一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法及系统，该系统包括用于实时采集道路交通信息的路侧单元，与路侧单元连接的主控设备和车载单元，所述路侧单元与车载单元进行通讯，实时将装有车载单元的车辆采集的数据信息发送给主控设备，同时将主控设备的控制指令信息发送给车辆；所述主控设备包括数据存储模块、数据处理模块、时间记录模块、时间计算模块、消散时间计算模块、信号灯判断模块、交通状态检测模块、换道轨迹规划模块、控制信号发送模块；采用该系统可以通过引导右转的社会车辆行驶至“增加”后的车道内，减少由于公交车阻碍引起的延误，提高交叉口通行效率，同时提高道路空间的使用效率。高道路空间的使用效率。高道路空间的使用效率。

【技术实现步骤摘要】
一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法及系统


[0001]本专利技术既属于智能交通领域，也涉及信息通信领域，具体涉及一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法及系统。

技术介绍

[0002]为了提倡公交优先，公交车利用右转车道优先通行成为一种可行的办法，已被我国广泛应用。但公交优先方式极易阻碍右转车辆的通行，增大右转车辆的延误，且在进出口车道数不匹配情况下，公交车在出口道附近和社会车辆抢道时容易发生交通事故，从而增加公交车的延误。
[0003]道路车道宽度是道路设计中的重要内容，根据《公路工程技术标准》规定，公路车道宽度为3.0m至3.75m。目前我国存在大量的9m、或9m以上15m以下的道路，这些道路的车行道宽度可以运行并行3辆车，但却往往划分为两条车道，道路空间资料浪费。
[0004]随着自动驾驶技术的发展，自动驾驶车辆横向摆动幅度大大减少，在自动驾驶发展趋势下车辆行驶的横向车间距调整压缩成为可能，尤其是在信号交叉口右转车辆受前方车辆阻碍的情况下，如何通过多车协同技术与智能车辆控制技术，利用交叉口有限的空间引导右转车辆借道超车，提高交叉口通行效率的同时提高道路空间的使用效率是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种面向自主化车辆驾驶信号交叉口环境下的右转车辆借道超车行驶引导方法，该方法通过引导右转的社会车辆行驶至“增加”后的车道内，减少由于公交车阻碍引起的延误，提高交叉口通行效率，同时提高道路空间的使用效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤S1、设距离停车线一定距离内为检测范围，路侧单元检测到右侧车道公交车后面跟随的右转车辆A的到达，记右转车辆A到达检测范围内的时刻为T1；
[0009]步骤S2、判断T1时刻信号灯状态是否为绿灯；若是，则转入步骤S3；若否，则转入步骤S15；
[0010]步骤S3、判断绿灯信号灯状态所处时间点；若为绿灯中后期，位于右转车辆A前方的排队车辆已经消散完毕，则转入步骤S4；若为绿灯初期，停车线前仍有未释放完毕的排队车辆，则转入步骤S8；
[0011]步骤S4、根据右转车辆A当前距离停车线的距离LA和当前速度V，预测到达停车线所需的时长Ty，Ty＝LA/V，则右转车辆A到达停车线的时刻为T1+Ty；
[0012]步骤S5、设通行方向相位绿灯开启的初始时刻为T0，绿灯周期长度为L1，红灯周期长度为R1，根据绿灯周期长度计算绿灯相位结束时刻为T0+L1，判断T0+L1>T1+Ty？若是，表明右转车辆A可以在绿灯相位内正常通过，则转入步骤S6；若否，表明右转车辆A不能在绿灯
相位内到达停车线，则转入步骤S7；
[0013]步骤S6、路侧单元向右转车辆A的车载单元发送引导信息，引导右转车辆A加速通过；
[0014]步骤S7、交通状态检测模块对右转车辆A前方的车辆进行检测，确定位于右转车辆A 相同车道前方的阻碍车辆Z1、Z2
…
及右转车辆A相邻车道前方的阻碍车辆C1、C2
…
；在确定阻碍车辆时，根据右转车辆A前方的各个车辆距离停车线的距离及其当前的速度，计算各个车辆通过停车线的时长，根据各个车辆通过停车线的时长，确定各个车辆通过停车线的时刻，之后判断绿灯相位结束时刻T0+L1>右转车辆A前方车辆通过停车线的时刻？若是，表明右转车辆A前方车辆可以正常通过；若否，表明右转车辆A前方车辆无法通过，为阻碍车辆；
[0015]步骤S8、计算排队车辆消散完成的时长Td，排队车辆消散时长的计算公式如下：
[0016]T
d
＝q*r
e
/(n*S
‑
q)
[0017]式中：T
d
为排队车辆消散时间，s；q为通行相位车辆到达率，pcu/h；r
e
为通行相位的有效红灯时间，s；n为通行相位对应的车道数量；S为单车道饱和流率，pcu/h；
[0018]步骤S9、判断T0+L1>T0+Td+Ty？若是，表明右转车辆A在上一个信号周期排队车辆都消散后仍能到达停车线，则转入步骤S6；若否，表明上一周期排队车辆不能完全消散，则转入步骤S7；
[0019]步骤S10、为保证右转车辆A超车时不对本方向正常行驶的车辆造成影响，右转超车车辆A应该在本相位红灯期结束前完成，读取本相位红灯结束的时刻Tg＝T0+L1+R1；
[0020]步骤S11、根据右转车辆A当前与停车线的距离，预测右转车辆A按照期望超车轨迹线行驶至停车线的时长Tw；
[0021]Tw＝Th+Tf
[0022]Tf＝Lb/V
[0023]式中，Th为右转车辆A换道所需的时长，其取值范围为3s～8s，Tf为换道后行驶至停车线的时长，Lb为右转车辆A换道至增加后的虚拟车道后距离停车线的距离，V为驾驶右转车辆A的速度；
[0024]步骤S12、判断T1+Tw>Tg？若否，表明车辆可以在本相位红灯期结束前完成右转，则转入步骤S13；若是，表明不可行，则转入步骤S15；
[0025]步骤S13、主控设备向位于右转车辆A相同车道前方的阻碍车辆Z1、Z2
…
及右转车辆A 相邻车道前方的车辆C1、C2
…
发送引导信息，引导阻碍车辆向车道边缘线靠拢减速行驶；
[0026]步骤S14、主控设备引导右转车辆A借道超车右转行驶；
[0027]步骤S15、路侧单元向右转车辆A的车载单元发送引导信息，引导车辆A减速。
[0028]作为本专利技术的优选，步骤S11右转车辆A期望超车轨迹线的规划方式如下；
[0029][0030]式中，x
t
、y
t
为t时刻右转车辆A的横纵坐标值，V
t
为t时刻x轴方向的速度，w为车道宽度，t
f
为车辆换道所需的规划时间，通常t
f
＞3s。
[0031]作为本专利技术的优选，步骤S14右转车辆A换道行驶时，主控设备内的风险评估模块需要根据道路势场模型确定出换道超车车辆的势场分布情况，从而评估车辆换道的风险，在安全域的范围内获得车辆换道轨迹的可行集合；若势场安全临界值为C，则右转车辆A借道超车时规划的期望超车轨迹线需要同时满足E
S1
＜C且E
S2
＜C的条件，方可视为在安全范围内行驶；其中，所述道路势场模型表达式如下：
[0032][0033][0034]式中，E
S1
、E
S2
表示由右转车辆A换道超车时相邻车道的车队所形成的边界场的势场强度，设右转车辆A在t时刻的y轴坐标为y
t
，A车相邻车道的边界j1与j2轴坐标为y
s，j1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种信号交叉口右转车辆借道超车行驶引导方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤S1、设距离停车线一定距离内为检测范围，路侧单元检测到右侧车道公交车后面跟随的右转车辆A的到达，记右转车辆A到达检测范围内的时刻为T1；步骤S2、判断T1时刻信号灯状态是否为绿灯；若是，则转入步骤S3；若否，则转入步骤S15；步骤S3、判断绿灯信号灯状态所处时间点；若为绿灯中后期，位于右转车辆A前方的排队车辆已经消散完毕，则转入步骤S4；若为绿灯初期，停车线前仍有未释放完毕的排队车辆，则转入步骤S8；步骤S4、根据右转车辆A当前距离停车线的距离LA和当前速度V，预测到达停车线所需的时长Ty，Ty＝LA/V，则右转车辆A到达停车线的时刻为T1+Ty；步骤S5、设通行方向相位绿灯开启的初始时刻为T0，绿灯周期长度为L1，红灯周期长度为R1，根据绿灯周期长度计算绿灯相位结束时刻为T0+L1，判断T0+L1&gt;T1+Ty？若是，表明右转车辆A可以在绿灯相位内正常通过，则转入步骤S6；若否，表明右转车辆A不能在绿灯相位内到达停车线，则转入步骤S7；步骤S6、路侧单元向右转车辆A的车载单元发送引导信息，引导右转车辆A加速通过；步骤S7、交通状态检测模块对右转车辆A前方的车辆进行检测，确定位于右转车辆A相同车道前方的阻碍车辆Z1、Z2
…
及右转车辆A相邻车道前方的阻碍车辆C1、C2
…
；在确定阻碍车辆时，根据右转车辆A前方的各个车辆距离停车线的距离及其当前的速度，计算各个车辆通过停车线的时长，根据各个车辆通过停车线的时长，确定各个车辆通过停车线的时刻，之后判断绿灯相位结束时刻T0+L1&gt;右转车辆A前方车辆通过停车线的时刻？若是，表明右转车辆A前方车辆可以正常通过；若否，表明右转车辆A前方车辆无法通过，为阻碍车辆；步骤S8、计算排队车辆消散完成的时长Td，排队车辆消散时长的计算公式如下：T
d
＝q*r
e
/(n*S
‑
q)式中：T
d
为排队车辆消散时间，s；q为通行相位车辆到达率，pcu/h；r
e
为通行相位的有效红灯时间，s；n为通行相位对应的车道数量；S为单车道饱和流率，pcu/h；步骤S9、判断T0+L1&gt;T0+Td+Ty？若是，表明右转车辆A在上一个信号周期排队车辆都消散后仍能到达停车线，则转入步骤S6；若否，表明上一周期排队车辆不能完全消散，则转入步骤S7；步骤S10、为保证右转车辆A超车时不对本方向正常行驶的车辆造成影响，右转超车车辆A应该在本相位红灯期结束前完成，读取本相位红灯结束的时刻Tg＝T0+L1+R1；步骤S11、根据右转车辆A当前与停车线的距离，预测右转车辆A按照期望超车轨迹线行驶至停车线的时长Tw；Tw＝Th+TfTf＝Lb/V式中，Th为右转车辆A换道所需的时长，其取值范围为3s～8s，Tf为换道后行驶至停车线的时长，Lb为右转车辆A换道至增加后的虚拟车道后距离停车线的距离，V为驾驶右转车辆A的速度；步骤S12、判断T1+Tw&gt;Tg？若否，表明车辆可以在本相位红灯期结束前完成右转，则转入
步骤S13；若是，表明不可行，则转入步骤S15；步骤S13、主控设备向位于右转车辆A相同车道前方的阻碍车辆Z1、Z2
…
及右转车辆A相邻车道前方的车辆C1、C2
…
发送引导信息，引导阻碍车辆向车道边缘线靠拢减速行驶；步骤S14、主控设备引导右转车辆A借道超车右转行驶；步骤S15、路侧单元向右转车辆A的车载单元发送引导信息，引导右转车辆A减速。2.根据权利要求1所述的引导方法，其特征在于，步骤S11右转车辆A期望超车轨迹线的规划方式如下；式中，x
t
、y
t
为t时刻右转车辆A的横纵坐标值，Vt为t时刻x轴方向的速度，w为车道宽度，t
f
为车辆换道所需的规划时间，通常t
f
＞3s。3.根据权利要求1所述的引导方法，其特征在于，步骤S14右转车辆A换道行驶时，主控设备内的风险评估模块需要根据道路势场模型确定出换道超车车辆的势场分布情况，从而评估车辆换道的风险，在安全域的范围内获得车辆换道轨迹的可行集合；若势场安全临界值为C，则右转车辆A借道超车时规划的期望超车轨迹线需要同时满足E
s1
＜C且E
s2
＜C的条件，方可视为在安全范围内行驶；其中，所述道路势场模型表达式如下：可视为在安全范围内行驶；其中，所述道路势场模型表达式如下：式中，E
S1
、E
S2
表示由右转车辆A换道超车时相邻车道的车队所形成的边界场的势场强度，设右转车辆A在t时刻的y轴坐标为y
t
，A车相邻车道的边界j1与j2轴坐标为y
s，j1
、y
s，j2
,表示右转车辆A指向边界线j1的距离矢量；同理,表示右转车辆A指向边界线j1的距离矢量；同理,表示右转车辆A指向边界线j2的距离矢量，ρ为道路边界场系数。4.根据权利要求1所述的引导方法，其特征在于，步骤S14主控设备引导右转车辆A借道超车右转行驶的具体方式为：主控设备先将换道轨迹规划模块在安全域的范围内规划的车辆换道轨迹通过控制信号发送模块实时发送给路侧单元，路侧单元通过LTE
‑
V/5G通讯传递给车载单元，车载单元接受到信号后反馈给右转车辆A的车辆控制模块，车辆控制模块以规划轨迹线为参照，通过在线优化求解出右转车辆A换道的轨迹坐标和车速。5.根据权利要求4所述的引导方法，其特征在于，车辆控制模块求解右转车辆A换道的轨迹坐标和车速的方式如下：建立车辆运动的非线性动力学预测模型，其中L为自车的轴距，L
f
为质心至自车最前段的距离；右转超车行驶的车辆自车的状态变量和控制输入为X
t
＝[x
t
，y
t
，θ
t
，v
t
]
T
和μ
t
＝[δ
t
，a
t
]
T
，(x
t
，y
t
)为车辆t时刻的位置坐标，θ
t
为车辆t时刻的横摆角，v
t
为车辆t时刻的速度，δ
t
为车辆t时刻的前轮转向角，a
t
为车辆t时刻的加速度；将Th时间步划分为N
p
步，利用下述公式将第k+1步的车辆运动学状态从第k步的状态中
推导得到：推导得到：推导得到：推导得到：式中：表示在总的时间步为p时，车辆t时刻第k+1步的横坐标，表示在总的时间步为p时，车辆t时刻第k+1步的纵坐标，表示在总的时间步为p时，车辆t时刻第k+1步的横摆角，表示在总的时间步为p时，车辆t时刻第k+1步的速度；定义同上，是第k步的量，表示在总的时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴文静，蒲思绪，熊康贝，杨旭，吴岳，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：