面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法技术

一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，属于智能交通领域。现有的研究均针对单一的城市交叉口或者高速公路匝道车辆交织区域的智能控制，没有同时考虑高速公路下匝道与城市道路交织区和城市道路交叉口的智能控制问题。一种面向燃油经济性和驾驶舒适性的基于车辆网的车辆行驶轨迹优化方法，界定车辆轨迹优化区域；对界定的城市道路交叉口进行网格化，设定车辆控制规则；识别车辆到达顺序，根据车辆控制规则，确定轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间；建立车辆轨迹优化模型，根据确定的车辆通行顺序进行车辆轨迹优化。本发明专利技术能够在确保车辆通行效率最大化的基础上，提高车辆的燃油经济性和驾驶舒适性。

【技术实现步骤摘要】
面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法
本专利技术涉及一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法。
技术介绍
随着社会经济和信息技术的迅速发展，以及近年来中国对该行业的高度重视和大力发展，中国车联网实现了突飞猛进的技术进步。2020年包括中国发改委等中国的十一个部委联合颁布了《智能汽车创新发展战略》，将智能车辆提升到了国家发展战略的高度，引发了车联网技术的新一轮产业发展，这充分体现出了车联网技术已经成为国家级科技竞赛的核心行业之一。在道路交通系统中，车辆交织区域是提高道路通行能力的主要瓶颈点，因为车辆的交织运动阻碍了车辆行驶的连续性，使车辆容易出现“走-停”的情况，从而导致车辆拥堵或者交通事故的发生，城市道路交叉口和高速公路上下匝道作为道路系统中最常见的两种道路瓶颈点，是制约道路通行能力的主要区域。在城市交叉口智能控制方面，国内外众多学者从基于车辆队列的智能控制和基于计划的智能控制两方面展开了相应的研究。基于车辆队列的方法主要是研究车辆的到达过程以及车辆的运行状态，预测车辆的到达时间，将车辆划分为多个队列，将交叉口处车辆的控制转化为对队列的控制，这种理念很早的就被提出，但随着车联网技术的发展，这种方法逐渐的成为现实。基于计划的控制方法的研究对象是每辆车，计算每辆车的到达时间，多是建立基于混合整数规划问题的优化模型。在高速公路上下匝道的智能控制方面，针对匝道车辆协作合并提出的算法具有相同的特点，都是通过协调车辆到达交织区域的运动来实现的，但是，由于车辆智能化的程度，道路的几何结构等的不同，控制算法也存在着一些不同，比如，存在着集中式和分散式的控制规则。前者方法中有一个交通控制中心统一发布所有车辆的控制信息，后者的控制是分散在每辆车上的，通过车辆间的通信实现协作。综上，现有的研究均是针对单一的城市交叉口或者高速公路匝道车辆交织区域的智能控制，没有同时考虑高速公路下匝道与城市道路交织区和城市道路交叉口的智能控制问题，这个区域既存在着高速公路下匝道车辆与城市道路主流车辆的合并汇入问题，又存在着下游交叉口的控制问题。针对上述问题，本专利技术将考虑这些区域构建整体的车辆轨迹优化模型。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，在保证车辆通行效率最大化的基础上，提高车辆燃油经济性和驾驶舒适性，用于解决现有研究中没有统一性的考虑高速公路下匝道与城市道路合流区和城市道路交叉口以及两者连接区域的车辆智能控制问题。一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，具体步骤是：步骤1：车辆轨迹优化区域界定，需要界定的轨迹优化区域包括高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域；步骤2：对步骤1的城市道路交叉口进行网格化，并设定轨迹优化区域内车辆控制规则；步骤3：识别车辆到达顺序，根据步骤2的车辆控制规则，确定轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间；步骤4：建立车辆轨迹优化模型，并根据步骤3确定出的车辆通行顺序进行车辆轨迹优化。本专利技术的有益效果为：本专利技术公开了一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法。该方法基于联网和自动驾驶车辆，对包含高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域的整个区域进行车辆轨迹优化区域界定，并对城市道路交叉口区域进行网格化，随后根据车辆控制规则确定车辆的通行顺序和离开时间，最后建立车辆轨迹优化模型，对车辆行驶轨迹进行优化，在确保车辆通行效率最大化的基础上，提高了车辆的燃油经济性和驾驶舒适性，为包含高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域的整个区域的车辆轨迹控制提供参考。附图说明图1为本专利技术所述的车辆轨迹优化总体流程图；图2为本专利技术所述的区域划分示意图；图3为本专利技术所述的城市交叉口网格化示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方法做进一步的详细描述。一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，包括以下步骤：步骤1：车辆轨迹优化区域界定，如图2所示，需要界定的轨迹优化区域包括高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域；具体包括以下步骤：步骤1.1：确定高速公路与城市道路合流处的车辆轨迹优化区域，具体包括控制区域和合流区两个区域；步骤1.2：确定城市交叉口的车辆轨迹优化区域，具体包括控制区域和交织区两个区域；步骤1.3：在步骤1.1对高速公路与城市道路合流处划分车辆轨迹优化区域以及步骤1.2对城市交叉口划分车辆轨迹优化区域的基础上，确定连接区域的车辆轨迹优化区域范围；步骤1.4：确定车辆轨迹优化区域内各子区域尺寸；以城市道路为双向两车道道路、高速公路下匝道为单向单车道道路为例，高速公路与城市道路合流处以及城市交叉口的控制区域长度均为，交织区是边长为的正方形，则合流区是边长为的正方形，设定整个车辆轨迹优化区域总长度为，则连接区域的长度为；步骤2：对步骤1的城市道路交叉口进行网格化，并设定车辆轨迹优化区域内车辆控制规则；步骤2.1：如图3所示，对根据步骤1.2确定的城市交叉口交织区采用面积均匀等分策略进行网格化，则A、B、C、D均为边长为的正方形，由此，来自于交叉口不同方向的车辆可以同时进入交织区，行驶在不同的网格而不会产生冲突，可以减少交叉口处车辆的等待时间；步骤2.2：设定每个区域车辆控制规则。具体的，控制区域是车辆轨迹优化的主要区域，对该区域内的车辆运用轨迹优化模型，确定最佳行驶轨迹；合流区是来自于城市道路以及高速公路下匝道车辆的合流区域，设定具有合流冲突的车辆不允许同时进入该区域，并且车辆在该区域内保持匀速行驶；交织区是来自于交叉口不同方向车辆的交织通行区域，根据步骤2.1对该区域的网格化，设定该区域内只存在车辆的直行，并且车辆在该区域保持匀速行驶；连接区域的作用是连接上游合流处与下游控制区域，设定该区域内车辆保持匀速行驶；步骤3：识别车辆到达顺序，根据步骤2的车辆控制规则，确定轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间；对车辆轨迹控制的首要目的是实现车辆通行效率的最大化，换句话说，就是在给定车辆到达的情况下，确保车辆通行时间的最小化。具体方法为：步骤3.1：分析高速公路与城市道路合流处的车辆位置关系，确定车辆的通行顺序以及离开时间；第一，以标号为i的车辆为研究对象，在控制区域内存在两种车辆位置关系：位置关系一：标号为i的车辆与标号为i-1的车辆处于同一车道，这里，i-1车是i车的直接前车，这时，两辆车存在跟车行驶情况，需要满足如下的最小安全跟车时距要求：式中，为最小安全跟车时距；位置关系二：标号为i的车辆与标号为i-1的车辆处于不同车道，并且在合流区具有合流冲突，这里，i-1车是前车，这时，两辆车需要满足如下的安全通行顺序要求本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，其特征在于，通过以下步骤实现：/n步骤1：车辆轨迹优化区域界定，需要界定的轨迹优化区域包括高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域；/n步骤2：对步骤1的城市道路交叉口进行网格化，并设定轨迹优化区域内车辆控制规则；/n步骤3：识别车辆到达顺序，根据步骤2的车辆控制规则，确定轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间；/n步骤4：建立车辆轨迹优化模型，并根据步骤3确定出的车辆通行顺序进行车辆轨迹优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向节油和驾驶舒适的基于车辆网的车辆轨迹优化方法，其特征在于，通过以下步骤实现：
步骤1：车辆轨迹优化区域界定，需要界定的轨迹优化区域包括高速公路下匝道与城市道路合流区、下游城市道路交叉口以及两者连接区域；
步骤2：对步骤1的城市道路交叉口进行网格化，并设定轨迹优化区域内车辆控制规则；
步骤3：识别车辆到达顺序，根据步骤2的车辆控制规则，确定轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间；
步骤4：建立车辆轨迹优化模型，并根据步骤3确定出的车辆通行顺序进行车辆轨迹优化。


2.根据权利要求1所述面向燃油经济性和驾驶舒适性的基于车辆网的车辆行驶轨迹优化方法，其特征在于：步骤1所述车辆轨迹优化区域界定方法为，
步骤1.1：确定高速公路与城市道路合流处的车辆轨迹优化区域，具体包括控制区域和合流区两个区域；
步骤1.2：确定城市交叉口的车辆轨迹优化区域，具体包括控制区域和交织区两个区域；
步骤1.3：在步骤1.1对高速公路与城市道路合流处划分车辆轨迹优化区域以及步骤1.2对城市交叉口划分车辆轨迹优化区域的基础上，确定连接区域的车辆轨迹优化区域范围；
步骤1.4：确定车辆轨迹优化区域内各子区域尺寸；其中，高速公路与城市道路合流处以及城市交叉口的控制区域长度均为，交织区是边长为的正方形，则合流区是边长为的正方形，设定整个车辆轨迹优化区域总长度为，则连接区域的长度为。


3.根据权利要求2所述面向燃油经济性和驾驶舒适性的基于车辆网的车辆行驶轨迹优化方法，其特征在于：步骤2所述城市道路交叉口网格化的方法为，
对城市交叉口交织区采用面积均匀四等分策略进行网格化，则四个等分区域均为边长为的正方形，由此，来自于交叉口不同方向的车辆可以同时进入交织区，行驶在不同的网格而不会产生冲突，可以减少交叉口处车辆的等待时间。


4.根据权利要求1或2所述面向燃油经济性和驾驶舒适性的基于车辆网的车辆行驶轨迹优化方法，其特征在于：步骤2所述车辆轨迹优化区域内车辆控制规则为，
控制区域是车辆轨迹优化的主要区域，对该区域内的车辆运用轨迹优化模型，确定最佳行驶轨迹；
合流区是来自于城市道路以及高速公路下匝道车辆的合流区域，设定具有合流冲突的车辆不允许同时进入该区域，并且车辆在该区域内保持匀速行驶；
交织区是来自于交叉口不同方向车辆的交织通行区域，设定该区域内只存在车辆的直行，并且车辆在该区域保持匀速行驶；
连接区域的作用是连接上游合流处与下游控制区域，设定该区域内车辆保持匀速行驶。


5.根据权利要求1所述面向燃油经济性和驾驶舒适性的基于车辆网的车辆行驶轨迹优化方法，其特征在于：步骤3所述轨迹优化区域内车辆通行顺序以及离开时间确定方法为，
对车辆轨迹控制的首要目的是实现车辆通行效率的最大化，即，在给定车辆到达的情况下，确保车辆通行时间的最小化，具体方法为：
步骤3.1：分析高速公路与城市道路合流处的车辆位置关系，确定车辆的通行顺序以及离开时间；
第一，以标号为i的车辆为研究对象，在控制区域内存在两种车辆位置关系：
位置关系一：标号为i的车辆与标号为i-1的车辆处于同一车道，这里，i-1车是i车的直接前车，这时，两辆车存在跟车行驶情况，需要满足如下公式的最小安全跟车时距要求：



式中，为最小安全跟车时距；
位置关系二：标号为i的车辆与标号为i-1的车辆处于不同车道，并且在合流区具有合流冲突，这里，i-1车是前车，这时，两辆车需要满足如下公式的安全通行顺序要求：



式中，为i车到达合流区时间；为i-1车到达合流区时间；为i-1车到达合流区的速度；
此外，当不存在与i车有上述两种位置关系的车时，i车可以自由行驶，需要满足如下公式的最大行驶速度限制：



式中，为i车到达控制区的时间；为i车以最大速度通过控制区的时间；
第二，根据车辆到达顺序，结合上述车辆位置关系，设定高速公路与城市道路合流处车辆遵循先进先出的规则，从而可以确定车辆通行顺序以及离开时间；
步骤3.2：分析城市交叉口的车辆位置关系，确定车辆的通行顺序以及离开时间；
第一，以标号为i的车辆为研究对象，在控制区域内存在两种车辆位置关系：
位置关系一：标号为i的车辆与...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜忠太，于德新，栾偲良，周户星，孟凡运，彭博，谢晨，
申请(专利权)人：姜忠太，
类型：发明
国别省市：吉林;22