【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于车联网，特别涉及一种高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法。
技术介绍
1、在现有的交通系统中，无论是人工驾驶还是自动驾驶技术，都存在获取周围车辆状态和行驶意图信息的局限性。这种信息获取的不足，尤其在高速公路匝道合流区等关键交通节点，可能导致交通事故的发生。尽管现行的交通规则和技术已经实施了车辆间安全距离的保持措施，以期降低碰撞风险，但这种做法在一定程度上限制了道路的通行效率。具体来说，为了保障安全，车辆必须保持一定的间隔，这限制了道路的容量，从而成为提升道路通行能力和缓解交通拥堵的一个技术障碍。此外，车辆间的通信不足，限制了交通流的动态管理和优化，进一步影响了交通系统的效率。
2、车路协同是基于车辆与路边基础设施之间的通信，实现双向数据交换和信息共享。这项技术的核心原理是通过高级通信技术，使车辆能够接收来自路边设施的信息，并且路边设施也能获取车辆的状态信息，从而实现更加智能和高效的交通管理与控制。为了充分发挥智能网联汽车在高速公路匝道合流区的潜力，研究新的协同控制框架显得至关重要。合理的框架设计应当高效完成车辆轨迹的跟踪与规划，同时减少系统运行过程中的数据传输量和循环工作时间，进一步提高系统的安全性。通过这样的系统，车辆可根据控制中心的精确指令协同行驶，形成有序的交通流并减少行驶时间、冲突和能源消耗。因此，本专利技术提出一种匝道优先协同控制方法，能够提高车辆状态信息获取的准确性和时效性，同时优化车辆间通信和交通流控制的系统和方法，对于提升道路通行效率、降低交通事故率以及解决交通拥堵问题具有重要的
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种在高速公路匝道合流区，根据匝道优先协同控制策略，预先编制车辆的行驶轨迹的方法。该方法通过识别与匝道车辆发生冲突的主线车辆，并根据匝道优先原则对主线车辆速度进行调控，不仅能有效避免冲突，还能提高道路通行效率；同时，通过确定匝道车辆合流位置，使主线上目标间隙前后的车辆自由行驶或通过调整主线车辆，确保匝道车辆能够顺利汇入主线。
2、车载智能单元可以获取到车辆的位置、速度、加速度、方向、换道时的转角以及车辆的刹车状态。路段管理单元是支持车载智能单元与其他路段管理单元交换信息，同时进行道路状况信息处理及管理、异常状况处理以及预先编制车辆行驶轨迹。通过车载智能单元收集匝道和主线车辆的位置信息和速度信息，并将这些数据传送给路段管理单元。路段管理单元计算车辆碰撞的紧要程度，以判断碰撞风险。如果紧要程度高，路段管理单元将采用协同控制策略，调整相关车辆的速度和加速度，并预先编制调整后的行驶轨迹。编制完成后，路段管理单元将行驶轨迹发送给车辆的车载智能单元，车辆将按照提前规划的轨迹行驶，匝道车辆就可以安全的合流。
3、在高速公路匝道合流口处，为避免匝道车辆与主线车辆产生冲突，使其安全无冲突汇入主线车道，首先需要找到与该匝道车辆发生冲突的主线车辆，找到该车辆以后根据匝道车辆优先的协同控制思想对主线车辆的速度进行调整，使其能够在匝道车辆汇入主线之前留出等于匝道车辆最小可汇入间隙的间隙，使匝道车辆在合流点处刚好能够刚好汇入调整之后间隙里。
4、步骤1：计算车辆之间的安全距离
5、当主线车辆行驶速度为v0，匝道车辆行驶速度为vr0，即使匝道车辆加速到与主线速度相同时，主线车辆与匝道车辆之间也有速度差，因为匝道车辆在合并时匝道车辆在横向和纵向上都有速度。
6、步骤2：计算冲突紧要程度
7、路段管理单元实时计算匝道车辆的冲突紧要程度，将碰撞加速度和紧迫加速度相乘就可以得到车辆发生碰撞的紧要程度。同时对冲突紧要程度设置一个阈值，在车辆冲突紧要程度大于这个阈值后，预先编制协同车辆的行驶轨迹。当加速度在0.15g到0.35g时，可以保证乘客有一定的舒适度且不过于紧张，因此将冲突紧要程度的阈值范围设为j1～j2，其中j1＝(0.15g)2＝0.0225g2，j2＝(0.35g)2＝0.1225g2(取g＝9.8m/s2)。
8、步骤3：车辆冲突识别
9、在车辆进行协同的前提是匝道区域内的车辆在无协同控制时，匝道车辆合并时与主线车辆会产生冲突。因此，首先需要对车辆冲突进行识别，在对冲突车辆进行识别后，才能对冲突车辆进行协同控制，使匝道车辆安全汇入主线。
10、因此，首先需要对车辆冲突进行识别，在对冲突车辆进行识别后，对冲突车辆进行协同控制，使匝道车辆安全汇入主线，当前紧要程度大于0.1225g2的时候开始调整，确保每一辆车都能够安全舒适的调整到和可能碰撞车辆的速度一致，随着与可能碰撞的车辆距离减少，逐步增加速度一致性，直至在和对方车辆离得很近时，实现速度完全一致，此时基本没有碰撞风险。
11、步骤4：确定目标间隙
12、计算与匝道车辆产生冲突的主线车辆的前、后车辆和匝道车辆在汇合点处之间的间隙。确定与匝道车辆产生冲突的车辆以后，根据匝道车辆汇入主线的位置确定该车辆的指定位置，使其加速或者减速行驶到该指定位置，然后匝道车辆就可以安全无冲突的汇入主线。指定位置是：当匝道车辆在加速车道上加速行驶到与主线速度相同的位置，在该位置匝道车辆将汇入主线，因此在主线上需要留出大于等于最小可汇入间隙的距离，此时主线目标间隙前后车辆所在的位置就是指定位置。
13、步骤5：建立协同控制方法
14、根据计算出的与匝道车辆产生冲突的主线车辆和其前、后车辆之间的间隙分情况建立协同控制方法。
15、该高速公路匝道优先协同合流的控制方法的优点在于通过已定义的安全距离计算公式确定匝道车辆与主线车辆之间以及主线车辆与主线车辆之间应保持的安全距离，然后计算冲突紧要程度，再识别可能与匝道车辆产生冲突的主线车辆，并确定这些主线车辆之间的目标间隙，预先编制涉及冲突的车辆的行驶轨迹。从而让匝道车辆能够根据这些预设的轨迹顺利且安全地合流到主线，从而有效地减少了交通冲突，提高了合流效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，路段管理单元计算车辆之间的安全距离，当主线车辆行驶速度为v0，匝道车辆行驶速度为vR0，即使匝道车辆加速到与主线速度相同时，主线车辆与匝道车辆之间也有速度差，假设匝道车辆合并时的倾斜角度为30度，那么该匝道车辆在横向上的速度为vRx＝v0cos30°km/h；
3.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，路段管理单元实时计算匝道车辆的冲突紧要程度，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，在车辆进行协同的前提是匝道区域内的车辆在无协同控制时，匝道车辆合并时与主线车辆会产生冲突，因此，首先需要对车辆冲突进行识别，在对冲突车辆进行识别后，对冲突车辆进行协同控制，使匝道车辆安全汇入主线，当前紧要程度大于0.1225g2的时候开始调整，确保每一辆车都能够安全舒适的调整到和可能碰撞车辆的速度一致，随着与可能碰
5.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，计算与匝道车辆产生冲突的主线车辆的前、后车辆和匝道车辆在汇合点处之间的间隙，确定与匝道车辆产生冲突的车辆以后，根据匝道车辆汇入主线的位置确定该车辆的指定位置，使其加速或者减速行驶到该指定位置，然后匝道车辆就可以安全无冲突的汇入主线。
6.根据权利要求5所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，指定位置是：当匝道车辆在加速车道上加速行驶到与主线速度相同的位置，在该位置匝道车辆将汇入主线，因此在主线上需要留出大于等于最小可汇入间隙的距离，此时主线目标间隙前后车辆所在的位置就是指定位置。
7.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，根据计算出的与匝道车辆产生冲突的主线车辆和其前、后车辆之间的间隙分情况建立协同控制方法，设与匝道产生冲突的主线车辆为A，车辆A之前的主线车辆为车辆B，车辆A之后的主线车辆为车辆C，车辆A的初始桩号为SA，车辆B的初始桩号为SB，车辆C的初始桩号为SC，主线车辆B与匝道车辆在汇合点处时的间隙为ΔSBR，主线车辆C与匝道车辆在汇合点处时的间隙为ΔSCR；
8.根据权利要求7所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，若ΔSBR<Lmins且ΔSCR<Lmins时，不管车辆A如何调整都不能使匝道车辆安全的汇入主线，只有同时调整车辆A、B或者A、C才能留出安全间隙供匝道车辆汇入，调整车辆A、B是使其向前多行驶一段距离来留出匝道车辆可汇入间隙，但是在调整之后车辆B与其前车车辆之间若没有足够大的安全距离，那么车辆B的前车也需要向前多行驶一段距离来保证与前车之间的安全距离，直到某一车辆调整后与前车之间的距离仍然大于等于安全距离，那么该辆车之前的车辆都不用进行调整了。
9.根据权利要求8所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，调整车辆A、C是使其少行驶一段距离来留出匝道车辆可汇入间隙，但是在调整之后车辆C与其后车车辆之间若没有足够大的安全距离，那么车辆C的后车也需要少行驶一段距离来保证与它的前车之间的安全距离，直到某一车辆调整后与其后车之间的距离仍然大于等于安全距离，那么该辆车之后的车辆都不用进行调整了。
...【技术特征摘要】
1.一种高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，路段管理单元计算车辆之间的安全距离，当主线车辆行驶速度为v0，匝道车辆行驶速度为vr0，即使匝道车辆加速到与主线速度相同时，主线车辆与匝道车辆之间也有速度差，假设匝道车辆合并时的倾斜角度为30度，那么该匝道车辆在横向上的速度为vrx＝v0cos30°km/h；
3.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，路段管理单元实时计算匝道车辆的冲突紧要程度，计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，在车辆进行协同的前提是匝道区域内的车辆在无协同控制时，匝道车辆合并时与主线车辆会产生冲突，因此，首先需要对车辆冲突进行识别，在对冲突车辆进行识别后，对冲突车辆进行协同控制，使匝道车辆安全汇入主线，当前紧要程度大于0.1225g2的时候开始调整，确保每一辆车都能够安全舒适的调整到和可能碰撞车辆的速度一致，随着与可能碰撞的车辆距离减少，逐步增加速度一致性，直至在和对方车辆离得很近时，实现速度完全一致，此时基本没有碰撞风险。
5.根据权利要求1所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，计算与匝道车辆产生冲突的主线车辆的前、后车辆和匝道车辆在汇合点处之间的间隙，确定与匝道车辆产生冲突的车辆以后，根据匝道车辆汇入主线的位置确定该车辆的指定位置，使其加速或者减速行驶到该指定位置，然后匝道车辆就可以安全无冲突的汇入主线。
6.根据权利要求5所述的高速公路匝道合流区的匝道优先时空协同控制方法，其特征在于，指定位置是：当匝道车辆在加...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭挺，黎韬，李源，吴洁，徐晓雪，董湘，蔡银才，邬鹏，萨纳·乌拉，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。