[发明专利]基于车路协同的城市信号交叉口最优车速引导算法及系统

说明书

本发明公开了一种基于车路协同的城市信号交叉口最优车速引导算法及车速引导系统，其中，最优车速引导算法不包含以往研究中“不允许车辆超车、换道，所有车辆都遵循车速引导”等基本假设，通过车速引导系统的实时刷新，不断根据车辆当前位置进行计算，减少了模型的限制条件。同时考虑了实际驾驶过程中车辆转弯时车速偏低的影响，在计算中考虑了左右转车辆到达停止线前的减速过程及排队消散车辆通过停止线时速度比直行低的影响。本发明系统中完成了车速引导系统从理论模型到实物设备的设计及开发，提出了一套在当前实际条件下可行且成熟、经济的方案，可以用较为低廉的价格实现基本车路协同的功能。

技术领域

本发明涉及一种基于车路协同的城市信号交叉口最优车速引导算法及车速引导系统,属于智能交通技术领域。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，车辆的普及率也越来越高。据公安部交管局统计，截至2016年底，全国机动车保有量达2.9亿辆，其中汽车1.94亿辆；机动车驾驶人3.6亿人，其中汽车驾驶人超过3.1亿人。剧烈增加的机动车给道路交通带来了巨大的压力，由于驾驶员的驾驶行为有很大的不确定性，盲目的车速选择让本来就不宽裕的道路资源无法得到高效利用，在高峰期常常需要车主频繁启停才能通过一个红绿灯路口，浪费大量的时间和燃油，加重车辆的磨损，向大气排放更多的尾气。如何为驾驶员提供道路友好、经济安全的车速引导这一问题，至关重要。

由于车路协同概念的引入，为智能交通技术的发展打开了一扇新大门。车路协同系统能有效提高交通运输效率和道路安全水平，在电子信息技术、无线通信技术的推动下，车路协同系统可实现信息在系统内部快速、准确、有效的传输，促进车车、车路之间的信息交互。车路协同环境下，智能路侧系统可实时获知道路交通状况及交叉口信号相位信息，通过车速引导的方式使车辆合理调整车速，提升交叉口通行效率。目前车路协同技术普遍停留于研究阶段，在国内外均未实现大范围实际应用，现有的车速引导算法也不够完善。现有许多方法是将有效绿灯时间以饱和车头时距为间隔等分为N段，引导每辆进入控制范围的车辆在一段绿灯时间内到达停止线。该引导方法要求每辆车都在期望时间内到达停止线，若有一辆车出现偏差则会影响后面的车辆，致使车速引导失效。其采用的线性规划模型考虑因素较少，且不易求解。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足以及实施方案的不完善，提出城市信号交叉口最优车速引导算法，并设计了一套完整的车速引导系统，在满足各项功能需求的情况下，以较为经济的成本实现车载控制单元和路旁控制单元的开发。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种城市信号交叉口最优车速引导算法，包括如下步骤：

(1)若目标车辆满足以最高道路限速行驶可在绿灯结束前到达停止线，并且前方排队车辆能在本周期绿灯结束前消散完毕，则认为目标车辆可在本信号周期内通过交叉口，进入步骤(2)，否则引导目标车辆减速停车并等待下一周期通过交叉口，结束；

(2)若目标车辆满足以道路最高限速行驶至停止线所需时间少于前方排队车辆排队消散时间，则认为目标车辆能够与前方排队车辆以车队形式通过交叉口，若是则引导目标车辆在前方排队车辆消散完毕时到达停止线，否则引导目标车辆尽快通过。

进一步地，

若满足t_x+t_m≤T，则认为目标车辆以最高道路限速行驶可在绿灯结束前到达停止线；若满足t_q+h_s≤T_g，则认为目标车辆前方排队车辆能在本周期绿灯结束前消散完毕；其中，T为一个信号周期时长，t_x为当前时刻距本周期开始的时长，t_m为车辆以道路最高限速通过交叉口所需时间，T_g为一个周期内绿灯相位时长，h_s为饱和车头时距，t_q为前方排队车辆消散时间；