一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置的制作方法

本实用新型属于城市交通运输控制与汽车辅助驾驶领域，具体涉及一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置。

背景技术：

大量事实表明，城市交叉口的拥挤现象最为严重，80％以上的延误集中在城市道路交叉口，平面交叉的通行能力不足道路的50％。一般而言，进入交叉口的车辆，由于受到信号灯的作用，往往要改变行车状态,完全停车和不完全停车都要造成车辆运行时间的损失。传统信号灯控制的交叉口存在诸多弊端，以致车辆在接近或者通过交叉口时极易造成道路拥堵，甚至会发生交通事故，导致资源浪费和经济损失。在实际的车辆运行过程中，由于驾驶员不能预知前方交叉口的交通配时，车辆频繁的停走也直接导致了燃料的浪费和尾气的排放。现有的技术中，存在以下技术问题：(1)大多数装置成本较高；(2)大多数只是针对交通网络最优路径的选择，并未单独针对交叉口上游路段的车辆进行诱导；(3)大多数研究预先将配时信息存储于处理装置中，但该处理装置并不能自动识别不周期变化的信号配时。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本实用新型提供了一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置，解决交叉口的通行效率低、车辆停车次数的问题。

本实用新型是通过以下技术方案实现上述技术目的的。

一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置，包括信号机控制单元及车载控制单元，所述信号机控制单元与车载控制单元通过无线通信；

所述信号机控制单元包括信号控制机、信号机控制单元GPS模块、微处理器控制单元MCU及信号机控制单元zigbee无线传输单元；

所述信号控制机、信号机控制单元GPS模块分别与微处理器控制单元MCU的输入端相连，用于接收交叉口处红绿灯的实时信号及交叉口处红绿灯的位置信号；所述微处理器控制单元MCU的输出端与信号机控制单元zigbee无线传输单元相连，通过信号机控制单元zigbee无线传输单元与车载控制单元进行数据通信；

所述车载控制单元包括车载控制单元zigbee无线传输单元、车载控制单元GPS模块、车载感知单元、车载微处理器控制单元MCU及车载智能终端；

所述车载控制单元zigbee无线传输单元、车载控制单元GPS模块及车载感知单元分别与车载微处理器控制单元MCU的输入端相连，用于通过车载控制单元zigbee无线传输单元与信号机控制单元进行数据通信、接收车辆的位置信号及车辆的运行状态信号，所述车载微处理器控制单元MCU的输出端与车载智能终端相连，用于显示车辆行驶的诱导信息。

进一步，所述交叉口处红绿灯的实时信号包括直行及左转信号。

进一步，所述车辆的运行状态信号包括车辆的速度及加速度。

进一步，所述车载智能终端包括显示模块及语音模块。

进一步，所述微处理器控制单元MCU通过编写程序实时获得交叉口处红绿灯不周期变化的配时信息；所述微处理器控制单元MCU通过车载控制单元zigbee无线传输单元接收车辆的运行状态和位置信号，获得前方道路拥堵情况。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型通过安装车载控制单元，对车辆从内部进行诱导，从车辆内部进行的速度诱导行为，不涉及外部交通信号配时方案的调整，不会对其他交通使用者造成影响，具有可行性；

(2)本实用新型中的zigbee无线传输单元具有自组网功能，可用于单车控制，也可进行扩展组网，通过获得交叉口的交通信息进行多车控制，并可根据这些信息获得前方路段的交通状况。

(3)本实用新型分别在交叉口处与行驶车辆上设置信号控制机单元与车载控制单元，实时生成车辆速度诱导控制策略，并通过语音模块与显示模块提示给驾驶员，使车辆能够不停车通过交叉口，提高了交叉口的通行效率、减少车辆停车次数，最终达到提高交通网络的通行效率的目的。

附图说明

图1为一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置的总体框架图；

图2为车辆不停车通过交叉口的控制流程图；

图3为引导车辆不停车通过交叉口的车辆速度诱导策略图；

图4为交叉口相位信息示意图；

图5为交叉口直行信号灯配时及车辆抵达交叉口示意图；

图6为交叉口左转信号灯配时及车辆抵达交叉口示意图；

图7为基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的原理图。

其中：1-信号控制机，2-信号机控制单元GPS模块，3-微处理器控制单元MCU，4-信号机控制单元zigbee无线传输单元，5-车载控制单元zigbee无线传输单元，6-车载控制单元GPS模块，7-车载感知单元，8-车载微处理器控制单元MCU，9-车载智能终端，白色-绿灯，灰色-黄灯，黑色-红灯。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。

如图1所示，一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置，包括信号机控制单元及车载控制单元，信号机控制单元与车载控制单元通过无线通信；

信号机控制单元包括信号控制机1、信号机控制单元GPS模块2、微处理器控制单元MCU3及信号机控制单元zigbee无线传输单元4；车载控制单元包括车载控制单元zigbee无线传输单元5、车载控制单元GPS模块6、车载感知单元7、车载微处理器控制单元MCU8及车载智能终端9；车载感知单元7运用六轴运动处理组件MPU6050采集车辆实时六自由度运动参数，车载智能终端9包括显示模块及语音模块，微处理器控制单元MCU 3与车载微处理器控制单元MCU8均采用MC9S12XET256芯片；

信号控制机1、信号机控制单元GPS模块2分别与微处理器控制单元MCU 3的输入端相连，用于接收交叉口处红绿灯的实时信号及交叉口处红绿灯的位置信号；微处理器控制单元MCU 3的输出端与信号机控制单元zigbee无线传输单元4相连，通过信号机控制单元zigbee无线传输单元4与车载控制单元进行数据通信；交叉口处红绿灯的实时信号包括直行及左转信号；

车载控制单元zigbee无线传输单元5、车载控制单元GPS模块6及车载感知单元7通过RS232串口分别与车载微处理器控制单元MCU 8的输入端相连，用于通过车载控制单元zigbee无线传输单元5与信号机控制单元进行数据通信、接收车辆的位置信号及车辆的运行状态信号，车载微处理器控制单元MCU 8的输出端与车载智能终端9相连，用于显示车辆行驶的诱导信息；车辆的运行状态信号包括车辆的速度及加速度。

如图2所示，微处理器控制单元MCU 3通过编写程序实时获得交叉口处红绿灯不周期变化的配时信息；微处理器控制单元MCU 3通过车载控制单元zigbee无线传输单元5接收车辆的运行状态和位置信号，获得前方道路拥堵情况；并将上述信息以[(X_j，Y_j)，tr/tg，(TR，TG，TY),Vmax，Vmin，con/smo]的格式储存以备传输使用。

信号机控制单元zigbee无线传输单元4与车载控制单元zigbee无线传输单元5组成了一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置的无线传输单元。

Zigbee模块所有的模块上电即自动组网，网络内模块如掉电，网络具自我修复功能；通过串口以指令方式即可在任意节点间进行数据传播，数据传输的格式为：0xFD(数据传输命令)+0x0A(数据长度)+0x73 0x79(目标地址)+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x060x07 0x08 0x09 0x10(数据，共0x0A Bytes)；其传输距离为1600米，因此选择1000米为信号良好范围，即当车辆距交叉口的距离为1km时，开始生成诱导策略，并且设置串口速率为115200bps。

信号机控制单元zigbee无线传输单元4将[(X_j,Y_j)，tr/tg，(R,G,Y),Vmax,Vmin，con/smo]格式的数据传输至车载控制单元zigbee无线传输单元5；车载控制单元zigbee无线传输单元5将[(X,Y)，v]格式的数据传输至信号机控制单元zigbee无线传输单元4。

如图2所示，信号机控制单元的工作原理：

(1)如图4所示，信号机控制单元获取交叉口信号配时信息(常规设置中的相位形式为：红灯、绿灯、黄灯，因此可以判断3s为黄灯，3s前的为绿灯，3s后为红灯)，并对信号配时进行实时更新，更新方式为：将获取的信息以T＝[TR,TG,TY]的格式存储，若实时获取的信息T1＝[TR1,TG1,TY1]与T＝[TR,TG,TY]相同，则T＝[TR,TG,TY]存储信息不变，若T1与T不同，则将T数据更新为T1，直行信号配时示意图如图5所示，左转信号配时示意图如图6所示。

(2)将T＝[TR,TG,TY]信息与实时获取的信号配时tr和tg相比较，获取红、绿灯相位的倒计时：r＝TR-tr，g＝TG-tg。

(3)信号机控制单元GPS模块2将交叉口的位置信息(X_j,Y_j)存储至微处理器控制单元MCU 3。

(4)将道路的最高限速Vmax和最低限速Vmin存储成可供微处理器控制单元MCU 3获取的数据形式。

(5)将道路交通状况分为两种情况：“拥堵，congestion”，“畅通，smoothy”。

(6)微处理器控制单元MCU 3将一条格式为[(X_j,Y_j)，tr/tg，(R,G,Y),Vmax,Vmin，con/smo]的数据。

一种基于车辆速度诱导策略引导车辆不停车通过交叉口的装置是按照以下步骤实现车辆不停车通过交叉口的：

S1，微处理器控制单元MCU 3对交叉口处红绿灯的配时信息进行学习，若交叉口处红绿灯的配时信息发生变化，则微处理器控制单元MCU(3)将交叉口处红绿灯的配时信息进行更新，并存储变化后的配时信息T＝[TR，TG，TY]；

S2，微处理器控制单元MCU 3将S1存储变化后的配时信息T＝[TR，TG，TY]、信号控制机1采集的交叉口处红绿灯的实时信号及信号机控制单元GPS模块2采集的交叉口处红绿灯的位置信号通过信号机控制单元zigbee无线传输单元4及车载控制单元zigbee无线传输单元5传送给车载微处理器控制单元MCU 8；

S3，车载微处理器控制单元MCU 8接收到的S1存储变化后的配时信息T＝[TR，TG，TY]、信号控制机1采集的交叉口处红绿灯的实时信号、信号机控制单元GPS模块2采集的交叉口处红绿灯的位置信号及车载控制单元GPS模块6采集的车辆的实时位置、车载感知单元7采集的车辆的运行状态信号进行计算，具体的计算过程为：

S3.1，通过车载感知单元7采集的车辆当前行驶车速v，通过车载控制单元GPS模块6得到车辆当前位置(X₁，Y₁)；

S3.2，根据车辆当前位置(X₁，Y₁)与交叉口处红绿灯的位置(X_j，Y_j)，得车辆与交叉口的距离由车辆与交叉口的距离L及车辆当前行驶车速v，得到车辆以当前车速行驶至交叉口的时间

S4，如图3与图7所示(图7中的阴影部分为期望诱导速度范围)，将车辆以当前车速行驶至交叉口的时间t与交叉口处红绿灯的剩余时间进行比较，其中交叉口处红绿灯的剩余时间为S1存储变化后的配时信息T＝[TR，TG，TY]中的信号灯时间与交叉口处红绿灯的实时信号中的信号灯时间之差；

(a)交叉口处红绿灯的信号相位为红灯，tr为红灯剩余时间

当t<tr时，表示车辆以当前车速抵达交叉口时信号相位为红灯，比较车辆不停车通过交叉口的期望速度与交叉口的限速范围[Vmin，Vmax]，得到期望诱导速度范围[v1，v2]，其中此时v>[v1，v2]，车载微处理器控制单元MCU 8生成减速诱导策略；

当tr<t<tr+TG时，表示车辆以当前车速行驶能够不停车通过交叉口，系统生成的诱导策略为车辆保持当前车速行驶；

当t>tr+TG时，表示车辆以当前速度抵达交叉口时信号相位为下一个红灯，比较车辆不停车通过交叉口的期望速度和交叉口的限速范围[Vmin，Vmax]，得到期望诱导速度范围[v1，v2]，其中此时v<[v1，v2]，车载微处理器控制单元MCU 8生成加速诱导策略；

(b)交叉口处红绿灯的信号相位为绿灯，tg为绿灯剩余时间

当t<tg+TY时，表示车辆以当前车速行驶能够不停车通过交叉口，车载微处理器控制单元MCU 8生成的诱导策略为车辆保持当前车速行驶；

当tg+TY<t<tg+TY+TR时，表示车辆以当前车速行驶抵达交叉口时的信号相位为红灯，比较车辆不停车通过交叉口的期望速度与交叉口的限速范围[Vmin，Vmax]，其中交叉口的期望速度为除之外的速度；若存在期望诱导速度范围车载微处理器控制单元MCU 8生成减速诱导策略；若存在期望诱导速度范围车载微处理器控制单元MCU 8将生成加速诱导策略；若车辆不停车通过交叉口的期望速度与交叉口的限速范围[Vmin，Vmax]不存在交集，则不采取诱导，由驾驶员自由判断；

当t>tg+TY+TR时，表示车辆以当前速度行驶能够不停车通过交叉口，系统生成的诱导策略为车辆保持当前车速行驶。

S5，智能车载终端9根据车载微处理器控制单元MCU8生成的诱导策略，对驾驶员分别进行语音与显示提示；语音提示包括请轻踩油门、请减小车速及请保持当前车速行驶。

当前诱导策略提示采取加速行为时，车载智能终端9文字显示“tr/tg/ty”(颜色由当前检测到的信号灯决定)、“期望诱导速度范围”,同时语音提示“请轻踩油门”；

当前诱导策略提示采取减速行为时，车载智能终端9文字显示“tr/tg/ty”(颜色由当前检测到的信号灯决定)、“期望诱导速度范围”,同时语音提示“请减小车速”；

当前诱导策略提示保持当前车速行驶时，车载智能终端9文字显示“tr/tg/ty”(颜色由当前检测到的信号灯决定)、“期望诱导速度范围”,同时语音提示“请保持当前车速行驶”。

本文虽然已经给出了本实用新型的一些实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本实用新型精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本实用新型权利范围的限定。