[发明专利]一种高速公路匝道合流区车路协同控制方法及系统

权利要求书

1.一种高速公路匝道合流区车路协同控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、给车辆赋予标识，根据标识建立车辆状态方程，确定约束和合流点车辆进入检测区域后，赋予车辆唯一标识，建立车辆状态方程，如式（1）所示：

其中，表示车辆i的状态方程，t表示时间，分别表示车辆i在t时刻的位移、速度、加速度和加速度变化量，假设所采集的数据不产生噪声和延时影响，相应参数之间的关系如式（2）所示：

其中，加速度的导数表示车辆加速度变化量的大小，间接反映驾驶员和乘客的舒适程度，值越小，表明乘客的舒适度越高；

确保车辆的参数符合实际情况，添加约束条件，如式（3）所示：

其中，v_i、a_i和u_i分别表示车辆i的速度、加速度和加速度变化量，v_max表示最大速度，a_min和a_max分别表示最小加速度和最大加速度，u_min和u_max分别表示加速度变化量的最小值和最大值；

步骤二、确定每辆车在合流区域的成本函数

从进入合流区范围起，到达合流点的时间范围内，将车辆的油耗以及加速度变化量作为该车辆的成本，同时考虑驾驶员的类型，驾驶员类型不同，所对应的参数不同；燃油消耗量相对于加速度是单调关系，减小加速度降低油耗，采用加速度表示车辆的燃油消耗成本；加速度变化量表示车辆驾驶员为合流而付出的驾驶体验成本，成本函数如式（4）所示：

其中，u表示车辆的成本函数，t_i⁰表示车辆i进入合流区范围的时间，t_i^f表示车辆到达合流点的时间，b₁、b₂为相应的权重，b表示驾驶员的类型所带来的成本，若驾驶员为激进型，b的值为-1；若驾驶员为稳重型，b的值为0；若驾驶员为保守型，b的值为1；

由云服务器确定最优的合流序列，协调车辆的合流时间实现整个合流区成本最小化；整体优化协同合流可以构建为合作博弈模型，把整个合流区看作一个整体，每一辆车的状态都会影响到整体的状态，总的状态方程如式（5）所示：

其中，c₁,c₂,c₃,…,c_n表示每个状态方程的系数，取1，z₁(t),z₂(t),z₃(t),…,z_n(t)表示车辆1,2,3,…,n的状态方程；

步骤三、确定合作博弈的要素，包括参与者、策略、动作、支付、信息和均衡；

步骤四、计算车辆到达合流点的时间；对于合流车辆，为确保车辆的纵向安全，车辆到达合流点时将与前车保持一定的安全时间间距，车辆到达合流点的时间可由下式（6）确定：

其中，T为车队的安全车头时距，T_max为车辆以最大限速到达合流点的时间，d₁为车辆1到达合流点的距离，v₁表示车辆1的行驶速度；

步骤五、确定每辆车的策略集；

步骤六、计算策略成本和系统整体收益，并且寻找最优序列；根据最优序列计算，确定车辆的控制指令，确保车辆能够按照最优序列进行合流，将控制指令发送给路侧单元子系统，再通过路侧单元子系统发送给车载子系统，实现车辆的协同控制合流；

对每辆车的策略进行预测，定义动作A_i=（S_ij，u_ij），其中S_ij为策略，u_ij为策略的参数，i表示车辆标号，j表示车辆i可以选择的策略序号，则策略对应的成本函数如式（7）所示：

其中，W_i为该策略与先到先进序列相比的时间差，b₃为相应的权重；则整个系统的收益为每辆车的策略收益的总和，如式（8）所示：

构建最优序列和最优控制问题，计算公式如式（9）所示：

其中，S_i表示第i辆车的策略集合，R表示实数；S^*表示最优序列集，u^*表示一系列与最优策略相对应的最优动作，S_ij^*表示每辆车的最优策略，u_ij^*表示每辆车在相应策略下的最优动作；

对该问题进行最优化求解，求得在特定情况下每辆车所采用的最优策略，进而实现整个合流区的成本最小，通过距离、加速度和时间的关系，将所求得的最优策略计算成每辆车所需采取的加减速措施和需要保持的速度，然后通过路侧单元子系统发送给车载子系统引导驾驶员完成合流。