1.一种考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行系统,其特征在于:包括控制区域,其为距离路口停车线一定范围的区域;
还包括若干被控汽车,前述的被控汽车为即将驶入或者正在控制区域内形式的汽车,且被控汽车通过v2i通讯与信号灯控制器连通;
还包括待行队列,前述的待行队列指信号灯为红灯时,在路口停车线等待通行的汽车组成的队列;
在控制区域的边缘设置若干第一地磁线圈,即第一地磁线圈远离路口停车线;
在路口停车线铺设若干第二地磁线圈。
2.一种考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:首先定义信号灯相位配时为信号灯当前状态,以及转为下一状态所需时间;
当信号灯为红灯时,首先获取路口停车线处待行汽车的数量、信号的相位配时信息,优化控制区域的长度;
然后利用智能驾驶员跟车模型计算待行队列内汽车的加速度或者减速度,并基于汽车运动学模型计算待行队列的长度与速度变化轨迹,估计待行队列通行时间;
接着应用包含能量和动力学的汽车模型,考虑多约束和多目标,设计包含汽车与交通约束的车速优化问题,并采用动态规划算法计算汽车绿色通行车速;
最后利用v2i通讯将优化车速发送至被控汽车,进入控制区域后即按照此车速行驶,同时执行避撞策略,保证安全通行。
3.根据权利要求2所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
初始化:设定控制区域范围d,初始化被控汽车数量n=0,初始化第一地磁线圈计数n1,初始化第二地磁线圈计数n2=0,初始化时间t=0,初始化控制器计算单元;
第一步:交通信息获取,在距离路口停车线长度为d的位置,预先在道路内埋设地磁线圈,汽车通过时会自动计数,并输至信号灯控制器;其中,被控汽车的位置通过车载gps采集,信号灯相位配时直接从信号灯控制器读取,上述信息实时传输至信号灯控制器;
第二步:待行队列通行时间估计,采用均匀分布随机化待行汽车参数,并利用加入启动延时判断因子、最大加速度约束、最小制动减速度约束修正智能驾驶员跟车模型计算待行队列中每辆车的加速度或者减速度,利用汽车运动学模型估计待行队列通行时间;
第三步:经济性驾驶车速优化,设定保证通行效率的最低车速约束,满足道路限速的最高车速约束,保证汽车舒适性的加速度或者减速度约束,建立汽车模型,以汽车在控制区域内能量消耗为优化目标,采用动态规划算法求解上述优化问题,输出保证汽车安全、节能、高效的绿色通行车速;
第四步:绿色通行车速广播,利用v2i通信网络,将优化的绿色通行车速广播至被控汽车,在控制区域内的被控汽车将按照此车速行驶;
第五步:安全避撞控制,设计被控汽车与待行队列尾车的车距保持策略,避免发生碰撞;
结束:当被控汽车驶离路口停车线时,结束对被控汽车控制。
4.根据权利要求3所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:第一步中交通信息获取的具体步骤为:
第一地磁线圈检测到汽车前轮和后轮同时通过时,汽车数量计数加1,第二地磁线圈检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1,两者之差即为控制区域内待行汽车数量,n=n1-n2;
第一地磁线圈检测到只有汽车前轮经过时n1计数保持并设定待行队列静止长度为控制区域长度d;第二地磁线圈检测到只有汽车前轮经过时n2计数保持;
其中,被控汽车位置信息通过车载gps获取,通过v2i通讯实时传递至路口信号灯控制器,被控汽车和信号灯控制器均安装v2i通信终端,可以实现信息的交互传递;信号灯相位配时信息由信号灯控制内内部读取。
5.根据权利要求4所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:第二步中待行队列通行时间估计的具体步骤为:
定义被控车辆的车身最大长度为lmax,车身最小长度为lmin,汽车最大静止头距为hmax,汽车最小静止头距为hmin,汽车最大启动延时为zmax,汽车最小启动延时为zmin,汽车最大运动时距为dhmax,汽车最小运动时距为dhmin,路口待行汽车数量为n,第j辆车的长度为lj,第j辆车的头距为hj,第j辆车的启动延时为zj,第j辆车的运动时距为dhj,随机均匀分布函数为rand(),克罗内克积为
定义sj为第j辆车位置,vj为第j辆车速度,aj为第j辆车加速度/减速度,d*为理想跟车距离,amax为汽车最大加速度,amin为汽车最大减速度,v*为理想车速,
则基于修正智能驾驶员跟车模型的汽车加/减速度为:
其中:
上式中max()表示取最大值函数,min()表示取最小值函数,
定义sj为第j辆车距离路口停止线初始位置,dqj为到第j辆车待行队列初始长度,dq为待行队列初始总长度。
则第j辆车距离路口停止线初始位置sj为:
则以第j辆车为尾车,待行队列初始长度dqj为:
dqj=sj+0.5lv
队列初始静止长度dq由尾车位置车长度决定:
dq=dqn+0.5ln
建立以时间离散化的问题,定义离散时间间隔为δt,信号灯从当前状态转为下一状态的时间为ts,信号固定配时为tin,信号灯转为绿灯时间为tgr,信号灯保持红灯时间为tre,信号灯状态为p(p=0表示红灯,p=1表示绿灯),vmax为道路限制的最高车速,
采用离散化计算方法,则在第k步第j辆车运动速度vj为:
依据信号灯时间定义可得tre=tgr=ts,则在第k步第j辆车行驶长度dqj为:
队列是否通过路口依据尾车是否通过决定,则整个队列运动长度由尾车决定dq(k)=dqn(k),由此可以计算队列通行时间tq为:
6.根据权利要求5所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:第三步中绿色通行车速优化的具体步骤为:
定义g为重力加速度,m为汽车质量,f为摩擦阻力系数,θ为道路坡度,cd为空气阻力系数,ρ为空气密度,d为行驶距离,δ为汽车转动惯量换算系数,f为牵引力,其中正值为驱动力,负值为制动力,x=[dv]t表示状态量,
采用质点模型描述汽车纵向动力学模型:
定义汽车瞬时油耗率为
则汽车瞬时油耗模型为:
定义汽车油耗为j,优化问题控制量为u,初始车速为vs,终端车速为vp,最小车速为vmin,最大车速为vmax,优化问题长度为n,最大驱动力为fd,最大制动力为fb,其中最大驱动力、最大制动力均由路面附着和制动舒适性决定,
则优化问题如下:
满足:
x(0)=[vs,0]
v(k)∈[vmin,vmax]
u(k)∈[fb(k),fd(k)]
定义动态规划算法终端代价函数为:
其中argmin()表示取最小值时控制量和状态量函数,
定义动态规划逆向迭代代价函数为:
通过求解上述方程,即可获得满足要求的最优绿色通行车速。
7.根据权利要求6所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:第四步中绿色通行车速广播的具体步骤为:
利用信号灯控制器v2i通信终端和被控汽车v2i通信终端,将最优绿色通行车速发送至被控汽车。
8.根据权利要求7所述的考虑待行队列影响与安全避撞的网联汽车绿色通行方法,其特征在于:第五步中安全避撞控制的具体步骤为:
避撞控制算法内置于车内,通过雷达获取与前方待行队列尾车距离,使其保持在安全距离内,定义保证舒适性制动减速度为at,满足路面附着的最大减速度为
则安全避撞控制为:
其中:
安全避撞控制产生的车速为被控汽车最终行驶车速。