一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法及系统，该方法包括：步骤1，采集整个路段主路车辆和汇入主路的匝道车辆的运动信息；步骤2，构建综合优化控制模型；步骤3，优化主路车辆和汇入车辆的运动状态，并输出所有车辆在预测时间或一段时间内的期望加速度；步骤4，将步骤3输出所有主路车辆的期望加速度作为车辆控制指令，发送给各车辆；步骤5，在下一控制周期，继续执行步骤1～步骤4。本发明专利技术能够根据优化目标自由调整汇入主路的车辆，实现更高的效率，从而实现匝道交通流汇入密度更大交通流的主路，进而更适合智慧车列的场景。

A ramp merging control method and system for intelligent trainset traffic system

【技术实现步骤摘要】
一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法及系统
本专利技术涉及匝道合流控制
，特别是关于一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法及系统。
技术介绍
公开号为CN109017885A的专利申请提出了一种智慧车列交通系统，致力于解决传统公共交通存在的不能直达目的地、需要换车等等、沿途为其他乘客停车绕行、交通低峰时段运力浪费、发车时间间隔大等问题。智慧车列交通系统在车辆编组方式上由传统的固定车列编组转变为自由编组与分解，通过车辆的自由编组组成“虚拟队列”在主道上行驶。系统的车站通过一段匝道与主道相连接，车辆从匝道进入主道时，会与主道上的车辆相互影响，因此需要通过匝道合流控制技术有效控制主道车辆与匝道车辆的匝道合流过程，保证匝道合流过程的安全、高效、稳定。目前，有少量专利着眼于匝道交通流合流控制。例如，申请号为CN201710548017.4的专利申请设计了一种匝道合流预警系统，通过判断合流车辆与主路车辆的碰撞关系，通过车载显示系统给予合流车辆提示和预警。申请号为CN201010219558.0的专利设计了一种高速公路入口匝道合流区智本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1，采集整个路段距离合流点一定范围内的主路车辆和汇入主路的匝道车辆的运动信息；/n步骤2，构建综合优化控制模型，该综合优化控制模型包括目标函数、车辆动力学模型约束、车辆运动的有界约束、车辆安全跟车约束、合流车辆安全约束、初始边界约束和终端时刻边界约束：/n其中，所述目标函数f表示为式(1)：/nf＝α·f

【技术特征摘要】
1.一种面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，包括：
步骤1，采集整个路段距离合流点一定范围内的主路车辆和汇入主路的匝道车辆的运动信息；
步骤2，构建综合优化控制模型，该综合优化控制模型包括目标函数、车辆动力学模型约束、车辆运动的有界约束、车辆安全跟车约束、合流车辆安全约束、初始边界约束和终端时刻边界约束：
其中，所述目标函数f表示为式(1)：
f＝α·f1+β·f2+γ·f3(1)
式(1)中：
α、β、γ分别表示3项的权重；
f1为所有车辆加速度平方对时间的积分的总和，表示为下式(2)：



f2为主路各车辆速度与道路安全速度速之差的平方对时间积分的总和，表示为下式(3)：



f3为主路相邻车辆在终端时刻的速度差的平方和，表示为下式(3)：



上述式(2)至式(4)中，主路车辆按照其与合流点之间距离远近的编号i依序为1～m，匝道上待合流的车辆的编号i设置为0，t0为所述步骤1中信息采集的起始时刻，tf为所述步骤1中信息采集的终端时刻，ui(t)为主路车辆i在时刻t的期望加速度，vi(t)为主路车辆i在时刻t的速度，vi+1(tf)为主路车辆i+1在时刻tf的速度，vi(tf)为主路车辆i在时刻tf的速度，vf为道路安全速度；
由式(16)和式(17)所示的所述合流车辆安全约束根据匝道车辆汇入主路时、与相邻前后车辆的距离大于最小安全间距ds而构建得到；
min{si(tf)|si(tf)≥0}≥ds，i＝1，2，...，m(16)
-max{si(tf)|si(tf)＜0}≥ds，i＝1，2，...，m(17)
式(16)和式(17)中，集合{si(tf)|si(tf)≥0}表示匝道车辆汇入主路时刻位于匝道车辆后方的主路车辆与合流点之间的距离集合，min表示求最小值；集合{si(tf)|si(tf)＜0}表示匝道车辆汇入主路时刻位于该匝道车辆前方的主路车辆与合流点之间的距离集合，max表示求最大值；
步骤3，优化主路车辆和汇入车辆的运动状态，并输出所有车辆在t时间内的期望加速度ui(t)；
步骤4，将所述步骤3输出所有主路车辆i在t时间内的期望加速度ui(t)作为车辆控制指令，发送给各车辆；
步骤5，在下一控制周期，继续执行步骤1～步骤4。


2.如权利要求1所述的面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，所述步骤2中的所述车辆动力学模型约束根据车辆加速运动的质点模型构建得到，表示为下式(5)和式(6)：






式(5)和式(6)中，si(t)为主路车辆i在t时刻与合流点的距离，为si(t)的一阶导数，vi(t)为主路车辆i在t时刻的速度，为vi(t)的一阶导数，ui(t)为主路车辆i在t时刻的期望加速度。


3.如权利要求2所述的面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，所述步骤2中的所述车辆运动的有界约束表示为下式(12)和式(13)：
vmin≤vi(t)≤vmax，i＝0，1，2，...，m(12)
umin≤ui(t)≤umax，i＝0，1，2，...，m(13)
式(12)和式(13)中，vmin表示道路最低限速，vmax表示道路最高限速，umin表示最大舒适减速度，umax表示最大舒适加速度。


4.如权利要求3所述的面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，所述步骤2中的所述车辆安全跟车约束表示为下式(14)：
si+1(t)-si(t)≥ds，i＝1，2，...，m-1(14)
式(14)中，si+1(t)为主路车辆i+1在t时刻与合流点的距离，ds表示相邻车辆的跟车的安全距离。


5.如权利要求4所述的面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，所述步骤2中的所述初始边界约束表示为下式(18)和式(19)：
si(t＝t0)＝si(t0)，i＝0，1，2，...，m(18)
vi(t＝t0)＝vi(t0)，i＝0，1，2，...，m(19)
式(18)和式(19)中，vi(t0)为由所述步骤1采集得到的主路车辆i在t0时刻的速度，si(t0)为由所述步骤1采集得到的主路车辆i在t0时刻与合流点的距离；
所述步骤2中的所述终端时刻边界约束表示为下式(20)：
s0(tf)＝0(20)。


6.如权利要求1至5中任一项所述的面向智慧车列交通系统的匝道合流控制方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤3.1，将目标函数f中的积分项离散为求和形式，将车辆动力学模型约束中...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐彪，秦晓辉，谢国涛，王晓伟，边有钢，胡满江，孟天闯，钟志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11