一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法及装置

本发明涉及智能交通控制领域，具体涉及一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法及装置。

背景技术：

1、匝道合流区是高速道路的事故易发段，也是驾驶人局限性表现最明显的区域之一。在汇入过程中，驾驶员不理智、无配合的决策会使该区域的车流稳定性下降以及通行效率降低，同时也会引起车辆延误增加、车辆排放升高等一系列的负面影响。现有的控制算法大多采用结合交通运行现状的信号灯控制，但是这种方法无法做到对汇入行为的精细控制，且控制具有滞后性，无法满足现代匝道流量较大的控制需求。

2、近年来，随着智能驾驶和车联网技术的日益成熟，在智能网联环境中，车辆间的信息传输与车辆运动轨迹的控制成为可能，在这样车路协同的背景下，实现匝道汇入的微观控制是进行匝道合流区控制的新思路。

3、在已有的匝道汇入纵向控制研究中，绝大多数研究将匝道汇入分成间隙选择和轨迹规划两部分进行。其中，大部分研究考虑的是两者共同优化的集中式控制方法，少数研究分布式的控制方法；大部分研究目的是使整体车辆运行状况更好，而并未考虑到车辆的先来后到所产生的路权问题。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提出了一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法。匝道汇入区域内的智能网联车辆获取位置和速度信息；将匝道车辆位置投影到主路，形成虚拟队列；确定换道规则，通过换道规则确定控制模型，最终确定车辆纵向加速度。将匝道汇入过程转化为特殊的跟驰过程，使汇入过程更加顺畅；建立基于换道规则的控制模型，使车辆速度和位置经过调整后，在到达可汇入区域后能够顺利汇入。

2、技术方案：为解决上述技术问题，本发明提出一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，该方法包括如下步骤：

3、(1)智能网联车辆获取自身的位置和速度信息并发送给路侧设施；

4、(2)路侧设施将匝道车辆的位置按照虚拟旋转法投影到主路上形成虚拟队列，并将虚拟队列的前车信息发送给后车；

5、(3)通过虚拟车列间的安全间距，确定汇入时的换道规则；

6、(4)根据换道规则提出虚拟队列下的车辆纵向控制模型；

7、(5)加入车辆的物理约束，计算车辆纵向加速度，对车辆进行纵向控制。

8、进一步的，步骤(1)的具体方法如下：

9、匝道汇入控制区域的长度为d，由进入区域的顺序定义主路车辆集合由进入匝道汇入控制区域的顺序定义匝道车辆集合其中，mi和rj分别为进入匝道汇入区域的主路第i辆车和匝道第j辆车，主路上共有n辆车，匝道共有k辆车，设置为主路车辆mi的尾部距离匝道汇入控制区域开始位置的距离，为主路车辆mi的速度，为匝道车辆rj的尾部距离匝道汇入控制区域开始位置的距离，为匝道车辆rj的速度，匝道汇入控制区域的长度d单位是米(m)，和的单位是米(m)，和的单位是米/秒(m/s)。

10、进一步的，步骤(2)的具体方法如下：

11、第一步，令a＝1,b＝1，并定义虚拟车辆集合

12、第二步，比较与如果进入第三步；否则，进入第四步；

13、第三步，va+b-1＝ma，若a＝n，结束；否则，a＝a+1，回到第二步；

14、第四步，va+b-1＝rb，若b＝k，结束；否则，b＝b+1，回到第二步；

15、按照虚拟旋转法形成虚拟队列后，路侧设施对于每一辆虚拟车辆vindex将相应虚拟车辆vindex的尾部距离匝道汇入控制区域开始位置的距离和vindex的速度发送给车辆vindex-1。

16、进一步的，步骤(3)中的汇入时的换道规则为：

17、若虚拟车辆vindex换道时，既满足虚拟车辆vindex和虚拟车辆vindex-1的安全间距，即：

18、

19、又满足虚拟车辆vindex和虚拟车辆vindex+1的安全间距，即：

20、

21、则满足换道条件；

22、其中，和分别为虚拟车辆vindex，虚拟车辆vindex+1和虚拟车辆vindex-1的车辆长度；和分别为虚拟车辆vindex和虚拟车辆vindex+1所要求的安全间距。

23、进一步的，步骤(4)中的虚拟队列下车辆控制模型为：

24、

25、式中，kx≥0、kv≥0为位置差和速度差的比例因子，单位分别为秒平方的倒数(1/s2)和秒的倒数(1/s)，δ为控制间距相对于安全间距的松弛间距，单位为米(m)；avindex为vindex的理论控制纵向加速度，单位为米每秒的平方(m/s2)；

26、当index＝1时，即首车的控制模型为：

27、

28、式中，ve为主路车辆的期望速度。

29、进一步的，步骤(5)中计算车辆车辆纵向加速度的方法如下：

30、在计算得到基础上，根据最大加速度取为amax，最大减速度取为dmax，则实际控制纵向加速度如下：

31、

32、在计算得到每辆虚拟车辆vindex的实际控制纵向加速度为后，对于虚拟车列中的每一辆车采用加速度为进行控制。

33、此外，本发明还提出一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现任一项所述的融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法。

34、有益效果，与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益技术效果：

35、本发明目的在于提出了一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法。匝道汇入区域内的智能网联车辆获取位置和速度信息；将匝道车辆位置投影到主路，形成虚拟队列；确定换道规则，通过换道规则确定控制模型，最终确定车辆纵向加速度。将匝道汇入过程转化为特殊的跟驰过程，使汇入过程更加顺畅；建立基于换道规则的控制模型，使车辆速度和位置经过调整后，在到达可汇入区域后能够顺利汇入。

36、在本发明中，既使用虚拟队列的思路，实现自然的间隙选择，同时在轨迹规划上采用结合了换道规则的控制模型。虚拟队列的思路既保证可以进行汇入控制可以分布式运行，又保证了先进先出的公平性；同时，融合了换道规则的控制模型既保证汇入前的速度、位置调整过程顺畅进行，又保证在车辆在进入可汇入区域后能自然地换道到主路。

技术特征：

1.一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要1所述的一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，步骤(1)的具体方法如下：

3.根据权利要2所述的一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，步骤(2)的具体方法如下：

4.根据权利要3所述的一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，步骤(3)中的汇入时的换道规则为：

5.根据权利要4所述的一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，步骤(4)中的虚拟队列下车辆控制模型为：

6.根据权利要5所述的一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法，其特征在于，步骤(5)中计算车辆车辆纵向加速度的方法如下：

7.一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被加载至处理器时实现根据权利要求1-6任一项所述的融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法。

技术总结本发明公开了一种融合虚拟队列与换道规则的匝道汇入纵向控制方法及装置。匝道汇入区域内的智能网联车辆获取位置和速度信息；将匝道车辆位置投影到主路，形成虚拟队列；确定换道规则，通过换道规则确定控制模型，最终确定车辆纵向加速度。将匝道汇入过程转化为特殊的跟驰过程，使汇入过程更加顺畅；建立基于换道规则的控制模型，使车辆速度和位置经过调整后，在到达可汇入区域后能够顺利汇入。技术研发人员：王昊,侯宇轩,董长印,刘云杰,陈雨佳,陈旭受保护的技术使用者：东南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8