基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法技术

本发明专利技术公开了基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，判断是否有CAV进入加速车道，若有则开始执行T

【技术实现步骤摘要】
基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法
本专利技术属于CAV车速及轨迹控制
，涉及基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法。
技术介绍
近年来，随着交通基础设施的快速发展与广泛应用，推动着智能交通与智慧高速的快速发展。智能网联环境与车路协同技术为人车路云一体化下的交通系统提供可靠的体系保障与技术支持。《交通强国纲要》的提出将智能交通系统的发展推到新高度与新战略。在交通流要素中，已逐步由“全人工车辆”向“部分人工车辆+部分智能网联车辆+部分自动车辆”的混合交通流趋势发展，并且在技术不断更新升级的情况下交通流将逐渐趋于自动化。针对混合交通流的研究，CAV有望从微观交通流动力学层面改善混合交通流运营质量，为解决交通拥堵等问题提供有效方法。基于已有的新型基础设施建设、更新以及车辆信息交互技术的快速发展，传统交通流逐渐趋于异质化，面向混合交通流的运行效率、交通安全排放等技术研究更具有前瞻性和价值性；针对于车辆速度控制的研究，受到城市主干道复杂环境的影响，已有研究较多从高速公路入手，基于上游交通流特性变化来调整下游速度，从而实现交通流的整体调控。同时，由于速度控制受到多因素(天气、驾驶员特性、道路特性)的影响，使得实时速度控制及轨迹优化方法仍然较为滞后。面向于CAV的速度控制及轨迹规划仍存在以下不足：(1)已有研究多从全HVs或全CAVs开展，使得已有方法存在一定的滞后性，CAV具有高遵循率与高精确性，面向于加速车道下融合CAV的混合交通流研究具有较高的应用价值与落地实用性；(2)已有的速度控制方法多以交通流作为研究对象，即对宏观交通流进行速度控制与评估，而对于具体某一CAV在加速车道汇入主路时的速度控制与轨迹优化未开展有效研究。因此，针对现有技术中存在的问题，需要提供一种基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，在安全前提下，实现CAV满足汇入主路最低速度要求的全过程控制框架，并实现CAV在加速车道与主路的速度控制以及混合交通流下CAV由高速公路加速车道汇入主路的轨迹控制，以解决现有技术中存在的问题。本专利技术实施例所采用的技术方案是：基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，包括以下步骤：S1、位于加速车道与匝道交界处的路侧检测器判断是否有智能网联自动车辆CAV进入加速车道，若未有CAV进入加速车道，CAV按照CACC或ACC跟车模型运行，并重复执行路侧检测器判断过程；若有CAV进入加速车道，则进入S2；S2、开始执行CAV的控制步骤：进入加速车道的CAV为T1，T1在加速车道的前车为T2，后车为T3，T1在主路的前车为T4，后车为T5；T2～T5采取HV跟车模型或CV跟车模型；基于路侧检测器获取加速车道区间内的交通密度及流量；基于车路协同系统与远程交通微波雷达检测器RTMS获取加速车道与主路上的所有车辆T1～T5的实时速度集v1～v5、位置集p1～p5以及加速度集a1～a5，用于作为S3的数据输入和S4的数据输入，并进入S3；S3、开始进行速度控制：CAV根据S2获取的加速车道上的实时速度集、位置集以及加速度集判断CAV与前后车的速度分布情况、车辆间距情况、加速度分布情况，基于速度控制使得CAV车辆在到达加速车道末端前达到驶入主路的最低速度要求，且始终满足安全行驶条件，并绘制CAV加速车道加速轨迹图，且进入S4；S4、开始执行轨迹优化：CAV由加速车道安全汇入主路，且进入S5；S5、基于S3绘制的CAV加速车道加速轨迹图和S4绘制的自加速车道汇入主路轨迹图，绘制CAV汇入全过程的优化轨迹图，同时绘制T2～T5的全程轨迹图，为高速公路合流区的CAV汇入至主路提供可视化轨迹显示。进一步地，S3中，开始进行速度控制，具体包括以下步骤：S31、判断T1执行速度控制的安全条件：判断此时的速度控制行为是否达到满足车辆间的最小安全间距的安全条件，如果是，则进入S32，如果否，CAV按照ACC跟车模型行驶，直至满足安全条件后再进入S32；S32、T1开始执行加速至驶入主路的速度控制：将加速车道路段按路侧检测器的分布位置划分为i个单元，获取T1所处单元的交通量qi(t)、交通密度ρi(t)、以及T1的前后车的实时速度v2，i、v3，i、实时位置p2，i、p3，i、实时加速度a2，i、a3，i，求解T1在所处单元的期望速度，对T1执行速度控制，使T1的实时速度向期望速度实时调整，直至T1的速度达到驶入主路的最低速度要求；S33、在每一单元内，T1都会执行实时的速度判定，若T1达到了汇入主路的最低速度要求且具备汇入的速度差要求、加速度差要求、间距要求，则绘制CAV加速车道加速轨迹图，并进入S4；若T1未达到汇入主路的最低速度要求，则在下一单元重复S32进行速度调整，直至达到进入S4的要求，进入S4。更进一步地，S31中，安全条件的函数如下式所示：式中，facc·safety为安全条件函数；a为对数系数；T′为T1与T2的最小安全距离；T为T1与T3的最小安全距离，Δp12为T1与T2的间距，Δp13分别为T1与T3的间距。更进一步地，S32中，T1在所处单元的期望速度如下式所示：式中，v1，i(t+1)表示t+1时刻路段上第i单元T1的期望速度，v1，i(t)为t时刻路段上第i单元T1的实时速度，T″为控制时间步长，τ为因前方交通流密度变化导致的滞后时间，v2，i(t)为t时刻路段上第i单元T2的实时速度，v3，i(t)为t时刻路段上第i单元T3的实时速度，L为路段上各单元的长度，η为模型参数，ρi+1(t)为t时刻路段上第i+1单元的交通密度，ρi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通密度，κ为模型参数。更进一步地，T1所处单元的交通量qi(t)的计算如下式所示：式中，表示t时刻驶出路段上第i单元的平均速度，λ表示车道数，ρi(t)表示t时刻驶出路段上第i单元的交通密度；t+1时刻路段上第i单元的交通密度的计算如下式所示：式中，ρi(t+1)为t+1时刻路段上第i单元的交通密度，ρi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通密度，T″为控制时间步长，L为路段上各单元的长度；λ表示车道数；qi-1(t)为t时刻驶出路段上第i-1单元的交通量；qi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通量。更进一步地，当T2为HV，T3为CV时，T2的跟车模型采用优化速度模型，T3的跟车模型采用智能驾驶模型；T2的实时速度v2，i(t)方程如下式所示：式中，v2，i(t)为t时刻路段上第i单元T2的实时速度，V(Δx)是车头间距的函数，a2，i(t)分别为t时刻路段上第i单元T2的实时加速度，ρi(t)为t时刻路段上第i单元的交通密度，ρcr表示路段的临界密度；T3的实时速度v3，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、位于加速车道与匝道交界处的路侧检测器判断是否有智能网联自动车辆CAV进入加速车道，若未有CAV进入加速车道，则重复执行路侧检测器判断过程；若有CAV进入加速车道，则进入S2；/nS2、开始执行CAV的控制步骤：进入加速车道的CAV为T

【技术特征摘要】
1.基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、位于加速车道与匝道交界处的路侧检测器判断是否有智能网联自动车辆CAV进入加速车道，若未有CAV进入加速车道，则重复执行路侧检测器判断过程；若有CAV进入加速车道，则进入S2；
S2、开始执行CAV的控制步骤：进入加速车道的CAV为T1，T1在加速车道的前车为T2，后车为T3，T1在主路的前车为T4，后车为T5；T2～T5采取HV跟车模型或CV跟车模型；基于路侧检测器获取加速车道区间内的交通密度及流量；基于车路协同系统与远程交通微波雷达检测器RTMS获取加速车道与主路上的所有车辆T1～T5的实时速度集v1～v5、位置集p1～p5以及加速度集a1～a5，用于作为S3的数据输入和S4的数据输入，并进入S3；
S3、开始进行速度控制：CAV根据S2获取的加速车道上的实时速度集、位置集以及加速度集判断CAV与前后车的速度分布情况、车辆间距情况、加速度分布情况，基于速度控制使得CAV车辆在到达加速车道末端前达到驶入主路的最低速度要求，且始终满足安全行驶条件，并绘制CAV加速车道加速轨迹图，且进入S4；
S4、开始执行轨迹优化：CAV由加速车道安全汇入主路，且进入S5；
S5、基于S3绘制的CAV加速车道加速轨迹图和S4绘制的自加速车道汇入主路轨迹图，绘制CAV汇入全过程的优化轨迹图，同时绘制T2～T5的全程轨迹图，为高速公路合流区的CAV汇入至主路提供可视化轨迹显示。


2.根据权利要求1所述的基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，S3中，所述开始进行速度控制，具体包括以下步骤：
S31、判断T1执行速度控制的安全条件：判断此时的速度控制行为是否达到满足车辆间的最小安全间距的安全条件，如果是，则进入S32，如果否，CAV按照ΔCC跟车模型行驶，直至满足安全条件后再进入S32；
S32、T1开始执行加速至驶入主路的速度控制：将加速车道路段按路侧检测器的分布位置划分为i个单元，获取T1所处单元的交通量qi(t)、交通密度ρi(t)、以及T1的前后车的实时速度v2，i、v3，i、实时位置p2，i、p3，i、实时加速度a2，i、a3，i，求解T1在所处单元的期望速度，对T1执行速度控制，使T1的实时速度向期望速度实时调整，直至T1的速度达到驶入主路的最低速度要求；
S33、在每一单元内，T1都会执行实时的速度判定，若T1达到了汇入主路的最低速度要求且具备汇入的速度差要求、加速度差要求、间距要求，则绘制CAV加速车道加速轨迹图，并进入S4；若T1未达到汇入主路的最低速度要求，则在下一单元重复S32进行速度调整，直至达到进入S4的要求，进入S4。


3.根据权利要求2所述的基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，S31中，所述安全条件的函数如下式所示：



式中，facc·safety为安全条件函数；a为对数系数；T′为T1与T2的最小安全距离；T为T1与T3的最小安全距离，Δp12为T1与T2的间距，Δp13分别为T1与T3的间距。


4.根据权利要求2所述的基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，S32中，所述T1在所处单元的期望速度如下式所示：



式中，v1，i(t+1)表示t+1时刻路段上第i单元T1的期望速度，v1，i(t)为t时刻路段上第i单元T1的实时速度，T″为控制时间步长，τ为因前方交通流密度变化导致的滞后时间，v2，i(t)为t时刻路段上第i单元T2的实时速度，v3，i(t)为t时刻路段上第i单元T3的实时速度，L为路段上各单元的长度，η为模型参数，ρi+1(t)为t时刻路段上第i+1单元的交通密度，ρi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通密度，κ为模型参数。


5.根据权利要求4所述的基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，T1所处单元的交通量qi(t)的计算如下式所示：



式中，表示t时刻驶出路段上第i单元的平均速度，λ表示车道数，ρi(t)表示t时刻驶出路段上第i单元的交通密度；
t+1时刻路段上第i单元的交通密度的计算如下式所示：



式中，ρi(t+1)为t+1时刻路段上第i单元的交通密度，ρi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通密度，T″为控制时间步长，L为路段上各单元的长度；λ表示车道数；qi-1(t)为t时刻驶出路段上第i-1单元的交通量；qi(t)为t时刻驶出路段上第i单元的交通量。


6.根据权利要求4所述的基于高速公路合流区的网联自动车辆速度控制及轨迹优化方法，其特征在于，当T2为HV，T3为CV时，T2的跟...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝威，戎栋磊，吴其育，张兆磊，龚野，王正武，王杰，吴伟，吕能超，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43