[发明专利]一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统

权利要求书

1.一种车路协同环境下基于GPS的动态超车轨迹规划系统，其特征在于：包括设置于车辆中的车载终端、车载定位模块，以及设置在路侧的路侧设备，其中：

路侧设备包括中央计算模块，以及连接中央计算模块的接收模块、发送模块和存储模块；

车载终端包括车载导航，以及连接车载导航的接收模块、发送模块和显示模块；

车载定位模块包括相互连接的GPS传感器和发送模块；

所述车载终端中，车载导航通过连接的发送模块将车辆安全行驶所需的车道信息和系统启动指令向路侧设备发送；同时车载定位模块中，GPS传感器获取车辆的位置、速度、加速度信息数据后通过连接的发送模块向路侧设备发送；

路侧设备中的中央计算模块设置有动态超车轨迹规划算法程序，中央计算模块通过连接的接收模块接收车载终端发出的系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息，以及接收车载定位模块发出的车辆位置、速度、加速度信息数据，并由中央计算模块将系统启动指令、车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据存储在存储模块中，中央计算模块中的动态超车轨迹规划算法程序从存储模块读取系统启动指令后，再从存储模块中读取车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据，最终由动态超车轨迹规划算法程序根据车辆安全行驶所需的车道信息、车辆位置、速度、加速度信息数据计算获得最佳超车轨迹方案信息，中央计算模块将最佳超车轨迹方案信息通过连接的发送模块向车载终端发送；

车载终端的车载导航通过连接的接收模块，接收路侧设备发出的超车轨迹方案，并由车载导航将超车轨迹方案送入显示模块进行显示；

车载终端中的车载导航将最佳超车轨迹方案信息转换为动态图像数据和语音数据，车载终端通过显示模块显示相应的动态图像以及播放相应的语音提示；

所述动态超车轨迹规划算法程序的工作流程如下：

(1)超车优先级包含在系统启动指令内，系统启动后，首先根据车辆超车优先级顺序生成引导方案，即优先级高的超车车辆优先生成最佳超车轨迹方案信息，其中车辆的优先级可根据需要预先设定；

(2)划分车辆优先级：设超车车辆为B_i，超车车辆优先级为p(B_i)，超车车辆优先级p(B_i)与超车数量Q_i、超车距离s_i、允许超车空间m_i有关，i＝1、2、3……，其中超车车辆优先级p(B_i)与超车数量Q_i、超车距离s_i成反比，与允许超车空间m_i成正比，即p(B_i)＝F(Q_i,s_i,m_i)，对于每次可能变道的位置，称为一个可能变道点；其中，F(Q_i,s_i,m_i)为关于超车数量Q_i、超车距离s_i与允许超车空间m_i的超车概率分布函数，根据概率分布函数的大小确定车辆优先级；

(3)确定超车数量Q_i：根据所述车载定位模块获得车辆的位置，路侧设备根据所接收的车载定位模块信息的数量，得到超车车辆B_i所需要超过的车辆数量，即超车数量Q_i；

(4)确定超车距离s_i：设被超越车辆为A，当超车车辆B_i仅超越单个被超越车辆A时，超车距离s_i的计算公式为：

当超车车辆B_i超越多个被超越车辆A时，超车距离s_i的计算公式为：

公式(1)、(2)中，s₁为超车车辆B_i加速换道行驶距离；s₂为超车车辆B_i匀速并道行驶距离；h_A、h_B分别为车辆间跟驰安全间距；h_i为第i个车辆空隙的安全车距；l_A、l_B分别为超车车辆B_i和被超越车辆A的车身长度；l_i为第i车辆的车身长度；为超车车辆B_i换道开始时的初始速度，a为超车车辆B_i的加速度，超车车辆B_i的超车速度v_A为被超越车辆A的车速，假设该车辆车速不变；

(5)确定允许超车空间m_i：通过GPS定位系统获取超车车辆周围动态信息，经过分析处理，得到允许超车空间m_i；

(6)根据步骤(3)、(4)、(5)所得的超车数量Q_i、超车距离s_i与允许超车空间m_i，通过步骤(2)判断所有超车车辆的优先级p(B_i)，优先级高的车辆优先生成超车轨迹；当超车条件m_i＞s_i满足时，将该可能变道点标示为1，不满足时，将节点标示为0，所有标示为1的可能变道点相连接即为最佳超车轨迹。