一种基于联网车辆协调控制的即停即走路段缓堵方法技术

本发明专利技术公开了一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，包括步骤：分析“即停即走”路段的车流运行特征与车辆驾驶行为；提出车联网环境下的协调控制策略；分别建立基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型与车队换道协调控制模型；改进传统的粒子群算法对车队跟驰协调控制模型进行求解、运用仿真软件对车队换道协调控制模型进行求解，得到车队头车每个时间点的行驶速度和位置，以及车队头车在换道时换道位置点和换道时间点。本发明专利技术方法能有效发挥联网车辆在交通流中的协调控制作用，具备能有效缓解“即停即走”路段的拥堵问题、提升路段车辆的通行速度、提升驾驶员的行车舒适性与行车安全性等优点。行车舒适性与行车安全性等优点。行车舒适性与行车安全性等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于联网车辆协调控制的即停即走路段缓堵方法


[0001]本专利技术涉及车辆联网技术和路段缓堵策略的
，尤其是指一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法。

技术介绍

[0002]近年来，车联网技术已经成为时下研究的热点，基于车联网技术的日渐成熟，其已然成为未来智能交通系统的核心组成部分。基于联网车辆能及时获取前后及周围车辆、设施的特性，诸多学者发现联网车辆在一定条件下能有效降低交通拥堵、提高道路通行能力。而当前对于“即停即走”路段的缓堵策略研究依旧以硬件提升和加强管理为主，未能结合当前新兴的技术手段进行缓堵研究，因此有必要对联网车辆环境下“即停即走”路段的缓堵方法进行研究。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，该方法在车联网的基础上，以联网车辆为研究对象，同时考虑以联网车辆为首的车队中其它车辆的行驶状态与周围车队的行驶状态，能更加精准地控制联网车辆以协调交通流整体运行状态，具有较高的研究价值。
[0004]为实现上述目的，本专利技术所提供的技术方案为：一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，包括如下步骤：
[0005]S1、把“即停即走”路段划分为四个区域，按车辆前进的方向依次分别为：跟驰区、换道区、停车区与终止区，在跟驰区车辆只进行跟驰行驶，而在其它区域车辆能进行跟驰和换道，在停车区有车位供车辆临时停车；其中，所述“即停即走”路段是指允许车辆临时停车，但需要在规定的时间范围内离开的路段；
[0006]S2、基于各区域车辆的驾驶行为，结合车辆的联网特性，针对车辆在路段上的跟驰与换道行为，提出车联网环境下的协调控制策略，包括跟驰协调控制策略与换道协调控制策略；
[0007]S3、分别考虑行车安全性与行车舒适性建立基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型、考虑行车安全性与行车延误建立车队换道协调控制模型；
[0008]S4、改进传统的粒子群算法对基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型进行求解、运用仿真软件对车队换道协调控制模型进行求解，得到车队头车每个时间点的行驶速度和位置，以及车队头车在换道时换道位置点和换道时间点。
[0009]进一步，在步骤S1，选取单向双车道且路内停车的“即停即走”路段进行研究并划分。
[0010]进一步，在步骤S2，对协调控制策略的提出作如下假设：
[0011]a1、车队在跟驰区前已经达到稳定跟驰状态，交通流在终止区能快速疏散，不会对停车区车流产生负面影响；
表示前方车队，此时的前方车队指的是终端时间点位于前方的车队；
[0026]在停车区的车队终端时间预测表示为：
[0027][0028]其中：t
limit
表示停车区的车辆停靠时间限制；t
stop
(n)表示停车区第n个停车位停靠车辆的已停靠时间，t
stop
(n)≤t
limit
；k为车辆停靠的额外限制时间；K为车辆停靠的最大额外限制时间；为在前方车队位置限制约束下的停车区第n车位车辆起步的时间；t
c
为单个车辆换道时间，即从停车位开始换道至换道结束；
[0029]在进行头车终端位置预测时，考虑周围车队队尾在其终端时间点的终端位置，终端时间点前车队队尾为非联网车辆，结合跟驰模型与车队首位置确定其位置，再结合安全跟车距离确定自车终端位置；跟驰区与换道区正常跟驰行驶的车辆终端位置预测表述为：
[0030][0031]其中：为终端时间点自身车队头车的终端位置；为终端时间点前方车队头车的终端位置；为与车队终端速度相关的车辆间跟车距离，由Full Velocity Difference即FVD跟驰模型相关参数确定；l为车辆长度；N
i
‑1为车队i
‑
1的车队规模；
[0032]停车区的车辆终端位置预测表述如下：
[0033][0034]其中：为与换道完成的车辆行驶速度相关的跟车距离；
[0035]在进行头车终端速度预测时，先获取周围车队在其终端时间点的终端速度，将当前车队头车的终端速度设置为终端时间点前车队的行驶速度，即：
[0036][0037]其中：为终端时间点自身车队头车的行驶速度，为终端时间点前车队头车的行驶速度；
[0038]b、在对车辆的终端状态进行预测之后，考虑车队行驶过程中的安全性成本与行车舒适性，建立如下车队跟驰协调控制模型：
[0039][0040]式中：m为车队车辆总数；t为某一仿真时刻；T为仿真步长总数；Δt为仿真时间步长；TTC
i
(t)为车队中第i辆车t时刻的碰撞时间，表示当后车速度大于前车速度时，保持当前速度至二者发生碰撞的时间；TTC
*
为TTC碰撞时间的临界值，低于临界值界定为不安全状态，高于临界值界定为安全状态；a
i
(t)为第i 辆车在t时刻的加速度值。
[0041]进一步，在步骤S3，针对换道协调控制策略提出车队换道协调控制模型，包括换道位置区域模型与具体换道位置模型，具体情况如下：
[0042]在确定最佳换道位置区域的时候，考虑不同换道位置区域对车队通行时间的影
响，建立如下换道位置区域模型：
[0043][0044]其中：N为自车队、左侧车队及路段内后续车队的车辆数，T(i)为第i辆车的通行时间，即总通行时间最小的换道策略为最佳换道策略；
[0045]在确定了最佳换道位置区域的基础上，以车队换道安全性与当前路段车辆的行程时间为优化目标，建立如下具体换道位置模型：
[0046][0047]其中：为车队换道车辆的换道安全性计算值，N
c
为实际需要换道的车辆数，为具体换道终端时间，t
c
为单个车辆换道时间，即从停车位开始换道至换道结束，t为某一仿真时刻，Δt为仿真时间步长； TTC
*
为TTC碰撞时间的临界值，低于临界值界定为不安全状态，高于临界值界定为安全状态；TTC
j
(t)为换道的车队中第j辆车t时刻的碰撞时间；为具体换道行为初始时间，即当前换道位置决策得到的最佳位置对应的换道时间点；为当前路段所有车辆的通行时间，即换道位置选取对车流的延误影响；N
total
为当前路段内的所有车辆数，T(e)为第e辆车的通行时间。
[0048]进一步，在步骤S4，使用改进的粒子群算法对基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型进行模拟求解：在传统粒子群算法只能求解一个优化目标的基础上，在考虑两个优化目标时，将速度更新拆分为两个阶段，第一个阶段考虑车队行驶过程中的安全性最优时自身历史最佳位置与群体历史最佳位置对自身速度的影响，第二个阶段考虑行车舒适性最优时自身历史最佳位置与群体历史最佳位置对自身速度的影响，如此循环往复，反复考虑两个优化目标最优时的取值，最本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、把“即停即走”路段划分为四个区域，按车辆前进的方向依次分别为：跟驰区、换道区、停车区与终止区，在跟驰区车辆只进行跟驰行驶，而在其它区域车辆能进行跟驰和换道，在停车区有车位供车辆临时停车；其中，所述“即停即走”路段是指允许车辆临时停车，但需要在规定的时间范围内离开的路段；S2、基于各区域车辆的驾驶行为，结合车辆的联网特性，针对车辆在路段上的跟驰与换道行为，提出车联网环境下的协调控制策略，包括跟驰协调控制策略与换道协调控制策略；S3、分别考虑行车安全性与行车舒适性建立基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型、考虑行车安全性与行车延误建立车队换道协调控制模型；S4、改进传统的粒子群算法对车队跟驰协调控制模型进行求解、运用仿真软件对车队换道协调控制模型进行求解，得到车队头车每个时间点的行驶速度和位置，以及车队头车在换道时换道位置点和换道时间点。2.根据权利要求1所述的一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，其特征在于，在步骤S1，选取单向双车道且路内停车的“即停即走”路段进行研究并划分。3.根据权利要求1所述的一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，其特征在于，在步骤S2，对协调控制策略的提出作如下假设：a1、车队在跟驰区前已经达到稳定跟驰状态，交通流在终止区能快速疏散，不会对停车区车流产生负面影响；a2、在协调控制过程中，车流会形成以联网车辆为首，非联网车辆跟随联网车辆行驶的多个车队的状态行驶，非联网车辆并不会对车队的形成造成干扰；a3、在车辆的协调控制过程中，联网车辆通过Vehicle
‑
to
‑
vehicle即V2V与Vehicle
‑
to
‑
Infrastructure即V2I与外界实时通信交换信息，发送并获取的信息包括：自车与周围车辆的行驶速度、加速度、位置及未来时间段内的行驶计划；联网车辆能准确制定并执行协调控制策略，不考虑系统计算协调控制策略的时间，不考虑特殊情况对协调控制策略产生的影响；a4、进入协调控制区域后，车辆跟驰行驶时非联网车辆遵循Full Velocity Difference即FVD跟驰模型跟随前车行驶；非强制换道情况下自车始终保持同车道行驶，车辆换道时遵循前节选取的换道模型的换道条件进行换道，车辆在换道时以车队为单位进行换道；a5、交通流行驶的整个过程均只有机动车参与，默认行人、非机动车严格遵循交通规则走专用道路，不考虑行人、非机动车对主线交通流的干扰；a6、车辆在停车区与换道区正常换道及通行，不会发生因停车位不足而驻车等待的情况；b、跟驰协调控制策略：跟驰协调控制策略以跟驰行为为基础，通过实时控制车队头车联网车辆的速度来协调控制车队后续车辆的运行状态；首先，车队头车联网车辆实时通过V2I与路侧检测单元通信发送自车信息并获取周围车队车辆信息，并通过V2V与联网车辆实时通信获取信息，包括联网车辆加速度、速度、位置及协调控制策略；在获取周围车队位置、周围联网车辆基础信息及协调控制策略之后，对前
方车队行驶状况进行预测，随后联网车辆结合自车当前行驶状况、当前车队非联网车辆规模、行驶速度及行驶特性即跟驰模型信息，以车队行驶稳定性和车队行驶安全性整体最优为目标，制定考虑周围多车信息的协调控制策略，输出联网车辆实时协调速度，并实时与周围车辆通信更新自车信息与协调控制策略；c、换道协调控制策略：换道协调控制策略以车辆的换道行为为基础，通过控制车队头车联网车辆的换道位置来控制整个车队的换道行为，换道协调控制策略涉及到换道位置区域和具体换道位置的确定；c1、换道位置区域确定：在以车队为单位进行换道，输出最佳换道位置前，需要先结合自车队行驶状态与位置、左侧车道车队行驶状态与位置，对自车队的换道位置区域进行确定，即明确自车队是换道至左侧相邻车队的前方或后方；c2、具体换道位置的确定：明确车队换道位置区域后，进一步确定车队的最佳具体换道位置，即确定车队的换道位置点与时间点。4.根据权利要求1所述的一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，其特征在于，在步骤S3，针对跟驰协调控制策略提出一种基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型，具体情况如下：a、车辆的终端状态预测包括终端时间预测、终端位置预测以及终端速度预测；在换道区与跟驰区的车队终端时间预测表示为：其中：为当前车队的终端时间，为前方车队的终端状态，i表示当前车队，i
‑
1表示前方车队，此时的前方车队指的是终端时间点位于前方的车队；在停车区的车队终端时间预测表示为：其中：t
limit
表示停车区的车辆停靠时间限制；t
stop
(n...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡郁葱，马华清，黎学龙，骆明明，李思童，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：