[发明专利]一种考虑节能减排的自动驾驶车辆速度控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑节能减排的自动驾驶车辆速度控制方法，针对自动驾驶环境下的路段和交叉口，首先采集交叉口的信息、路段上车辆的信息，确定交叉口内部路径方程、计算路径上冲突点的坐标等信息；自动驾驶车辆以先到先服务的规则进入交叉口，车辆进入交叉口后计算经过路径上每个冲突点的时刻，在下一辆车进入交叉口之前，根据路径上冲突点的时刻计算下一辆车理论进入交叉口的时刻；根据理论进入时刻和车辆当前所在位置优化该车辆在路段上的行驶速度，以进入交叉口的速度最大及油耗、排放最小加权为目标函数，建立车速计算模型。本发明方法主要通过优化路段上车速以降低车辆油耗、排放，以达到节能减排的目的。

技术领域

本发明属于智能交通控制领域，涉及自动驾驶车辆速度控制技术领域，更具体地说，涉及一种考虑节能减排的自动驾驶车辆速度控制方法。

背景技术

交通是能源消费和碳排放的大户，全球碳排放数据显示，2020年中国道路交通碳排放约占全球道路交通碳排放总量的四分之一，且随着经济发展水平提高，交通占能源消费的比例越来越大。交通领域节能减排的责任更加重大，任务也更加艰巨。但快速发展的智能网联汽车技术、自动驾驶等技术，为智能高效的交通创造条件，智能高效的交通有利于降低碳排放。

自动驾驶技术快速发展，如2021年4月，配备华为自动驾驶技术的汽车，在上海进行公开试乘，测试车辆的行驶情况较为平稳，在城区多种复杂场景下能实现无干预自动驾驶。相信在不远的将来，自动驾驶技术会得到普遍的应用。因此，在自动驾驶环境下，如何通过优化车辆的行驶轨迹、通过引导和调整车速，降低车辆能耗和排放，是当前需要考虑解决的问题。

现有针对车速引导的研究中，多集中在公交优先方面，如同济大学马万经等利用车路协同环境下公交车与信号机双向通信的特点，提出了公交车速与信号控制方案的协同优化方法，从而有效降低公交延误；在考虑普通车辆速度引导的研究中，大多通过车速和信号配时协同优化，以提高交叉口的通行效率，如吴伟等则从饱和交通流与非饱和交通流的运行特性出发，考虑实时流量与排队清空时间，建立车辆速度与相位差动态优化模型，实现了不停顿通过交叉口的流量最大化及延误最小化。

现有较多研究已经证明，全自动驾驶环境下无信号控制交叉口，车辆相互通信穿插通行比信号控制更高效，但在全自动驾驶环境下，针对提高交通安全和效率的研究较多，大多数研究以路段或交叉口的通行能力最大、延误最小等为目标，较少直接考虑车辆排放能源消耗等问题。因此本发明以能耗最小为目标，优化自动驾驶车辆在路段上的行驶速度，使得车辆在路段上尽可能不停车通过交叉口，车辆以先到先服务规则依次进入交叉口，根据前车的行驶轨迹和交叉口通行方案计算车辆最佳的行驶速度。

发明内容

技术问题：针对现有自动驾驶车辆控制中较少考虑节能减排研究的不足，本发明的目的是提供一种考虑节能减排的自动驾驶车辆速度控制方法，以能耗和延误加权最低为优化目标，对路段上的自动驾驶车辆车速进行优化，为每辆车计算最佳的行驶方案，尽可能实现节能减排效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种考虑节能减排的自动驾驶车辆速度控制方法，包括如下步骤：

步骤1：采集交叉口的信息、车辆信息，确定车辆在交叉口内部的通行路径方程，通过计算路径间冲突点坐标确定冲突点位置，计算冲突点间的距离；

步骤2：根据车辆进入交叉口的时间和速度，计算车辆经过路径上每个冲突点的时刻；

步骤3：根据所有前车经过路径上每个冲突点的时刻，计算后车理论进入交叉口的时刻；

步骤4：根据后车进入交叉口的理论时刻及理论到达交叉口的时刻，判断车辆在路段上是否必须停车，分两种情况，分别优化车辆在路段上的行驶轨迹；

步骤5：计算每辆车到达交叉口时刻、进入交叉口的速度和时刻，以车辆进入交叉口的速度最大和油耗、碳氧化物、氮氧化物、碳氢化物的总排放加权最小为目标，优化每辆车在路段和交叉口的行驶速度，其中目标函数由公式计算：