[发明专利]一种高速公路混合交通流协同优化控制方法

说明书

本发明公开了一种高速公路混合交通流协同优化控制方法，应用于高速公路匝道汇流场景下的车辆优化控制。包括，用微观车辆跟驰模型预测车辆轨迹、确定优化控制目标车辆、确定可控车辆的优化轨迹区间、控制决策时刻与各时刻下的容许状态集，以及针对该车辆的轨迹优化控制的步骤。本发明的有益效果在于，1、建立了基于微观跟驰模型的微观交通流仿真环境，分析不同交通状态、不同自动驾驶车辆渗透率的交通影响。2、基于微观跟驰模型，提出了全新的协同汇流模型，考虑高速公路的交通特征、几何约束、安全约束，将协同汇流问题归纳为离散时间状态约束的最优控制问题。3、提出一种基于动态规划的求解方法来有效地解决这一问题。

技术领域

本发明涉及交通工程技术领域，特别是一种高速公路混合交通流协同优化控制方法。

背景技术

高速公路入口匝道作为整个高速公路系统的一个交通需求输入环节，也是拥堵容易产生的一个环节，对于整个高速公路系统的流畅平稳运行有十分重要的意义。随着自动驾驶汽车的出现与发展，未来的高速公路将会面临自动驾驶车辆与传统驾驶车辆混合的交通状况。自动驾驶车辆与传统车辆混合交通流环境下的决策控制是未来交通出行中需要长期面临的现实问题。因此，研究混合交通流环境下高速公路匝道汇流优化控制具有重要意义。

对于高速公路匝道协同汇流优化控制问题，已有一些模型方法被提出，但现阶段所研究的决策控制方法多为假设自动驾驶车辆渗透率为100％的交通环境且设计的决策方法多从单车、微观角度出发，鲜有在混合交通流环境下从多车角度进行协同决策控制的研究。

发明内容

本发明目的是提出一种混合交通流环境中高速公路匝道汇流场景下的车辆优化控制方法，构建基于微观跟驰模型的协同汇流轨迹优化模型，用动态规划的思想求解。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种高速公路混合交通流协同优化控制方法，包括

步骤一：车辆轨迹预测，包括：

(1)获取交通流中车辆在通过汇流区段的上游检测点Y的时刻和速度；

(2)结合道路几何长度，用微观车辆跟驰模型预测车辆在上游检测点Y与汇流区段终点z₁之间的轨迹；

步骤二：确定优化控制目标车辆，包括：

(1)按照步骤一的方法，预测主路上多台车辆的轨迹，其到达汇流区段起点z₀的时刻为t_m，其中m＝1，2，3，…；

(2)按照步骤一的方法，预测匝道上多台车辆的轨迹，其到达汇流区段起点z₀的时刻为t_r，其中r＝1，2，3，…；

(3)如果存在一个t_r，t_m<t_r<t_m+1，则认定车辆关系为：t_r对应的车辆为汇流车k，t_m对应的车辆为主路前车t_m+1对应的车辆为主路后车

(4)若主路后车为可控车辆且同时满足以下条件：(a)根据预测的轨迹，在t_r时刻，汇流车k与主路前车的车间距大于不可控车辆的最小安全车头距离(b)主路后车与汇流车k的车间距小于可控车辆的最小安全车头距离则主路后车为优化控制的目标车辆；

步骤三：确定主路后车的控制区段、控制决策时刻与各控制决策时刻下的最优状态，包括：