[发明专利]基于车路协同的发动机起停控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于交通控制与车辆控制交叉领域，具体涉及一种在具有交通信号的交叉路口(以下简称“信号交叉口”)或拥堵路段车辆停止状态下基于车路协同的车辆停止时间预测与面向节能减排与高效通行的发动机起停控制系统及方法。

背景技术

随着城市机动车保有量的爆发式增加，城市路网交通情况日益恶劣，信号交叉口与主要路段大范围交通拥堵现象频发。《北京市大气污染防治条例》首次将“停车三分钟以上应熄火”纳入立法，并在2014年3月1日正式实施。然而，很大部分驾驶员在信号交叉口及拥堵路段长时间停车时令发动机怠速运行，加重了环境污染和能源浪费，其中驾驶员无法预知停车时长是导致无法正确决策熄灭发动机的一个重要原因。对于发动机已熄火的车辆，由于驾驶员只能根据最邻近前发动机怠速运行车运动状态来决定启动发动机时机，进而使车辆开始行进，导致了较大的起动延时，降低了拥堵消解的效率。因此准确预测驾驶员停车等待时间，从节能角度控制车辆发动机熄火，从通行效率角度控制车辆重新起动发动机，对城市交通系统节能减排和通行效率提升具有重大意义。

在停车时间预测上，当前研究大都基于传统理论模型推算方法，方法中所需的排队长度、车辆位置、数量等信息仍采用传统的道路检测器采集，检测范围固定，存在信息采集不全面、不准确、实时性低等问题。

在发动机起停控制上，当前技术大都采用停车固定时间后熄灭发动机的策略，而没有与交通实际状况相结合。我国由于城市车流密度大，车辆行驶过程呈频繁走停状态，这就导致采用当前发动机起停控制技术时车辆在行驶过程中出现发动机不必要频繁起停的情况，增加了起动发动机的能量消耗和车辆起步延时，同时也降低了驾驶员驾驶舒适性。

车路协同概念的提出与车路协同技术的发展，对交通智能化控制和车辆智能化控制产生了巨大促进作用，它主要通过车车、车路的无线通信与数据交互，实现车车、车路之间的协同，但是当前车路协同的目标主要在于提高交通安全，在交通节能和效率提升方面还少有研究和应用。

综上所述，现有技术在信号交叉口及路段停车时间预测及发动机起停控制上存在的主要问题是：

(1)采用传统道路检测器，检测范围固定，数据采集实时性、准确性、全面性差；

(2)当前发动机起停控制系统未考虑交通拥堵情况，起停控制决策逻辑简单，造成发动机频繁熄火起动；

(3)车路协同技术在车辆节能减排和通行效率提升上的应用还比较少。

发明内容

本发明针对在拥堵信号交叉口和路段的停止等待车辆是否需要熄灭发动机、何时重起发动机、停车等待时长三个问题，特别是针对驾驶员停车等待时发动机怠速加重交通排放污染和能源浪费以及发动机重起时刻过晚导致交通效率下降问题，提出一种基于车路协同的发动机起停控制系统及其方法。

本发明提供的基于车路协同的发动机起停控制系统，包括路侧单元和车载单元，路侧单元与车载单元实时进行无线通信。

位于信号交叉口的路侧单元包括交叉口信号灯、交通信号灯控制机、多模式无线通信模块以及差分GPS基站。路侧单元将当前信号灯剩余时间以及信号灯对应方向的车辆停止线位置通过路侧多模式无线通信模块向外发送。

车载单元包括差分GPS、车速传感器、前装毫米波雷达、车辆总线、多模式无线通信模块、主控制器、发动机起停执行器以及人机交互界面。车载差分GPS用于定位自车，将自车位置发送给主控制器；车速传感器用于获取自车的实时车速，并发送给主控制器；前装毫米波雷达用于获取自车与前车的距离，并发送给主控制器；车辆总线用于获取自车发动机运行状态，并发送给主控制器；车载多模式无线通信模块用于获取前方车辆运动状态信息以及路侧单元信息，并发送给主控制器；主控制器用于实现：(1)判断自车所处环境；(2)对车队进行编号；(3)实行发动机熄火或者起动决策，发送控制发动机起动或者熄火的命令给发动机起停执行器；发动机起停执行器对发动机进行起动或熄火；人机交互界面显示预测的停车等待时间给驾驶员。

本发明提供的一种基于车路协同的发动机起停控制方法，面向拥堵信号交叉口及路段已停止车辆，在自车上装备有本发明所述的车载设备，前方车辆装备必要的感知设备和通信设备，能获取车辆运行状态信息以及进行车辆之间、路侧单元之间的无线通信。本发明的发动机起停控制方法的具体实现步骤如下：

步骤1：自车实时获取自车的运动状态信息、前方车辆的运动状态信息以及路侧单元信息；当检测到自车车速为零，且与前车车间距小于5米时，判断自车位于信号交叉口还是拥堵路段；