[发明专利]一种基于LTE-V2X通信技术的车辆与信号灯协同控制方法及控制系统

权利要求书

1.一种基于LTE-V2X通信技术的车辆与信号灯协同控制方法，其特征在于：

定义燃油汽车标记为C，纯电动汽车标记为E，混合动力汽车标记为H；

执行公务的警车、救护车或救火车标记优先等级为3；

城市生活保障运输车辆、紧急事务的公务车或特殊情况的私家车优先等级标记为2；

其他普通车辆优先等级标记为1；

首先获取信号灯状态信息，其中信号灯相位和信号灯配时由可控信号灯本体内的控制器提供，车辆信息即车辆优先等级和车辆类别通过LTE-V2X车载终端内的LTE-V2X通信模块获取，车速通过轮速传感器采集，通过CAN总线通信模块发送到LTE-V2X车载终端，定位模块提供车辆的位置信息，路口距离和通行时间通过计算得到，依据车辆与信号灯协同控制方法，实现车辆车速和信号灯相位配时控制；包括以下步骤：

开始：当车辆驶入距离路口200米的控制区域时，车辆与信号灯协同控制系统启动；

第一步：信息采集；采集路口交通信号灯相位和配时信息、车辆类型信息、车辆优先等级信息、车速信息，计算路口距离，车辆的位置信息，预估车辆队列通行时间，将前述所有信息汇总至信号灯控制器；

第二步：优先等级3判别；存在优先等级3车辆应优先通过路口，优先等级3车辆所在车道信号灯相位调节至绿灯状态，配时修改为预估的通行时间；若多个车道均存在优先等级3车辆，则按照离路口距离近远状态依次通行，优先通行离路口近的车辆，绿灯配时修改为预估的通行时间，当安全通过后及时修改信号灯相位，保证其他车道优先等级3车辆通行；

第三步：优先等级2判别；当无优先等级3车辆时，计算各车道优先等级2车辆数量，各信号灯相位按照优先等级2车辆数量多的车道优先通行的原则调节，配时为预估通行时间；

第四步：节能通行判别；完成优先等级判别后，计算各车道燃油汽车、混合动力汽车和纯电动汽车数量，优先通行燃油汽车和混合动力汽车数量多的车道，通行燃油汽车和混合动力汽车数量多的车道相位调节为绿灯，配时修改为预估的队列通行时间；

第五步：安全预警判别；当车辆发生紧急状况时，自动向信号灯发出安全预警广播，当该车前方车辆驶出路口后，该车道自动转为红灯状态，直至该车车辆驶出控制区域；

第六步：经济性车速判别；依据各车道车辆类型的数量，选择不同的最优车速，并对各车道控制区域的每辆车广播最优车速，不符合车速要求的车辆，通过车载交互设备，发出提示信息，提示驾驶员及时修正车速；

结束：当车辆驶离路口200m控制区域时，自动结束车辆与信号灯协同控制系统，并在车载人机交互界面提示。

2.根据权利要求1所述的基于LTE-V2X通信技术的车辆与信号灯协同控制方法，其特征在于：

前述预估车辆队列通行时间通过LWR交通流模型进行计算，其中LWR交通流模型为Lighthill-Whitham-Richards交通流模型，其假设交通流流量和车辆密度之间始终满足平衡关系，车流存在不可压缩性，根据流体动力学原理，定义ρ(x,t)为道路车辆密度，v(x,t)为车速，q(x,t)为流量，则LWR交通流模型建立的交通流量和车辆密度之间的关系为：

定义ρ₀为初始交通密度，ρ_j为拥堵时交通密度，q₀为初始交通流量，则交通流集结波速v_AC为：

定义ρ_c为最大交通流量时交通密度，q_c为最大交通流量，则交通流疏散波速v_CB为：

则车辆离信号灯路口距离d₀为：

式中t_r为转为红灯所需时间，t_g为转为绿灯所需时间，d为控制区域长度200m，v₀为车辆进入控制区域的初始车速，v₀＝q₀/ρ₀，

则车辆队列通行时间为：

式中Δt_c＝t_g-t，即Δt_c″＝d₀/v_CB。