基于车路协同的信号控制交叉口车速引导系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通领域，具体为一种基于车路协同的信号控制交叉口车速引导 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 现有交通信号控制系统中，车辆与车辆之间以及车辆与信号控制设备之间缺乏数 据交互，导致红灯和绿灯的切换时间对驾驶人而言是随机的，难以预测到达下一个路口时 的通行状态（绿灯放行或是红灯禁行），因而无法提前对车辆行驶速度进行优化调整，对交 叉口的通行效率和安全性存在不利影响。
[0003] 针对上述问题，国内外研究人员提出了基于车路协同的单车车速引导方法，在提 高交叉口通行效率、降低交叉口交通事故方面取得了一定的效果，但也存在一些不足。现有 基于车路协同的单车车速引导方法虽然加强了驾驶员与信号机的交互，但忽略了前、后车 辆间相互作用对行驶状态的影响，因而其在实际应用中的效果欠佳。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是：提供一种基于车路协同的信号控制交叉口车速引导 系统及方法，使车辆在通过信号控制交叉口时减少停车延误，以提高道路的通行效率并减 少环境污染。
[0005] 本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于车路协同的信号控制 交叉口车速引导系统，其特征在于：它包括：
[0006] 信息通讯模块，用于利用专用短程通讯技术DSRC与引导区间内其它车辆和信号 机连接，进行实时的数据交互；
[0007] 信息采集处理模块，用于通过GPS和INS组合采集并处理得到本车的车辆信息，通 过信息通讯模块采集前车的车辆信息以及信号机信号状态信息；其中车辆信息包括车辆位 置信息、车道信息和车速信息；
[0008] 车速引导建议模块，用于当本车进入引导范围时，根据引导范围内车辆的车辆信 息以及信号机信号状态信息，判断车辆是否在允许变道的路段范围内，提供车辆速度引导 建议及行驶车道建议，所述的引导范围为停车线前若干米范围内的任意车道中，为预设 值；
[0009] 车辆安全预警模块，用于根据本车和前车的车辆信息，计算两车之间的安全裕度 值，并根据该安全裕度值进行碰撞危险状态判别，当安全裕度值大于预设裕度值时，对本车 发出预警信号；其中两车之间的安全裕度值的计算公式如下：
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[0011] 式中，SMn (t)为两车之间的安全裕度值；vn (t)为本车的实时速度；dn(t)为本车的 实时减速度；vn Jt)为前车的实时速度；dn dt)为前车的实时减速度；Dn(t)为两车的实时 距离；td为制动反应时间。
[0012] 按上述系统，车速引导建议模块包括：
[0013] 允许变道路段范围判断模块，用于当本车进入引导范围时，根据获取的本车的车 辆信息，判断车辆是否在允许变道的路段范围内；
[0014] 车道建议模块，用于在本车在允许变道的路段范围内时，比较相邻车道前车到达 停车线的时间的大小，选取时间最短的车道作为目标车道，建议本车换到该目标车道上；
[0015] 车速建议模块，用于在车辆不在允许变道的路段范围内时，在没有前车时建议车 速为该路段范围最大限速值，在有前车时根据本车与前车之间车头时距确定加速或减速策 略，并计算本车的安全速度范围，选取安全车速范围内l〇km/h的整数倍的车速值作为备选 车速，核算本车按照备选车速行驶到停车线时，其与前车之间是否满足安全车头时距要求， 选取满足安全车头时距要求的最大备选车速作为引导车速，建议给本车。
[0016] 利用上述基于车路协同的信号控制交叉口车速引导系统实现的车速引导方法，其 特征在于：它包括以下步骤：
[0017] S1、通过GPS和INS组合采集并处理得到本车的车辆信息；利用专用短程通讯技术 DSRC与引导区间内其它车辆和信号机连接，进行实时的数据交互；车辆信息包括车辆位置 信息、车道信息和车速信息；
[0018] S2、当本车进入引导范围时，根据获取的本车的车辆信息，判断车辆是否在允许变 道的路段范围内，若是，则进入S3,若否则进入S4 ;
[0019] S3、车道建议：
[0020] 比较相邻车道前车到达停车线的时间的大小，选取时间最短的车道作为目标车 道，建议本车换到该目标车道上；
[0021] S4、车速建议：
[0022] 在没有前车时建议车速为该路段范围最大限速值，在有前车时根据本车与前车之 间车头时距确定加速或减速策略，并计算本车的安全速度范围，选取安全车速范围内IOkm/ h的整数倍的车速值作为备选车速，核算本车按照备选车速行驶到停车线时，其与前车之间 是否满足安全车头时距要求，选取满足安全车头时距要求的最大备选车速作为引导车速， 建议给本车；
[0023] S5、在车辆行驶过程中，实时监测本车与前车的车辆信息，计算两车之间的安全裕 度值，并根据该安全裕度值进行碰撞危险状态判别，当安全裕度值大于预设裕度值时，对本 车发出预警信号；其中两车之间的安全裕度值的计算公式如下：
[0025] 式中，SMn⑴为两车之间的安全裕度值；Vn⑴为本车的实时速度；dn(t)为本车的 实时减速度；vn Jt)为前车的实时速度；dn dt)为前车的实时减速度；Dn(t)为两车的实时 距离；td为制动反应时间。
[0026] 按上述方法，所述的S3具体步骤如下：
[0027] 3. 1、预测各车道车辆排队消散的时间，其计算方法如下：
[0029] 式中：Td为排队消散时间；T g为交叉口绿灯亮起时间；Q为交叉口饱和流率，t。为 启动损失时间；
[0030] 3. 2、判断前方排队是否消散完毕，若是则比较此状态下相邻车道前车到达停车线 的时间τ=~的大小，选取时间最短的车道作为目标车道，建议车辆换到该目标车道上； VH-1 若前方排队未消散完毕则执行3. 3 ;
[0031] 3. 3、按如下步骤确定车辆的目标车道：
[0032] a.获取本车所在车道排队队尾车辆的位置信息；
[0033] b.预测队尾车辆到达停车线的时间t，其计算方法如下：
[0035] 式中：D为队尾车辆距离停车线的距离；a为队尾车辆的加速度；
[0036] c.预测本车到达停车线的时间T本：
[0037] T本=t+tj^N
[0038] 式中：thi?为安全车头时距；N为本车与队尾车辆之间的车辆数；
[0039] d.按a-c的方法分别预测该状态下相邻车道前车到达停车线的时间Τ4β，比较T+ 和Τ4β，选取时间最短的车道作为目标车道，并建议车辆换道到目标车道行驶。
[0040] 按上述方法，所述的S4存在前车时，
[0041] 4. 1、计算当前时刻本车与前车车头时距th:
[0043] 式中：队为当前时刻本车距离停车线的距离；Dn i为当前时刻前车距离停车线的距 离；
[0044] 当th>thi?，本车采取加速策略，当t h< t ，本车采取减速策略；thi?为安全车头时 距；
[0045] 4. 2、确定本车的安全速度范围：
[0046] a.预计本车到达停车线的时间，本车与前车之间要保持安全车头时距，则预计后 车到达停车线的时间为
Vn :为当前时刻前车的速度；
[0047] b.计算本车能加速到的最大车速Vgniax和能减速到的最小车速Vg
[0049] 式中，Vn为当前时刻本车的速度，a为本车加速度，d为本车减速度；
[0050] c.比较和路段最高限速￥_的及和路段最低限速￥_(对普通城市道路，通 常为Okm/h)的大小，兰
时，本车的安全车速范围是
本车的安全车速范围是
_本车的安全车速范围是Vmin彡V g〈Vn; 当
时，本车的安全车速范围是
[0051] d.确定引导车速：
[0052] 选取安全车速范围内10km/h的整数倍的车速值作为备选车速，核算本车按照备