连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法、系统及介质技术方案

本发明专利技术涉及一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法、系统及介质，其包括：获取车辆的确定行驶路径上所有信号灯信息，该信息包括信号灯的时序和位置信息，以及道路限速信息；根据所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的平均行驶速度范围，搜索车辆通过各个路口的绿灯时间窗口，确定所有可能的行驶路径；根据所述所有可能的行驶路径，建立连续信号灯道路车辆通行速度规划最优控制问题模型，求解最优控制问题，确定最优行驶路径，记录该最优行驶路径对应的车速曲线和驱动和制动系统控制命令。本发明专利技术能提高整车能量经济性和驾驶舒适性；节约通行时间，提高车辆在连续信号灯道路的通行效率。本发明专利技术能广泛在汽车智能辅助驾驶领域中应用。驶领域中应用。驶领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法、系统及介质


[0001]本专利技术涉及汽车智能辅助驾驶
，特别是关于一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法、系统及介质。

技术介绍

[0002]交通信号灯常见于城市交通环境，其具有规范行人及驾驶员行为，保障交通安全的重要作用。由于驾驶员可视距离有限，且无法判断信号灯状态切换的时刻，常常需要在信号灯路口前频繁启停车辆，这将会大大降低整车能量经济性，并恶化驾驶舒适性。近年来，随着智能网联汽车的发展和智能交通系统(Intelligent Traffic Systems,ITS)基础设施的完善，车辆可以通过车
‑
路通信(Vehicle to Infrastructure Communication,V2I)、车
‑
车通信(Vehicle to Vehicle Communication,V2V)、全球定位系统(Global Positioning System,GPS)等现有技术获取行驶路径上信号灯的时序和位置信息、道路限速信息等，用于行驶速度规划，以提高能量经济性和驾驶舒适性；节约通行时间，保证车辆在信号灯路口的通行效率。
[0003]现有技术中公开的基于交通信息的主干道车速规划方法，其未考虑车辆纵向动力学特性，用匀变速运动方程描述车辆的纵向运动，以通过路口的时间和加速度绝对值为目标函数求解通过当前路段的最优车速。现有技术中公开的基于连续信号灯信息的智能网联汽车分层速度规划方法，其上层进行驾驶任务规划，根据连续交叉口的红绿灯时序和位置信息，计算车辆到达每个交叉口的速度和时间；下层构建优化问题求解单一驾驶任务的最优车速、最优驱动力和最优制动力。然而，其未给出驾驶任务规划的方法，并且在车辆纵向动力学方程中未考虑发动机的非线性特性。
[0004]基于以上分析可知，现有技术方案通常将车辆纵向运动简化为匀变速运动，不考虑车辆纵向动力学特性；而且通常仅考虑单一信号灯，求得当前路段的最优车速，而非行驶路径上全局最优的车速。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法、系统及介质，其能提高整车能量经济性和驾驶舒适性；节约通行时间，提高车辆在连续信号灯道路的通行效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法，其包括：获取车辆的确定行驶路径上所有信号灯信息，该信息包括信号灯的时序和位置信息，以及道路限速信息；根据所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的平均行驶速度范围，搜索车辆通过各个路口的绿灯时间窗口，确定所有可能的行驶路径；根据所述所有可能的行驶路径，建立连续信号灯道路车辆通行速度规划最优控制问题模型，求解最优控制问题，确定最优行驶路径，记录该最优行驶路径对应的车速曲线和驱动和制动系统控制命令。
[0007]进一步，所述确定所有可能的行驶路径，包括：
[0008]根据车辆位置、当前时刻、道路限速及所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的所述平均行驶速度范围；
[0009]通过所述平均行驶速度范围确定所述车辆通过各个所述路口的所述绿灯时间窗口；
[0010]根据所述绿灯时间窗口确定所述所有可能的行驶路径，并记录不同路径下所述车辆通过各个所述路口的时间区间的上下限。
[0011]进一步，所述计算所述车辆在各个路段上的所述平均行驶速度范围，包括：
[0012]计算所述车辆在进入各所述路段时的信号灯的循环周期；
[0013]根据所述信号灯的循环周期判断各所述信号灯的状态；
[0014]若所述信号灯为绿灯，则计算所述车辆在当前绿灯窗口结束时通过信号灯路口的第一临界平均速度，并根据所述第一临界平均速度判断所述车辆是否能通过路口；
[0015]若所述信号灯为红色，则分别计算所述车辆在当前循环周期绿灯开始和结束时通过信号灯路口的第二临界平均速度和第三临界平均速度；
[0016]判断由所述第二临界平均速度和所述第三临界平均速度构成的平均速度区间是否满足速度限制，满足则将该平均速度区间作为所述平均行驶速度范围。
[0017]进一步，所述根据所述第一临界平均速度判断所述车辆是否能通过路口，包括：
[0018]若所述第一临界平均速度小于等于该路段平均速度上限，则能在当前绿灯时间窗口内通过路口，并令所述平均速度区间的上限为所述第一临界平均速度，下线为该路段平均速度上限，判断是否满足速度限制；
[0019]若所述第一临界平均速度大于该路段平均速度上限，则判断所述车辆能否在信号灯的下一个循环周期的绿灯窗口内通过路口。
[0020]进一步，所述确定所述车辆通过各个所述路口的所述绿灯时间窗口，包括：
[0021]根据所述平均行驶速度范围的上下限计算所述车辆通过各个所述路口的时间区间上下限；
[0022]取所述车辆通过各个所述路口的时间区间与当前路段信号灯绿灯时间窗口的交集，为所述车辆通过各个路口的绿灯时间窗口。
[0023]进一步，所述建立连续信号灯道路车辆通行速度规划最优控制问题模型，包括：
[0024]建立车辆纵向动力学方程；
[0025]确定目标函数，以动力电池端消耗的电量为目标函数；
[0026]在考虑车辆性能限制，及制动能量回收时可由驱动电机和液压制动系统同时提供制动力的前提下，建立约束条件；
[0027]根据所述车辆纵向动力学方程、所述目标函数和所述约束条件，建立单一路段上车辆通行速度规划最优控制问题。
[0028]进一步，为保证时间和状态变量的连续性，在相邻两个路段之间添加行驶时间、车辆位移及车辆速度连接约束。
[0029]一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划系统，其包括：信息获取模块、可能行驶路径确定模块和最优路径确定模块；所述信息获取模块，用于获取车辆的确定行驶路径上所有信号灯信息，该信息包括信号灯的时序和位置信息，以及道路限速信息；所述可能行
驶路径确定模块，根据所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的平均行驶速度范围，搜索车辆通过各个路口的绿灯时间窗口，确定所有可能的行驶路径；所述最优路径确定模块，根据所述所有可能的行驶路径，建立连续信号灯道路车辆通行速度规划最优控制问题模型，求解最优控制问题，确定最优行驶路径，记录该最优行驶路径对应的车速曲线和驱动和制动系统控制命令。
[0030]一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行上述方法中的任一方法。
[0031]一种计算设备，其包括：一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行上述方法中的任一方法的指令。
[0032]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0033]1、本专利技术基于车辆行驶路径上所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续信号灯道路车辆最优通行速度规划方法，其特征在于，包括：获取车辆的确定行驶路径上所有信号灯信息，该信息包括信号灯的时序和位置信息，以及道路限速信息；根据所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的平均行驶速度范围，搜索车辆通过各个路口的绿灯时间窗口，确定所有可能的行驶路径；根据所述所有可能的行驶路径，建立连续信号灯道路车辆通行速度规划最优控制问题模型，求解最优控制问题，确定最优行驶路径，记录该最优行驶路径对应的车速曲线和驱动和制动系统控制命令。2.如权利要求1所述速度规划方法，其特征在于，所述确定所有可能的行驶路径，包括：根据车辆位置、当前时刻、道路限速及所述信号灯信息计算所述车辆在各个路段上的所述平均行驶速度范围；通过所述平均行驶速度范围确定所述车辆通过各个所述路口的所述绿灯时间窗口；根据所述绿灯时间窗口确定所述所有可能的行驶路径，并记录不同路径下所述车辆通过各个所述路口的时间区间的上下限。3.如权利要求2所述速度规划方法，其特征在于，所述计算所述车辆在各个路段上的所述平均行驶速度范围，包括：计算所述车辆在进入各所述路段时的信号灯的循环周期；根据所述信号灯的循环周期判断各所述信号灯的状态；若所述信号灯为绿灯，则计算所述车辆在当前绿灯窗口结束时通过信号灯路口的第一临界平均速度，并根据所述第一临界平均速度判断所述车辆是否能通过路口；若所述信号灯为红色，则分别计算所述车辆在当前循环周期绿灯开始和结束时通过信号灯路口的第二临界平均速度和第三临界平均速度；判断由所述第二临界平均速度和所述第三临界平均速度构成的平均速度区间是否满足速度限制，满足则将该平均速度区间作为所述平均行驶速度范围。4.如权利要求3所述速度规划方法，其特征在于，所述根据所述第一临界平均速度判断所述车辆是否能通过路口，包括：若所述第一临界平均速度小于等于该路段平均速度上限，则能在当前绿灯时间窗口内通过路口，并令所述平均速度区间的上限为所述第一临界平均速度，下线为该路段平均速度上限，判断是否满足速度限制；若所述第一临界平均速度大于该路段平均速度上限，则判断所述车辆能否在信号灯的下一个循环周期的绿灯窗口内通过路口。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊智，刘伟龙，何承坤，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：