[发明专利]一种车路协同环境下车辆编队控制及其信号优化方法

摘要

本发明基于车路协同环境特点，提出了一种城市路段干线协调控制及信号优化方法，包括基于车路协同环境下干线路段引导车速计算方法，车辆编队方法及自适应配时优化方法。本发明首先确定车路协同环境对车辆的影响因素，分析干线协调中车流的出现规律及车辆运行状态。其次，根据信号周期及相位差进行头车的车速引导。确定干线协调控制中编队车辆的运行模式，并通过车辆编队信息实时优化交叉口信号配时，在保证干线车流基本不停车通过交叉口的前提下提高交叉口其他相位通行能力，达到了解决交通拥堵，提高交通系统服务水平的目的。

主权项

一种车路协同环境下车辆编队控制及其信号优化方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：车路协同环境下交叉口区域划分将上游交叉口j‑1停止线至下游交叉口j停止线的区域分为缓冲区和车速引导编队区；缓冲区长度为用于车辆自由行使及提前完成换道；车速引导编队区长度为用于完成车速的引导及车辆编队；步骤2：将车辆编队的车速控制分为四个阶段：自由行驶阶段、车速调整阶段1、匀速行驶阶段、车速调整阶段2；在自由行驶阶段，头车位于缓冲区，不对头车进行车速诱导，头车自由行驶并提前完成换道，当头车驶出缓冲区时自由行驶阶段结束；头车在自由行驶阶段行驶时间为行驶距离为当头车离开缓冲区时的速度为在车速调整阶段1，头车需要将当前车速调整至引导车速加速度的值为a，当车速调整完成时车速调整阶段1结束；头车在该阶段行驶时间为行驶距离该阶段结束后车速为其中tj-1,jB=|vj-1,jl-vj-1,j1a|---(1)]]>lj-1,jB=|(vj-1,jl)2-(vj-1,j1)22a|---(2)]]>在匀速行驶阶段，头车以速度匀速行驶，头车在该阶段行驶时间为行驶距离其中lj-1,jC=tj-1,jCvj-1,jl---(3)]]>在车速调整阶段2，车速会由引导车速调整至规定车速vmax，加速度的值为a，当头车以规定速度vmax在j交叉口绿灯起亮时通过停止线时，车速调整阶段2结束，本阶段头车行驶时间行驶距离其中tj-1,jD=vmax-vj-1,jla---(4)]]>lj-1,jD=(vmax)2-(vj-1,jl)22a---(5)]]>步骤3：对引导车速进行计算，tj-1,jA+tj-1,jB+tj-1,jC+tj-1,jD=tj-1,js+kC,(k=0,1,2...)lj-1,jA+lj-1,jB+lj-1,jC+lj-1,jD=Dj-1,jb+Dj-1,jp---(6)]]>式中为j交叉口相对于j‑1交叉口的相位差，C为公共周期，k为非负整数；由式(1)‑(6)可得tj-1,jA+|vj-1,jl-vj-1,j1a|+tj-1,jC+vmax-vj-1,jla=tj-1,js+kC,(k=0,1,2...)lj-1,jA+|(vj-1,jl)2-(vj-1,j1)22a|+tj-1,jCvj-1,jl+(vmax)2-(vj-1,jl)22a=Dj-1,jb+Dj-1,jpvmin≤vj-1,jl≤vmax---(7)]]>取所有可行的中最大值作为头车引导车速。步骤4：完成车辆编队在头车进入交叉口后，第二辆车在时刻，以速度进入交叉口编队区，并在经过时间后与头车完成编队，后续车辆以此类推完成编队；以后车与前车形成编队的时间最短为目标函数建立模型minF=Δtj-1,jx+1---(8)]]>式中是第x+1辆车与第x辆编队车组成编队所需要的时间；式中，hs为当两个相邻车辆速度一致时的安全车头间距，为第x辆车位移—时间曲线，为第x辆车速度—时间曲线，为第x辆车进入缓冲区的时刻；由式(8)及式(9)得出第x+1辆车的位移—时间曲线及速度—时间曲线当无第x+1辆车进入编队区或第x+1辆车无法与前车组成编队时，记录车队长度步骤5：信号配时优化由j‑1交叉口出发的车队通过j交叉口停止线所用的时间为：gj-1,j=Lj-1,jxvmax---(10)]]>由j+1交叉口出发的车队所需时间为gj+1,j=Lj+1,jxvmax---(11)]]>式中，为j‑1交叉口出发的车队长度，为j+1交叉口出发的车队长度，对所有交叉口上干线相位的绿灯时长根据车辆编队长度及其车队速度进行调整：Gji=min(max(gj-1,j,gj+1,j),Gmax),(i=1)---(12)]]>Gji=(C-Gj1-Y)QjiΣi=1nQji,(i=2...n)---(13)]]>式中表示j交叉口第i相位的绿灯时长，i＝1为干线相位，Gmax为最大绿灯时长，表示有j交叉口i相位中较大的单车道流量，n为信号相位数，Y为周期总损失时间；根据式(12)，(13)可求解在车路协同环境下非干线相位的绿灯时长