[发明专利]车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法

权利要求书

1.车路协同环境下交叉口可变导向车道功能变换方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取交通参数数据：

车路协同环境下可实时获取各交通参数，包括车流量、车辆速度、车辆位置、车辆加速度及车辆预期行驶方向；

2)计算各转向饱和度：其中q_i-i转向车流的单车道车流量，单位为当量交通/小时；CAP_i-i转向车流的通过能力，单位为当量交通量/小时；

3)根据左转及直行车流饱和度确定不同的策略：

美国的《通行能力手册》将道路的服务水平根据饱和度指标的不同分为六级，我国则根据饱和度值将道路拥挤程度、服务水平分为以下四级：(一)一级服务水平：道路交通顺畅、服务水平好，饱和度介于0-0.6之间；(二)二级服务水平：道路稍有拥堵、服务水平较高，饱和度介于0.6-0.8之间；(三)三级服务水平：道路拥堵、服务水平较差，饱和度介于0.8-1.0之间；(四)四级服务水平：道路严重拥堵、服务水平极差，饱和度大于1.0；基于我国从道路饱和度的分类出发，选取饱和度为0.8作为一个分界线，当车道饱和度低于0.8时，认为车道顺畅，当饱和度高于0.8时，认为车道拥堵；因此针对某交叉口，当左转、直行车流饱和度均小于0.8时，仅对车辆进行普通速度诱导；当直行车流饱和度小于0.8而左转车流饱和度大于0.8时，对直行车辆进行普通速度诱导而对左转车辆进行适用于高饱和度的速度诱导，同时调整信号配时以降低左转车流饱和度，若经过速度诱导和信号配时优化后左转及直行车流饱和度均小于0.8，则不改变可变车道，否则改变可变导向车道功能；当左转、直行车流饱和度均大于0.8时，仅对车辆进行适用于高饱和度的速度诱导；

4)普通车速诱导：

当车辆到达交叉口区域时信号为绿灯时，目标为使车辆在当前绿灯相位期间通过交叉口，假设车辆初始速度为v₀，车辆距离交叉口距离为L₀时开始进行速度诱导，车辆需加速至v₁才能在绿灯结束前通过交叉口，设车辆加速度为a_加，则车辆加速时间为：

车辆匀速时间为：

若t_g剩≥t_加+t_匀且v₁≤v_max，

式中：t_g剩—绿灯剩余时间；

v_max—车辆行驶最大限速；

则车辆加速行驶至交叉口，否则车辆以v₀匀速行驶；

当车辆到达交叉口区域时信号为红灯时，若车辆以v₀匀速行驶可在下一绿灯相位结束前通过交叉口，即：

式中：t_r剩—红灯剩余时间；

t_g—当前相位绿灯时间；

则车辆以v₀匀速行驶通过交叉口；

当车辆到达交叉口区域时信号为红灯时，若车辆以v₀匀速行驶无法在下一绿灯相位结束前通过交叉口，车辆需加速至v₁才能在绿灯结束前通过交叉口，则车辆加速时间为：

车辆匀速时间为：

若t_r剩+t_g≥t_加+t_匀且v₁≤v_max，

则车辆加速行驶至交叉口，否则车辆以v₀匀速行驶；

5)适用于高饱和度的速度诱导

将本车流绿灯相位按照车路协同环境下可实现的最小车头时距均等分配给每一辆车，保证车辆在分配的绿灯时间内通过交叉口；

假设车辆初始速度为v₀，本车流绿灯相位能分配的最后一辆车距交叉口距离为L'，车辆需加速至v₁才能在绿灯结束前通过交叉口，设车辆加速度为a_加，以最后一辆车为例：

车辆加速时间为：

车辆匀速时间为：

若t_r剩+t_g-t_g剩＝t_加+t_匀且v₁≤v_max，

则车辆加速行驶至交叉口，否则车辆以v₀匀速行驶；

6)信号配时优化：

考虑变周期情况，从绿灯时长出发，分别考虑每一相位绿灯时长，最后四个绿灯相位绿灯时长之和加损失时间即为周期，且周期需介于最大最小周期之间，饱和度高的车流相位绿灯时长包括初始绿灯时长+绿灯延长时间，这里的初始绿灯时长就是不优化信号时的绿灯时长，绿灯延长时长的目标为L₀区间最后一辆车在绿灯内通过，其它车流绿灯时长同理，只是绿灯延迟时长这一项可以为负值；

设L₀区间最后一辆车加速时间为t_加，匀速时间为t_匀，则

t_g延＝t_加+t_匀-t_r剩-t_g (8)

式中：t_g延—绿灯延长时间；

式中：t_g—绿灯时长；

且绿灯时长需介于最大最小绿灯时长之间，即：

t_gmin≤t_g+t_g延≤t_gmax (9)

7)判断是否变换车道属性：

当左转、直行车流饱和度均小于0.8时，仅对车辆进行普通速度诱导，不调整信号配时，不变换车道功能；

当直行车流饱和度小于0.8而左转车流饱和度大于0.8时，对直行车辆进行普通速度诱导而对左转车辆进行适用于高饱和度的速度诱导，同时调整信号配时以降低左转车流饱和度，若经过速度诱导和信号配时优化后左转及直行车流饱和度均小于0.8，则不改变可变车道，否则改变可变导向车道功能；

当左转、直行车流饱和度均大于0.8时，仅对车辆进行适用于高饱和度的速度诱导，不调整信号配时，不变换车道功能。