[發明專利]一種車路協同環境下交叉口信號-車輛軌跡協同控制方法

有效

• 申請號: 202010513586.7
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111710176B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 楊曉光;龍可可;馬成元;賴金濤
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G08G1/08
• 分類號: G08G1/08;G08G1/095;G08G1/01;G08G1/0968;G06F30/20;G06F111/06;G06F111/04
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

1.一種車路協同環境下交叉口信號-車輛軌跡協同控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、構建交叉口信號優化模型，該交叉口信號優化模型的目標函數為車輛平均延誤最小化，約束條件包括：綠燈時長約束、綠燈間隔約束、車輛到達停車線狀態約束以及車輛通過交叉口約束；

S2、構建車輛軌跡優化模型，該車輛軌跡優化模型的目標函數為車輛油耗最小化，約束條件包括：車輛動力學約束、車輛速度約束、車輛加速度約束、車輛距離約束以及車輛通過停車線狀態約束；

S3、分別求解交叉口信號優化模型和車輛軌跡優化模型，得到信號配時方案和車輛行駛軌跡，所述車輛行駛軌跡包括車輛在進口道以及交叉口內部的位置及速度；

S4、將信號配時方案發送給交叉口信號機，由交叉口信號機對應執行信號配時方案；

將車輛行駛軌跡發送給車輛，車輛按照車輛行駛軌跡移動；

所述步驟S1具體包括以下步驟：

S11、獲取進口道車輛當前狀態數據，計算車輛最早到達停車線的時間以及車輛通過停車線的預測速度；

S12、根據不同交叉口的尺寸特性，計算對應的綠燈間隔；

S13、結合步驟S11和步驟S12中計算得到的數據，分別設置以車輛平均延誤最小化為優化目標的目標函數、綠燈時長約束、綠燈間隔約束、車輛到達停車線狀態約束以及車輛通過交叉口約束，完成交叉口信號優化模型的構建；

所述步驟S11中進口道車輛當前狀態數據包括車輛當前速度和車輛當前在通信區內行駛的距離，所述步驟S11中車輛最早到達停車線的時間具體為：

其中，為不考慮信號燈及前車情況下車輛w最早到達停車線的時間，t₀為當前時刻，為當前時刻車輛w的速度，為當前時刻車輛w在通信區內行駛的距離，V_max為車輛在進口道的最大限制速度，為進口道k的車輛在交叉口內的限速，a_max與a_min分別是加速度的上限與下限，L_c為進口道通信區域長度，V₁為車輛在中途能加速到的最大速度；

車輛通過停車線的預測速度具體為：

其中，為車輛w通過停車線的速度；

所述步驟S12具體包括以下步驟：

S121、根據交叉口進口道數量，確定相互沖突的進口道；

S122、計算相互沖突的進口道之間沖突點的位置，之后結合交叉口的尺寸數據，以計算得到進口道從停車線到沖突點之間的距離；

S123、基于進口道從停車線到沖突點之間的距離，計算得到車輛在進口道從停車線到達沖突點需要的時間，以計算得到綠燈間隔；

所述步驟S123中綠燈間隔的計算公式具體為：

其中，為進口道k₂的綠燈緊接在進口道k₁的綠燈后面時需要的綠燈間隔，t_x為車輛軌跡交叉時需要的安全錯車時間，為進口道k₁的車輛從停車線行駛至沖突點需要的時間，為進口道k₁的車輛在交叉口內的限速，為進口道k₁從停車線到沖突點之間的距離，為進口道k₂的車輛從停車線行駛至沖突點需要的時間，為進口道k₂的車輛在交叉口內的限速，為進口道k₂從停車線到沖突點之間的距離；

所述步驟S13中目標函數具體為：

其中，w為車輛編號，Ω為當前所有在通訊范圍內車輛的集合，D_w為車輛w的通行延誤，為車輛w實際到達停車線的時間；

所述綠燈時長約束具體為：

其中，為進口道k的第i次綠燈時長，G_min與G_max分別為最小綠燈時長與最大綠燈時長，K為交叉口進口道集合；

所述綠燈間隔約束具體為：

其中，為進口道k第i個綠燈開始時的時間，M為大常數，為不同進口道車輛的沖突變量，當進口道k₁的車輛與進口道k₂的車輛存在沖突時，否則為進口道k₁與進口道k₂之間的綠燈關系變量，當進口道k₁的綠燈緊接在進口道k₂的綠燈之后時，否則

所述車輛到達停車線狀態約束具體為：

車輛實際到達停車線的時間必須不早于其最早到達時間

當前車輛實際到達停車線的時間必須比前一車輛晚，且間隔一個飽和車頭時距：

其中，為前一車輛w′實際到達停車線的時間，h_c為飽和車頭時距；

所述車輛通過交叉口約束具體為：

車輛必須在綠燈期間通過交叉口：

其中，是0-1變量，表示車輛w在第i個綠燈期間通過了交叉口，否則S_p為交叉口通行車輛集合。