基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，属于车路一体化和自适应巡航控制自动驾驶技术领域，其特征在于：至少包括：S1、根据V2I信号控制交叉口下的通讯中心与车辆信息交互的特征，对信号控制交叉口V2I通讯中心进行设置；S2、对在V2I信号控制交叉口下的ACC车辆的系统进行架构；S3、汇总ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的各种情况；S4、根据ACC车辆交叉口遇到的不同情况，制定每种情况相应的驾驶策略，使ACC车辆以合理的速度驶向交叉口。通过采用上述技术方案，本发明专利技术能够促进相关智能交通技术的发展与在城市交通的合理应用。

Control method of vehicle at V2I signal control intersection based on ACC

【技术实现步骤摘要】
基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法
本专利技术属于车路一体化(VehicletoInfrastructure,V2I)和自适应巡航控制(Adaptivecruisecontrol,ACC)自动驾驶
，特别是涉及一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法。
技术介绍
信号控制交叉口是城市道路交通网络中的重要组成部分，是实现各路段交通流转换的节点。由于受到信号灯的周期性干扰，车辆经常在信号交叉口区域频繁的启停和加减速，导致交叉口的通行效率下降，车辆延误、燃油消耗和污染物排放提升。从各种交通问题的产生机理来说，人类驾驶员对前方车辆行驶状态和交通状况的反应能力与判断能力的局限性，以及不同驾驶员的驾驶差异性，是造成交通流不稳定，产生时走时停交通流现象，进而诱发交通拥堵与交通安全等问题的根本原因。交通流特性属于交通流内在固有属性，各国学者普遍认为，如不能有效改善交通流特性，优化道路通行能力与交通安全等问题难以得到根本性突破。自适应巡航控制(Adaptivecruisecontrol,ACC)是自动驾驶技术中目前应用最广泛的一类重要的纵向跟驰技术，ACC车辆能够根据车载检测设备的反馈信息来判断不同的交通状况，并实时根据不同的交通状况做出相应的驾驶行为调整。这项自动驾驶汽车技术有望从微观车辆层面改善传统交通流特性，进而为各种交通问题的解决提供有效途径。然而，路况复杂的城市道路上，尤其是包含信号交叉口的城市道路区域范围内行驶时，由于无法对前方复杂的交通状况做出准确的判断，使得ACC车辆不得不将驾驶操作切换为人类，因此ACC技术在信号交叉口处的应用仍有待完善，怎样提升ACC车辆在交叉口的通行效率对缓解目前城市道路交通所面临的各种交通问题仍然是一个难题。目前进行大规模ACC真车试验的条件尚不成熟，因此在大规模地真车试验之前，研究V2I信号交叉口下的ACC车辆跟驰模型以分析对交叉口交通流特性的影响，可以为ACC技术和V2I技术在交叉口实施提供理论依据，此外，ACC技术的研发和应用需要一种经济有效的手段来评价其对交通流运行效率的预期效果，而微观交通仿真是交通分析和评价的一种经济、客观和灵活的方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法；该基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法利用微观交通仿真模拟可以用来在ACC技术和V2I技术在信号控制交叉口实施前利用计算机上对其进行“离线”试验，为ACC技术和V2I技术在城市交通中的应用提供一定的理论参考和建议，也能够促进相关智能交通技术的发展与在城市交通的合理应用。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，至少包括：(1)根据V2I信号控制交叉口下的通讯中心与车辆信息交互的特征，对信号控制交叉口V2I通讯中心进行设置(2)对在V2I信号控制交叉口下的ACC车辆的系统进行架构(3)考虑ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的情况(4)根据ACC车辆交叉口遇到的不同情况分别制定相应的驾驶策略，使ACC车辆以合理的速度驶向交叉口。步骤(1)中的对信号控制交叉口V2I通讯中心进行设置包括：在信号控制交叉口V2I通讯中心设置中包含交叉口一定区域范围内的信息采集和发射装置、GPS基站、带有无线发送装置的交通信号灯以及中央电脑，ACC车辆内安装摄像头、GPS、信息接收装置、速度传感器、加速度传感器和自动加速度控制装置，信息采集和发射装置用来收集信号交叉口信号状态信息、进入V2I通讯范围内所有车辆的速度、通过伪距差分GPS方法计算出的位置和所执行的驾驶策略，中央电脑通过对采集的信息进行处理，为ACC车辆制定合理的驾驶策略，ACC车辆内安装的接收装置根据信息发射装置制定的驾驶策略并通过自动加速度控制装置来调整驾驶行为，使其合理地驶向信号交叉口。步骤(2)中对ACC系统设计中引入驾驶策略，使得车辆能够通过使用V2I通讯中心制定的驾驶策略来适应相应的交通情况，当车辆使用不同的驾驶策略来行驶时，车辆的控制模式根据不同的驾驶策略而发生改变。ACC车辆在行驶过程中可以实时获取速度、加速度、与前车的车间距和速度差等信息，在进入车路协同控制范围后，通过车载通信设备将这些信息传递给交通控制中心；配有无线通信设备的信号灯可以将相位阶段、相位周期等信息传递给交通控制中心；交通控制中心根据采集到的信息制定诱导策略并传递给ACC车辆。步骤(3)中ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的情况分别为：情况1：车辆在到达交叉口时信号灯一直处于红灯相位阶段，车辆需要在停车线后进行停车排队等候，待绿灯亮起后才能启动通过交叉口，这种情况下，车辆经历了“减速—停车—加速—通过”的运动过程；情况2：车辆在到达交叉口时信号灯处于红灯末期相位阶段，车辆从正常车速开始减速，但在到达停车线前信号灯变为绿灯，同时前车逐渐开始加速，车辆不会减速至停车，而是减速到一定速度后加速驶离停车线，或跟随前车加速驶离停车线，这种情况下，车辆经历了“减速—加速—通过”或“减速—通过—加速”的运动过程；情况3：车辆在到达交叉口时信号灯一直处于绿灯相位阶段，且前方不存在影响车辆运行的情况，车辆将保持匀速通过交叉口，在这种情况下车辆经历了“匀速—通过”的运动过程；情况4：车辆在到达交叉时信号灯处于绿灯末期相位阶段，车辆在保持正常车速驶向停车线时，信号灯变为黄灯，车辆可能会以较高的制动减速度开始制动直至停止在停止线前排队等候，或以较高的加速度开始加速通过交叉口，在这种情况下，车辆可能会经历“减速—停车—加速—通过”或“加速—通过”的运动过程。步骤(4)中，根据ACC车辆进入车路协同控制范围时信号灯所处的相位阶段和前方车辆的运行情况，按照诱导策略行驶后的ACC车辆可分为以下四种情况：1)正常通过此种类型的ACC车辆进入车路协同控制范围后，按照和路段上相同的控制模式行驶至交叉口停止线时，信号灯状态为绿灯，因此可以顺利通过交叉口；2)提前加速通过；ACC车辆进入车路协同控制范围后，如果按照和路段上相同的控制模式行驶至交叉口停止线时，则信号灯状态为红灯；此时车辆需要提前加速通过交叉口，使得车辆在提前加速行驶至交叉口的过程中不应超过路段的限速vmax以及应考虑避免与前车的碰撞；3)提前减速通过；ACC车辆进入车路协同控制范围后，如果按照和路段上相同的控制模式或提前加速行驶至交叉口停止线时，信号灯状态均为红灯；此时车辆需要提前减速通过交叉口，使得车辆在提前减速行驶至交叉口的过程中应考虑红灯期间交叉口的排队情况以避免与前车的碰撞，通过提前减速至vmin以在下一个绿灯期间通过交叉口；4)提前减速停车此种类型的ACC车辆进入车路协同控制范围后，按照上述的三种方式行驶至交叉口停止线时，信号灯状态均为红灯，在这种情况下，停车是不可避免的，因此ACC车辆应提前进行减速停在交叉口停止线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于：至少包括：/nS1、根据V2I信号控制交叉口下的通讯中心与车辆信息交互的特征，对信号控制交叉口V2I通讯中心进行设置；/nS2、对在V2I信号控制交叉口下的ACC车辆的系统进行架构；/nS3、汇总ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的各种情况；/nS4、根据ACC车辆交叉口遇到的不同情况，制定每种情况相应的驾驶策略，使ACC车辆以合理的速度驶向交叉口。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于：至少包括：
S1、根据V2I信号控制交叉口下的通讯中心与车辆信息交互的特征，对信号控制交叉口V2I通讯中心进行设置；
S2、对在V2I信号控制交叉口下的ACC车辆的系统进行架构；
S3、汇总ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的各种情况；
S4、根据ACC车辆交叉口遇到的不同情况，制定每种情况相应的驾驶策略，使ACC车辆以合理的速度驶向交叉口。


2.根据权利要求1所述的基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于，所述S1具体为：
所述设置包括：在信号控制交叉口V2I通讯中心设置中包含交叉口一定区域范围内的信息采集和发射装置、GPS基站、带有无线发送装置的交通信号灯以及中央电脑，ACC车辆内安装摄像头、GPS、信息接收装置、速度传感器、加速度传感器和自动加速度控制装置，信息采集和发射装置用来收集信号交叉口信号状态信息、进入V2I通讯范围内所有车辆的速度、通过伪距差分GPS方法计算出的位置和所执行的驾驶策略，中央电脑通过对采集的信息进行处理，为ACC车辆制定合理的驾驶策略，ACC车辆内安装的接收装置根据信息发射装置制定的驾驶策略并通过自动加速度控制装置来调整驾驶行为。


3.根据权利要求2所述的基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于，所述S2具体为：
对ACC系统设计中引入驾驶策略，使得车辆能够通过使用V2I通讯中心制定的驾驶策略来适应相应的交通情况，当车辆使用不同的驾驶策略来行驶时，车辆的控制模式根据不同的驾驶策略而发生改变；所述ACC车辆在行驶过程中可以实时获取速度、加速度、与前车的车间距和速度差信息，在进入车路协同控制范围后，通过车载通信设备将这些信息传递给交通控制中心；配有无线通信设备的信号灯可以将相位阶段、相位周期信息传递给交通控制中心；交通控制中心根据采集到的信息制定诱导策略并传递给ACC车辆。


4.根据权利要求3所述的基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于，所述S3中：
ACC车辆在交叉口区域范围内行驶时可能遇到的情况分别为：
情况A：车辆在到达交叉口时信号灯一直处于红灯相位阶段，车辆需要在停车线后进行停车排队等候，待绿灯亮起后才能启动通过交叉口，这种情况下，车辆经历了“减速—停车—加速—通过”的运动过程；
情况B：车辆在到达交叉口时信号灯处于红灯末期相位阶段，车辆从正常车速开始减速，但在到达停车线前信号灯变为绿灯，同时前车逐渐开始加速，车辆不会减速至停车，而是减速到一定速度后加速驶离停车线，或跟随前车加速驶离停车线，这种情况下，车辆经历了“减速—加速—通过”或“减速—通过—加速”的运动过程；
情况C：车辆在到达交叉口时信号灯一直处于绿灯相位阶段，且前方不存在影响车辆运行的情况，车辆将保持匀速通过交叉口，在这种情况下车辆经历了“匀速—通过”的运动过程；
情况D：车辆在到达交叉时信号灯处于绿灯末期相位阶段，车辆在保持正常车速驶向停车线时，信号灯变为黄灯，车辆会增加制动减速度开始制动直至停止在停止线前排队等候，或提高加速度开始加速通过交叉口，在这种情况下，车辆可能会经历“减速—停车—加速—通过”或“加速—通过”的运动过程。


5.根据权利要求4所述的基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于，所述S4中：
根据ACC车辆进入车路协同控制范围时信号灯所处的相位阶段和前方车辆的运行情况，按照诱导策略行驶后的ACC车辆可分为以下四种情况：
1)正常通过；
ACC车辆进入车路协同控制范围后，按照和路段上相同的控制模式行驶至交叉口停止线时，信号灯状态为绿灯，此时顺利通过交叉口；
2)提前加速通过；
ACC车辆进入车路协同控制范围后，如果按照和路段上相同的控制模式行驶至交叉口停止线时，则信号灯状态为红灯；此时车辆需要提前加速通过交叉口，使得车辆在提前加速行驶至交叉口的过程中不应超过路段的限速vmax以及应考虑避免与前车的碰撞；
3)提前减速通过；
ACC车辆进入车路协同控制范围后，如果按照和路段上相同的控制模式或提前加速行驶至交叉口停止线时，信号灯状态均为红灯；此时车辆需要提前减速通过交叉口，使得车辆在提前减速行驶至交叉口的过程中应考虑红灯期间交叉口的排队情况以避免与前车的碰撞，通过提前减速至vmin以在下一个绿灯期间通过交叉口；
4)提前减速停车；
所述ACC车辆进入车路协同控制范围后，按照上述的三种方式行驶至交叉口停止线时，信号灯状态均为红灯，此时，ACC车辆应提前进行减速停在交叉口停止线前或前方排队车辆的尾部，当信号灯变为绿灯时，排队停车的ACC车辆快速启动驶离交叉口。


6.根据权利要求5所述的基于ACC车辆在V2I信号控制交叉口的控制方法，其特征在于，
不同诱导策略的ACC车辆控制模式，包括以下步骤：
a、信号交叉口跟驰模型的选取；
b、V2I信号交叉口ACC车辆新型控制模式的构建；
c、根据不同情况控制模式的决策选取策略；
步骤a中选取IDM模型作为基础模型进行拓展，IDM模型可以分为两部分，第一部分为自由流加速度afree(t)，第二部分为拥堵流减速度aint(t)，如下所示：






式中：an(t)为第n辆车在t时刻的加速度；a为期望加速度；vn(t)为第n辆车在t时刻的速度；vexp...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏清，李昕晔，崔洪军，崔馨元，邢江柯，郭晓光，李霞，白海丽，宋长柏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12