[發明專利]基于V2X的公交優先動態反饋控制方法

有效

• 申請號: 202111163005.2
• 申請日: 2021-09-30
• 公開（公告）號: CN113706897B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 馬小陸;方英歌;王磊;王兵;唐得志
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: G08G1/087
• 分類號: G08G1/087;G08G1/08;G08G1/095;G06Q50/30;G06Q10/04;G06F17/18
• 代理公司: 安徽順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 賀湘君

1.基于V2X的公交優先動態反饋控制方法，其特征在于，該方法包括基于Kalman濾波的行程時間預測、公交優先初步引導方案以及動態反饋控制模塊；

基于Kalman行程時間預測模塊：在公交優先控制被激活之后，Kalman行程時間預測模塊開始工作，該模塊根據車聯網信號機接收到的公交車優先請求信息，采用了經典卡爾曼濾波算法，預測公交車到達交叉口的行程時間；

公交優先初步引導方案：根據Kalman行程時間的預測結果，結合當前紅綠燈執行的信號配時方案，確定公交車到達交叉口時，公交優先相位的狀態，同時考慮方案影響因素，確定公交車的基本車速引導方案和信號控制方案；

所述動態反饋控制模塊包括動態車速引導模塊以及動態公交優先控制模塊，兩者通過V2X通信建立反饋控制的橋梁，動態反饋控制模塊用于減少公交優先控制對于行程時間預測精度的依賴度，提高控制方法的抗干擾能力；

所述公交優先初步引導方案包括了公交車車速引導方案和信號控制方案，在信號配時方案中，設信號周期中綠燈相位的開啟時刻為t_{g_start}，黃燈相位的開啟時刻為t_{y_start}，紅燈開啟時刻為t_{r_start}，紅燈結束時刻為t_{r_end}，根據公交車到達交叉口的時刻T_c(k)所處的相位執行階段，分四種情況對車輛的引導速度進行推算，其中第k班次公交車從虛擬檢測器到交叉口停車線之間行程時間的最優預測值為T(k|k)，公交車輛在城市道路行駛的最大速度為v_max，行駛的最小速度為v_min，以及當前公交車的當前車速為v_c；

(1)若預測公交車到達交叉口停車線的時刻位于公交優先相位的綠燈時間段，即T_c(k)∈[t_{g_start}，t_{y_start}]，即公交車輛按照當前車速v_c行駛即可通過交叉口；

在這種情況下的車速引導以公交車的到達時刻t_{g_start}為目標，進行車速引導，車速引導的最大車速計算公式如2-1所示：

式中，L表示公交車和交叉口之間的距離，T_cur表示公交車到達虛擬檢測器的時刻，如果v(k)＞v_max，以v(k)＝v_max作為車速引導的最大車速，如果v(k)＜v_max，則以v(k)作為車速引導的最大車速，所以以[v_c，v(k)]為車速引導區間進行車速引導；

(2)若預測公交車到達交叉口的時刻位于公交優先相位的黃燈或紅燈階段，車輛通過增加車速即可在優先相位的綠燈期間內不停車地通過路口，或者通過降低車速使公交車在下個信號周期的綠燈期間不停車地通過路口，其行駛速度必須在(v_min，v_max)范圍內，因此也導致了在一定的時間段內，公交車無論加速行駛，還是減速行駛都無法保證其不停車地通過路口；

設[t_{s_max}，t_{s_min}]∈[t_{y_start}，t_{r_end}]表示該時間段，t_{s_max}為公交車此時加速至最大速度v_max行駛至交叉路口時，仍無法在本次信號周期的綠燈相位結束之前不停車地通過交叉口的臨界值，計算公式如2-2所示；

求得t_{s_min}表示公交車此時降低至最小速度行駛至交叉口路口時，仍然無法在下次信號周期綠燈相位開啟時不停車通過交叉口的臨界值，計算公式如2-3所示；

求解得t_(s_min)＝T(k|k)+t_(r_end)-L/v_min，因此，若預測公交車到達交叉口的時刻位于該時段內，也即T_c(k)∈[t_(s_max)，t_(s_min)]，也就是車輛在允許的行車速度范圍內，無論加、減速都無法不停車地通過交叉口，在這種情況下，可通過調整路口信號的配時方案，延長路口綠燈時間或者縮短紅燈的時間，使得公交車輛可以不停車地通過當前交叉口，但是仍存在一個問題就是即使公交車在車速引導和信號控制的協調作用下，都可能存在無法通過交叉路情況；

設[t_{s_delay_max}，t_{s_trun_min}]∈[t_{s_max}，t_{s_min}]表征該時間段，t_{s_delay_max}表示公交車在最大綠燈延長時間G_max和最大車速的引導下時，仍無法在本相位的綠燈期間通過交叉口的臨界值，計算公式如2-4、2-5所示；

t_{s_trun_min}表示公交車在紅燈最大早斷時間Rmax和最小車速的引導下時，仍無法在下一相位的綠燈期間通過交叉口的臨界值，計算公式如式2-6所示；

式中，t₇代表綠燈相位最大延長時間所對應的時刻，t₈代表紅燈最大早斷時間所對應的時刻；

a.若t_{s_delay_max}＜t_{s_trun_min}時，表示存在公交車在車速引導和信號協調共同控制的作用下，仍然存在無法通過路口的情況，這個時候就需要進行公交優先相位的插入，使公交車可以不停車通過交叉口，如果公交車到達時刻在[t_{s_max}，t_{s_delay_max}]之間，公交車以最大車速v_max進行引導，直到公交車通過交叉口；如果公交車到達時刻在[t_{s_trun_min}，t_{s_min}]之間，公交車以最小車速v_min進行引導，直到公交車通過交叉口；

b.若t_{s_trun_min}＜t_{s_delay_max}時，表示公交車在車速引導和信號協調共同控制的作用下，就可以通過路口情況；

當|t_{s_max}-T_c(k)|≤|t_{s_min}-T_c(k)|時，取Gdelay＝T_c(k)-t_{s_max}，也即延長路口綠燈相位的時間，保證公交車可以在綠燈相位結束之前通過當前交叉口，公交車輛的引導車速為最大行駛車速v_max；當|t_{s_max}-T_c(k)|≥|t_{s_min}-T_c(k)|時，取Rdelay＝Rdelay＝t_{s_min}-T_c(k)，也即進行紅燈的早斷，以保證公交車輛可以在下一周期綠燈相位開啟之后到達交叉口，使得公交車可以不停車通過交叉口，同時公交車的引導車速為最低行駛速度v_min；

(3)若預測公交車達到交叉口停車線的時刻T_c(k)∈[t_{r_start}，t_{s_max}]，車輛可適當提高行駛車速，使其在綠燈結束之前通過交叉口；

這時的車速引導以公交車盡可能的到達時刻為t_{g_start}為目標，進行車速引導，則公交車的最大引導車速計算公式如2-7所示；

如果v₁(k)＞v_max，則最大引導車速為v_max；如果v₁(k)＜v_max，則以v₁(k)作為公交車的最大引導車速，同時還必須能夠保證公交車在綠燈結束之前通過交叉口，所以公交車的最小引導車速的計算公式如2-8所示；

如果v₂(k)＜v_c，即最小車速小于當前車速，此時公交車的最小引導車速為v_c，否則公交車的最小引導車速為v₂(k)，并且如果當前車速小于最小行駛速度v_min時，公交車的最小行車速度為v_min；

(4)若預測公交車到達交叉口停車線的時刻T_c(k)∈[t_{s_min}，t_{r_end}]，車輛可通過減低行駛速度在下個周期綠燈開始時通過交叉口；

此時公交車以到達時間t_{r_end}為目標，使得公交車輛能夠在綠燈相位開啟時，剛好到達交叉口停車線，此時由公交車輛計算得到建議行駛的最大車速如2-9所示；