一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法技术

本发明专利技术提供一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，针对车辆在黄灯信号期间通过信号控制交叉口所面临的潜在两难区风险，在保障规避两难区的基础上，最大化车辆通行效率和平顺性。该车速引导优化方法首先对车辆是否会落入两难区进行判断，然后针对落入两难区的所有车辆，以通行效率和平顺性最大作为优化目标，考虑了两难区规避、红灯信号、安全车头时距、安全车头空距、车辆加速度和速度等约束条件，建立线性规划模型进行优化。该方法能将两难区规避、车辆通行效率、平顺性、一系列车辆运行约束等多重因素进行同步优化，从而保障所生成引导策略的最优性，使车辆高效规避两难区提升交叉口运行安全。区提升交叉口运行安全。区提升交叉口运行安全。

An optimization method of speed guidance to avoid the dilemma of signalized intersection

【技术实现步骤摘要】
一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法


[0001]本专利技术属于机动车车速引导方法
，尤其涉及一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法。

技术介绍

[0002]两难区是指交叉口黄灯期间车辆在一定车速下既不能在红灯启亮前通过停车线又不能在停车线前停止的区段，会造成侧向碰撞和追尾等事故隐患，严重影响信号控制交叉口通行安全。以往主要从信号控制和车速引导两个层面提出基于规则的改善方法。但由于车速是实时变化的，且需要考虑车辆性能、车辆间安全间距、驾驶平顺性等多重因素，针对上述因素统筹考虑的交叉口车速引导，未见有针对性的优化设置方法，并且也未检索到这类方法的专利技术专利。
[0003]经对现有技术的文献检索发现，有关信号交叉口两难区规避的技术方法主要有以下几种：
[0004]1、调整交叉口信号控制的绿灯时长。该方法首先获取交叉口车辆状态信息，然后根据当前交叉口信号状态计算当前时刻以及预测时刻内落入两难区的车辆数，并以此确定是否延长绿灯时间。该方法在专利技术专利“一种基于实时车辆轨迹的信号交叉口两难区控制方法”(专利号ZL201410513065.6)中进行了介绍。
[0005]2、调整交叉口信号控制的全红时间。该方法根据落入两难区车辆的分布，根据车辆车速、距停车线距离等状态信息，确定全红时间，从而保障车辆不陷入两难区。该方法在专利技术专利“面向黄灯两难区的全红信号控制方法”(专利号ZL201510218135.X)和“一种提升道路交通安全性的信号控制方法”(申请号CN202111250363.7)中进行了介绍。
[0006]3、设置车载交叉口两难区警示。该方法内嵌了地图系统，能实时获取车辆位置，根据车辆到达交叉口的位置信息和信号控制信息预测车辆在红灯启亮前通过停车线的可能性，并为驾驶员提供相应的通过与否的建议。该方法在专利技术专利申请“一种应用于城市交叉口两难区的车载辅助导航系统”(申请号CN202022643645.0)中进行了介绍。
[0007]4、车路协同下交叉口两难区车速引导。该方法通过获取交叉口区域车辆运行和信号控制情况，确定车路协同环境下信号控制交叉口两难区问题改善方法的工作流程，并基于规则给出车速引导建议。代表性论著包括《信号控制交叉口两难区问题改善方法》和《信号交叉口两难区困境保护优化方法》。
[0008]方法1和方法2都是通过调整信号控制来达到消除部分车辆的两难区困境，目前已有了较为成熟的技术成果，应用于感应信号控制领域。
[0009]方法3是针对两难区风险给出预警，但并不能引导车辆避开两难区。
[0010]方法4给出了交叉口两难区车速引导，但目前这种方法是基于流程规则制定车速引导策略，无法保证引导策略的最优性。
[0011]以往的交叉口两难区车速引导方法未统筹考虑交叉口范围内车辆驾驶目标和约束的复杂性，未将交叉口两难区规避与车辆通行效率、平顺性、一系列车辆运行约束等多重
因素协同考虑。因此，现有技术缺乏交叉口多因素动态影响下，规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法。

技术实现思路

[0012]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种规避规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，该方法首先对车辆是否会落入两难区进行判断，然后针对落入两难区的所有车辆，将其两难区规避、车辆通行效率、平顺性、一系列车辆运行约束等多重因素整合在一个统一的优化模型中，进行同步优化，从而保障车辆安全平稳地通过交叉口。
[0013]本专利技术的技术方案如下：
[0014]一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，工作流程图如图1所示。
[0015]首先在黄灯启亮前T秒对车辆是否会落入两难区进行判断，若车辆初始的位置和速度满足式(1)，则车辆将落入两难区。
[0016]X
p
+Tv0＜x
l
‑
x0＜X
s
+Tv0ꢀꢀꢀ
(1)
[0017]式中，x0为车辆初始位置，m；x
l
为停车线位置，m；T为初始时刻至黄灯启亮时刻的时长，s；v0为初始车速，m/s；X
p
为车辆在黄灯期间以最大加速度可通过停车线的区域长度，即两难区的下边界，m，可按式(2)计算；X
s
为车辆以最大减速度减速停车的距离，即两难区的上边界，m，可按式(3)计算。
[0018][0019]式中，a
max
是最大加速度，m/s2；Y是黄灯时长；δ是驾驶员反应时长，s。
[0020][0021]式中，d
max
是最大减速度，m/s2。
[0022]对于落入两难区的所有车辆，通过求解下述优化模型，给出车速引导策略。优化模型用线性规划模型表述，以行驶距离最大和速度波动最小为优化目标，考虑了两难区规避、红灯信号、车辆间安全车头时距、车辆间安全车头空距、车辆加速度和车辆速度等约束条件。
[0023]所述目标函数为最大化行驶距离与累积速度波动负数之和，如式(4)所示。
[0024][0025]式中，n为落入两难区的车辆编号；N为落入两难区的车辆总数，辆；i为优化步编号；I为总优化步数；x
ni
为车辆n在优化步i开始时刻的位置，m，可由式(5)递推计算；A
ni
为车辆n从优化步i
‑
1至优化步i的速度变化，m/s，可由式(6)
‑
(8)计算。
[0026][0027]式中，Δt为优化步长，s；v
ni
为车辆n在优化步i开始时刻的车速，m/s；x
n0
为车辆n车辆初始位置，m；v
n0
为车辆n车辆初始速度，m/s。
[0028]A
ni
＝λ
ni
(v
ni
‑
v
n(i
‑
1)
)+(1
‑
λ
ni
)(v
n(i
‑
1)
‑
v
ni
)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0029]v
ni
‑
v
n(i
‑
1)
≥
‑
M(1
‑
λ
ni
)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0030]v
n(i
‑
1)
‑
v
ni
≥
‑
Mλ
ni
ꢀꢀꢀ
(8)
[0031]式中，λ
ni
为车辆n在优化步i的加减速情况，1
‑
加速，0
‑
减速；M为一个足够大的正常数，可取10000。
[0032]所述两难区规避约束条件，要求在每一个优化步，车辆都不会落入两难区，对应车辆落入两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：在黄灯启亮前T秒对车辆是否会落入两难区进行判断；S2：对于落入两难区的所有车辆，以行驶距离最大和速度波动最小为优化目标，考虑多个运行约束条件进行同步优化，使用线性规划模型给出车速引导策略，从而保障所生成引导策略的最优性；所述线性规划模型的目标函数为最大化行驶距离与累积速度波动负数之和，通过方程式四表示：所述方程式四中，n为落入两难区的车辆编号；N为落入两难区的车辆总数；i为优化步编号；I为总优化步数；x
ni
为车辆n在优化步i开始时刻的位置；A
ni
为车辆n从优化步i
‑
1至优化步i的速度变化；所述x
ni
通过方程式五递推计算，所述方程式五表示为：所述方程式五中，Δt为优化步长；v
ni
为车辆n在优化步i开始时刻的车速；x
n0
为车辆n车辆初始位置；v
n0
为车辆n车辆初始速度；所述A
ni
通过方程式六、方程式七和方程式八递推计算，所述方程式六表示为：A
ni
＝λ
ni
(v
ni
‑
v
n(i
‑
1)
)+(1
‑
λ
ni
)(v
n(i
‑
1)
‑
v
ni
)；所述方程式七表示为：v
ni
‑
v
n(i
‑
1)
≥
‑
M(1
‑
λ
ni
)；所述方程式八表示为：v
n(i
‑
1)
‑
v
ni
≥
‑
Mλ
ni
；方程式六至方程式八中，λ
ni
为车辆n在优化步i的加减速情况，1
‑
加速，0
‑
减速；M为一个足够大的正常数，取10000。2.根据权利要求1所述的规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，其特征在于，所述S1中，当车辆初始的位置和速度满足方程式一，则车辆将落入两难区，所述方程式一表示为：X
p
+Tv0＜x
l
‑
x0＜X
s
+Tv0；所述方程式一中，x0为车辆初始位置；x
l
为停车线位置；T为初始时刻至黄灯启亮时刻的时长；v0为初始车速；X
p
为车辆在黄灯期间以最大加速度可通过停车线的区域长度，即两难区的下边界；X
s
为车辆以最大减速度减速停车的距离，即两难区的上边界；其中，所述X
p
通过方程式二计算，所述方程式二表示为：所述方程式二中，a
max
为最大加速度；Y为黄灯时长；δ为驾驶员反应时长；所述X
s
通过方程式三计算，所述方程式三表示为：
所述方程式三中，d
max
为最大减速度。3.根据权利要求2所述的规避信号控制交叉口两难区的车速引导优化方法，其特征在于，所述S2中，多个所述运行约束条件包括两难区规避、红灯信号、车辆间安全车头时距、车辆间安全车头空距、车辆加速度和车辆速度。4.根据权利要求3所述的规避信号控制交叉口两难区的车速...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖，张范磊，姚佼，章程，侯剑锋，江洪，吴华柒，杨光强，戚钧，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：