Connected and automated vehicles (CAVs) have attracted much attention of researchers because of its potential to improve both transportation network efficiency and safety through control algorithms and reduce fuel consumption. However, vehicle merging at intersection is one of the main factors that lead to congestion and extra fuel consumption. In this paper, we focused on the scenario of on-ramp merging of CAVs, proposed a centralized approach based on game theory to control the process of on-ramp merging for all agents without any collisions, and optimized the overall fuel consumption and total travel time. For the framework of the game, benefit, loss, and rules are three basic components, and in our model, benefit is the priority of passing the merging point, represented via the merging sequence (MS), loss is the cost of fuel consumption and the total travel time, and the game rules are designed in accordance with traffic density, fairness, and wholeness. Each rule has a different degree of importance, and to get the optimal weight of each rule, we formulate the problem as a double-objective optimization problem and obtain the results by searching the feasible Pareto solutions. As to the assignment of merging sequence, we evaluate each competitor from three aspects by giving scores and multiplying the corresponding weight and the agent with the higher score gets comparatively smaller MS, i.e., the priority of passing the intersection. The simulations and comparisons are conducted to demonstrate the effectiveness of the proposed method. Moreover, the proposed method improved the fuel economy and saved the travel time.

中文翻译：

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基于博弈论的互联自动驾驶匝道融合新策略

联网和自动驾驶汽车（CAV）吸引了研究人员的注意力，因为它具有通过控制算法提高交通网络效率和安全性并减少燃油消耗的潜力。但是，交叉路口的车辆合并是导致交通拥堵和额外燃料消耗的主要因素之一。在本文中，我们重点研究了CAV的匝道合并场景，提出了一种基于博弈论的集中式方法来控制所有Agent的匝道合并过程，而不会发生任何冲突，并优化了总体油耗和总行程时间。对于游戏的框架，收益，损失和规则是三个基本组成部分，在我们的模型中，收益是传递合并点的优先级，该合并点以合并序列（MS）表示，损失是燃料消耗成本和总旅行时间，游戏规则是根据交通密度，公平性和整体性设计的。每个规则的重要性不同，为了获得每个规则的最佳权重，我们将该问题公式化为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的代理会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。游戏规则是根据流量密度，公平性和完整性而设计的。每个规则的重要性不同，为了获得每个规则的最佳权重，我们将该问题公式化为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。对于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的代理会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。游戏规则是根据流量密度，公平性和完整性而设计的。每个规则的重要性不同，为了获得每个规则的最佳权重，我们将该问题公式化为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的代理会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。每个规则的重要性不同，为了获得每个规则的最佳权重，我们将该问题公式化为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的Agent会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。每个规则的重要性不同，为了获得每个规则的最佳权重，我们将该问题公式化为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的Agent会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。我们将该问题表述为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的Agent会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。我们将该问题表述为双目标优化问题，并通过搜索可行的Pareto解获得结果。关于合并顺序的分配，我们通过给出分数并乘以相应的权重，从三个方面评估每个竞争者，具有较高分数的Agent会获得相对较小的MS，即通过交点的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。通过交叉路口的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。通过交叉路口的优先级。仿真和比较表明该方法的有效性。此外，所提出的方法改善了燃料经济性并节省了行驶时间。