[发明专利]一种自动驾驶进程中交叉口车道布设与信号配时方法

权利要求书

1.一种自动驾驶进程中交叉口车道布设与信号配时方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：面向自动驾驶车辆和人工驾驶车辆混行的交通流，建立交叉口车道布设准则；

步骤2：建立交叉口各相位绿灯时间的表达式；

步骤3：根据自动驾驶车辆的比例，提出车道通行能力分级确定方法，建立交通量约束；

步骤4：建立目标函数，计算交叉口进口道车道布设方案和交叉口的信号配时方案，目标函数如公式(18)所示：

maxα (18)；

所述步骤1中建立交叉口车道布设准则，包括如下步骤：

步骤11：确保交叉口每个进口方向至少设置一条左转和一条直行车道，如公式(1)～公式(3)所示：

式中，o表示交叉口进口道方向，o∈0，0＝{e，w，s，n}，其中e，w，s，n分别表示交叉口进口道东、西、南、北四个方向，j表示车道编号，j∈{1，2，…，U_o}，U_o表示交叉口进口方向o左转和直行车道数总和，为0-1二元变量，表示交叉口进口方向o第j条车道是自动驾驶车辆专用车道，表示交叉口进口方向o第j条车道不是自动驾驶车辆专用车道；为0-1二元变量，表示交叉口进口方向o第j条车道是人工驾驶车辆专用车道，表示交叉口进口方向o第j条车道不是人工驾驶车辆专用车道；为0-1二元变量，表示交叉口进口方向o第j条车道是自动驾驶车辆与人工驾驶车辆混合车道，表示交叉口进口方向o第j条车道不是自动驾驶车辆与人工驾驶车辆混合车道；为0-1二元变量，表示交叉口进口方向o第j条车道是直行车道，表示交叉口进口方向o第j条车道是左转车道；

步骤12：交叉口每个进口方向各类型车道数量总和等于该进口方向车道数总数，如公式(4)所示：

步骤13：交叉口每个进口方向的车辆总数守恒，如公式(5)所示：

式中，表示在交叉口采集的交叉口进口方向o流向h类型y的车辆数量；α表示增大系数变量；h∈H，H＝{d，f}，其中d，f分别表示直行流向和左转流向，y表示车辆类型，y∈Y，Y＝{a，r}，其中a，r分别表示自动驾驶车辆和人工驾驶车辆，表示交叉口进口方向o第j条车道上流向h类型y的车流量；

步骤14：确保车辆类型和车道功能相匹配，直行车辆只能在直行车道上行驶，左转车辆只能在左转车道上行驶，自动驾驶车辆只能在自动驾驶专用车道或自动驾驶车辆与人工驾驶车辆混合车道上行驶，人工驾驶车辆只能在人工驾驶专用车道或自动驾驶车辆与人工驾驶车辆混合车道上行驶，如公式(6)～公式(9)所示：

式中，表示交叉口进口方向o第j条车道上的直行流向类型y的车流量，表示交叉口进口方向o第j条车道上的左转流向类型y的车流量，表示交叉口进口方向o第j条车道上的流向h的人工驾驶车辆的车流量，表示交叉口进口方向o第j条车道上的流向h的自动驾驶车辆的车流量，N＝500000，单位为辆/小时；

步骤2中所述的建立交叉口各相位绿灯时间的表达式，包括如下步骤：

步骤21：将交叉口信号周期分为放行东西流向车流和南北流向车流的两个绿灯时间，如公式(10)所示：

T＝T₁+T₂ (10)

式中，T表示在交叉口信号周期，T₁表示放行东西流向车流的绿灯时间，T₂表示放行南北流向车流的绿灯时间，T的取值范围为T_min≤T≤T_max，其中，T_min表示交叉口信号周期最小取值，T_max表示交叉口信号周期最大取值，其中T_min＝60、T_max＝300，单位均为秒；

步骤22：将放行东西流向车流的绿灯时间分为放行东方向左转和西方向直行流向的两个绿灯时间，如公式(11)所示：

式中，表示交叉口东方向左转流向绿灯放行时间，表示交叉口西方向直行流向绿灯放行时间；

步骤23：将放行东西流向车流的绿灯时间分为放行东方向直行和西方向左转流向的两个绿灯时间，如公式(12)所示：

式中，表示交叉口东方向直行流向绿灯放行时间，表示交叉口西方向左转流向绿灯放行时间；

步骤24：将放行东西流向车流的绿灯时间分为放行南方向左转和北方向直行流向的两个绿灯时间，如公式(13)所示：

式中，表示交叉口南方向左转流向绿灯放行时间，表示交叉口北方向直行流向绿灯放行时间；

步骤25：将放行东西流向车流的绿灯时间分为放行南方向直行和北方向左转流向的两个绿灯时间，如公式(14)所示：

式中，表示交叉口南方向直行流向绿灯放行时间，表示交叉口北方向左转流向绿灯放行时间；

所述步骤3中根据自动驾驶车辆的比例，提出车道通行能力分级确定方法，建立交通量约束，包括如下步骤：

步骤31：确定每条车道中自动驾驶车辆所占比例，如公式(15)所示

式中，表示交叉口进口方向o第j条车道交通流中的自动驾驶车辆比例，表示交叉口进口方向o第j条车道上的流向h的自动驾驶车辆的车流量，表示交叉口进口方向o第j条车道上的流向h类型y的车流量；

步骤32：根据自动驾驶车辆的比例，将车道通行能力分为n级，进口方向o第j条车道的第k级通行能力为当大于等于小于时，确定该车道通行能力为如公式(16)所示：

式中，表示交叉口进口方向o直行流向绿灯放行时间，表示交叉口进口方向o左转流向绿灯放行时间；

步骤33：建立交通量约束，即交叉口各进口方向各条车道上的交通量不能超过该车道通行能力，如式(17)所示：

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶进程中交叉口车道布设与信号配时方法，其特征在于，所述步骤4根据交叉口总通行交通量最大的目标，即通过计算α的最大值建立目标函数maxα，目标函数通过结合式(1)～式(17)，获得交叉口进口道车道布设方案和交叉口的信号配时方案。