[发明专利]基于V2X的公交优先动态反馈控制方法

权利要求书

1.基于V2X的公交优先动态反馈控制方法，其特征在于，该方法包括基于Kalman滤波的行程时间预测、公交优先初步引导方案以及动态反馈控制模块；

基于Kalman行程时间预测模块：在公交优先控制被激活之后，Kalman行程时间预测模块开始工作，该模块根据车联网信号机接收到的公交车优先请求信息，采用了经典卡尔曼滤波算法，预测公交车到达交叉口的行程时间；

公交优先初步引导方案：根据Kalman行程时间的预测结果，结合当前红绿灯执行的信号配时方案，确定公交车到达交叉口时，公交优先相位的状态，同时考虑方案影响因素，确定公交车的基本车速引导方案和信号控制方案；

所述动态反馈控制模块包括动态车速引导模块以及动态公交优先控制模块，两者通过V2X通信建立反馈控制的桥梁，动态反馈控制模块用于减少公交优先控制对于行程时间预测精度的依赖度，提高控制方法的抗干扰能力；

所述公交优先初步引导方案包括了公交车车速引导方案和信号控制方案，在信号配时方案中，设信号周期中绿灯相位的开启时刻为t_{g_start}，黄灯相位的开启时刻为t_{y_start}，红灯开启时刻为t_{r_start}，红灯结束时刻为t_{r_end}，根据公交车到达交叉口的时刻T_c(k)所处的相位执行阶段，分四种情况对车辆的引导速度进行推算，其中第k班次公交车从虚拟检测器到交叉口停车线之间行程时间的最优预测值为T(k|k)，公交车辆在城市道路行驶的最大速度为v_max，行驶的最小速度为v_min，以及当前公交车的当前车速为v_c；

(1)若预测公交车到达交叉口停车线的时刻位于公交优先相位的绿灯时间段，即T_c(k)∈[t_{g_start}，t_{y_start}]，即公交车辆按照当前车速v_c行驶即可通过交叉口；

在这种情况下的车速引导以公交车的到达时刻t_{g_start}为目标，进行车速引导，车速引导的最大车速计算公式如2-1所示：

式中，L表示公交车和交叉口之间的距离，T_cur表示公交车到达虚拟检测器的时刻，如果v(k)＞v_max，以v(k)＝v_max作为车速引导的最大车速，如果v(k)＜v_max，则以v(k)作为车速引导的最大车速，所以以[v_c，v(k)]为车速引导区间进行车速引导；

(2)若预测公交车到达交叉口的时刻位于公交优先相位的黄灯或红灯阶段，车辆通过增加车速即可在优先相位的绿灯期间内不停车地通过路口，或者通过降低车速使公交车在下个信号周期的绿灯期间不停车地通过路口，其行驶速度必须在(v_min，v_max)范围内，因此也导致了在一定的时间段内，公交车无论加速行驶，还是减速行驶都无法保证其不停车地通过路口；

设[t_{s_max}，t_{s_min}]∈[t_{y_start}，t_{r_end}]表示该时间段，t_{s_max}为公交车此时加速至最大速度v_max行驶至交叉路口时，仍无法在本次信号周期的绿灯相位结束之前不停车地通过交叉口的临界值，计算公式如2-2所示；

求得t_{s_min}表示公交车此时降低至最小速度行驶至交叉口路口时，仍然无法在下次信号周期绿灯相位开启时不停车通过交叉口的临界值，计算公式如2-3所示；

求解得t_(s_min)＝T(k|k)+t_(r_end)-L/v_min，因此，若预测公交车到达交叉口的时刻位于该时段内，也即T_c(k)∈[t_(s_max)，t_(s_min)]，也就是车辆在允许的行车速度范围内，无论加、减速都无法不停车地通过交叉口，在这种情况下，可通过调整路口信号的配时方案，延长路口绿灯时间或者缩短红灯的时间，使得公交车辆可以不停车地通过当前交叉口，但是仍存在一个问题就是即使公交车在车速引导和信号控制的协调作用下，都可能存在无法通过交叉路情况；

设[t_{s_delay_max}，t_{s_trun_min}]∈[t_{s_max}，t_{s_min}]表征该时间段，t_{s_delay_max}表示公交车在最大绿灯延长时间G_max和最大车速的引导下时，仍无法在本相位的绿灯期间通过交叉口的临界值，计算公式如2-4、2-5所示；

t_{s_trun_min}表示公交车在红灯最大早断时间Rmax和最小车速的引导下时，仍无法在下一相位的绿灯期间通过交叉口的临界值，计算公式如式2-6所示；

式中，t₇代表绿灯相位最大延长时间所对应的时刻，t₈代表红灯最大早断时间所对应的时刻；

a.若t_{s_delay_max}＜t_{s_trun_min}时，表示存在公交车在车速引导和信号协调共同控制的作用下，仍然存在无法通过路口的情况，这个时候就需要进行公交优先相位的插入，使公交车可以不停车通过交叉口，如果公交车到达时刻在[t_{s_max}，t_{s_delay_max}]之间，公交车以最大车速v_max进行引导，直到公交车通过交叉口；如果公交车到达时刻在[t_{s_trun_min}，t_{s_min}]之间，公交车以最小车速v_min进行引导，直到公交车通过交叉口；

b.若t_{s_trun_min}＜t_{s_delay_max}时，表示公交车在车速引导和信号协调共同控制的作用下，就可以通过路口情况；

当|t_{s_max}-T_c(k)|≤|t_{s_min}-T_c(k)|时，取Gdelay＝T_c(k)-t_{s_max}，也即延长路口绿灯相位的时间，保证公交车可以在绿灯相位结束之前通过当前交叉口，公交车辆的引导车速为最大行驶车速v_max；当|t_{s_max}-T_c(k)|≥|t_{s_min}-T_c(k)|时，取Rdelay＝Rdelay＝t_{s_min}-T_c(k)，也即进行红灯的早断，以保证公交车辆可以在下一周期绿灯相位开启之后到达交叉口，使得公交车可以不停车通过交叉口，同时公交车的引导车速为最低行驶速度v_min；

(3)若预测公交车达到交叉口停车线的时刻T_c(k)∈[t_{r_start}，t_{s_max}]，车辆可适当提高行驶车速，使其在绿灯结束之前通过交叉口；

这时的车速引导以公交车尽可能的到达时刻为t_{g_start}为目标，进行车速引导，则公交车的最大引导车速计算公式如2-7所示；

如果v₁(k)＞v_max，则最大引导车速为v_max；如果v₁(k)＜v_max，则以v₁(k)作为公交车的最大引导车速，同时还必须能够保证公交车在绿灯结束之前通过交叉口，所以公交车的最小引导车速的计算公式如2-8所示；

如果v₂(k)＜v_c，即最小车速小于当前车速，此时公交车的最小引导车速为v_c，否则公交车的最小引导车速为v₂(k)，并且如果当前车速小于最小行驶速度v_min时，公交车的最小行车速度为v_min；

(4)若预测公交车到达交叉口停车线的时刻T_c(k)∈[t_{s_min}，t_{r_end}]，车辆可通过减低行驶速度在下个周期绿灯开始时通过交叉口；

此时公交车以到达时间t_{r_end}为目标，使得公交车辆能够在绿灯相位开启时，刚好到达交叉口停车线，此时由公交车辆计算得到建议行驶的最大车速如2-9所示；