[发明专利]一种基于T字型交叉口车辆控制系统的通行效率控制方法

权利要求书

1.一种基于T字型交叉口车辆控制系统的通行效率控制方法，其特征在于，

所述T字型交叉口车辆控制系统包括:多个车辆采集模块、后台控制中心；

所述后台控制中心与所述的多个车辆采集模块通过无线方式依次连接；

所述车辆采集模块由RFID模块、定位模块、速度传感器、激光测距模块、微处理器、底盘域控制器、中控显示屏、无线通信模块构成；

所述微处理器分别与所述的RFID模块、定位模块、速度传感器、激光测距模块、底盘域控制器、中控显示屏、无线通信模块通过有线方式依次连接；所述无线通信模块与所述后台控制中心通过无线方式连接；

所述底盘域控制器安装在智能网联车辆上，用于控制智能网联车辆的加减速；

所述中控显示屏安装在传统车辆上，用于向传统车辆的驾驶员传达加减速信息；

所述车辆采集模块放置于车辆上；

所述RFID模块用于识别车辆属性并传输至所述微处理器；

所述定位模块用于采集车辆位置并传输至所述微处理器；

所述速度传感器用于采集车辆速度并传输至所述微处理器；

所述激光测距模块用于采集前车间距并传输至所述微处理器；

所述底盘域控制器安装在智能网联车上，用于控制智能网联车辆的加减速；

所述微处理器将车辆属性、车辆位置、车辆速度、前车距离通过所述无线通信模块无线传输至所述后台控制中心；

所述通行效率控制方法，包括以下步骤：

步骤1：后台控制中心通过多个车辆的车辆位置、多个车辆的车辆速度、多个车辆的前车间距构建车辆信息矩阵，包括构建主路车辆信息矩阵以及支路车辆信息矩阵；

步骤2：后台控制中心通过步骤1整合的车辆信息矩阵建立线性规划模型；

步骤3：后台控制中心在主路和支路两个方向的预计到达时间不满足步骤2所述的约束条件时,进一步分析车辆的预计到达冲突区的时间并生成调速方案；

步骤4：后台控制中心通过无线通信模块将调速方案传输至处于交叉口控制区的每一辆车，智能网联车辆接收调速方案后由所述底盘域控制器控制车辆加减速，传统车辆在接收调速方案后将方案显示在中控显示屏上，由驾驶人完成车辆加减速；

步骤1所述主路车辆信息矩阵为：

其中：所述车辆信息用矩阵第一行为车辆按当前车速行驶至冲突区域的预计达到时间，t_1i表示第i辆车的预计到达冲突区域的时间，s，且

所述车辆信息用矩阵第二行为车辆的属性，a_2i的取值为0或1，如果a_2i＝0，该车的属性为传统车辆，若a_2i＝1，该车的属性为智能网联车辆；所述车辆信息用矩阵第三行为车辆i的位置信息，x_3i表示车辆i前述采集的车辆距离冲突点的位置；所述车辆信息用矩阵第四行为车辆i与前车的间距信息，d_4i表示车辆i的前车间距；所述车辆信息用矩阵第五行为车辆i的车辆速度，v_5i表示车辆i的车辆速度；n表示处于主路该区域的车辆数；

步骤1所述支路车辆信息矩阵如下：

其中：所述车辆信息用矩阵第一行为车辆按当前车速行驶至冲突区域的预计达到时间，t₁'_j表示第j辆车的预计到达冲突区域的时间，s，且

所述车辆信息用矩阵第二行为车辆的属性，a'_2j的取值为0或1，如果a'_2j＝0，该车的属性为传统车辆，若a'_2j＝1，该车的属性为智能网联车辆；所述车辆信息用矩阵第三行为车辆j的位置信息，x'_3j表示车辆j前述采集的车辆距离冲突点的位置，m；所述车辆信息用矩阵第四行为车辆j与前车的间距信息，d'_4j表示车辆j的前车间距，所述车辆信息用矩阵第五行为车辆j的车辆速度，v'_5j表示车辆j的车辆速度，m表示支路方向上交叉口控制区域内的车辆数目；

步骤2所述线性规划模型包括：目标函数、约束条件、可加速条件；

所述目标函数具体如下：

使主路和支路两个方向的车辆以最短时间到达冲突区域，所以可以建立目标函数：

所述约束条件具体如下：

对于同一方向的车辆而言，为了保证同向行驶的车辆不会发生追尾，前车到达冲突区域的预计时间应大于跟随车到达冲突区域的预计时间，即：

A_1,i≥A_1,i+1+δ,1≤i≤n

B_1,j≥B_1,j+1+δ,1≤j≤m

其中：δ表示时间阈值；

对于不同方向的车辆而言，为了使得主路和支路两个方向的车辆之间不会产生冲突，主路和支路两个方向的车辆到达冲突区域的预计时间应存在时间差，即：

|A_1,i-B_1,j|≥ε,1≤i≤n,1≤j≤m

其中：ε表示主路和支路两个方向车辆到达冲突区的时间阈值；

所述可加速条件由基于制动的安全距离模型、Gipps安全距离模型构成；

处于交叉口控制区域的智能网联车辆进行调速时需要确认本车与前车的间距是否大于安全距离，如果本车与前车的间距大于安全距离，则认为本车前方存在可加速条件，此时本车按Gipps安全距离模型进行车辆跟驰

所述基于制动的安全距离模型具体如下：

其中：G_safe表示本车与前车运行时所需的安全间距；x_n+1表示前车的位置、x_n表示本车的位置；l表示车辆的长度，取5.5m；d_min表示车辆完全停止时的车辆间距，取2m；v_n+1表示前车的速度、v_n表示本车的速度；b_n表示车辆能够达到的最大减速度，τ表示驾驶员的反应时间；

所述Gipps安全距离模型具体如下：

g＝x_n+1-x_n-l-d_min；

步骤3所述主路和支路两个方向的预计到达时间不满足步骤2所述的约束条件，具体为：

|A_1,i-B_1,j|＜ε,1≤i≤n,1≤j≤m

步骤3所述进一步分析车辆的预计到达冲突区的时间并生成调速方案为：

若主路车辆的预计到达冲突区的时间小于支路车辆的预计到达冲突区的时间，即步骤1所述t_1i＜t₁'_j：

如果主路和支路两个方向上的车辆均为传统车辆，即步骤1所述a_2i＝0,a'_2j＝0；由于主路车辆先到达冲突区域，支路车辆后到达冲突区域，为了使车辆能安全通过冲突区域，主路方向车辆保持匀速行驶，而支路方向车辆采取制动措施；

如果主路和支路两个方向的车辆中其中一辆为智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝0或a_2i＝0,a'_2j＝1；当主路方向的车辆为智能网联车辆，对该车进行速度调整，如果该车前方存在可加速条件，则该车采取加速措施，否则，该车采取减速措施，而支路的传统车辆保持当前速度行驶；当支路方向车辆为智能网联车辆时，支路车辆采取减速措施，主路方向的智能网联车辆保持匀速行驶；

如果主路和支路两个方向的车辆均为智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝1；判断主路车辆前方是否存在可加速条件，若存在步骤2所述可加速条件，则主路方向的车辆加速行驶，支路方向的车辆保持匀速行驶；若不存在，则主路方向的车辆保持当前状态行驶，支路方向的车辆减速行驶；

若主路车辆的预计到达冲突区域的时间等于支路车辆的预计到达冲突区域的时间，即步骤1所述t_1i＝t’_1j：

如果主路与支路方向的车辆均为传统车辆，即步骤1所述a_2i＝0,a'_2j＝0；由于主路车辆在无信号控制交叉口具有优先通行权，所以，主路方向的车辆保持匀速行驶，而支路方向的传统车辆采取制动；

如果主路与支路方向的车辆中存在一辆智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝0或a_2i＝0,a'_2j＝1；判断智能网联车辆所在方向是否存在步骤2所述可加速条件，如果存在，则智能网联车辆加速，否则，智能网联车辆减速行驶；

如果主路与支路方向的车辆中均为智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝1；判断主路和支路两个方向是否存在步骤2所述可加速条件，若主路和支路两个方向都存在步骤2所述可加速条件，那么主路车辆加速行驶，支路车辆匀速行驶，若只有其中一个方向存在步骤2所述可加速条件，则存在步骤2所述可加速条件的一个方向采取加速措施，另一个方向保持匀速行驶；若主路和支路两个方向均不存在步骤2所述可加速条件，则支路方向的车辆减速行驶，主路方向的车辆保持匀速行驶；

若主路车辆的预估到达时间大于支路车辆的预计到达冲突区域的时间，即步骤1所述t_1i＞t’_1j：

如果主路与支路方向的车辆均为传统车辆，即步骤1所述a_2i＝0,a'_2j＝0；主路车辆减速行驶，支路车辆保持匀速行驶；

如果主路与支路方向的车辆中存在一辆智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝0或a_2i＝0,a'_2j＝1；如果智能网联车辆在主路方向，则智能网联车辆减速行驶，支路方向的传统车辆保持匀速行驶；如果智能网联车辆在支路方向，如果车辆前方存在步骤2所述可加速条件，支路方向的智能网联车辆加速行驶，如果不存在，则减速行驶；

如果主路与支路方向的车辆中均为智能网联车辆，即步骤1所述a_2i＝1,a'_2j＝1；进一步判断支路方向车辆的前方是否存在步骤2所述可加速条件，如果存在，则支路方向的智能网联车辆加速行驶，主路方向的车辆保持匀速行驶；如果不存在，则主路方向的智能网联车辆减速行驶，支路方向的车辆保持匀速行驶。