论文首先针对干线交叉口控制中最基本的跟车模型进行了研究，基于对自动驾驶车辆通信、决策特性的分析，以紧急情况发生时确保安全作为最重要的控制目标，构建了防碰撞的跟车模型（CFFM, Collision Free car-Following Model）；在此基础上，提出了换道规则，开发了防碰撞换道模型（CFLCM, Collision FreeLane Change Model）。仿真结果一方面验证了模型的控制效果，表明CFFM 与CFLCM 可以确保任意时刻紧急情况发生下的行车安全；另一方面在对比中凸显了模型在安全方面相比其他现有跟车、换道模型的优越性，且证明模型同时具备非常高的跟车效率：在车速为20 m/s 时可获得低至0.55 s 的跟车时距。

论文克服了现有自动驾驶环境下交叉口控制问题研究中仅考虑正常行驶状态下穿越安全的缺陷，基于对自动驾驶环境下车辆穿越特性的分析，将任意时刻穿越前车急刹车下确保安全的穿越问题转化为以安全为约束条件、优化穿越后车行车轨迹以使穿越间隙最小的最优化问题，构建了防碰撞穿越模型（CFCM,Collision Free Crossing Model）。仿真结果表明，相比其他模型，该模型不仅能够确保任意时刻发生紧急情况下的行车安全，同样也具备极高的穿越效率：在车速度为20 m/s 时，单车道相交的冲突区可实现 > 7000 Veh/h 的通行能力。

针对干线交叉口中的干线-干线相交交叉口及干线-支线相交交叉口分别设计了面向自动驾驶车辆的优化控制方法。其中，对于交通需求均衡的干线-干线交叉口，采用了先到先服务与最优化控制两种模式，通过设计车辆与控制机的控制逻辑及算法，搭建了完整的控制模型，并对模型实现了仿真。结果表明，这两种控制模式在相交向进口道流量均达 3000 Veh/Lane/h 时，仍能获得 < 6 s 的车均延误，且最优化控制可获得稍优于先到先服务模式的控制效果，但以安装计算能力极高的控制机作为代价。

对于需求不平衡的干线-支线交叉口，本文采用了支线车辆停车让行的控制模式，以最小化干线车辆所受干扰。通过对干线车辆CFFM 下设计形成车队与自由行驶两种不同的跟车规则，考查了干线车辆不同流量、不同车道数与不同跟车规则下，支线的通行能力与停车延误。根据仿真结果，建议对停车让行交叉口，干线车辆采用形成车队的跟车规则以减小支线延误；当干线车道数较多且流量稍大时，支线延误将急剧上升，故不建议继续采用停车让行模式。

以具体的不同进口道间不同流量差距为例，探讨了在不同流量悬殊下，如何将交叉口划分为干线-干线交叉口或干线-支线交叉口的方法，发现在所仿真的任意悬殊下，采用先到先服务的干线-干线交叉口控制策略均能获得优于采用停车让行的干线-支线交叉口控制策略的总车均延误，但考虑到干线-干线交叉口控制策略所需具备的控制机安装、维护成本，在悬殊较大时停车让行控制模式仍具备很强的竞争力。

本文构建了能确保紧急情况发生下行车安全的自动驾驶车辆跟车、换道及穿越模型，并基于这些模型，设计了干线上不同类型交叉口的控制模式，构建了对应了交叉口控制模型，完善和丰富了自动驾驶车辆的单车控制及交叉口控制理论与方法。受研究时间和问题自身的复杂性所限，本研究尚有诸多缺陷，如未对实际环境中自动驾驶车辆通信延误波动性的考虑，未能对研究成果进行实地测试等，这是后续研究的主要方向。