混合交通条件下交叉口车辆引导方法与流程
本发明涉及交叉口车辆引导方法，具体涉及一种混合交通条件下交叉口车辆引导方法。
背景技术
随着环境污染问题的日益严重,以车路协同技术为基础进行经济驾驶行为及控制系统的研究已经成为现代智能交通系统中的一个研究热点。交叉口作为车流的集散交会处,频繁的车辆加减速变换以及启停行为,造成了机动车不必要的能源消耗和污染物排放，因此目前的车辆引导方法主要是引导车辆如何在通过交叉口时不停车通过。
车辆网技术在智能交通领域具有广阔的应用前景。利用网络互联技术与车-路协同技术提高节能环保、行驶安全以及通行效率的需求更加迫切。现有技术在对车辆进行引导时，均是对网联车的车速进行引导，而当存在网联车与普通车的混合交通时，没有出现在混合交通流环境下对车辆行为进行不停车通过交叉口的引导方法。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种混合交通条件下交叉口车辆引导方法，用以解决现有技术中在混合交通条件下的交叉口车辆能源消耗量大、交通拥堵等问题。
为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：
一种混合交通条件下交叉口车辆引导方法，用于对交叉口的网联车以及普通车的车速进行引导，在所述的交叉口上游区域设置有控制路段，所述的方法包括：
步骤1、判断进入所述控制路段的车辆为网联车还是普通车，若车辆为网联车，执行步骤2，否则执行步骤3；
步骤2、获取交叉口信号灯的相位、当前相位信号灯的剩余时长以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度；
利用速度引导方法对当前相位信号灯的剩余时长以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度进行处理后，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度；
步骤3、判断在该普通车之前的t秒内有没有网联车通过，t≥1：
若有网联车通过，则将该普通车与在其之前进入所述控制路段的一辆网联车组成车队，以该网联车为车队的头车，以该普通车为车队的尾车，所述的车队中有且仅有一辆网联车，使所述头车获得一个建议引导行驶速度以使所述的尾车在所述头车的带领下不停车通过该交叉口；
若没有网联车通过，根据交叉口信号灯的相位、当前相位信号灯的剩余时长以及所述普通车进入当前控制路段的瞬时速度，判断该普通车以所述的瞬时速度匀速行驶能否通过所述的交叉口若该普通车以所述的瞬时速度匀速行驶不能通过交叉口，则提示普通车加速或减速，否则不提示；
其中，使所述头车获得一个建议引导行驶速度以使所述的尾车在所述头车的带领下不停车通过该交叉口，包括：
步骤31、判断所述的头车是否为加速不停车通过所述的交叉口，若所述的头车加速不停车通过该交叉口，则执行步骤32；否则所述的头车保持当前车速带领尾车不停车通过该交叉口；
步骤32、采用式ix判断当前尾车能否在所述的头车带领下不停车通过该交叉口：
其中，vlc为所述的尾车进入控制路段的瞬时速度，单位为m/s,almax为所述的尾车的最大加速度，单位为m/s2，t为当前绿灯的剩余时长或从当前时刻至下一个绿灯开始时刻的时长，单位为s，
若式ix成立，则所述的尾车能够通过所述的交叉口，执行步骤33，若式ix不成立，则所述的尾车无法通过所述的交叉口，返回步骤1；
步骤33、采用式x获得头车的建议引导行驶速度vsug，单位为m/s，以使所述的尾车能够不停车通过所述的交叉口：
vsug＝vn+amaxt'式x
其中，vn为所述车队中第n辆普通车通过交叉口时头车的速度，单位为m/s，amax为所述头车的最大加速度，单位为m/s2，t'表示所述头车加速至控制路段最高限速时需要的时长，单位为s。
进一步地，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度，具体包括：
步骤21、判断是否需要为网联车提供建议行驶速度，若需要，执行步骤22，若不需要，则使所述的网联车保持当前速度通过该交叉口，返回步骤1；
步骤22、利用三角函数曲线的引导方法对所述的网联车的车速进行优化，获得当前网联车的建议行驶速度。
进一步地，利用三角函数曲线的引导方法对所述的网联车的车速进行优化，获得当前网联车的建议行驶速度，具体包括：
步骤221、获得网联车的第一加速度变化率p和第二加速度变化率q：
步骤2211、初始化第二加速度变化率q＝1；
步骤2212、获得网联车的第一加速度变化率p：
其中，t为当前绿灯的剩余时长或从当前时刻至下一个绿灯开始时刻的时长；
步骤2213、判断第一加速度变化率p以及第二加速度变化率q是否符合式iii：
|vaqp|≤10式iii
其中，va为网联车的平均速度，单位为m/s；
若符合式iii，则执行步骤222；
否则，q＝q-0.01，返回步骤2212；
步骤222、利用式iv获得当前网联车的建议行驶速度v，单位为m/s：
其中，vd＝va-vc，单位为m/s，vc为所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度，单位为m/s。
本发明与现有技术相比具有以下技术特点:
1、本发明提供的方法考虑了混合车队的情况，利用网联车作为头车，间接引导普通车的车速，既提高了交叉口的通行效率，又降低了机动车在交叉口区域的尾气排放；
2、本发明提供的方法运算复杂度较低，满足速度引导方法对延时的敏感性。
3、与传统的动力学速度引导方法和动态规划速度引导方法相比，该方法的复杂程度很低，对硬件条件的要求不高。
附图说明
图1为本发明提供的一个实施例中交叉口示意图；
图2为本发明提供的一个实施例中车辆加速通过交叉口时的车速仿真图；
图3为本发明提供的一个实施例中的车辆减速通过交叉口时的车速仿真图。
具体实施方式
以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。
实施例一
本发明公开了一种混合交通条件下交叉口车辆引导方法，用于对交叉口的网联车以及普通车的车速进行引导，在所述的交叉口上游区域设置有控制路段。
在本实施例中，所述的车辆包括网联车以及普通车，交叉口如图1所示，在所述控制路段上布设dsrc路侧设备对进入该控制路段的网联车发送通讯信号，在所述网联车上安装有用于接收所述通讯信号的智能终端，在所述的控制路段上布设有环形线圈型检测器对进入该控制路段的普通车进行速度检测，在控制路段上还设置有速度提示板。
现有技术中对交叉口车辆的引导一般是对网联车的引导，而实际生活中，交叉口不仅存在网联车还存在非网联的普通车，因此在这种混合交通的条件下不仅需要对网联车进行引导使其以最低的能耗不停车通过交叉口，虽然无法直接控制普通车，但是由于跟驰理论使得普通车可以紧跟在网联车之后，因此通过控制网联车的行驶速度，间接的控制普通车以最低的能耗不停车通过交叉口。
具体地，本发明的方法包括：
步骤1、判断进入所述控制路段的车辆为网联车还是普通车，若车辆为网联车，执行步骤2，否则执行步骤3；
在本实施例中，采用dsrc路侧设备对进入所述控制路段的车辆发送通讯信号，若车辆响应通讯信号，该车辆为网联车，执行步骤2，否则该车辆为普通车，执行步骤3；
步骤2、获取交叉口信号灯的相位、当前相位信号灯的剩余时长以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度；
利用速度引导方法对当前相位信号灯的剩余时长以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度进行处理后，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度；
在本实施例中，智能终端从所述的通讯信号中获取交叉口信号灯的相位、当前相位信号灯的剩余时长以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度；智能终端利用速度引导方法对当前相位信号灯的剩余灯时以及所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度进行处理后，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度。
目前针对网联车的速度引导方法可以是通过动力学公式推导出的速度引导方法，也可以是通过最优控制的方法获得的速度引导方法。
为了实现平稳节油、节能的车速引导，使得网联车不停车通过该交叉口，本方案采用三角函数曲线引导的方法，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度。
具体地，获得当前网联车不停车通过该交叉口的建议行驶速度，包括：
步骤21、判断是否需要为网联车提供建议行驶速度，若需要，执行步骤22，若不需要，则使所述的网联车保持当前速度通过该交叉口；
采用《能耗优先的交叉口车速引导系统研究与实现》这一篇论文中方法判断是否需要为网联车提供建议行驶速度，包括：
步骤211、判断当前信号灯的相位是否为绿，若为绿灯，执行步骤22，否则，当前信号灯为红灯且网联车需要减速，执行步骤23；
根据信号灯是红灯还是绿灯，将网联车先分成两大类，在当前是红灯的情况下，网联车需要减速等红灯变为绿灯时通过交叉口，才能实现不停车通过该交叉口。
步骤212、判断网联车能否在该绿灯结束之前不停车通过当前交叉口：
若
若
若vctr>d，则所述的网联车匀速通过当前交叉口；
其中，tr为当前绿灯剩余时长，vc为所述网联车进入当前控制路段的瞬时速度，amax为所述网联车的最大加速度，d为控制路段的长度；
本步骤的目的是判断在这一个绿灯结束之前，网联车是否能通过该交叉口，分为三种情况：
当前绿灯剩余的时长还很充裕，以网联车现在的车速完全可以通过该交叉口；
当前绿灯剩余时长不是很充足，但是网联车进行提速后还是可以通过该交叉口；
当前绿灯剩余时长很少了，网联车在这个绿灯无法通过交叉口，需要等一个红灯的时长，在下一次绿灯期间通过，此时网联车可以进行减速缓行，以较低的速度行驶到交叉口时，交叉口的指示灯由红灯转为绿灯后，实现不停车通过交叉口。
因此针对于网联车行驶到交叉口一共分为四种情况：
a、此时为绿灯，网联车可以匀速通过交叉口；
b、此时为绿灯，网联车需要加速通过交叉口；
c、此时为绿灯，网联车需要减速在下一个绿灯期间内通过交叉口；
d、此时为红灯，网联车需要等待红灯变为绿灯时，在下一个绿灯期间内通过交叉口。
另外，在情况c与情况d的情景类似，但是情况c需要等完一整个红灯的时长，而情况d下，相当于红灯开始了，仅需等待当前红灯的剩余时长。
步骤213、获得所述网联车不停车通过当前交叉口的时间范围tpossible：
若当前为绿灯且所述网联车加速或者当前为绿灯且所述的网联车匀速时，其时间范围tpossible为[0,tr]；
若当前为绿灯且所述网联车减速时，其时间范围tpossible为[tg1,tg1+tr1]；
若当前为红灯且所述网联车减速时，其时间范围tpossible为[tg,tg+tr1]；
其中，tg为当前红灯的剩余时长，单位为s，tr1为绿灯的总时长，单位为s，tg1为红灯的总时长，单位为s；
步骤214、利用式i获得所述网联车的不停车通过所述交叉口的速度范围vpassible：
式i中，vl为所述网联车通过交叉口的速度下限，单位为m/s，vh为所述网联车通过交叉口的速度上限，单位为m/s，vlim表示道路限速，单位为m/s；
本步骤中，通过计算网联车不停车通过交叉口的速度范围vpassible，即网联车在当前条件下，不停车通过交叉口行驶速度的最大值以及最小值，在此范围内的车速均能保证不停车通过交叉口。
在本步骤中，考虑到道路限速的要求，将网联车不停车通过交叉口的行驶速度的范围限制在限速之内。
步骤215、判断是否需要为当前网联车提供建议行驶速度，使所述的网联车不停车通过所述的交叉口：
若vc∈[vl,vh]，则网联车保持匀速行驶不停车通过所述的交叉口；
若vc<vl，则网联车需要提供建议行驶速度，使其加速不停车通过所述的交叉口，执行步骤22；
若vc>vh，则网联车需要提供建议行驶速度，使其减速不停车通过所述的交叉口，执行步骤22；
本步骤判断是否需要为当前的网联车提供建议行驶速度，若当前网联车的行驶速度在速度范围vpassible之内，则当前网联车只要按照该速度匀速行驶，就可以不停车通过交叉口；若当前网联车的行驶速度在速度范围vpassible之外，则需要为网联车提供建议行驶速度，以使网联车能够加速或减速不停车通过交叉口。
步骤22、利用三角函数曲线的引导方法对所述的网联车的车速进行优化，获得当前网联车的建议行驶速度。
在本步骤中，可以采用《能耗优先的交叉口车速引导系统研究与实现》这一篇论文中的三角函数曲线的引导方法对所述网联车的车速进行优化。
在本发明提供的引导方法中，对网联车第一加速度变化率a和网联车第二加速度变化率s的获得方法进行了改进。
具体地，获得当前网联车的建议行驶速度，包括：
步骤221、获得网联车的第一加速度变化率p和第二加速度变化率q：
步骤2211、初始化第二加速度变化率q＝1；
步骤2212、获得网联车的第一加速度变化率p：
其中，t为当前绿灯的剩余时长或从当前时刻至下一个绿灯开始时刻的时长；
在本步骤中，对于网联车绿灯加速行驶通过交叉口时，t为当前绿灯的剩余时长，对于网联车绿灯减速行驶通过交叉口时，t为当前绿灯剩余时长加上下一个红灯的总时长，对于网联车红灯减速行驶通过交叉口时，t为当前红灯剩余的时长。
步骤2213、判断第一加速度变化率p以及第二加速度变化率q是否符合式iii：
|vaqp|≤10式iii
若符合，则执行步骤222；
否则，q＝q-0.01，返回步骤2212；
步骤222、利用式iv获得当前网联车的建议行驶速度v，单位为m/s：
其中，va为网联车的平均速度，单位为m/s，vd＝va-vc，单位为m/s。
在本实施例中，假设当前绿灯剩余时长为tr＝8s时，网联车进入控制区(控制区长度为d＝100m)，车辆当前速度vc＝8m/s，如果按照当前速度匀速行驶，则8s内驶过的距离为vctr＝64m。因为64<100，则车辆不能通过交叉口,设车辆最大加速度amax＝2m/s2，则满足加速通过交叉口的要求
通过本发明提供的引导方法，能够快速的计算网联车的第一加速度变化率p和第二加速度变化率q，提高了算法运行的效率。
步骤3、判断在该普通车之前的t秒内有没有网联车通过，t≥1：
若有网联车通过，则将该普通车与在其之前进入所述控制路段的一辆网联车组成车队，以该网联车为车队的头车，以该普通车为车队的尾车，所述的车队中有且仅有一辆网联车，使所述头车获得一个建议引导行驶速度以使所述的尾车在所述头车的带领下不停车通过该交叉口；
智能终端利用速度引导方法使所述头车获得一个建议引导行驶速度以使所述的尾车在所述头车的带领下不停车通过该交叉口。
由于不能直接控制普通车的车速，因此本方案中通过控制网联车的车速，使得后面的普通车根据跟驰模型能够随着网联车通过交叉口。
所述的速度引导方法可以是基于动力学公式得出的引导方法或者是最优控制进行的速度引导。
若没有网联车通过，根据交叉口信号灯的相位、当前相位信号灯的剩余时长以及所述普通车进入当前控制路段的瞬时速度，判断该普通车匀速行驶能否通过所述的交叉口，若该普通车匀速行驶不能通过交叉口，则提示普通车加速或减速通过该交叉口，否则不提示；
若在t秒内没有网联车通过交叉口，则当前的普通车无法使用跟驰模型跟随网联车行驶，因此本步骤中通过判断当前的普通车以当前的速度匀速行驶能否通过交叉口，如果能够以当前的速度匀速通过交叉口，则不对该普通车进行速度提示，如果该普通车以当前速度匀速行驶不能够通过交叉口，则对普通车进行速度提示，对普通车进行速度提示时，可以采用在路侧架设提示板等方式进行提示。
其中，判断普通车以当前速度匀速行驶能否通过交叉口的方法，包括：
当交叉口信号灯的相位为绿时，如果满足式v，则通过速度提示板提示司机可进行适当加速操作，尽可能赶在信号灯相位由绿转红前通过交叉口：
vlc表示所述的尾车进入控制路段的瞬时速度,almax表示所述的尾车的最大加速度，tr表示当前绿灯的剩余时长，d为控制路段的长度；
当交叉口信号灯的相位为绿时，如果满足式vi，则普通车保持瞬时速度匀速行驶能够通过交叉口，无需提醒驾驶员：
vlctr>d式vi
当交叉口信号灯的相位为红时，如果满足式vii，则通过速度提示板提示司机可进行适当减速操作，尽可能使车辆在交叉口不停车等待：
vlctg>d式vii
tg为当前红灯剩余时长；
当交叉口信号灯的相位为红时，如果满足式viii，则普通车保持瞬时速度匀速行驶能够通过交叉口，无需提醒驾驶员：
vlctg<d式viii
具体地，利用速度引导方法使所述头车获得一个建议引导行驶速度以使所述的尾车在所述头车的带领下不停车通过该交叉口，包括：
步骤31、判断所述的头车是否为加速或匀速地不停车通过所述的交叉口，若所述的头车加速或匀速地不停车通过该交叉口，则执行步骤32；否则，所述的头车减速不停车通过该交叉口，则所述的头车保持当前车速带领尾车不停车通过该交叉口；
在本步骤中，通过判断头车是否为加速或均速不停车通过交叉口，若头车加速或匀速地不停车通过当前交叉口，则说明当前为绿灯，尾车也能跟随着头车通过交叉口，但是可能会存在由于头车车速不高，导致尾车无法通过交叉口，因此需要对头车提供建议引导行驶速度，执行步骤32；若头车减速不停车通过当前交叉口，则说明当前的情况为：这一个绿灯即将结束，要等待下一个绿灯再通过，或者红灯已经开始，等待这一个绿灯亮起通过，因此在该种情况下，头车通过该交叉口后，绿灯还有充足的剩余时长，尾车能够跟随头车不停车通过该交叉口。
步骤32、采用式ix判断当前的尾车能否在所述的头车带领下不停车通过该交叉口：
其中，vlc表示所述的尾车进入控制路段的瞬时速度,almax表示所述的尾车的最大加速度，t为当前绿灯的剩余时长或从当前时刻至下一个绿灯开始时刻的时长，
若式ix成立，则所述的尾车能够通过所述的交叉口，执行步骤32，若式ix不成立，则所述的尾车无法通过所述的交叉口，返回步骤1；
由于当前的普通车为车队的最后一辆车，之前的普通车跟随头车耗费了一定的时长，因此需要判断这辆尾车能否跟随车队不停车通过该交叉口，具体地，采用式v进行判断。
步骤32、采用式x获得头车的建议引导行驶速度vsug，以使所述的尾车能够不停车通过所述的交叉口：
vsug＝vn+amaxt'式x
其中，vn为n辆普通车均通过交叉口时头车的速度，单位为m/s，t'表示所述头车加速至路段限速时需要的时长，单位为s。
实施例二
在本实施例中，设置有如图1所示的交叉口，其中控制路段的长度为100m，当前绿灯的剩余时长为7s，此时车辆可加速通过交叉口。当车辆进入控制路段的瞬时速度vc分别为21.6km/h、28.8km/h、36km/h的三辆汽车a、b、c，它们速度图像如图2所示，a车的油耗为18.5871ml，b车的油耗为16.9897ml，c车的油耗为15.3518ml。
控制路段长度为100m，当前绿灯剩余时长为3s，需要减速等待下一个绿灯通过，a车的瞬时速度vc为36km/h，b车的瞬时速度vc为39.6km/h，c车的瞬时速度vc为43.2km/h，它们速度图像如图3所示，a车的油耗为17.1150ml，b车的油耗为17.9955ml，c车的油耗为18.7397ml。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！