车联网环境下双车道车辆并道合流指挥方法

1.本发明涉及一种车联网环境下双车道车辆并道合流指挥方法，其中包含车路协同技术，车用无线通信技术(v2x技术)等，属于智能交通领域。


背景技术：

2.在提高车辆换道合流的通行效率、减少合流时发生的交通事故以及维持合流时秩序的过程中，智能交通领域的研究发挥着重要的作用。其中车路协同技术能够使得车辆与路侧信息基站进行信息交互，从而协助驾驶员进行并道合流操作。
3.目前无论在高速上匝道合流，还是隧道下某一车道上发生意外事故后车辆并道合流，大多采用交替合流的方式。此方式能够使得并道合流过程有序进行，但当车流量较大时，这种方式会使得通行效率降低而导致局部堵塞。
4.现有的改善措施是合理管控合流车辆的速度和行驶轨迹，但其本质上依然是交替合流。
5.因此需要研究一种车联网下的车辆并道合流指挥方法来起到移动式临时交通信号灯的作用，从而在保障安全的前提下，提高通行效率。


技术实现要素：

6.本发明要克服现有技术的上述缺点，为了提高隧道下某一车道发生意外事故后换道合流时的通行效率和安全程度，提出一种车联网环境下的车辆并道合流指挥方法。
7.本发明方法建立在车联网的基础上，通过路侧控制单元收集车道信息，发现车道事故后，由事故点上游的路侧控制单元计算并道合流最小安全距离并结合事故点位置确定合流点位置；接着收集两车道上迫近车辆的速度、位置等信息预测它们的到达时间，最后通过两车道迫近车辆到达的先后顺序对车载式虚拟显示屏进行控制。
8.移动式临时交通信号灯的形成，可以使得合流时不需考虑另一车道车辆的影响，从而可以节省交替合流时车辆间断提速、减速所需的时间，同时还能够提高并道合流时的整体车速以减少合流时间，最终达到提高通行效率的效果。
9.本发明的车联网环境下双车道车辆并道合流指挥方法，包括如下步骤：
10.1、计算最小安全距离；
11.根据并道合流最小安全距离数学模型可以确定出在隧道某一车道发生意外事故后，该车道上车辆进行并道合流的最小安全距离s
mss
(指车辆安全完成并道合流时需要预留出距事故发生点的最小距离)。
[0012][0013]
其中l为前车轮至车头的距离，ac(τ)为c车在换道过程中的加速度，υc(0)为c车的
初速度，t为整个换道过程所需的时间。
[0014]
2、确定合流点位置；
[0015]
将步骤1中的最小安全距离s
mss
传递给路侧控制单元模块，该模块将最小安全距离s
mss
与其在车联网环境下收集到的意外事故发生位置信息结合，给出合流点位置。
[0016]
以事故发生位置为坐标原点，建立平面直角坐标系(以车辆行驶方向为x轴正方向，垂直于x轴向上的方向为y轴)。
[0017]
合流点位置x
p
为：
[0018]
x
p
＝-ks
mss
ꢀꢀ
(2)
[0019]
其中k为安全系数。
[0020]
3、预测两车道迫近车辆到达合流点所需时间；
[0021]
在车联网的环境下，路侧控制单元模块可以收集智能网联车联通过智能车载系统上传的车辆位置、速度、纵向及横向加速度等信息，并根据步骤2给出的合流点位置分别预测出两车道上迫近车辆(即两车道上距离合流点位置最近的车辆)到达合流点位置所需要的时间。
[0022]
4、控制车载式虚拟显示屏的显示情况；
[0023]
路侧控制单元将步骤3中两车道迫近车辆到达合流点位置所需时间进行比较同时对两车道上车流量进行分析，从而向两车道上车辆的车载式虚拟显示屏发送指令，在显示屏中展现代表合流点位置的虚拟线以及指挥各车道上车辆进行相关操作的文字信息。
[0024]
5、对驾驶员不当行为进行记录上传；
[0025]
若两车道上某些车辆在换道合流时进行了一些会影响合流安全的行为时，路侧控制单元会记录做出这些危险行为的车辆并将相关数据上传至交通管控平台。
[0026]
优选地，步骤2中安全系数k取1.2。
[0027]
在车联网环境下，通过步骤1，2，3，4，5即可在意外事故处实现移动式临时交通信号灯的效果，这样可以维持并道合流时的秩序以及提高合流时的效率。
[0028]
本发明的工作原理是：通过路侧控制单元收集车道信息，发现车道事故后，由事故点上游的路侧控制单元计算并道合流最小安全距离并结合事故点位置确定合流点位置；接着收集两车道上迫近车辆的速度、位置等信息预测它们的到达时间，最后通过两车道迫近车辆到达的先后顺序对车载式虚拟显示屏进行实时控制，来形成移动式临时交通信号灯的效果。
[0029]
本发明的优点是：
[0030]
1、当隧道下某一车道上发生意外事故后，车辆将采用车队式合流通行而不是交替合流通行，这种移动式临时交通信号灯的效果能够维持合流时的秩序，保证了合流的安全。
[0031]
2、本发明方法能够减少交替合流通行时产生的车辆冲突时间以及间断提速、减速所需的时间，从而提高合流通行时的效率。
附图说明
[0032]
图1是并道合流最小安全距离数学模型建立过程示意图。
[0033]
图2是车载式虚拟显示屏的安装位置示意图。
[0034]
图3～图4是实际并道合流过程示意图，其中图3是ta》td时的并道合流过程示意图，
图4是ta＜td时的并道合流过程示意图。
[0035]
图5是方法流程图。
具体实施方式
[0036]
根据附图，对整个技术方案进行进一步的阐述。
[0037]
本发明的车联网环境下双车道车辆并道合流指挥方法，包括如下步骤：
[0038]
1、计算并道合流最小安全距离s
mss
；
[0039]
并道合流最小安全距离数学模型是通过结合车联网下车辆换道模型和实际应用场景得来的。
[0040]
假设在隧道下换道前的各车位置如图1所示，c车准备从当前车道(车道2)变道换至目标车道(车道1)。c1和c4车分别为c车在当前车道的前后车，c2和c3为目标车道的前后车。
[0041]
为了便于分析换道过程，做出以下相应的简化：
[0042]
1)除c车以外，其余车均做匀速行驶。
[0043]
2)由于c车与c4车之间的间距由c4车来控制，c车与c3车之间的间距由c3车来控制，所以这里不考虑c4车和c3车的影响
[0044]
由于系统起到移动式交通信号灯的作用，所以在c车并道合流时，目标车道前方是没有车的，所以不用考虑c2车的影响。
[0045]
通过上述的简化以及实际情况，目标车辆c在换道时只会受到当前车道c1车的影响，如图1所示。
[0046]
图1中所描述的是c车的整个换道过程中始末两个位置—c车开始准备换道的位置和将与c1发生碰撞的极限位置。图中开始换道时刻(即t＝0)对应的s
l
(0)即为换道最小安全距离。
[0047]
整个过程中两车之间的纵向距离s
l
(t)可用式(1)来表示:
[0048][0049]
式中t为整个换道过程所需的时间，a
c1
(τ)为c1车在换道过程中的加速度，υ
c1
(0)为c1车的初速度，ac(τ)为c车在换道过程中的加速度，υc(0)为c车的初速度。
[0050]
将c车与c1车达到极限位置时所对应的时刻记为l时刻，当t∈[t
l
,t]时，s
l
(t)》l即可顺利完成换道(其中l为前车轮至车头的距离)。
[0051]
因此就可以确定出换道最小安全距离s
msse
。
[0052]
即为：
[0053][0054]
又因为实际情况中隧道下发生的事故点近似于一辆速度为0，加速度为0的c1车，如图1所示。所以根据式(2)可得到并道合流时最小安全距离s
mss
。
[0055][0056]
2、确定合流点位置p；
[0057]
如图4中所示，距事故点最近的上游路侧控制单元a在车辆网的环境下可以得到事故点的位置信息，并将其与步骤2中获得的最小安全距离s
mss
相结合从而获得合流点位置p(其中需要将s
mss
乘上安全系数k＝1.2得到修正后的安全距离s
mmss
)。
[0058]
以事故发生位置为坐标原点，建立平面直角坐标系(以车辆行驶方向为x轴正方向，垂直于x轴向上的方向为y轴)。
[0059]
合流点位置x
p
为：
[0060]
x
p
＝-ks
mss
ꢀꢀ
(2)
[0061]
其中k为安全系数取1.2。
[0062]
3、预测两车道迫近车辆到达合流点的时间td、ta；
[0063]
在车联网的环境下，事故车道上的迫近车辆cd和正常车道上的迫近车辆ca可以将它们各自的速度υd、υa以及加速度ad、aa。路侧控制单元a可以通过这些数据以及步骤2中的合流点位置p预测出它们各自到达p位置的时间td、ta。
[0064]
4、控制车载式虚拟显示屏显示情况；
[0065]
路侧控制单元a将步骤3中预测的时间td、ta进行比较。
[0066]
附图图3，图4对应两种情况下的实际并道合流情况。
[0067]
若ta＞td，则表明事故车道上的迫近车辆cd比正常车道上的迫近车辆ca要先到达合流点；那么此时控制单元a将使处在控制范围r内的两车道车辆上的车载式虚拟显示屏显示虚拟线位置，同时提供指示信息。
[0068]
处在事故车道上的车载式显示屏将呈现提示文字—当前车道允许换道合流，到达虚拟线位置后进行合流，处在正常车道上的车载式显示屏则呈现—当前车道不允许合流，请在到达虚拟线位置时停车等待，持续时间为t1。
[0069]
持续时间t1耗尽后，事故车道上的车载式显示屏呈现提示文字—当前车道不允许合流，请在到达虚拟线位置时停车等待，正常车道上的车载式显示屏呈现提示文字—当前车道允许换道合流，到达虚拟线位置后进行合流，持续时间为t2；与此同时，路侧控制单元不断的监测在其控制范围r内是否有车，若无车的时间t
无
大于系统内设置好的时间t
规
，那么系统进入休眠，若t
无
小于t
规
，这样的文字提示依次循环下去，便能起到移动式临时交通信号灯的作用。
[0070]
若ta＜td，则正常车道上的车辆先进行合流。此外，持续时间t1和t2，可以通过路侧控制单元收集两车道上的车流量进行动态调控。5、对驾驶员不当行为进行记录上传；
[0071]
在整个合流过程中，路侧控制单元a不断监测车辆的行为，若发生不安全的行为就将其记录下来上传至交通管控平台，主要记录以下两种不安全的行为：
[0072]
1)在到达合流点位置之前就抢先进行换道
[0073]
2)未在合流点位置前及时停车等待而越过了合流点位置
[0074]
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。