[發明專利]網聯環境下信號交叉口車輛右轉的安全轉角控制方法及應用有效
| 申請號： | 202210938527.3 | 申請日： | 2022-08-05 |
| 公開（公告）號： | CN115294782B | 公開（公告）日： | 2023-05-02 |
| 發明（設計）人： | 張衛華;韋絲平;馮忠祥;王昌勝;丁恒;柏海艦;汪春;程澤陽;劉嘉茗 | 申請（專利權）人： | 合肥工業大學 |
| 主分類號： | G08G1/08 | 分類號： | G08G1/08;G08G1/16 |
| 代理公司： | 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101 | 代理人： | 陸麗莉;何梅生 |
| 地址： | 230009 安*** | 國省代碼： | 安徽;34 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 環境 信號 交叉口 車輛 右轉 安全 轉角 控制 方法 應用 | ||
1.一種網聯環境下信號交叉口車輛右轉的安全轉角控制方法，所述網聯環境為道路上所有車輛均是網聯自動駕駛車輛；所述信號交叉口設置有四相位的交通信號燈，用于控制四個方向上車道的車流量，四個方向上車道通過機非分隔線劃分為機動車道和非機動車道，且四個方向上的機動車道通過中央分隔帶劃分為進口道和出口道；相鄰方向之間機動車道的右轉彎口外側設置有右轉警示區；假設網聯車輛car在當前第j個進口道的停車線上，并按順時針方向對其余進口道依次編號為j-1、j-2與j+1；令與所述當前第j個進口道相鄰的出口道序號為i，并按順時針方向對其余出口道依次編號為i-1、i-2與i+1；令所述當前第j個進口道上的右轉車道數量為且在第T個信號周期的第λ信號相位中，第i+1個出口道用于承載第j個進口道的右轉車流量的車道數且其特征在于，所述轉角控制方法包括以下步驟：
步驟1，以信號交叉口的中心點為原點O，以分隔第i+1個出口道與第j+1個進口道的中央分隔帶的中心線為Xi+1軸，且所述第i+1個出口道的車輛行駛方向為Xi+1軸正方向，以分隔第i個出口道與第j個進口道的中央分隔帶的中心線為Yi軸，且所述第i個出口道的車輛行駛方向為Yi軸正方向；從而建立交叉口的平面直角坐標系Xi+1OYi；
步驟2獲取信號交叉口的道路幾何信息與車輛狀態信息；
所述信號交叉口的道路幾何信息包括：所述當前第j個進口道上的停車線到Xi+1軸的距離disj、第j+1個進口道的停車線到Yi軸的距離lenj+1、當前第j個進口道上的左轉、直行與右轉的車道數量與當前第j個進口道上的任意一條左轉、直行與右轉的車道寬度當前第j個進口道上的中央分隔帶寬度當前第j個進口道的網聯車輛右轉進入第i+1個出口道的道路橫坡hj與路緣石半徑當前第j個進口道外側的非機動車道寬度當前第i+1個出口道外側的非機動車道寬度當前第i+1個出口道的車道數量當前第i+1個出口道的任意一條車道寬度以及中央分隔帶寬度當前第j個進口道外側的機非分隔線垂直于當前第j個進口道停車線的交點當前第i+1個出口道外側的機非分隔線垂直于第j+1進口道停車線的延長線的交點
所述車輛狀態信息包括：當前第j個進口道上到達停車線的網聯車輛car的后輪間距中心點E的坐標網聯車輛car從第j個進口道右轉進入第i+1個出口道的實際右轉速度Vcar、網聯車輛car在轉彎處側翻的最大臨界橫向力Fcar、網聯車輛car的質量Mcar，網聯車輛car的車輛輪間距d，網聯車輛car的軸距L；
步驟3在所述平面直角坐標系Xi+1OYi下，計算當前第j個進口道的網聯車輛car右轉進入第i+1個出口道的內后輪的軌跡與外前輪的軌跡；
步驟3.1將網聯車輛car的外后輪C和內后輪D連線的延長線記為LineC,D，將垂直于網聯車輛car的內前輪B的軌跡方向的垂線與所述延長線LineC,D的交點作為網聯車輛car的轉彎圓心o，利用式(1)和式(2)分別計算網聯車輛car以勻速圓周運動進行右轉時的內后輪D的轉彎半徑rD與外前輪A的轉彎半徑rA，從而利用式(3)計算圓心o的坐標(xo,yo)；
式(1)-式(3)中，R表示網聯車輛car的后輪間距中心點E到圓心o的距離，ψf為網聯車輛car的內前輪B的轉角，θ為網聯車輛car的航向角，且取值為0°～90°；
步驟3.2利用式(4)-式(6)計算網聯車輛car在右轉時內后輪的軌跡與外前輪的軌跡：
式(4)-式(6)中，ψq為網聯車輛car的外前輪A的轉角；
步驟4記當前第j個進口道的網聯車輛car右轉進入第i+1個出口道的右轉警示區的外緣線為Linej,i+1，記所述外緣線Linej,i+1的轉彎半徑為Rj,i+1、所述外緣線Linej,i+1的圓心H的實際坐標為利用式(7)計算右轉警示區的外緣線Linej,i+1的轉彎半徑Rj,i+1，利用式(8)計算圓心坐標H的兩個預估計坐標若則令否則，令從而利用式(9)計算右轉警示區的外緣線Linej,i+1的軌跡；
式(9)中，為右轉警示區的外緣線Linej,i+1上任意一點k的坐標；
步驟5獲取在第T個信號周期的第λ信號相位中，除當前第j個進口道的右轉車流量外，進入第i+1個出口道的車流量并獲取當前第i+1個出口道的任意一條車道的飽和流量
步驟6通過式(10)計算在第T個信號周期的第λ信號相位中第i+1個出口道用于承載第j個進口道的右轉流量的車道數若則表示滿足網聯車輛car的右轉需求，并執行步驟7；否則，表示不滿足網聯車輛car的右轉需求，并結束流程；
式(10)中，為向上取整函數；
步驟7計算網聯車輛car的內前輪B的安全轉角ψsafe；
步驟7.1在所述平面直角坐標系Xi+1OYi下，記當前第j個進口道分隔右轉車道與其它轉向車道的車道線的延長線為記當前第j個進口道外側機非分隔線的延長線為記當前第j個進口道停車線向Yi軸正方向平移距離L所得的直線為在第T個信號周期的第λ信號相位中，記第i+1個出口道承載第j個進口道的右轉流量的車道為記第i+1個出口道承載其它進口道的車流量的車道為記分隔車道與車道的車道線的延長線為記第i+1個出口道外側機非分隔線的延長線為記第j+1個進口道停車線的延長線向Xi+1軸正方向平移距離L所得的直線為
記延長線延長線直線與延長線所圍成的封閉面積為右轉第一行駛區域記延長線直線延長線與延長線所圍成的封閉面積為右轉第二行駛區域延長線延長線與右轉警示外緣線Linej,i+1所圍成的封閉面積為右轉行駛第三區域記右轉第一行駛區域右轉第二行駛區域與右轉行駛第三區域之和為右轉行駛區域Zj，網聯車輛car從第j個進口道右轉進入第i+1個出口道的過程中，內后輪的軌跡與外前輪的軌跡同時在右轉行駛區域Zj內，聯立式(4)-式(6)與式(11)-式(13)計算網聯車輛car在右轉行駛區域Zj中內前輪B的轉角ψf＝[ψa,ψb]，其中，ψa與ψb分別為網聯車輛car在右轉行駛區域Zj中內前輪B的最小轉角與最大轉角，且0≤ψf≤ψmax，ψmax為車輛性能所能達到的內前輪B的最大轉角；
式(11)-式(13)中，為右轉第一行駛區域內任意一點p的坐標，為右轉第二行駛區域內任意一點q的坐標，為右轉行駛第三區域內任意一點u的坐標；
步驟7.2通過式(14)計算網聯車輛car從第j個進口道右轉進入第i+1個出口道時的安全臨界速度且通過式(15)計算內前輪B的舒適轉角ψf1＝[ψc,ψd]，其中，ψc與ψd分別為內前輪B的最小舒適轉角與最大舒適轉角，且0≤ψf1≤ψmax；
式(15)中，μ為網聯車輛car的橫向力系數，μ取值為0～0.2；
步驟7.3計算網聯車輛car的內前輪B的安全轉角ψsafe，從而使得所述網聯車輛car以安全轉角ψsafe從當前第j個進口道右轉進入第i+1個出口道；
若且ψb＜ψc，則令ψsafe＝ψb；
若且ψd＜ψa，則令ψsafe＝ψa；
若[ψa,ψb]∩[ψc,ψd]＝[ψa,ψd]，則令ψsafe＝[ψa,ψd]；
若[ψa,ψb]∩[ψc,ψd]＝[ψc,ψd]，則令ψsafe＝[ψc,ψd]；
若[ψa,ψb]∩[ψc,ψd]＝[ψa,ψb]，則令ψsafe＝[ψa,ψb]。
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