[发明专利]一种基于联网车辆协调控制的即停即走路段缓堵方法

权利要求书

1.一种基于联网车辆协调控制的“即停即走”路段缓堵方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、把“即停即走”路段划分为四个区域，按车辆前进的方向依次分别为：跟驰区、换道区、停车区与终止区，在跟驰区车辆只进行跟驰行驶，而在其它区域车辆能进行跟驰和换道，在停车区有车位供车辆临时停车；其中，所述“即停即走”路段是指允许车辆临时停车，但需要在规定的时间范围内离开的路段；

S2、基于各区域车辆的驾驶行为，结合车辆的联网特性，针对车辆在路段上的跟驰与换道行为，提出车联网环境下的协调控制策略，包括跟驰协调控制策略与换道协调控制策略；

S3、针对跟驰协调控制策略提出一种基于头车终端状态预测的车队跟驰协调控制模型，具体情况如下：

a、车辆的终端状态预测包括终端时间预测、终端位置预测以及终端速度预测；在换道区与跟驰区的车队终端时间预测表示为：

其中：为当前车队的终端时间，为前方车队的终端状态，i表示当前车队，i-1表示前方车队，此时的前方车队指的是终端时间点位于前方的车队；

在停车区的车队终端时间预测表示为：

其中：t_limit表示停车区的车辆停靠时间限制；t_stop(n)表示停车区第n个停车位停靠车辆的已停靠时间，t_stop(n)≤t_limit；k为车辆停靠的额外限制时间；K为车辆停靠的最大额外限制时间；为在前方车队位置限制约束下的停车区第n车位车辆起步的时间；t_c为单个车辆换道时间，即从停车位开始换道至换道结束；

在进行头车终端位置预测时，考虑周围车队队尾在其终端时间点的终端位置，终端时间点前车队队尾为非联网车辆，结合跟驰模型与车队首位置确定其位置，再结合安全跟车距离确定自车终端位置；跟驰区与换道区正常跟驰行驶的车辆终端位置预测表述为：

其中：为终端时间点自身车队头车的终端位置；为终端时间点前方车队头车的终端位置；为与车队终端速度相关的车辆间跟车距离，由FullVelocity Difference即FVD跟驰模型相关参数确定；l为车辆长度；N_i-1为车队i-1的车队规模；

停车区的车辆终端位置预测表述如下：

其中：为与换道完成的车辆行驶速度相关的跟车距离；

在进行头车终端速度预测时，先获取周围车队在其终端时间点的终端速度，将当前车队头车的终端速度设置为终端时间点前车队的行驶速度，即：

其中：为终端时间点自身车队头车的行驶速度，为终端时间点前车队头车的行驶速度；

b、在对车辆的终端状态进行预测之后，考虑车队行驶过程中的安全性成本与行车舒适性，建立如下车队跟驰协调控制模型：

式中：m为车队车辆总数；t为某一仿真时刻；T为仿真步长总数；Δt为仿真时间步长；TTC_i(t)为车队中第i辆车t时刻的碰撞时间，表示当后车速度大于前车速度时，保持当前速度至二者发生碰撞的时间；TTC^*为TTC碰撞时间的临界值，低于临界值界定为不安全状态，高于临界值界定为安全状态；a_i(t)为第i辆车在t时刻的加速度值；

针对换道协调控制策略提出车队换道协调控制模型，包括换道位置区域模型与具体换道位置模型，具体情况如下：

在确定最佳换道位置区域的时候，考虑不同换道位置区域对车队通行时间的影响，建立如下换道位置区域模型：

其中：N为自车队、左侧车队及路段内后续车队的车辆数，T(i)为第i辆车的通行时间，即总通行时间最小的换道策略为最佳换道策略；

在确定了最佳换道位置区域的基础上，以车队换道安全性与当前路段车辆的行程时间为优化目标，建立如下具体换道位置模型：

其中：为车队换道车辆的换道安全性计算值，N_c为实际需要换道的车辆数，为具体换道终端时间，t_c为单个车辆换道时间，即从停车位开始换道至换道结束，t为某一仿真时刻，Δt为仿真时间步长；TTC^*为TTC碰撞时间的临界值，低于临界值界定为不安全状态，高于临界值界定为安全状态；TTC_j(t)为换道的车队中第j辆车t时刻的碰撞时间；为具体换道行为初始时间，即当前换道位置决策得到的最佳位置对应的换道时间点；为当前路段所有车辆的通行时间，即换道位置选取对车流的延误影响；N_total为当前路段内的所有车辆数，T(e)为第e辆车的通行时间；

S4、改进传统的粒子群算法对车队跟驰协调控制模型进行求解、运用仿真软件对车队换道协调控制模型进行求解，得到车队头车每个时间点的行驶速度和位置，以及车队头车在换道时换道位置点和换道时间点。