网联环境下快速路近距离匝道间车辆协同换道控制方法技术

本发明专利技术公开了一种网联环境下快速路近距离匝道间的车辆协同换道控制方法，适用于快速路先出后入型路段，包括：1、获取t时刻各区域每车道车辆数、行驶信息及路段道路特性；2、计算上游出口匝道区域及匝道间主线区域向下游各车道的输出能力，确定t+1时刻各区域每车道车辆数及平均速度；3、构建主线与匝道车辆总花费时间最小和匝道间主线区域车道的车辆换入换出次数之和最小的最佳换道次数模型；4、求得最佳换道次数，选取换道车辆并进行协同换道。本发明专利技术获取近距离匝道间上下游的交通流信息，并根据出口匝道已释放的主线行车空间及下游入口匝道汇入的车辆信息，提供主线间最佳换道策略，避免行车空间浪费和频繁换道，保障快速路高效运行。高效运行。高效运行。

【技术实现步骤摘要】
网联环境下快速路近距离匝道间车辆协同换道控制方法


[0001]本专利技术属于智能网联驾驶应用领域，具体是网联环境下快速路近距离匝道间车辆协同换道控制方法；

技术介绍

[0002]随着5G技术的实现和智能网联车路协同系统的快速发展，智能网联自动驾驶技术已成为广泛的研究热点，车辆在道路上行驶的过程中可以通过V2V和V2I技术来获取周围的速度、位置信息以及当前的交通运行情况，以实现车辆与车辆之间或车辆与道路之间的协同驾驶。在快速路出口匝道至入口匝道之间，出口匝道释放的主线行车空间使得车辆可自由换入，但可能会与下游入口匝道汇入车辆发生冲突，造成车辆的频繁换入换出，对交通流产生了负面的影响。
[0003]目前大多数研究都集中在车辆的个性化引导以及入口匝道车辆的汇入问题，并未考虑先出后入匝道间主线的行车空间的高效利用，造成车辆的频繁换入换出而忽视系统整体交通效率评价，同时可能导致入口匝道附近的交通秩序紊乱，引起交通隐患。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服现有技术存在的不足之处，提供网联环境下快速路近距离匝道间车辆协同换道控制方法，以期充分利用出口匝道与入口匝道间已释放的主线行车空间，考虑主线与下游入口匝道车辆汇入影响，基于整体交通效率最优确定主线间最佳换道次数，减少车辆不必要的连续换入换出，提高交通流运行效率；
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种网联环境下快速路近距离匝道间的车辆协同换道控制方法的特点在于，是应用于网联环境下快速路出口匝道至下游入口匝道主线间的车辆协同换道控制场景中，以车辆行驶方向为正方向，将快速路出口匝道至入口匝道下游划分为六个区域，分别是上游出口匝道区域，匝道间主线区域、下游入口匝道区域、下游普通主线区域、出口匝道区域以及入口匝道区域，并依次进行编号，其中任意一个区域的编号为i，i＝1,2,3,4,5,6，对每个区域上的车道由内向外依次进行编号，其中，任意一个区域上的车道编号为j，除入口匝道区域和出口匝道区域为单车道外，其他区域的车道数均为2；
[0007]令第i个区域中每个车道能容纳的最大车辆数为N
i,max
，第i个区域的临界速度为v
i,b
，第i个区域的最佳密度为k
i,b
，第i个区域的阻塞密度为k
i,jam
，第i个区域的路段长度为L
i
，每个区域的拥堵传播速度为w，每个区域的自由流速度为v
f
，每次控制的时间间隔为T；所述车辆协同换道控制方法包括以下步骤；
[0008]步骤1、利用路侧智能设备获取t时刻第i个区域中第j车道上的车辆数N
i,j
(t)，t时刻入口匝道区域的来车数d
on
(t)，上游出口匝道区域中各车道驶离主线的车辆数，入口匝道区域驶入主线的车辆数；从而确定t+1时刻匝道间主线区域中第j车道的车辆数N
2,j
(t+1)；
[0009]步骤1.1、根据式(1)计算t时刻上游出口匝道区域中第j车道的输出能力σ
1,j
(t)；
[0010]σ
1,j
(t)＝min[N
1,j
(t),v
1,b
·
k
1,b
·
T,(N
2,max
‑
N
2,j
(t))/(1
‑
p
j,off
(t)),(N
5,max
‑
N
5,1
(t))/p
j,off
(t)](1)
[0011]式(1)中，N
1,j
(t)表示t时刻上游出口匝道区域中第j车道上的车辆数，v
1,b
表示上游出口匝道区域的临界速度，k
1,b
表示上游出口匝道区域的最佳密度，N
2,max
表示匝道间主线区域中每个车道能容纳的最大车辆数，N
2,j
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第j车道上的车辆数，p
j,off
(t)为t时刻上游出口匝道区域中第j车道驶离主线车辆的比例，N
5,max
为出口匝道区域能容纳的最大车辆数，N
5,1
(t)表示t时刻出口匝道区域的车辆数；
[0012]步骤1.2、根据式(2)计算t时刻上游出口匝道区域中第j车道向匝道间主线区域中第j车道传输的流量Q
1,j
(t)；
[0013]Q
1,j
(t)＝σ
1,j
(t)
·
(1
‑
p
j,off
(t)) (2)
[0014]步骤1.3、根据式(3)计算t时刻匝道间主线区域中第j车道向下游入口匝道区域中第j车道的输出能力σ
2,j
(t)；
[0015][0016]式(3)中，N
2,j
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第j车道上的车辆数，v
2,b
表示匝道间主线区域的临界速度，k
2,b
表示匝道间主线区域的最佳密度，N
3,max
表示下游入口匝道区域中每个车道能容纳的最大车辆数，N
3,j
(t)表示t时刻下游入口匝道区域中第j车道上的车辆数；
[0017]步骤1.4、根据式(4)计算t时刻匝道间主线区域中第1车道向下游入口匝道区域中第1车道传输的流量Q
2,1
(t)；
[0018]Q
2,1
(t)＝σ
2,1
(t) (4)
[0019]式(4)中，σ
2,1
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第1车道的输出能力；
[0020]步骤1.5、根据式(5)计算t时刻匝道间主线区域中第2车道向下游入口匝道区域中第2车道传输的流量Q
2,2
(t)；
[0021]Q
2,2
(t)＝min[σ
2,2
(t),N
2,max
‑
N
3,2
(t)
‑
σ
on
(t),(1
‑
p
on
(t))
·
(N
3,max
‑
N
3,2
(t))] (5)
[0022]式(5)中，σ
2,2
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第2车道的输出能力，p
on
(t)表示t时刻入口匝道区域汇入主线车辆比例，N
3,2
(t)表示t时刻第3区域即下游入口匝道区域中第2车道的车辆数，σ
on
(t)表示t时刻入口匝道区域的输出能力，由式(6)求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种网联环境下快速路近距离匝道间的车辆协同换道控制方法，其特征在于，是应用于网联环境下快速路出口匝道至下游入口匝道主线间的车辆协同换道控制场景中，以车辆行驶方向为正方向，将快速路出口匝道至入口匝道下游划分为六个区域，分别是上游出口匝道区域，匝道间主线区域、下游入口匝道区域、下游普通主线区域、出口匝道区域以及入口匝道区域，并依次进行编号，其中任意一个区域的编号为i，i＝1,2,3,4,5,6，对每个区域上的车道由内向外依次进行编号，其中，任意一个区域上的车道编号为j，除入口匝道区域和出口匝道区域为单车道外，其他区域的车道数均为2；令第i个区域中每个车道能容纳的最大车辆数为N
i,max
，第i个区域的临界速度为v
i,b
，第i个区域的最佳密度为k
i,b
，第i个区域的阻塞密度为k
i,jam
，第i个区域的路段长度为L
i
，每个区域的拥堵传播速度为w，每个区域的自由流速度为v
f
，每次控制的时间间隔为T；所述车辆协同换道控制方法包括以下步骤；步骤1、利用路侧智能设备获取t时刻第i个区域中第j车道上的车辆数N
i,j
(t)，t时刻入口匝道区域的来车数d
on
(t)，上游出口匝道区域中各车道驶离主线的车辆数，入口匝道区域驶入主线的车辆数；从而确定t+1时刻匝道间主线区域中第j车道的车辆数N
2,j
(t+1)；步骤1.1、根据式(1)计算t时刻上游出口匝道区域中第j车道的输出能力σ
1,j
(t)；σ
1,j
(t)＝min[N
1,j
(t),v
1,b
·
k
1,b
·
T,(N
2,max
‑
N
2,j
(t))/(1
‑
p
j,off
(t)),(N
5,max
‑
N
5,1
(t))/p
j,off
(t)](1)式(1)中，N
1,j
(t)表示t时刻上游出口匝道区域中第j车道上的车辆数，v
1,b
表示上游出口匝道区域的临界速度，k
1,b
表示上游出口匝道区域的最佳密度，N
2,max
表示匝道间主线区域中每个车道能容纳的最大车辆数，N
2,j
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第j车道上的车辆数，p
j,off
(t)为t时刻上游出口匝道区域中第j车道驶离主线车辆的比例，N
5,max
为出口匝道区域能容纳的最大车辆数，N
5,1
(t)表示t时刻出口匝道区域的车辆数；步骤1.2、根据式(2)计算t时刻上游出口匝道区域中第j车道向匝道间主线区域中第j车道传输的流量Q
1,j
(t)；Q
1,j
(t)＝σ
1,j
(t)
·
(1
‑
p
j,off
(t)) (2)步骤1.3、根据式(3)计算t时刻匝道间主线区域中第j车道向下游入口匝道区域中第j车道的输出能力σ
2,j
(t)；式(3)中，N
2,j
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第j车道上的车辆数，v
2,b
表示匝道间主线区域的临界速度，k
2,b
表示匝道间主线区域的最佳密度，N
3,max
表示下游入口匝道区域中每个车道能容纳的最大车辆数，N
3,j
(t)表示t时刻下游入口匝道区域中第j车道上的车辆数；步骤1.4、根据式(4)计算t时刻匝道间主线区域中第1车道向下游入口匝道区域中第1车道传输的流量Q
2,1
(t)；Q
2,1
(t)＝σ
2,1
(t) (4)式(4)中，σ
2,1
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第1车道的输出能力；步骤1.5、根据式(5)计算t时刻匝道间主线区域中第2车道向下游入口匝道区域中第2车道传输的流量Q
2,2
(t)；Q
2,2
(t)＝min[σ
2,2
(t),N
2,max
‑
N
3,2
(t)
‑
σ
on
(t),(1
‑
p
on
(t))
·
(N
3,max
‑
N
3,2
(t))] (5)
式(5)中，σ
2,2
(t)表示t时刻匝道间主线区域中第2车道的输出能力，p
on
(t)表示t时刻入口匝道区域汇入主线车辆比例，N
3,2
(t)表示t时刻第3区域即下游入口匝道区域中第2车道的车辆数，σ
on
(t)表示t时刻入口匝道区域的输出能力，由式(6)求得；式(6)中，N
6,1
(t)表示t时刻入口匝道区域上的车辆数，v
6,b
表示入口匝道区域的临界速度，k
6,b
表示入口匝道区域的最佳密度；步骤1.6、根据式(7)确定t+1时刻匝道间主线区域中第j车道的车辆数N
2,j
(t+1)；N
2,j
(t+1)＝N
2,j
(t)+Q
1,j
(t)
‑
Q
2,j
(t) (7)式(7)中，Q
2,j
(t)表示匝道间主线区域中第j车道向下游入口匝道区域中第j车道传输的流量；步骤2、确定t+1时刻下游入口匝道区域中第j车道车辆数N
3,j
(t+1)及t+1时刻入口匝道区域中的车辆数N
6,1
(t+1)；步骤2.1、根据式(8)计算t时刻下游入口匝道区域中第j车道向下游普通主线区域中第j车道传输的流量Q
3,j
(t)；式(8)中，v
3,b
表示下游入口匝道区域的临界速度，k
3,b
表示下游入口匝道区域的最佳密度，N
4,max
表示下游普通主线区域中每个车道能容纳的最大车辆数，N
4,j
(t)表示t时刻下游普通主线区域中第j车道上的车辆数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫华，熊立军，程泽阳，张小旗，李志斌，汪春，董婉丽，邸允冉，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：