚拟交通灯孤岛路口协同控制算法。首先,在路口设置了三级缓冲区,有效的对路口车流进行科学、合理的分隔控制,降低协同系统的复杂度。其次,三级缓冲区的大小是根据最近的交通流历史数据进行调整的,可有效的适应实时交通流状况。使用虚拟交通灯,克服了道路交通基础设施的不足和限制,降低了路口交通设施成本,保障了车流之间的横向安全。三级缓冲区主要作用是合理划分车流,限制交通灯的时间长度。虚拟交通灯主要作用是规划交通灯的相位顺序。它们有效的组合才能形成一个完整的信号控制命令。三级缓冲区和虚拟交通灯,两种手段的科学融合,不但提高了路口吞吐量,保障了各相的公平,而且还降低了路口交通拥堵的可能性。(2)提出了一种基于虚拟宫格的多路口协同控制算法。用虚拟网格把道路分割化,有利于融合路口附近的车流量和上游交通路口将要进入本地路口的交通流量,有利于使路口协同控制参数简便化。本算法在保障各相位车流公平的获取路口通过权的前提下,根据本地实时交通流和周围路口的交通状况,优化相序和相位配时,使路口吞吐量最大化。而且根据虚拟网格中车流的饱和度,合理调度车流,有效的降低了路口交通拥堵的发生概率,提高了路网的吞吐量和道路的使用率。(3)提出了针对车队车间距的两级故障诊断架构。在路口协同控制中,车流是重要的控制参数,而车流之间的横向安全问题更是衡量一种路口协同控制算法好坏的标准。我们把路口车流看成宏观的车队,针对车队纵向安全问题,提出了两级故障诊断架构,定义了系统故障和组元故障。针对组元故障,加强了对单车的结构分析,并根据单车的数学模型设计了车载传感器的残差模型,有效的对单车的传感器故障进行检测与隔离。针对系统故障,采用基于空间几何的方法,设计基于车队车间距的残差发生器,并在残差对比环节引入了自适应阈值法,有效的降低了外界干扰和故障误报率。最后,在实验室半实物交通沙盘仿真平台上,模拟了单路口、多路口的交通场景。对本文所提的两级故障诊断模型和路口协同控制算法进行了论证,并通过大量的实验,验证了本文所提算法的可行性和稳定性。经进一步完善后,可以直接移植到智能交通系统中,为智慧城市下的智能交通路口协同控制和主动安全研究提供解决方案。