一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法技术

本发明专利技术公开一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶模型。步骤：1)配置仿真所涉及的参数(车队中车辆数，车辆初始速度及位置，头车驾驶模型，仿真时长，仿真步长，仿真信号灯配时，驾驶员反应相关参数)；2)判断仿真时间是否超过所需仿真时长，若没有，则继续运行，若超过，则停止；3)按照模型设定更新头车运动状态；4)按照给定模型监测跟驰车运动状态；5)判断仿真时间是否在设定的信号灯配时周期范围内，若是，则记录该时刻车队中所有车辆的实时数据，否则不进行记录；6)判断是否存在未通过交叉口的跟驰车辆，若存在，则采集车辆编号，重复步骤4)；若不存在，则进入下一步；7)更新仿真时间并保存车辆数据。7)更新仿真时间并保存车辆数据。

【技术实现步骤摘要】
一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法


[0001]本专利技术涉及交通流微观模型优化
，特别是涉及一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法。

技术介绍

[0002]信号交叉口作为道路的节点，通常是城市道路交通流的瓶颈。因此，如何提高信号交叉口处的通行能力，是解决交通拥堵，尤其是城市交通拥堵的关键问题。预停止线能够拓宽驾驶员实时视野范围，引导驾驶员选择正确的驾驶策略，为提高信号交叉口通行能力提供了可能。
[0003]从方法论的角度，最优控制是解决道路通行能力问题的办法之一，其主要应用于信号配时优化以及车辆轨迹优化。大部分最优控制模型一般将车辆位置和速度视为状态变量，加速度/减速度视为控制变量来优化车辆轨迹，得到最小的目标函数解。然而，当最优控制模型的目标函数和约束公式复杂时，求解难度将会大大增加。
[0004]除了分析方法，有学者提出了一种基于庞特里亚金最小值原理(PMP)的快速数值求解算法，以解决针对不同控制目标的最优控制问题，然后将该算法扩展到公司控制问题，并通过仿真证明了该算法是切实有效的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对上述
技术介绍
中的不足，提供一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法。该专利技术考虑了在主停止线前设立预停止线及预信号灯条件下优化车辆轨迹来实现信号交叉口处通行能力的提升。
[0006]为实现本专利技术目的所采用的技术方案是：
[0007]一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法，包括步骤：
[0008]1)配置仿真所涉及的参数，包括车队中车辆数，车辆初始速度及位置，头车驾驶模型，仿真时长，仿真步长，仿真信号灯配时，驾驶员反应相关参数；
[0009]仿真场景为一个交叉口东西向主干道作为开放道路场景，在距主停止线L处设立预停止线及预信号灯，车队中共有NUM辆车均匀分布在道路上，车辆编号自东向西开始依次增大，例如头车位于车队最东侧，编号为1；最西侧的车辆编号为NUM，车队自西向东依次呈跟驰状态，不考虑换道和超车等行为；
[0010]2)判断仿真时间是否超过所需仿真时长，若没有，则继续运行，若超过，则停止；
[0011]3)按照模型设定更新头车运动状态，更新包括头车的实时位置及速度信息；
[0012]4)按照给定模型监测跟驰车运动状态，更新包括旅行时间、加速度、速度以及实时位置；
[0013]5)判断仿真时间是否在设定的信号灯配时周期范围内，若是，则记录该时刻车队中所有车辆的实时数据，否则不进行记录；
[0014]6)判断是否存在未通过交叉口的跟驰车辆，若存在，则采集车辆编号，重复步骤4)；若不存在，则进入下一步；
[0015]7)更新仿真时间并保存车辆数据，返回步骤2)。
[0016]其中，所述的更新非头车状态中的状态更新的方式采用如下方式进行：
[0017][0018][0019]其中，s
i
(t)表示车辆i在t时刻的位置，Δt代表仿真的时间步长，且Δt＝0.1s。
[0020]其中，车辆轨迹优化规则如下：
[0021]首先根据车辆运行状态，将车辆模型划分为三个阶段：(1)制动阶段。该阶段车辆从初始位置行使到预停止线处并停车；(2)预停止线处停车等待阶段；(3)启动加速阶段。该阶段保证车辆在终端时刻的速度达到期望值。
[0022]改进后的最优控制模型如下所示：
[0023][0024]F＝α1+β1P
T
+(β2ma2v)
a＞0
[0025]P
T
＝max{0,d1v+d2v2+d3v3+mav}
[0026][0027][0028]t0≤t1≤t2,t1≤t2≤t
f
[0029]‑
6≤a1(t)≤0,0≤a2(t)≤3
[0030]其中，P
T
是驾驶车辆所需的总功率，是滑行时拖动功率、惯性功率和额外发动机功率的总和，P
T
是非负的。第三项表示加速过程中的额外发动机阻力，仅在加速度大于零时才存在。t
f
为到达主停车线位置的终端时间，a1为第一阶段减速下的最佳减速度，a2为最终阶段的加速度，t0,t
f
，与分别表示车辆的初始位置以及终端时刻的位置，与分别表示车辆的初始速度以及终端时刻的最终速度，t1为到达预停止线处停车的时刻，t2为预信号红灯结束绿灯开始的时间。
[0031]其中，使用EFDH模型来对比有无预停止线作用时的信号交叉口通行能力：
[0032][0033]其中，等效头车疏解车头时距；C：直行车道通行能力；T
c
：信号灯周期；t
g
：单个周期内的绿灯时间；t
i
：直行车辆的平均车头时距。
[0034]本专利技术引导车辆来实现信号交叉口处车辆的轨迹优化，依据预停止线下的车辆行驶状态变化特点，将最优控制细化成多阶段最优控制，得到最优的预留区域范围。在预停止
线环境下实施多阶段最优控制不仅建立了其优化模型，还实现油耗的减少，也能保证信号交叉口通行能力最大化。随着预停止线和预信号灯的设立，无论在何种类型交通流中，均可以实现信号交叉口通行能力的提升。
[0035]本专利技术在传统优模型的基础上，考虑了依据预停止线下的车辆行驶状态变化特点，将最优控制细化成多阶段最优控制，建立了预停止线和预信号灯下的微观交通优化模型。
[0036]通过本专利技术提出的方法无论在何种类型交通流中，均可以实现信号交叉口通行能力的显著提升。在预停止线和预信号灯环境下，如果引入联网车辆，通过联网车与常规车的协同驾驶可实现通行能力的进一步提升。所以本专利技术对将来的交通环境仍然适用，具有一定的先进性。
附图说明
[0037]图1为本专利技术提出的在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法的流程图。
[0038]图2为在预停止线和预信号环境下仿真得到通行能力与实测无预停止线的通行能力对比。
[0039]图3为根据数值仿真提出的优化策略及仿真结果。
具体实施方式
[0040]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0041]本实施例以设定的仿真道路为例，意在比较模拟出的交通状况与实际的交通状况。本实施例将头车设置为实际采集到的车队实验中头车的位置与速度，比较车辆全部通过信号交叉口前后仿真的道路情况与实际道路的情况。
[0042]如图1所示，本专利技术在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法，具体步骤如下：
[0043]1)配置仿真所涉及的参数，包括车队中车辆数，车辆初始速度及位置，头车驾驶模型，仿真时长，仿真步长，仿真信号灯配时，驾驶员反应相关参数；
[0044]仿真场景为一个交叉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法，其特征在于，包括步骤：1)配置仿真所涉及的参数，包括车队中车辆数，车辆初始速度及位置，头车驾驶模型，仿真时长，仿真步长，仿真信号灯配时，驾驶员反应相关参数；仿真场景为一个交叉口东西向主干道作为开放道路场景，在距主停止线L处设立预停止线及预信号灯，车队中共有NUM辆车均匀分布在道路上，车辆编号自东向西开始依次增大，例如头车位于车队最东侧，编号为1；最西侧的车辆编号为NUM，车队中车辆自西向东呈跟驰状态，不考虑换道和超车等行为；2)判断仿真时间是否超过所需仿真时长，若没有，则继续运行，若超过，则停止；3)按照模型设定更新头车运动状态，更新包括头车的实时位置及速度信息；4)按照给定模型监测跟驰车运动状态，更新包括旅行时间、加速度、速度以及实时位置；5)判断仿真时间是否在设定的信号灯配时周期范围内，若是，则记录该时刻车队中所有车辆的实时数据，否则不进行记录；6)判断是否存在未通过交叉口的跟驰车辆，若存在，则采集车辆编号，重复步骤4)；若不存在，则进入下一步；7)更新仿真时间并保存车辆数据，返回步骤2)。2.根据权利要求1所述的一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法，其特征在于，所建立模型表示：对于进入控制区域的头车，其状态向量x(t)定义为：其中，s(t)是车辆在t时刻与初始点的距离长度，而v(t)则表示车辆在t时刻的速度。车辆位置s(t)，速度v(t)和加速度a(t)之间的关系表示为：这两个常微分方程在车辆动力学方程矢量形式中表示形式如下所示：控制变量u(t)表示加速度向量，即：为了确保车辆能够在主信号灯绿灯开始时刻到达停车线，我们对第i辆智能车的终端时间设置如下：设置如下：其中，表示车辆到达停止线处所用时间；表示自由流条件下车辆以最大限速到达停止线的行驶时间，表示第i
‑
1辆车的终端时间；h表示车辆之间的安全车头时距。
分两种情况：如果第i
‑
1辆车是CAV，则可以通过V2I通讯获得其预测的终端时间信息；如果它是属于HV，那么就通过车头时距来进行估算。表示最接近的主信号灯绿灯开始时间。公式如下所示：其中，与分别表示主信号灯周期c中绿灯的开始时间以及红灯的开始时间。3.根据权利要求2所述的一种在信号交叉口处设立预停止线及预信号灯的车辆诱导驾驶方法，其特征在于，所确定车辆轨迹优化规则如下：首先根据车辆运行状态，将车辆模型划分为三个阶段：(1)制动阶段。该阶段车辆从初始位置行使到预停止线处并停车；(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王涛，李发宝，袁子鉴，张晶，田钧方，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：