一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，包括上层交通管理系统、中央控制系统、受控智能网联车辆以及V2I通信设备；其中上层交通管理系统对车辆合流安全时距以及合流速度做出限制，同时将限制要求发送至中央控制系统；V2I通信设备获取受控智能网联车辆实时行驶状态的信息流，同时将获取的信息流发送至中央控制系统；中央控制系统对获取的各类限制要求以及实时行驶状态信息进行整合计算，并通过V2I通信设备向受控智能网联车辆发出最优控制量指令；本发明专利技术缓解道路交通安全隐患，减少高速入口匝道对主道交通流产生的负面影响，同时解决现有匝道合流车辆轨迹规划方法中计算量大难以应用于实时控制器中的问题。

A method of multi intelligent network connected vehicle collaborative confluence control for high speed ramp entrance

【技术实现步骤摘要】
一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法
本专利技术涉及一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，属于智能交通车辆运动控制领域。
技术介绍
匝道合流过程中驾驶员激进或者不合理的驾驶行为将导致交通流不稳定以及通行效率下降，甚至可能引起交通安全事故，同时，匝道上车辆的缓慢行驶以及长时间滞留还将造成额外的燃料消耗以及尾气排放，为减少高速入口匝道对主道交通流产生的负面影响，过去数十年里所提出的解决方案多为匝道信号控制，该方法通过调节匝道车辆的流入速率，以实现对宏观交通状态变量的控制，且该方法未对各个车辆的运动轨迹进行控制。近些年来，自动驾驶与车路协同技术的蓬勃发展使得对车辆运动轨迹的实时控制成为可能，为解决匝道拥堵问题提供了全新思路。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，缓解道路交通安全隐患，减少高速入口匝道对主道交通流产生的负面影响，同时解决现有匝道合流车辆轨迹规划方法中计算量大难以应用于实时控制器中的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制系统，包括上层交通管理系统、中央控制系统、受控智能网联车辆以及V2I通信设备；其中上层交通管理系统对车辆合流安全时距以及合流速度做出限制，同时将限制要求发送至中央控制系统；V2I通信设备获取受控智能网联车辆实时行驶状态的信息流，同时将获取的信息流发送至中央控制系统；中央控制系统对获取的各类限制要求以及实时行驶状态信息进行整合计算，并通过V2I通信设备向受控智能网联车辆发出最优控制量指令；一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，包括以下步骤：第一步：上层交通管理系统向中央控制系统发出车辆合流安全时距以及合流速度的要求；第二步：V2I通信设备获取受控智能网联车辆的车辆位置、实时的速度以及加速度信息，并将信息传送至中央控制系统；第三步：中央控制系统基于先进先出合流次序，通过合流时刻规划算法，递推计算出各个受控智能网联车辆到达合流点的时刻；第四步：中央控制系统按照车辆最优轨迹规划算法，计算得到各个受控智能网联车辆的控制输入，即最优控制量，再将最优控制量通过V2I通信设备传送至各个受控智能网联车辆；第五步：受控智能网联车辆获得最优控制量指令，进行协同合流驾驶；作为本专利技术的进一步优选，第三步中合流时刻规划算法具体包括以下：在每一个时刻t，对控制系统的协同区域内的车辆总数记作N(t)，当有一辆新的车辆进入协同区域，它将被中央控制系统视为受控智能网联车辆i，i＝N(t)+1；情况一：当受控智能网联车辆i+1首次进入协同区域时，若受控智能网联车辆i+1和其前一个进入协同区域的受控智能网联车辆i在相同车道上，此时规定受控智能网联车辆i在达到合流点后将以合流速度vmer匀速行驶长度为s1的一段距离，受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻将遵循式(2)hi+1表示同车道受控智能网联车辆i+1和受控智能网联车辆i合流的最小安全时距，代表受控智能网联车辆i到达合流点的时刻，代表受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻；情况二：当受控智能网联车辆i+1首次进入协同区域时，若受控智能网联车辆i+1和其前一个进入协同区域的受控智能网联车辆i在不同车道上，此时规定受控智能网联车辆i在达到合流点后将以合流速度vmer匀速行驶长度为s2的一段距离，受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻将遵循式(4)h′i+1表示异车道受控智能网联车辆i+1和受控智能网联车辆i合流的最小安全时距；情况三：定义变量“预期行驶时间”，如式(5)：其中表示受控智能网联车辆i首次进入协同区域的时刻，是在上述情况一与情况二基础上，通过受控智能网联车辆i的合流时刻递推得到受控智能网联车辆i+1的合流时刻，如果：将不再遵循式(2)或式(4)规则，通过受控智能网联车辆i推导出受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻，重新分配的受控智能网联车辆i+1的合流时刻为：作为本专利技术的进一步优选，第四步中，车辆最优轨迹规划算法具体包括以下：将受控智能网联车辆i在时刻由初始状态转移至终点时刻时的目标为最小化如式(8)代价函数：式中Ji表示代价，代表受控智能网联车辆i到达合流点的时刻，表示控制输入，即加加速度，w1和w2为权重因子，可由驾驶员根据其驾驶风格进行适当调整，最优控制输入如式(9)，最优轨线如式(10)-式(12)其中pi(t)，vi(t)，ai(t)依次代表受控智能网联车辆i在采样时刻t时刻的位置，速度和加速度，k1i，k2i，k3i，k4i，k5i，k6i为积分常量；作为本专利技术的进一步优选，前述积分常量k1i～k6i计算方法如下，在某个采样时刻下，通过求解式(13)即可得到各个常量数值，其中Ki＝[k3ik4ik1ik2ik5ik6i]T(14)表示受控智能网联车辆i在到达合流点时刻时的位置，表示受控智能网联车辆i在到达合流点时刻时的速度，表示受控智能网联车辆i在到达合流点时刻时的加速度，pi(t)表示受控智能网联车辆i在采样时刻t时刻的位置，vi(t)表示受控智能网联车辆i在采样时刻t时刻的速度，ai(t)表示受控智能网联车辆i在采样时刻t时刻的加速度，w1和w2为权重因子。通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术缓解了道路交通安全的隐患，有效提高了高速公路匝道入口处车辆通行的效率，减少匝道入口处的拥堵现象，并且实现了安全与高效的车辆合流；2、本专利技术通过提高高速公路匝道入口处车辆通行的效率，从而提高了高速公路匝道入口处车辆整体燃油的经济性与乘坐舒适性；3、本专利技术创新性的利用庞特里亚金原理得到协同合流轨迹规划算法的解析解，计算量得到减少，容易实现在线实时求解。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的优选实施例的用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制系统的结构框架示意图；图2是本专利技术的优选实施例1的情况示意图；图3是本专利技术的优选实施例2的情况示意图；图4是本专利技术的优选实施例中各个受控智能网联车辆位置随时间的变化曲线；图5是本专利技术的优先实施例中各个受控智能网联车辆速度变化曲线。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本专利技术的基本结构，因此其仅显示与本专利技术有关的构成。基于目前为减少高速入口匝道对主道交通流产生的影响，均采用匝道信号控制的方法，但是此种方法无法对各个车辆的运动轨迹进行实时控制，因此本申请试图提供一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制系统，其特征在于：包括上层交通管理系统、中央控制系统、受控智能网联车辆以及V2I通信设备；/n其中上层交通管理系统对车辆合流安全时距以及合流速度做出限制，同时将限制要求发送至中央控制系统；/nV2I通信设备获取受控智能网联车辆实时行驶状态的信息流，同时将获取的信息流发送至中央控制系统；/n中央控制系统对获取的各类限制要求以及实时行驶状态信息进行整合计算，并通过V2I通信设备向受控智能网联车辆发出最优控制量指令。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制系统，其特征在于：包括上层交通管理系统、中央控制系统、受控智能网联车辆以及V2I通信设备；
其中上层交通管理系统对车辆合流安全时距以及合流速度做出限制，同时将限制要求发送至中央控制系统；
V2I通信设备获取受控智能网联车辆实时行驶状态的信息流，同时将获取的信息流发送至中央控制系统；
中央控制系统对获取的各类限制要求以及实时行驶状态信息进行整合计算，并通过V2I通信设备向受控智能网联车辆发出最优控制量指令。


2.一种用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步：上层交通管理系统向中央控制系统发出车辆合流安全时距以及合流速度的要求；
第二步：V2I通信设备获取受控智能网联车辆的车辆位置、实时的速度以及加速度信息，并将信息传送至中央控制系统；
第三步：中央控制系统基于先进先出合流次序，通过合流时刻规划算法，递推计算出各个受控智能网联车辆到达合流点的时刻；
第四步：中央控制系统按照车辆最优轨迹规划算法，计算得到各个受控智能网联车辆的控制输入，即最优控制量，再将最优控制量通过V2I通信设备传送至各个受控智能网联车辆；
第五步：受控智能网联车辆获得最优控制量指令，进行协同合流驾驶。


3.根据权利要求2所述的用于高速匝道入口的多智能网联车辆协同合流控制方法，其特征在于：第三步中合流时刻规划算法具体包括以下：
在每一个时刻t，对控制系统的协同区域内的车辆总数记作N(t)，当有一辆新的车辆进入协同区域，它将被中央控制系统视为受控智能网联车辆i，i＝N(t)+1；
情况一：当受控智能网联车辆i+1首次进入协同区域时，若受控智能网联车辆i+1和其前一个进入协同区域的受控智能网联车辆i在相同车道上，此时规定受控智能网联车辆i在达到合流点后将以合流速度vmer匀速行驶长度为s1的一段距离，受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻将遵循式(2)






hi+1表示同车道受控智能网联车辆i+1和受控智能网联车辆i合流的最小安全时距，代表受控智能网联车辆i到达合流点的时刻，代表受控智能网联车辆i+1到达合流点的时刻；
情况二：当受控智能网联车辆i+1首次进入协同区域时，若受控智能网联车辆i+1和其前一个进入协同区域的受控智能网联车辆i在不同车道上，此时规定受控智能网联车辆i在达到合流点后将以合流速度vm...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄伟超，刘畅，殷国栋，黄泽豪，刘昊吉，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32