一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法技术

本发明专利技术公开一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，首先，设定距离路口停车线某距离内道路为控制区域，利用地磁线圈获取待行汽车数量；然后，利用智能驾驶员跟车模型计算待行队列汽车加/减速度，并基于汽车运动学模型计算待行队列长度与速度变化轨迹，估计待行队列通行时间；最后，建立汽车模型，设计包含汽车与交通约束的车速优化问题，并采用动态规划算法计算汽车经济性通行车速。本发明专利技术利用现有成熟的技术条件，在智能网联汽车技术尚未大规模普及的情况下，实现城市拥堵路口汽车安全、节能、高效通行车速优化，为汽车经济性驾驶、绿色通行、路口高效通行等技术提供准确可靠速度依据。

An optimization method of vehicle speed considering the influence of waiting queue

【技术实现步骤摘要】
一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法
本专利技术属于智慧交通领域，具体涉及一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法。
技术介绍
随着汽车电子、网络通信、智能控制等领域发展，汽车与交通有机的融合为一个整体，有利于构建智慧的交通体系，促进汽车和交通服务的新模式新业态发展，对提高交通效率、节省资源、减少污染、降低事故发生率、改善交通管理具有重要意义。其中，路口待行队列影响后续汽车运动速度变化，而运动速度是汽车安全、节能、高效控制的关键。在现有智能网联汽车技术(包含智能网联汽车技术，指汽车与万物的信息交互与共享，例如车车通信V2V、车路通信V2I、车人通信V2P、车网通信V2N等；汽车自主驾驶技术)普及程度较低的情况下，利用现有手段合理地估计待行队列通行时间，并将估计的通行时间应用于汽车经济性行驶车速优化，对于汽车节能驾驶、绿色通行、路口高效通行等先进控制技术的应用有着重要的意义，有效地提高交通安全性、汽车节能水平、交通通行效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，充分考虑了实际情况和现有技术水平，通过估计待行队列通行时间，建立安全、节能、高效的车速优化问题，并才用动态规划算法求解此问题，获取优化的车速。技术方案：一种考虑路口待行队列影响的汽车经济性行驶车速优化方法，包括以下步骤：(1)设定控制区域范围D，初始化待行汽车数量N＝0，初始化地磁线圈1计数N1，初始化地磁线圈2计数N2＝0，初始化时间t＝0，初始化控制器计算单元；(2)交通信息获取：在距离路口停止线长度为D的位置，预先在道路内埋设地磁线圈，汽车通过时会自动计数，并输至信号灯控制器；(3)估计待行队列通行时间：采用均匀分布随机化待行汽车参数，并利用加入启动延时判断因子、最大加速度约束、最小制动减速度约束修正智能驾驶员跟车模型计算队列中每辆车的加/减速度，最后利用汽车运动学模型估计待行队列通行时间；(4)驾驶车速优化：设定保证通行效率的最低车速约束，满足道路限速的最高车速约束，保证汽车舒适性的加/减速度约束，建立汽车模型，以汽车在控制区域内能量消耗为优化目标，采用动态规划算法求解上述优化问题，输出保证汽车安全、节能、高效的经济性行驶车速；(5)结束优化过程，并初始化相关参数。进一步地，步骤(2)所述的信号灯控制器安装于路口，结合信号灯相位配时、待行汽车数目等信息，用于信息采集、方法计算、数据存储。进一步地，步骤(2)所述的交通信息获取的实现过程如下：地磁线圈1检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1，地磁线圈2检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1，两者之差即为控制区域内待行汽车数量，N＝N1-N2；地磁线圈1检测到只有汽车前轮经过时N1计数保持并设定队列静止长度为控制区域长度D；地磁线圈2检测到只有汽车前轮经过时N2计数保持；信号灯相位配时信息本身是信号灯控制器内部产生发送至信号灯的，直接内部读取即可。进一步地，步骤(3)所述的估计待行队列通行时间实现过程如下：基于随机均匀分布的汽车参数为：其中，车身最大长度为Lmax，车身最小长度为Lmin，汽车最大静止头距为Hmax，汽车最小静止头距为Hmin，汽车最大启动延时为Zmax，汽车最小启动延时为Zmin，汽车最大运动时距为dhmax，汽车最小运动时距为dhmin，路口待行汽车数目为N，第j辆车的长度为Lj，第j辆车的头距为Hj，第j辆车的启动延时为Zj，第j辆车的运动时距为dhj，随机均匀分布函数为rand()，克罗内克积为j为控制区域内汽车标记，头车为1，尾车为N；基于修正的IDM模型的汽车运动学模型为：其中：其中，定义sj为第j辆车位置，vj为第j辆车速度，aj为第j辆车加速度/减速度，d*为理想跟车距离，amax为汽车最大加速度，amin为汽车最大减速度，v*为理想车速，为加速因子，Kj为启动判断因子，t为当前时刻，上式中max()表示取最大值函数，min()表示取最小值函数；则第j辆车距离路口停止线初始位置Sj为：其中，定义Sj为第j辆车距离路口停止线初始位置，Dqj为到第j辆车待行队列初始长度，Dq为待行队列初始总长度；以第j辆车为尾车，待行队列初始长度Dqj为：Dqj＝Sj+0.5Lv队列初始静止长度Dq由尾车位置车长度决定：Dq＝DqN+0.5LN建立以时间离散化的问题，定义离散时间间隔为Δt，信号灯从当前状态转为下一状态的时间为ts，信号固定配时为tin，信号灯转为绿灯时间为tgr，信号灯保持红灯时间为tre，信号灯状态为P，P＝0表示红灯，P＝1表示绿灯，vmax为道路限制的最高车速，采用离散化计算方法，则在第k步第j辆车运动速度vj为：依据信号灯时间定义可得tre＝tgr＝ts，则在第k步第j辆车行驶长度dqj为：队列是否通过路口依据尾车是否通过决定，则整个队列运动长度由尾车决定dq(k)＝dqN(k)，由此可以计算队列通行时间tq为：进一步地，步骤(4)所述的行驶车速优化过程如下：采用质点模型描述汽车纵向动力学模型：其中，定义g为重力加速度，m为汽车质量，f为摩擦阻力系数，θ为道路坡度，CD为空气阻力系数，ρ为空气密度，d为行驶距离，δ为汽车转动惯量换算系数，F为牵引力，x＝[dv]T表示状态量；汽车瞬时油耗模型为：其中，汽车瞬时油耗率为定义汽车油耗系数为α0、α1、α2、α3，β0，β1，β2；则优化问题如下：满足：x(0)＝[vs，0]x(N)＝[vp，D」v(k)∈[vmin，vmax]u(k)∈[Fb(k)，Fd(k)]其中，汽车油耗为J，优化问题控制量为u，初始车速为vs，终端车速为vp，最小车速为vmin，最大车速为vmax，优化问题长度为N，最大驱动力为Fd，最大制动力为Fb；定义动态规划算法终端代价函数为：其中argmin()表示取最小值时控制量和状态量函数；定义动态规划逆向迭代代价函数为：通过求解上述方程，即可获得满足优化要求的最优车速。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术考虑智能网联汽车尚未普及现状，难以准确获取交通中全部信息，并实现汽车全部自动化控制，针对较为典型的城市交通场景，准确估计待行队列通行时间，优化出有利于汽车安全、节能、高效的通行速度；2、本专利技术采用随机方法，在合理的界限内，合理随机化车身长度、静止头距、运动时距、启动延时等汽车性能参数，上述参数因驾驶员和汽车类型差异而不同，随机化的方法可以提高该专利技术在不同交通场景的适用性；3、本专利技术采用经典的汽车运动学模型和智能驾驶员跟车模型，借助于随机参数和加/减速度，提高了队列静止长度、动态长度、通行时间、通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)设定控制区域范围D，初始化待行汽车数量N＝0，初始化地磁线圈1计数N

【技术特征摘要】
1.一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)设定控制区域范围D，初始化待行汽车数量N＝0，初始化地磁线圈1计数N1，初始化地磁线圈2计数N2＝0，初始化时间t＝0，初始化控制器计算单元；
(2)交通信息获取：在距离路口停止线长度为D的位置，预先在道路内埋设地磁线圈，汽车通过时会自动计数，并输至信号灯控制器；
(3)估计待行队列通行时间：采用均匀分布随机化待行汽车参数，并利用加入启动延时判断因子、最大加速度约束、最小制动减速度约束修正智能驾驶员跟车模型计算队列中每辆车的加/减速度，最后利用汽车运动学模型估计待行队列通行时间；
(4)驾驶车速优化：设定保证通行效率的最低车速约束，满足道路限速的最高车速约束，保证汽车舒适性的加/减速度约束，建立汽车模型，以汽车在控制区域内能量消耗为优化目标，采用动态规划算法求解上述优化问题，输出保证汽车安全、节能、高效的经济性行驶车速；
(5)结束优化过程。


2.根据权利要求1所述的一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，其特征在于，步骤(2)所述的信号灯控制器安装于路口，结合信号灯相位配时、待行汽车数目等信息，用于信息采集、方法计算、数据存储。


3.根据权利要求1所述的一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，其特征在于，步骤(2)所述的交通信息获取的实现过程如下：
地磁线圈1检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1，地磁线圈2检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1，两者之差即为控制区域内待行汽车数量，N＝N1-N2；地磁线圈1检测到只有汽车前轮经过时N1计数保持并设定队列静止长度为控制区域长度D；地磁线圈2检测到只有汽车前轮经过时N2计数保持；信号灯相位配时信息本身是信号灯控制器内部产生发送至信号灯的，直接内部读取即可。


4.根据权利要求1所述的一种考虑路口待行队列影响的汽车行驶车速优化方法，其特征在于，步骤(3)所述的估计待行队列通行时间实现过程如下：
基于随机均匀分布的汽车参数为：



其中，车身最大长度为Lmax，车身最小长度为Lmin，汽车最大静止头距为Hmax，汽车最小静止头距为Hmin，汽车最大启动延时为Zmax，汽车最小启动延时为Zmin，汽车最大运动时距为dhmax，汽车最小运动时距为dhmin，路口待行汽车数目为N，第j辆车的长度为Lj，第j辆车的头距为Hj，第j辆车的启动延时为Zj，第j辆车的运动时距为dhj，随机均匀分布函数为rand()，克罗内克积为j为控制区域内汽车标记，头车为1，尾车为N；
基于修正的智能驾驶员模型(IDM)的汽车运动学模型为：



其中：



其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄伟超，董昊轩，殷国栋，徐利伟，王法安，刘赢，陈浩，周毅晨，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32