混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法技术

本发明专利技术公开了一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，该方法包括：步骤1，车辆临近交叉路口过程中经过控制区；步骤2，控制区形成1+n模式混合队列；步骤3，确定混合队列信息集；步骤4，判断相邻两混合队列相位是否共存，如果是进入步骤5；否则进入步骤6；步骤5，由相邻两混合队列信息集确定头车ICV到停止线时；步骤6，由在前混合队列信息集确定头车ICV到停止线时；步骤7，根据头车ICV到停止线时及约束，确定最优速度轨迹；步骤8，判断最优速度轨迹与前车距离是否小于安全距离，如果是进入步骤9；否则进入步骤10；步骤9，将头车ICV降为HDV；步骤10，判断头车ICV是否到停车线，如果不是进入步骤8。本发明专利技术能够综合优化整体交叉路口的通行效率。

【技术实现步骤摘要】
混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法
本专利技术涉及智能车应用
，特别是关于一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法。
技术介绍
交叉路口是城市中的常见场景，也是影响道路交通效率和车辆燃油经济性的重要因素。当交通拥堵发生时，交叉路口信号灯会导致车辆频繁的启停及怠速，带来了车辆燃油经济性的下降，而常见固定配时的信号灯控制方法难以解决交通拥堵问题。智能网联车辆的出现为进一步的交通优化提供了可能，具体体现在如下两个方面：一方面，智能网联车辆可以得到信号灯配时等交通环境信息，对自车的行驶轨迹进行优化；另一方面，智能网联车辆可以获取周围其它车辆的信息，通过对自车的控制，改善区域交通效率。然而，智能网联车辆的普及仍需数十年的时间，人工驾驶车辆与网联自动驾驶车辆共存的混合交通环境仍然会长期存在。在混合交通领域的研究中，主要存在的问题在于驾驶员驾驶车辆对智能网联车辆决策的影响缺乏深入研究，多数技术未能将驾驶员驾驶车辆的运动状态显式考虑到网联算法中。若智能网联算法不考虑驾驶员驾驶车辆，其优化效果在混合交通下往往存在优化瓶颈，甚至在低市场渗透率下带来交通效率恶化。目前仅有少量的技术关注了驾驶员驾驶车辆的驾驶人模型，但并未提出信号灯-车辆的协同控制的混合交通控制统一构架。因此考虑驾驶员驾驶车辆的分布式优化方法及混合交通下的信号灯控制方法有待进一步探究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。为实现上述目的，本专利技术提供一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，该方法包括：步骤1，车辆在临近交叉路口的过程中依次经过观察区、控制区及冲突区，该冲突区为两相交车道的交叉重叠区域；步骤2，在时刻，控制区内形成数量为N(t)的1+n模式的混合队列，并定义控制区内所有混合队列的序列集合为步骤3，确定第i混合队列的信息集其中，X(t)i为第i混合队列在时刻的状态；Ri为第i混合队列与前方混合队列的冲突关系；Ci为第i混合队列内的车辆数目；为头车ICV到达停止线的时刻；步骤4，根据第i混合队列的信息集Ii(t)和第i-1混合队列的信息集Ii-1(t)，判断第i混合队列与第i-1混合队列的相位是否共存，如果是，进入步骤5；否则进入步骤6；步骤5，由信息集Ii(t)和信息集Ii-1(t)确定头车ICV到达停止线的时刻步骤6，由信息集Ii(t)确定头车ICV到达停止线的时刻步骤7，根据头车ICV到达停止线的时刻及约束条件，确定最优速度轨迹，其中，约束条件包括相邻前后两车之间的安全距离dsafe以及道路允许车辆行驶的最高速度vmax；步骤8，判断步骤7的最优速度轨迹在实际执行中与前车距离是否小于安全距离dsafe，如果是，进入步骤9；否则进入步骤10；步骤9，将头车ICV降级为HDV，使头车ICV以驾驶员跟车模型行驶，并结束控制；步骤10，判断头车ICV是否到达停车线，如果是，则结束控制；否则进入步骤8。进一步地，步骤1中，控制区的纵向行驶距离设定为第一距离阈值，观察区的纵向行驶距离设定为第二距离阈值。进一步地，步骤2中，控制区内形成1+n模式的混合队列的方法包括：当有一辆ICV进入控制区后，该车作为头车ICV，并检索其后方观察区内的N辆HDV作为跟随车辆，组成1+N模式的混合队列，定义前后顺序由头车ICV进入控制区的时刻先后决定。进一步地，步骤7之前还包括：步骤11，判断是否存在异常车辆，如果是，则在第i混合队列相位前，为异常车辆设置通行相位；其中，异常车辆包括未被包含在任何所述混合队列中的HDV以及步骤9中被降级为HDV的ICV；步骤12，更新序列集合并按照步骤3至步骤6的方法确定头车ICV到达停止线的时刻进一步地，步骤4中，判断第i混合队列与第i-1混合队列的相位是否共存的方法具体包括：将交叉路口采用八相位双环结构具体描述为：第一相位环包括顺序为φ1—φ2—φ3—φ4的四个相位，第二相序环包括顺序为φ5—φ6—φ7—φ8的四个相位，两个相序环之间均存在一个相序阻隔将对应相位环分成两部分；对于交叉路口任意两个混合队列对应的相位φi和φj，i≠j，当且仅当处于不同相序环中，且没有被相序阻隔分开时，相位φi和φj判定为共存。进一步地，针对每一个相位φi，实际分配的相位时长ti表示为式(18)：式(18)中，为有效的实际绿灯时长，为黄灯时长，黄灯时长表示为式(19)：式(19)中，Wlane为车道的宽度，vmax为道路允许车辆行驶的最高速度，为黄灯时长。进一步地，步骤5和步骤6中的头车ICV到达停止线的时刻的确定方法包括：中第i混合队列与第i-1混合队列之间的相位共存关系标志位Ri为1时，对应的第i混合队列与第i-1混合队列同时通过停车线，Ri由式(20)所表示：根据相位共存关系标志位Ri，i＞2时，按式(21)确定式(21)中，为第i-1混合队列的头车ICV到达停止线的时刻，max(Ci-1，Ci-2)为第i-1混合队列与第i-2混合队列中车辆数目较多的一个，Lvehicle为车长，v*为最优通行速度，s*为与v*相对应的跟车距离。进一步地，最优通行速度v*的通过联合式(22)、式(23)和式(24)获得：式中，d(v)表示跟随车辆的跟车距离，v表示跟随车辆的跟车速度，lc表示混合队列中第k辆车的车长，V1、V2、C1和C2均为常数，TGreen为固定绿灯间隔，N为TGreen内通过的车辆数目，N*为TGreen内通过的最大车辆数目。进一步地，步骤7中，约束条件包括：约束条件一：避免混合队列中的车辆实际行驶过程中与前车发生碰撞表示为下式(11)：xk-xk-1-Lvehicle≥dsafe(11)式(11)中，xk表示混合队列中第k辆车的位置；xk-1表示混合队列中第k-1辆车的位置；Lvehicle表示混合队列中第k辆车的车长；约束条件二：在默认车辆不存在倒车情况，最大行驶速度的限制表示为下式(12)：0≤vk≤vmax(12)式(12)中，vk表示混合队列中第k辆车的速度；vmax表示道路允许车辆行驶的最高速度；约束条件三：车辆的加速度极限表示为下式(13)：式(13)中，a表示混合队列中第k辆车的加速度；amax表示车辆的最大加速度；约束条件四：头车ICV的终端位置进行约束表示为下式(15)：式(15)中，x0(tf)表示头车ICV在信号灯由红变绿的时刻所在的位置；表示头车ICV在信号灯由红变绿的时刻所在的位置的最大值。进一步地，步骤9中，驾驶员跟车模型表示为下式(16)及式(17)：vk＝κ[Vopt(Δxk)-vk]fork∈[1，n]本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，包括：/n步骤1，车辆在临近交叉路口的过程中依次经过观察区、控制区及冲突区，该冲突区为两相交车道的交叉重叠区域；/n步骤2，在

【技术特征摘要】
1.一种混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，包括：
步骤1，车辆在临近交叉路口的过程中依次经过观察区、控制区及冲突区，该冲突区为两相交车道的交叉重叠区域；
步骤2，在时刻，控制区内形成数量为N(t)的1+n模式的混合队列，并定义控制区内所有混合队列的序列集合为
步骤3，确定第i混合队列的信息集其中，X(t)i为第i混合队列在时刻的状态；Ri为第i混合队列与前方混合队列的冲突关系；Ci为第i混合队列内的车辆数目；为头车ICV到达停止线的时刻；
步骤4，根据第i混合队列的信息集Ii(t)和第i-1混合队列的信息集Ii-1(t)，判断第i混合队列与第i-1混合队列的相位是否共存，如果是，进入步骤5；否则进入步骤6；
步骤5，由信息集Ii(t)和信息集Ii-1(t)确定头车ICV到达停止线的时刻
步骤6，由信息集Ii(t)确定头车ICV到达停止线的时刻
步骤7，根据头车ICV到达停止线的时刻及约束条件，确定最优速度轨迹，其中，约束条件包括相邻前后两车之间的安全距离dsafe以及道路允许车辆行驶的最高速度vmax；
步骤8，判断步骤7的最优速度轨迹在实际执行中与前车距离是否小于安全距离dsafe，如果是，进入步骤9；否则进入步骤10；
步骤9，将头车ICV降级为HDV，使头车ICV以驾驶员跟车模型行驶，并结束控制；
步骤10，判断头车ICV是否到达停车线，如果是，则结束控制；否则进入步骤8。


2.如权利要求1所述的混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，步骤1中，控制区的纵向行驶距离设定为第一距离阈值，观察区的纵向行驶距离设定为第二距离阈值。


3.如权利要求1所述的混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，步骤2中，控制区内形成1+n模式的混合队列的方法包括：
当有一辆ICV进入控制区后，该车作为头车ICV，并检索其后方观察区内的n辆HDV作为跟随车辆，组成1+n模式的混合队列，定义前后顺序由头车ICV进入控制区的时刻先后决定。


4.如权利要求1至3中任一项所述的混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，步骤7之前还包括：
步骤11，判断是否存在异常车辆，如果是，则在第i混合队列相位前，为异常车辆设置通行相位；其中，异常车辆包括未被包含在任何所述混合队列中的HDV以及步骤9中被降级为HDV的ICV；
步骤12，更新序列集合并按照步骤3至步骤6的方法确定头车ICV到达停止线的时刻


5.如权利要求4所述的混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，步骤4中，判断第i混合队列与第i-1混合队列的相位是否共存的方法具体包括：
将交叉路口采用八相位双环结构具体描述为：第一相位环包括顺序为φ1—φ2—φ3—φ4的四个相位，第二相序环包括顺序为φ5—φ6—φ7—φ8的四个相位，两个相序环之间均存在一个相序阻隔将对应相位环分成两部分；对于交叉路口任意两个混合队列对应的相位φi和φj，i≠j，当且仅当处于不同相序环中，且没有被相序阻隔分开时，相位φi和φj判定为共存。


6.如权利要求5所述的混合交通交叉路口的信号灯与车辆的协同控制方法，其特征在于，针对每一个相位φi，实际分配的相位时长ti表示为式(18)：

【专利技术属性】
技术研发人员：李克强，陈超义，王建强，郑洋，王嘉伟，边有钢，杨殿阁，连小珉，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11