[发明专利]一种最佳进口车道选择的自动驾驶交叉口交通控制方法

权利要求书

1.一种最佳进口车道选择的自动驾驶交叉口交通控制方法，其特征在于，所述步骤如下：

步骤1：采集交叉口各进口道、出口道的车道数量并进行编号；建立直角坐标系，将交叉口划分为若干网格，并对网格进行编号；采集车辆进口方向、出口方向、当前所在进口车道编号以及到达交叉口的预计时刻；输入交叉口内部行车轨迹的参数方程以及行车轨迹进入网格的位置点和离开网格的位置点；

步骤2：使用反正切函数，计算交叉口内部的非直线型行车轨迹；使用速度与位移公式，计算交叉口内部的直线型行车轨迹；

步骤3：避免车辆在交叉口内部网格的冲突，计算车辆选择不同进口车道的潜在换道次数，使用换道惩罚项，以加权总延误最小为目标函数，对到达交叉口的所有自动驾驶车辆进行交通控制；

所述步骤2中计算交叉口内部行车轨迹包括如下步骤：

根据轨迹形状的不同，行车轨迹的计算分为三类：

交叉口内部行车轨迹为非直线型时，使用反正切函数，行车轨迹进入网格的时刻和离开网格的时刻，分别由公式(1)和公式(2)计算：

其中，集合P表示交叉口内部所有行车轨迹，ρ表示交叉口内部一条行车轨迹，ρ∈P；集合F表示交叉口内部所有网格，f_c表示一个网格，f_c∈F；行车轨迹ρ进入网格f_c的位置点为行车轨迹ρ离开网格f_c的位置点为行车轨迹ρ的参考点为当行车轨迹为非直线型，参考点为行车轨迹的圆心，当行车轨迹为直线型，参考点为行车轨迹与该行车轨迹的进口车道停车线的交点，行车轨迹ρ的半径为sρ；表示行车轨迹ρ进入网格f_c的时刻，表示行车轨迹ρ离开网格f_c的时刻；ω表示车身长度，单位为米，V表示车辆的速度，单位为米/秒；

交叉口内部行车轨迹为直线型，且直线平行于所建直角坐标系的y轴时，使用速度与位移公式，行车轨迹进入网格的时刻和离开网格时刻，分别由公式(3)和公式(4)计算：

交叉口内部行车轨迹为直线型，且直线平行于所建直角坐标系的x轴时，使用速度与位移公式，行车轨迹进入网格的时刻离开网格的时刻，分别由公式(5)和公式(6)计算：

所述步骤3包括如下步骤：

步骤31：建立车辆在交叉口内部网格的冲突分离约束条件；车辆有且只能选择一条进口车道，由公式(7)计算；车辆通过交叉口的最佳进口车道编号由公式(8)计算；车辆实际行车轨迹编号由公式(9)计算；车辆是否占用网格由公式(10)计算；车辆的最佳驶入交叉口时刻不早于车辆到达交叉口的预计时刻，由公式(11)计算；车辆驶入网格的时刻和驶离网格的时刻，分别由公式(12)和公式(13)计算；同一行车轨迹上的两台车辆，两台车辆不同时驶入交叉口，由公式(14)-(16)计算；对任意两两车辆组合进行冲突分离，由公式(17)-(19)计算：

其中，M为大正数，表示进口方向为a且进口车道编号为l的行车轨迹编号；B_n表示车辆n通过交叉口的最佳进口车道编号，ρ_n表示车辆n通过交叉口的实际行车轨迹编号；表示车辆n最佳驶入交叉口的时刻，表示车辆n到达交叉口的预计时刻；表示车辆n驶入网格f_c的时刻，表示车辆n驶离网格f_c的时刻；均为0-1变量；车辆n从进口方向a通过交叉口时，车辆n未从进口方向a通过交叉口时，车辆n从编号为l的进口车道通过交叉口时，车辆n未从编号为l的进口车道通过交叉口时，车辆n占用网格f_c时，车辆n未占用网格f_c时，车辆n在轨迹ρ上行驶时，车辆n不在轨迹ρ上行驶时，车辆n优先车辆m驶入交叉口时，车辆m优先车辆n驶入交叉口时，车辆n驶入网格f_c的时刻不早于车辆m驶离网格f_c的时刻时，车辆m驶入网格f_c的时刻不早于车辆n驶离网格f_c的时刻时，

步骤32：车辆的换道次数，由公式(20)计算；车辆的停车延误，由公式(21)计算：

其中，集合N表示到达交叉口所有自动驾驶车辆，n表示一辆自动驾驶车辆，n∈N；b_n表示车辆n当前所在进口车道编号，B_n表示车辆n通过交叉口的最佳进口车道编号；表示车辆n最佳驶入交叉口的时刻，表示车辆n到达交叉口的预计时刻；k_n表示车辆n的换道次数，d_n表示车辆n的停车延误；

步骤33：添加权重因子，车辆的加权延误，由公式(22)计算：

其中，α表示权重因子；D_n表示车辆n的加权延误；

步骤34：以到达交叉口所有自动驾驶车辆的加权总延误为目标函数，对交叉口所有自动驾驶车辆进行交通控制，计算每台车辆通过交叉口的最佳进口车道和最佳驶入交叉口时刻，由公式(23)计算：

min∑_n∈N(1-α)d_n+α|b_n-B_n| (23)

公式(23)同时考虑车辆延误和车辆在交叉口进口道换道的负面影响，将换道延误影响量化处理，对车辆实际所在车道和优化后目标车道的相对差值加权，以交叉口所有车辆的加权延误最小，其中α表示权重，d_n表示车辆n的停车延误。