本发明涉及一种交叉路口车辆控制方法，特别是关于一种露天矿区交叉路口车辆通行控制方法。
背景技术：
露天矿区中，交叉路口区域由于车辆行驶轨迹冲突、对于不同行驶方向车辆感知受限等原因，因而是运输过程中安全事故高发的主要区域。近年来，随着智能驾驶在矿区应用的推广，单纯通过自车传感器的感知已无法应对交叉路口场景，因而交叉路口更加成为矿区智能驾驶的一个潜在风险。因此，如何通过技术手段。消解矿车在交叉路口的冲突，保证露天矿区交叉路口的安全性，是一个亟待解决的问题。
目前，有少量专利着眼于城市交叉路口交通流的调度与控制。例如，cn201810224249.9设计了一种交叉路口无信号灯车辆调度方法，利用车辆请求估计通过交叉路口的时刻，优化更新车辆分配通行时刻。cn201910611663.x发明了一种自动驾驶车辆行为规划方法，通过获取车辆信息，判断确定汇入交叉路口时的车辆间隙的安全性，确保规划无碰撞的行驶轨迹。cn201811229482.2提出了一种无交通信号灯的城市交叉路口的控制系统，利用采集装置采集车辆排队长度和行人数量，根据数值大小做出相应的响应控制及策略，进行“允许通行”与“禁止通行”的相位切换。
上述技术对于提高城市交叉路口通行效率具有积极意义，但其仅考虑通信信息，未综合考虑道路路况以及车辆参数的变化等情况，不适用于露天矿区场景下交叉路口的特殊性。在露天矿区，由于车辆的装载状态与道路坡度都将显著影响着车辆控制系统性能，单纯考虑车辆的请求时间与速度等无法保证车辆通过交叉路口的安全性。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
技术实现要素：
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种针对露天矿区的交叉路口车辆通行控制方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种露天矿区交叉路口车辆通行控制方法，包括如下步骤：
步骤1，车辆在矿区上行驶时，通过无线通信实时与调度中心连接，保持通信；
步骤2，车载定位单元将自车位置、速度信息采集后通过无线通信发送至调度中心；
步骤3，调度中心根据车辆位置，结合矿区地图信息，将车辆未来行驶的道路的坡度传给车辆；
步骤4，车辆计算自车的最小刹车距离以及预约距离；
步骤5，当车辆与交叉路口距离小于计算得到的预约距离时，车辆向调度中心进行预约，调度中心计算是否允许车辆通过交叉路口；
步骤6，调度中心处理车辆的预约请求；
步骤7，判断车辆是否预约成功，若否前往步骤8，若是则前往步骤9；
步骤8，如果没有前车，车辆就以能够匀减速至交叉路口停止线的减速度减速，如果有前车，车辆还得考虑与前车保持安全距离，执行减速方案后，再前往步骤5；
步骤9，车辆以预约的速度进行行驶，通过交叉路口，当车辆完全通过交叉路口后，给调度中心发送通过信息，消除之前的预约。
作为本发明的进一步改进，所述步骤3中确定车辆未来行驶的道路的坡度的方法为：获取车辆的gps位置信息，根据预先存储的地图信息获取道路坡度α，并约定上坡为正，下坡为负。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4中计算自车的最小刹车距离的步骤为：步骤4.1，计算车辆空载行驶时的动力学方程，车辆根据空载质量m在平路上行驶计算的动力学方程为：
其中，a是车辆空载时的最大减速度，v0为车辆的初始速度以及smin是车辆的空载平路行驶时的最小制动距离；
步骤4.2，计算车辆装载行驶时的动力学方程，车辆装载行驶时，紧急制动时的纵向动力学方程为：
fb,max+αm′g＝m′a′；
其中，m′为车辆的装载时的总质量，a′是车辆装载时的最大减速度，g为重力加速度；
步骤4.3，结合车辆空载行驶与装载行驶的动力学方程，可以得到车辆装载的最大减速度为：
那么最终可以得到最小刹车距离为
作为本发明的进一步改进，所述步骤5中车辆的预约距离计算方法为：
步骤5.1，考虑车辆满载与上下坡不同状态，预约距离应该有所不同，上坡时应优先下坡，满载时优先于空载，设定预约优先因子为：
k＝p(1+bcα)；
其中，p为考虑预约距离与最小制动距离放大关系且值大于1的因子，b为上坡与下坡优先关系且值大于1的因子，c为满载质量与空载质量之比；
步骤5.2，考虑自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合场景下的反应时间，可计算相应的预约距离为：
sr＝k(v0ρ+s′min)；
其中，ρ为反应时间。
作为本发明的进一步改进，所述步骤6中的调度中心处理车辆的预约请求的具体方法为：
步骤6.1，为保证车辆的绝对安全，如果与交叉路口的距离s小于预约距离sr时，那么预约优先权最高，需要直接认定为接收申请，前往步骤9，否则，前往步骤6.2；
步骤6.2，调度中心判断该车辆的前车是否已被拒绝申请，若是，直接拒绝且前往步骤8，若否，前往步骤6.3；
步骤6.3，根据车辆请求的速度和车辆位置计算车辆进入交叉路口的时间以及退出时间，在矿区内为保证安全都以匀速方案行驶，其中进入交叉路口的时间可计算为：
退出交叉路口的时间为：
其中，t0为当前时间，d为交叉路口驶入地到驶出地的距离，l为车辆的长度；步骤6.4，将估计的进入和退出的时间窗与已有的预约信息进行比对，判断是否有重叠，若有拒绝申请且前往步骤8，若否则接收申请。
作为本发明的进一步改进，所述步骤6.4中的判断时间窗重叠的方法为：
步骤6.4.1，将已经接受预约的时间窗以时间顺序排列编号并记为1,2,3……n，令
步骤6.4.2，比较
步骤6.4.3，如果
步骤6.4.4，如果
本发明的有益效果，本控制方法能够为露天矿区车辆通行交叉路口时提供安全有效的通行控制方法，将能够根据车辆的装载状态与道路坡度情况，确定不同的预约距离，从而给予车辆不同的通行交叉路口优先权，有利于减少安全隐患和提高露天矿区通行效率。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明做进一步的详述。
本实施例的一种露天矿区交叉路口车辆通行控制方法，包括如下步骤：
步骤1，车辆在矿区上行驶时，通过无线通信实时与调度中心连接，保持通信；
步骤2，车载定位单元将自车位置、速度信息采集后通过无线通信发送至调度中心；
步骤3，调度中心根据车辆位置，结合矿区地图信息，将车辆未来行驶的道路的坡度传给车辆；
步骤4，车辆计算自车的最小刹车距离以及预约距离；
步骤5，当车辆与交叉路口距离小于计算得到的预约距离时，车辆向调度中心进行预约，调度中心计算是否允许车辆通过交叉路口；
步骤6，调度中心处理车辆的预约请求；
步骤7，判断车辆是否预约成功，若否前往步骤8，若是则前往步骤9；
步骤8，如果没有前车，车辆就以能够匀减速至交叉路口停止线的减速度减速，如果有前车，车辆还得考虑与前车保持安全距离，执行减速方案后，再前往步骤5；
步骤9，车辆以预约的速度进行行驶，通过交叉路口，当车辆完全通过交叉路口后，给调度中心发送通过信息，消除之前的预约，如此通过步骤1至步骤9的执行操作，可利用步骤1至步骤3确定车辆的具体信息和道路的坡度，之后利用步骤4至步骤5计算出车辆的最小刹车距离和预约距离，然后再利用步骤6至步骤8在获得了最小刹车距离和预约距离的基础上再考虑了是否有前车的情况，最后再执行减速方案，最终利用步骤9在车辆完全通过交叉路口以后对整体的系统进行复位，减少系统的负担，也减少系统因为多个预约而出现混乱的情况，以此本实施例中通过步骤1至步骤9的执行在考虑了车辆请求时间和速度的前提下还考虑了道路的坡度，以及是否有前车的情况，并且采用了预约-通过的方式，可实现车辆计划通过交叉路口，增加车辆的通行速度，因此该实施例的方法能够克服或至少减轻现有技术的中的至少一个缺陷。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤3中确定车辆未来行驶的道路的坡度的方法为：获取车辆的gps位置信息，根据预先存储的地图信息获取道路坡度α，并约定上坡为正，下坡为负，采用上述方法可简单有效的获取车辆位置和道路坡度。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤4中计算自车的最小刹车距离的步骤为：
步骤4.1，计算车辆空载行驶时的动力学方程，车辆根据空载质量m在平路上行驶计算的动力学方程为：
其中，a是车辆空载时的最大减速度，v0为车辆的初始速度以及smin是车辆的空载平路行驶时的最小制动距离；
步骤4.2，计算车辆装载行驶时的动力学方程，车辆装载行驶时，紧急制动时的纵向动力学方程为：
fb,max+αm′g＝m′a′；
其中，m′为车辆的装载时的总质量，a′是车辆装载时的最大减速度，g为重力加速度；
步骤4.3，结合车辆空载行驶与装载行驶的动力学方程，可以得到车辆装载的最大减速度为：
那么最终可以得到最小刹车距离为
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤5中车辆的预约距离计算方法为：
步骤5.1，考虑车辆满载与上下坡不同状态，预约距离应该有所不同，上坡时应优先下坡，满载时优先于空载，设定预约优先因子为：
k＝p(1+bcα)；
其中，p为考虑预约距离与最小制动距离放大关系且值大于1的因子，b为上坡与下坡优先关系且值大于1的因子，c为满载质量与空载质量之比；
步骤5.2，考虑自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混合场景下的反应时间，可计算相应的预约距离为：
sr＝k(v0ρ+s′min)；
其中，ρ为反应时间，通过上述方法，充分的考虑了车辆的满载与空载还有自动驾驶和人工驾驶状态，并且还考虑上下坡状态，因此会使得车辆的预约距离能够更加适合，同时采用公式表达，可直接提供给现有的计算机使用，不需要额外的再进行转化。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤6中的调度中心处理车辆的预约请求的具体方法为：
步骤6.1，为保证车辆的绝对安全，如果与交叉路口的距离s小于预约距离sr时，那么预约优先权最高，需要直接认定为接收申请，前往步骤9，否则，前往步骤6.2；
步骤6.2，调度中心判断该车辆的前车是否已被拒绝申请，若是，直接拒绝且前往步骤8，若否，前往步骤6.3；
步骤6.3，根据车辆请求的速度和车辆位置计算车辆进入交叉路口的时间以及退出时间，在矿区内为保证安全都以匀速方案行驶，其中进入交叉路口的时间可计算为：
退出交叉路口的时间为：
其中，t0为当前时间，d为交叉路口驶入地到驶出地的距离，l为车辆的长度；步骤6.4，将估计的进入和退出的时间窗与已有的预约信息进行比对，判断是否有重叠，若有拒绝申请且前往步骤8，若否则接收申请，通过上述方法，可针对车辆的具体情况作出对于预约申请的不同处理。
作为改进的一种具体实施方式，所述步骤6.4中的判断时间窗重叠的方法为：步骤6.4.1，将已经接受预约的时间窗以时间顺序排列编号并记为1,2,3……n，令
步骤6.4.2，比较
步骤6.4.3，如果
步骤6.4.4，如果
其中本实施例中的步骤8中，有两种方式：
对于自动驾驶车辆，车辆在考虑与前车保持安全距离时，所采取的减速方案具体为：
ad＝min{af,as}
其中，af为匀减速至交叉路口停止线的减速度数值，as为与前车保持安全距离要采取的减速度数值。
具体地，
as＝-(k1δd+k2δv)
其中，k1和k2为距离差和速度差的系数，δd为跟踪距离误差，即两车车距(s-sf-l)与期望跟车距离sd之差，sf为前车到交叉路口的距离，δv为前车速度vf与自车速度v0之差。
对于人工驾驶车辆，采用人机交互界面或灯光/声音提示等方式对人类驾驶员进行减速让行提示。
综上所述，本实施例的通行控制方法，通过步骤1至步骤9的设置，实现在基于请求时间和速度的基础上又考虑道路坡度，同时还采用预约-通过的运行方式，可有效的克服或至少减轻现有技术的至少一个缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。