[发明专利]高速匝道入口合流的控制方法

说明书

本发明公开了一种高速匝道入口合流的控制方法，涉及智能交通车辆运动控制技术领域，解决了高速匝道入口合流效率低且安全性不高的技术问题，其技术方案要点是通过高速匝道入口合流场景的控制区域和合流区域建立车辆运动控制方程，基于所述车辆运动控制方程构建多智能体马尔科夫决策，基于所述多智能体马尔科夫决策构建多智能体Q‑learning算法，根据所述多智能体Q‑learning算法求解车辆合流的最优轨迹，实现车辆合流。通过多智能体Q‑learning算法来求解车辆通行的最优轨迹，创新性地构造了含有能耗量、时延量以及安全量的奖励函数，使得车辆行驶时达到能耗最优、通行最优、安全驾驶。

技术领域

本公开涉及智能交通车辆运动控制技术领域，尤其涉及一种高速匝道入口合流的控制方法。

背景技术

随着我国人口和汽车保有量日益增多，交通拥堵现象也日益严重。高速匝道入口场景是城市交通中常见的交通环境，目前匝道车辆行驶安全性较低以及能耗消耗过大多是由于车辆排队现象严重造成的；匝道车辆为寻求合适间隙以并入主道而停车等待，从而造成通行效率低下。因此对高速匝道入口进行有效的合流控制将会大大提高车辆通行的效率和安全，并降低能耗。

在现有技术中，基于极小值原理的合流控制方法不能达到实时性，不利于行车安全；以动态规划控制算法为代表的优化控制方法均以数值求解为主，计算复杂度高；此外，现有研究较少同时考虑行车安全、节能、高效三个优化目标，只解决了单一问题。

发明内容

本公开提供了一种高速匝道入口合流的控制方法，其技术目的是在同时考虑行车安全、节能、高效的情况下，提高高速匝道入口合流的效率和安全性能，并降低能耗。

本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高速匝道入口合流的控制方法，包括：

步骤S1：搭建高速匝道入口合流场景，即将高速匝道入口合流场景划分为至少两个控制区域和一个合流区域；

步骤S2：基于所述控制区域和所述合流区域建立车辆运动控制方程，即以车辆i的位移p_i(t)、速度v_i(t)、加速度u_i(t)及加速度变化率j_i(t)为参数构建所述车辆运动控制方程；其中，i表示车辆的身份编号，车辆进入所述控制区域后被给予一个身份编号i，该身份编号i即表示该车辆进入所述控制区域的先后顺序，i∈n(t)∈n(2)，n(t)即表示在时刻t所述控制区域内车辆的总数，n则表示所述控制区域内的车辆总数；

步骤S3：基于所述车辆运动控制方程构建多智能体马尔科夫决策；

步骤S4：基于所述多智能体马尔科夫决策构建多智能体Q-learning算法，根据所述多智能体Q-learning算法求解车辆合流的最优轨迹，实现车辆合流；

其中，所述控制区域的交接处形成所述合流区域，所述合流区域的长度为d，d＝2×d_safe+l_v(1)；式(1)中，d_safe表示同一车道上前后车辆之间的安全距离，l_v表示单个车辆的平均长度。

本公开的有益效果在于：本公开所述的高速匝道入口合流的控制方法，通过高速匝道入口合流场景的控制区域和合流区域建立车辆运动控制方程，基于所述车辆运动控制方程构建多智能体马尔科夫决策，基于所述多智能体马尔科夫决策构建多智能体Q-learning算法，根据所述多智能体Q-learning算法求解车辆合流的最优轨迹，实现车辆合流。通过多智能体Q-learning算法来求解车辆通行的最优轨迹，创新性地构造了含有能耗量、时延量以及安全量的奖励函数，使得车辆行驶时达到能耗最优、通行最优、安全驾驶。

附图说明

图1为本公开所述方法的流程图；

图2为控制区域和合并区域的示意图；