一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法技术

一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法，包括以下步骤：步骤1)获取最近的交通信号灯数据；步骤2)获取汽车与最近交通信号灯的距离；步骤3)确定通过交通路口时间范围；步骤4)计算优化车速；步骤5)判断优化车速是否有计算结果，如果有，则转到步骤6)；否则，采用规划车速行驶，转到步骤7)；步骤6)以初始速度匀速行驶，再以加速度或减速度运行；步骤7)以加速度或减速度运行，再匀速行驶；步骤8)判断步骤6)是否存在以过低的初始速度长时间行驶，如果是，则转到步骤9)；步骤9)计算加速运行时间、匀速运行时间和制动时间；步骤10)判断是否需要通过下一个路口，如果是，则转入步骤1)；否则，到达目的地。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法
本专利技术属于汽车智能辅助控制领域，涉及一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法，对于混合动力电动汽车、电动汽车控制也具有重要意义。
技术介绍
石油危机一直是我国经济发展面临的重要问题之一。减少汽车的燃油消耗能够有效降低城市交通运输领域的石油消耗，对我国能源可持续发展具有重要的意义。传统汽车的燃油消耗与驾驶员的加速和制动操作过程，以及怠速时间密切相关。汽车在快速路上运行时，可以自由行驶，发动机尽量保持匀速转动，燃油经济性相对较好。但是，汽车在城市主干道上运行时，会受到交通信号灯的影响，不断进行加速、制动、怠速操作，不仅发动机的燃油消耗增加，而且存在安全隐患。实际上，为了减少汽车在主干道行驶时的燃油消耗，汽车行驶需要尽量做到以下三点：1)避免通过交通路口时，快速的加速和制动操作；2)避免红灯时到达交通路口，长时间怠速运行；3)将汽车通过交通路口时的车速控制在一定范围之内。由于驾驶员的视觉及驾驶反应距离约为75米，即，汽车在距离具有交通信号灯的交通路口约为75米以内做出加速或者制动操作才会影响汽车通过交通路口的方式。但是由于驾驶员无法准确对交通信号灯的变化情况进行预测，因此在通过交通路口时可能会采取快速加速或者制动，而且很难主动避免红灯前汽车怠速。随着现代无线通信技术的发展和地面通讯设备的完善，汽车在主干道上行驶时，即使汽车与前方具有交通信号灯的交通路口距离长达数千米，仍然能够实时获得该交通路口准确的信号灯信息。车速规划方法就是根据信号灯信息对车速进行规划，并提供给驾驶员作为驾驶参考，从而尽量控制汽车的车速的方法。该方法不仅可以避免驾驶员的快速加速和制动操作，而且能够最大可能的使得汽车在绿灯时通过交通路口，减少汽车的燃油消耗。但是目前国内，还没有有关汽车车速规划的技术和方法。本专利技术针对汽车在一条相对通畅的主干道上运行时，建立一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法。该方法通过无线通讯设备获得的前方最近一个交通信号灯信息，对汽车运行时间和加速度进行优化，并通过将规划出的车速曲线提供给驾驶员作为驾驶参考，从而使得汽车能够避免由于信号灯带来的快速加速和减速操作，以及怠速运行，降低汽车在相对通畅的主干道上运行时的燃油消耗。
技术实现思路
由于目前我国没有对汽车主干道车速规划方法和技术，在一定程度上影响了汽车燃油经济性，为了弥补这一不足，考虑到交通状态的影响，本专利技术根据前方最近交通路口的信号灯信息，对汽车车速进行规划计算，并对行驶时间和加速度进行了优化，然后通过将规划好的车速提供给驾驶员作为驾驶参考，从而降低汽车的燃油消耗。本专利技术是通过如下技术方案实现。一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法，包括以下步骤：步骤1)：获取最近的交通信号灯数据。汽车进入路段，首先通过无线通信系统获取最近交通路口信号灯变化数据ts，s∈{g,r}。s为信号灯类型，g表示绿灯，r表示红灯。信号灯变换情况存在两种情况，如图1所示。当遇到信号灯初始为红灯时，则定义第1次变换为绿灯的时间为第2次变换为红灯的时间为然后第3次变换为绿灯的时间为以此类推。同理，当初始为绿灯时，则以此类推。步骤2)：获取与最近交通信号灯的距离。汽车进入第i个路段，通过无线定位系统获取汽车与第i个路段的信号灯的距离Di。步骤3)：确定通过交通路口时间范围。考虑到道路的流量，需要尽量减少汽车通过路段的时间。汽车最短时间到达道路路口的操作方式为：首先从初始速度v0，以加速度的最大值ah加速，达到道路所允许的车速最大值vlim后，匀速运行到交通路口。因此，汽车的加速时间ta为：ta=vlim-v0ah]]>以车速vlim的匀速运行时间为：tc=1vlim[Di-v0(vlim-v0ah)-12a(vlim-v0ah)2]]]>汽车最短时间通过路口的时间为tt，tt＝ta+tc汽车通过交通路口i的时间区间的上限为tl，下限为th，汽车通过第i个路口的时间区段为为了使得汽车到达交通路口时为绿灯，当汽车以最短时间通过第i个路口时，收到的交通信号信息的初始信号为绿灯时，汽车通过交通路口的时间区间为：如果tk-1gtttkr]]>则til=tttih=tkr]]>如果tk+1gtttkr]]>则til=tkgtih=tk+1r]]>式中，k为信号改变次数。步骤4)：计算优化车速。为了提高汽车的燃油消耗性能，车速规划算法需要尽量保持车速恒定，减少不必要的加速或者制动操作。本专利技术在相对通畅的的主干道上进行车速规划时，采用汽车只进行一次加速或者制动操作的方法。汽车首先以初始速度v0匀速运行；然后在时刻ts，进行时间为te的加速或者制动操作并通过交通路口，加速度为a。为了保证道路的通过能力，需要使得汽车在时间内通过交通路口。另外，为了提高汽车的燃油经济性，需要使得汽车的车速变化最小。因此，本专利技术以通过时间和加速度绝对值之和作为优化目标，优化函数如下式：Min|a|+t约束条件为：v0ts+(v0te+12ate2)=DL---1)]]>2)0＜ts＜t3)0＜te＜t4)ts+te＝t5)tl≤t≤th6)al≤a≤ah7)0≤v0+ate≤vlim式中，al为加速度最小值，ah为加速度最大值。步骤5)：判断上述步骤4)的方程是否有解。如果有解，转到步骤6)；如果无解，转到步骤7)。步骤6)：以初始速度匀速行驶，再以加速度或减速度运行；步骤7)：以加速度或减速度运行，再匀速行驶；步骤8)：判断步骤6)是否存在以过低的初始速度长时间行驶，如果是，则转到步骤9)；步骤9)：重新计算优化车速，计算加速运行时间、匀速运行时间和停车运行时间。如果汽车以开始时匀速行驶的速度过低，则会导致燃油消耗依然很高。因此本专利技术在进行车速规划后，如果汽车以初始速度v0匀速运行时，v0过小，v0＜vlow，而且持续时间ta过长，ta＞tmax。则为了避免汽车匀速运行时速度过低导致整车燃油经济性减低的问题。在匀速运行时车速过低的状态下，首先使汽车以相对较好的加速度a′加速到最高速度vlim，加速时间为te′；以车速vlim匀速运行时间t′a；再以相对平缓的减速度a″制动到交通路口，并且到达时速度为0，制动时间为te″；到达交通路口后，等待信号灯变为绿灯再加速行驶，等待时间为tw。因此，汽车的加速时间te′为：te′=vlim-v0a′]]>因此，汽车的制动时间te″为：te′′=vlima′′]]>以车速vlim的匀速运行时间t′a为：ta′=1vlim[Di-v0(vlim-v0a′)-12a′(vlim-v0a′)2-(vlimvlima′′-1aa′′(vlima′′)2)]]]>等待时间tw为tw＝tl-te′-te″-t′a。步骤10)：判断汽车是否需要通过下一个路口，如果是，则转入步骤1)；如果否，则汽车到达目的地，结束行程。附图说明图1车速规划实施方法示意图；图2试验道路图；图3交通信号信息示意图；图4车速规划曲线示意图；图5获得的主干道车速规划车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法，包括以下步骤：步骤1)获取最近的交通信号灯数据；步骤2)获取与最近交通信号灯的距离；步骤3)确定通过交通路口时间范围；步骤4)计算优化车速；步骤5)判断优化车速是否有计算结果，如果有，则转到步骤6)；否则，采用规划车速行驶，转到步骤7)；步骤6)以初始速度匀速行驶，再以加速度或减速度运行；步骤7)以加速度或减速度运行，再匀速行驶；步骤8)判断步骤6)是否存在以过低的初始速度长时间行驶，如果是，则转到步骤9)；步骤9)计算加速运行时间、匀速运行时间和制动时间；步骤10)判断是否需要通过下一个路口，如果是，则转入步骤1)；否则，到达目的地。

【技术特征摘要】
1.一种基于单路口交通信号信息的主干道车速规划方法，包括以下步骤：步骤1)获取最近的交通信号灯数据；步骤2)获取与最近交通信号灯的距离；步骤3)确定通过交通路口时间范围；步骤4)以通过时间和加速度绝对值之和作为优化目标，计算优化车速；步骤5)判断优化车速是否有计算结果，如果有，则转到步骤6)；否则，采用规划车速行驶，转到步骤7)；步骤6)以初始速度匀速行驶，再以加速度或减速度运行；步骤7)以加速度或减速度运行，再匀速行驶；步骤8)判断步骤6)是否存在以过低的初始速度长时间行驶，如果是，则转到步骤9)；步骤9)：重新计算优化车速，计算加速运行时间、匀速运行时间和停车运行时间，首先使汽车以相对较好的加速度a′加速到最高速度vlim，加速时间为te′；以车速vlim匀速运行时间t′a；再以相对平缓的减速度a″制动到交通路口，并且到达时速度为0，制动时间为te″；步骤10)判断是否需要通过下一个路口，如果是，则转入步骤1)；否则，到达目的地。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1)通过无线通信系统获取最近的交通信号灯数据。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2)通过无线定...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昕，田毅，张欣，张良，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11