基于混合交通流的高速公路主线-匝道车辆协同合流控制方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开了一种基于混合交通流的高速公路主线

【技术实现步骤摘要】
基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术属于智能交通控制
，涉及一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]传统交通流下车辆之间通信闭塞，存在较多的安全问题，随着智能交通的发展，出现了人工驾驶车辆(Human Driven Vehicle，HDV)与网联自动驾驶汽车(Connected and Automated Vehicles,CAV)混行的模式，即传统交通流正向混合交通流转变，车与车、路之间的协调通信为解决交通问题提供了契机。即便如此，高速公路的匝道合流区仍是出现问题较多的区域，该区域由于匝道车辆的汇入对主线车辆的通行造成了干扰，从而产生了一系列影响，匝车的无规则合流或与主车配合的不合理机制都会加剧交通拥堵的发生，甚至出现大型交通事故。因此，为了缓解交通拥堵、减少交通事故的发生以及提高道路通行效率，在适当的路段进行合理的控制并设计规则高效的主车
‑
匝车协同模式是非常有必要的。
[0003]针对高速公路匝道车辆的安全合流问题，国内外学者在安全性分析、汇入引导方案以及协同控制策略方面进行了大量的研究。现有的大多数研究主要是基于车联网所进行的协同控制，提出了最小冲突、最优控速等模型，但基础前提是纯网联环境，没有考虑高速公路中的人工驾驶车辆，但实际上，现有CAV车辆的渗透率并不是很高，高速公路区域存有较多的人工驾驶车辆；其次，针对混合交通流下合流所进行的研究也大多是实行单一的换道或者减速决策，没有将两者进行效益对比来选择最佳执行方式；最后，研究分析的场景也比较两极化，一般未考虑换道的研究主要搭建主线单车道
‑
单匝道场景，且不考虑加速车道；考虑换道的研究为了较好突出换道所带来的影响，主线单向车道数往往＞2。
[0004]总之，现有技术忽视了人工驾驶车辆，基于纯网联环境下的研究过于理想化，有一定的理论支撑但没有实际应用价值；目前针对混合交通流的研究以主线单车道居多，探讨了多种方法，没有考虑到其它车道车辆带来的影响，一旦研究方法应用于实际，会发现其它车辆带来的干扰可能会导致方法的失效；对于匝车合流问题，减速策略与换道策略一直被作为主要控制策略，但目前缺少对二者的综合研究及方法的择优选取，从而导致在实际应用中没有达到高效效果。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，根据主线协作车的类型建立不同的合流策略，综合考虑换道与减速决策的效益对比，提高了舒适安全性，减小了合流时间及能源消耗，更符合实际情况，适用性更强。
[0006]本专利技术的第二目的是，提供一种电子设备。
[0007]本专利技术的第三目的是，提供一种计算机存储介质。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，包括以下步骤：
[0009]S1，依靠路侧单元RSU
‑
1和RSU
‑
2的检测数据选择最佳协作车，路侧单元RSU
‑
1设置在主线与匝道交界处，RSU
‑
2设置在RSU
‑
1的上游；
[0010]S2，基于多车道上HDV车辆与CAV车辆混合交通流，根据引导目标车辆安全汇入主线的协作车辆与匝道车辆的类型选择对应的控制模型，协同确定匝道车辆加速度与协作车减速度，进行速度控制；
[0011]S3，为匝道车辆预留合流间隙，进行换道控制；
[0012]S4，对比S2、S3操作后的控制区内车辆平均速度变化率，选择最佳方案。
[0013]一种电子设备，采用上述方法实高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制。
[0014]一种计算机存储介质，所述存储介质中存储有至少一条程序指令，所述至少一条程序指令被处理器加载并执行以实现上述基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016]本专利技术实施例基于混合交通流，将CAV车辆与HDV车辆共同考虑在内，提供基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，根据为匝道车辆选取的主线协作车的类型建立不同的合流策略，主要包括：
①
联合协调控制策略(主CAV
‑
匝CAV)；
②
部分协同合并策略(CAV
‑
HDV)；
③
寻求邻车及自车限速策略(主HDV
‑
匝HDV)。并且综合考虑换道与减速决策的效益对比，搭建主线单向双车道
‑
单匝道合流场景，将舒适安全性、最小化合流时间以及能源消耗考虑在内对协作车与匝车进行协同控制，分情况实行不同的CAV+HDV策略，分方案执行换道+减速操作，获取最大效益。解决了现有技术中过于理想化的忽视人工驾驶车辆以及没有考虑到同组协同车辆进行双方案择优选取的问题，为高速公路匝道车辆安全有效的汇入主线提供了新的策略方法。
[0017]本专利技术实施例不仅将智能网联车辆与人工驾驶车辆、换道策略与控速策略综合考虑，而且还考虑了相邻车道车辆对控制车辆的影响，避免了合流策略的失效问题，从而提高了匝车合流的高效性，减少了匝车在加速车道的停留时间，由于研究场景及方法策略更符合实际情况，具有理论性与实践性，因此可进行实际应用。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术实施例搭建的研究场景(含平行式加速车道的主线单向双车道
‑
单匝道)。
[0020]图2是本专利技术实施例路侧单元部署图。
[0021]图3(a)是本专利技术实施例HDV跟驰情况。
[0022]图3(b)是本专利技术实施例CAV跟驰情况。
[0023]图4(a)是本专利技术实施例主线车辆换道过程示意图。
[0024]图4(b)是本专利技术实施例匝道车辆换道过程示意图。
[0025]图5是本专利技术实施例的协同控制区域(包括决策执行控制区与合流区两部分)。
[0026]图6是本专利技术实施例的车辆安全换道操作图。
[0027]图7是本专利技术实施例整体研究思路流程图。
[0028]图8是本专利技术实施例联合协调合并策略流程图。
[0029]图9是本专利技术实施例协作车可操作区间示意图(主CAV
‑
匝CAV)。
[0030]图10是本专利技术实施例匝车汇入时刻其前后车辆间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，依靠路侧单元RSU
‑
1和RSU
‑
2的检测数据选择最佳协作车，路侧单元RSU
‑
1设置在主线与匝道交界处，RSU
‑
2设置在RSU
‑
1的上游；S2，基于多车道上HDV车辆与CAV车辆混合交通流，根据引导目标车辆安全汇入主线的协作车辆与匝道车辆的类型选择对应的控制模型，协同确定匝道车辆加速度与协作车减速度，进行速度控制；S3，为匝道车辆预留合流间隙，对协作车进行换道控制；S4，对比S2、S3操作后的控制区内车辆平均速度变化率，选择最佳方案。2.根据权利要求1所述一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，所述S1中，最佳协作车的选取方法包括：选取与匝道车辆到达预备合并点的时间差最小即minΔt的车辆为协作车，如果选取结果为HDV，且该HDV前后邻车有CAV，则选择邻近的CAV，转为其它策略模式执行；如果选取的HDV前后没有CAV，只能选择HDV。3.根据权利要求1所述一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，所述S2中，根据引导目标车辆安全汇入主线的协作车辆与匝道车辆的类型选择对应的控制模型，具体为：匝道车辆与选取的协作车辆均为CAV，采用的控制模型为协同自适应巡航控制跟驰模型，采取联合协调控制；匝道车辆为CAV，选取的协作车辆为HDV，即主HDV
‑
匝CAV；或匝道车辆为HDV，选取的协作车辆为CAV，即主CAV
‑
匝HDV；实行部分协同控制；匝道车辆与选取的协作车辆均为HDV，实行寻求邻车及自车限速策略，通过路侧单元预测目标车辆能否顺利汇入，并为目标车辆预估减速度，由设施设备进行可变限速提示及警告。4.根据权利要求1所述一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，所述S2中，速度控制包括减速与稳速：稳速方法：在检测到目标车辆进入路侧单元RSU
‑
1覆盖范围至加速完成准备合流这段时间内，如果在RSU
‑
1和RSU
‑
2的主线覆盖范围内检测到协作车辆以原速度行驶还未到达预备合流点，并且与目标车辆换道后存在安全间距，则无需对协作车辆进行减速换道操作，只需保持原速度稳速行驶即可；减速方法：在检测到目标车辆进入路侧单元RSU
‑
1覆盖范围至加速完成准备合流这段时间内，如果在RSU
‑
1和RSU
‑
2的主线覆盖范围内检测到协作车辆以原速度行驶还未到达预备合流点且与目标车辆换道后不满足车辆之间安全间距的条件，则需要为协作车辆计算出合适的减速度，减速行驶预留出安全间隙。5.根据权利要求3所述一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，当所述匝道车辆与选取的协作车辆均为CAV时：对于匝道目标车辆：在匝道仍按原速度行驶，在加速车道输出一个加速度a
r_accel
进行加速，满足：v
merge
＝v
r0
+a
r_accel
t
r_accel
对于主线协作车：在接受服务请求后便开始以减速度a
decel
进行减速，满足：v
merge
＝v
m0
‑
a
decel
t
R
t
R
＝t
r
+t
r_accel
其中，v
r0
为匝车在加速车道的初始速度，v
m0
为协作车接受请求后的初始速度，均通过对应的路侧单元获取，t
r
为匝车在匝道上行驶的时间，t
r_accel
为匝车在加速车道行驶的时间，t
R
为协作车的减速时间，即协同合流的总时间；v
merge
为协作车与匝车协同控制的合流速度；此外，考虑到主线车道的限速值以及加速车道的长度、前导车的影响因素，综合约束条件如下式所示：综上所述，可得到加速时间的取值范围：其中：v
min,lim
为主线Lane1的最低限速，v
max,lim
为主线Lane1的最高限速，L
A
为加速车道的长度；a
min
表示最小加速度，a
safe
表示匝车跟随前车行驶的最大安全跟驰加速度；同时，为了保证协作车与匝车的有效协同，期望当匝车按照加速度a
r_accel
加速至v
merge
时两车之间的间距≥s
s
，S
s
表示换道时前后两车之间的安全距离；即目标条件为：x
r
(t0+t
R
)
‑
x
m
(t0+t
R
)≥s
s
其中：x
r
(t0+t
R
)为在合流时刻匝车的位置，x
m
(t0+t
R
)为在合流时刻协作车的位置；x
r
(t0)表示在t0时刻匝车的位置，x
m
(t0)表示在t
r
时刻协作车的位置；从而得到加速时间t
r_accel
的取值范围并输出加速时间取值列表，加速时间取值列表中的每个元素对应一个合流速度值，从而得到协作车减速度的取值范围；在主线道路上，为了保证车辆行驶的安全舒适性，并尽可能降低对后续交通流的影响，协作车减速应平稳进行，所以减速度应选择符合所有条件的最小值min(a
decel
)；另一方面，匝车合流时需注意与主线协作车前车的间隙，当协作车前车按原速度行驶t
R
后与匝车之间不满足安全间距时，要再增加一个约束条件，使求取的减速度也满足匝车加速至v
merge
时协作车前车能够为其预留出安全汇入间隙，即：x
m
‑1(t0)+v
(m
‑
1)0
t
R
‑
x
r
(t0+t
R
)≥s
s
得到：
其中，x
m
‑1(t0)为协作车前车在t0时刻的位置，v
(m
‑
1)0
为协作车前车在t0时刻的速度。6.根据权利要求1所述一种基于混合交通流的高速公路主线
‑
匝道车辆协同合流控制方法，其特征在于，所述S3中换道控制方法：协同控制区包括决策执行区与合流区两部分，如果在决策执行区内存在协作车辆从Lane1换道至Lane 2的安全条件，则对协作车辆实行换道操作，为目标车辆预留出更大的合流间隙；根据主线车道2中协作车侧向前后车辆的类型以及安全距离，分为以下三种情况：如果协作车的侧向前后车与协作车之间满足安全换道距离，即：s

【专利技术属性】
技术研发人员：郝威，刘新月，张兆磊，龚雅馨，王正武，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：