交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法及系统与流程

本发明涉及智能交通领域，具体涉及一种交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法及系统。

背景技术：

1、作为城市交通的主要组成部分，交叉口的车辆通行情况，直接关系到城市的交通情况。交叉口的信号灯控制时间关系到道路交通的可靠性，能有效避免交叉口交通瘫痪的发生。目前网联交通环境下的城市道路交叉口控制方法主要分为两部分：一部分为信号控制，另一部分无信号控制。

2、对信号控制而言，城市道路中主要有三种信号的相位模式，第一种相位模式为首先放行相对的直行车辆，随后放行相对的左转车辆；第二种相位模式为四个方向逐一放行；第三种相位模式为相对的直行和左转车辆同时放行；受限于道路交通情况复杂，车辆密度峰值差距大，且现阶段cav渗透率低，采用固定控制信号灯相位控制交叉口车辆，难以满足整个交叉口车辆通行的安全高效要求。而对于无信号灯的控制，仅停留在理论研究阶段还未真正应用于实际。

3、因此，为解决城市道路网联混行复杂交通特性下车辆安全高效行驶问题，需要一种交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法及系统，能够为交叉口的通行效率和安全舒适提供技术支撑，降低了城市道路交通拥堵状况及提高了城市路网的韧性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法及系统，能够为交叉口的通行效率和安全舒适提供技术支撑，降低了城市道路交通拥堵状况及提高了城市路网的韧性。

2、本发明的交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法，包括：

3、构建车辆行驶策略，使得车辆按照所述车辆行驶策略进行行驶；

4、构建信号灯控制策略，使得红绿灯的时间比例随车辆渗透率和车道饱和度的变化而变化；

5、对到达核心通行区的车辆进行协同控制引导，使得车辆高效通过核心通行区。

6、进一步，所述车辆行驶策略包括：

7、车辆在到达第二停车线时，接受调控指令，进入设定的车道中；在绿灯亮起时，第二停车线前的相应相位的车辆全部驶出，第二停车线后的车辆进入规定的车道；其中，所述第二停车线距离前方交叉口有s米；

8、对即将到达第二停车线处车辆的速度和加速度进行如下约束：

9、

10、其中，和代表第i辆cav的x轴方向的速度和加速度，x轴正方向为指向交叉口的方向；和代表第i辆cav在x轴方向的最大速度和最大加速度；ttci和ttcmin分别是车辆实际预碰撞时间与最小预碰撞时间；cav表示网联自动驾驶车辆；

11、车辆在驾驶过程中的抖动约束为：

12、|jerki|≤jerkmax；

13、其中，jerki表示第i辆cav的抖动，jerkmax表示允许抖动的最大值；

14、车辆在换道过程中的横向稳定性约束为：

15、|βi|≤arctan(0.02μg)；

16、其中，βi为与横向稳定相关联的偏移率，μ为轮胎-路粘附系数，g为重力加速度；

17、对车辆之间的行驶间距和速度差进行如下约束：

18、δpi≥δpmin,|δvi|≤δvmax；

19、其中，δpi和δvi分别为前车与本车的位置间距和速度差；δpmin和δvmax分别是车辆间的最小安全距离和最大速度差。

20、进一步，所述车辆行驶策略还包括路权调度方案：

21、按照设定的检测周期进行如下循环处理：

22、若可变车道为cav专用道路，则进入步骤a；若可变车道为混合车道，则进入步骤b；

23、a.计算车道饱和度rl，若rl∈[0，ε1]，则cl,1累加1，否则，进入步骤a1；

24、al.若rl∈[ε2，1]，则cl，2累加1；否则，cl，1＝cl，2＝0；其中，ε1、ε2分别为低饱和度阈值与高饱和度阈值；cl，1为低饱和度转换指数；cl，2为高饱和度转换指数；

25、b.计算车道饱和度rl，若rl≥ε2，则cl，1累加1，cl，2＝0；否则，cl，1＝cl，2＝0；

26、通过步骤a或b的处理，得到参数cl＝max{cl，1，cl，2}；若cl＝3，则改变中间车道状态，并使得cl，1＝cl，2＝0。

27、进一步，步骤a中，

28、其中，vl为专用车道l的交通流量，pl，cav为专用车道l中cav的渗透率，hbl为专用车道的饱和车头时距；gl，k为第k周期专用车道l的绿灯时长；

29、步骤b中，

30、其中，bl，2为车道组中直行混合车道的条数；bl，3为车道组中直行加右转的混合驾驶车道的条数。

31、进一步，所述信号灯控制策略包括：

32、设计车道l一个路口的绿灯时长gl，k为：

33、

34、其中，vl为车道l的交通流量，sl为车道l饱和时的流量，信号周期时长c为：

35、

36、phf为峰值小时因子，qi为高峰小时需求量，qmax为高峰小时设计量；ll是车道l上车辆因启动或故障所损失的时间；yl为车道l的流率比；rl,des为道路被设计时的期望车道饱和度。

37、进一步，对到达核心通行区的车辆进行协同控制引导，具体包括：

38、构建简化的车辆模型：

39、

40、

41、β＝arctan[lr/(lf+lr)tanδf]；

42、

43、u(t)＝[ax，δf]t；

44、其中，表示对车辆状态变量x的导数，vx是纵向速度，是偏航角，(xg，yg)车辆重心的坐标，ax前轮纵向加速度，δf为转向角，β是测滑角，lf、lr为前后轮轴距；

45、将交叉口处的整个交通系统作为大联盟，将单个cav作为单人联盟，构建结合了大联盟和单人联盟的模糊联盟；

46、采用模糊联盟博弈方法，对决策变量ax与δf进行控制，并对决策消耗函数进行优化，使得cav在信号控制的交叉口获得良好的驾驶性能；其中，所述决策消耗函数包括驾驶安全消耗函数以及通过效率消耗函数，所述驾驶安全消耗函数包括纵向、横向和车道保持安全的消耗函数。

47、一种交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制系统，包括车辆行驶单元、信号灯单元以及协同引导单元；

48、所述车辆行驶单元，用于构建车辆行驶策略，使得车辆按照所述车辆行驶策略进行行驶；

49、所述信号灯单元，用于构建信号灯控制策略，使得红绿灯的时间比例随车辆渗透率和车道饱和度的变化而变化；

50、所述协同引导单元，用于对到达核心通行区的车辆进行协同控制引导，使得车辆高效通过核心通行区。

51、进一步，所述车辆行驶策略包括：

52、车辆在到达第二停车线时，接受调控指令，进入设定的车道中；在绿灯亮起时，第二停车线前的相应相位的车辆全部驶出，第二停车线后的车辆进入规定的车道；其中，所述第二停车线距离前方交叉口有s米；

53、对即将到达第二停车线处车辆的速度和加速度进行如下约束：

54、

55、其中，和代表第i辆cav的x轴方向的速度和加速度，x轴正方向为指向交叉口的方向；和代表第i辆cav在x轴方向的最大速度和最大加速度；ttci和ttcmin分别是车辆实际预碰撞时间与最小预碰撞时间；cav表示网联自动驾驶车辆；

56、车辆在驾驶过程中的抖动约束为：

57、|jerki|≤jerkmax；

58、其中，jerki表示第i辆cav的抖动，jerkmax表示允许抖动的最大值；

59、车辆在换道过程中的横向稳定性约束为：

60、|βi|≤arctan(0.02μg)；

61、其中，βi为与横向稳定相关联的偏移率，μ为轮胎-路粘附系数，g为重力加速度；

62、对车辆之间的行驶间距和速度差进行如下约束：

63、δpi≥δpmin，|δvi|≤δvmax；

64、其中，δpi和δvi分别为前车与本车的位置间距和速度差；δpmin和δvmax分别是车辆间的最小安全距离和最大速度差。

65、进一步，所述车辆行驶策略还包括路权调度方案：

66、按照设定的检测周期进行如下循环处理：

67、若可变车道为cav专用道路，则进入步骤a；若可变车道为混合车道，则进入步骤b；

68、a.计算车道饱和度rl，若rl∈[0，ε1]，则cl,1累加1，否则，进入步骤a1；

69、a1.若rl∈[ε2，1]，则cl，2累加1；否则，cl，1＝cl，2＝0；其中，ε1、ε2分别为低饱和度阈值与高饱和度阈值；cl，1为低饱和度转换指数；cl，2为高饱和度转换指数；

70、b.计算车道饱和度rl，若rl≥ε2，则cl，1累加1，cl，2＝0；否则，cl，1＝cl，2＝0；

71、通过步骤a或b的处理，得到参数cl＝max{cl，1，cl，2}；若cl＝3，则改变中间车道状态，并使得cl，1＝cl，2＝0。

72、进一步，所述信号灯控制策略包括：

73、设计车道l一个路口的绿灯时长gl,k为：

74、

75、其中，vl为车道l的交通流量，sl为车道l饱和时的流量，信号周期时长c为：

76、

77、phf为峰值小时因子，qi为高峰小时需求量，qmax为高峰小时设计量；ll是车道l上车辆因启动或故障所损失的时间；yl为车道l的流率比；rl，des为道路被设计时的期望车道饱和度。

78、本发明的有益效果是：本发明公开的一种交叉口混合交通环境下车辆路侧引导控制方法及系统，通过建立路权切换和自适应信号灯控制体系，所有车辆根据所调度的路权信息与信号灯信息，在所规定的第二停车线处进行首次调节，并在核心通行区进行二次调节，以提高道路通行效率和安全；根据城市复杂的交通情况，更新道路行驶策略，优化信号控制的方案，对提高交叉口车辆通行能力，减少交通拥堵和预防安全事故有重要作用。