[发明专利]考虑待行队列与安全避撞的网联汽车绿色通行系统与方法

权利要求书

1.一种考虑待行队列与安全避撞的网联汽车绿色通行方法，其特征在于：首先定义信号灯相位配时为信号灯当前状态，以及转为下一状态所需时间；

当信号灯为红灯时，首先获取路口停车线处待行汽车的数量、信号的相位配时信息，优化控制区域的长度；

然后利用智能驾驶员跟车模型计算待行队列内汽车的加速度或者减速度，并基于汽车运动学模型计算待行队列的长度与速度变化轨迹，估计待行队列通行时间；

接着应用包含能量和动力学的汽车模型，考虑多约束和多目标，设计包含汽车与交通约束的车速优化问题，并采用动态规划算法计算汽车绿色通行车速；

最后利用V2I通讯将优化车速发送至被控汽车，进入控制区域后即按照此车速行驶，同时执行避撞策略，保证安全通行；

具体包括以下步骤：

初始化：设定控制区域范围D，初始化被控汽车数量N＝0，初始化第一地磁线圈计数N1，初始化第二地磁线圈计数N2＝0，初始化时间t＝0，初始化控制器计算单元；

第一步：交通信息获取，在距离路口停车线长度为D的位置，预先在道路内埋设地磁线圈，汽车通过时会自动计数，并输至信号灯控制器；其中，被控汽车的位置通过车载GPS采集，信号灯相位配时直接从信号灯控制器读取，上述信息实时传输至信号灯控制器；

第二步：待行队列通行时间估计，采用均匀分布随机化待行汽车参数，并利用加入启动延时判断因子、最大加速度约束、最小制动减速度约束修正智能驾驶员跟车模型计算待行队列中每辆车的加速度或者减速度，利用汽车运动学模型估计待行队列通行时间；

第三步：经济性驾驶车速优化，设定保证通行效率的最低车速约束，满足道路限速的最高车速约束，保证汽车舒适性的加速度或者减速度约束，建立汽车模型，以汽车在控制区域内能量消耗为优化目标，采用动态规划算法求解上述优化问题，输出保证汽车安全、节能、高效的绿色通行车速；

第四步：绿色通行车速广播，利用V2I通信网络，将优化的绿色通行车速广播至被控汽车，在控制区域内的被控汽车将按照此车速行驶；

第五步：安全避撞控制，设计被控汽车与待行队列尾车的车距保持策略，避免发生碰撞；

结束：当被控汽车驶离路口停车线时，结束对被控汽车控制；

第一步中交通信息获取的具体步骤为：

第一地磁线圈检测到汽车前轮和后轮同时通过时，汽车数量计数加1，第二地磁线圈检测到汽车前轮和后轮同时通过时汽车数量计数加1，两者之差即为控制区域内待行汽车数量，N＝N1-N2；

第一地磁线圈检测到只有汽车前轮经过时N1计数保持并设定待行队列静止长度为控制区域长度D；第二地磁线圈检测到只有汽车前轮经过时N2计数保持；

其中，被控汽车位置信息通过车载GPS获取，通过V2I通讯实时传递至路口信号灯控制器，被控汽车和信号灯控制器均安装V2I通信终端，可以实现信息的交互传递；信号灯相位配时信息由信号灯控制内内部读取；第二步中待行队列通行时间估计的具体步骤为：

定义被控车辆的车身最大长度为L_max，车身最小长度为L_min，汽车最大静止头距为H_max，汽车最小静止头距为H_min，汽车最大启动延时为Z_max，汽车最小启动延时为Z_min，汽车最大运动时距为d_hmax，汽车最小运动时距为d_hmin，路口待行汽车数量为N，第j辆车的长度为L_j，第j辆车的头距为H_j，第j辆车的启动延时为Z_j，第j辆车的运动时距为d_hj，随机均匀分布函数为rand()，克罗内克积为j为控制区域内汽车标记，头车为1，尾车为N，则基于随机均匀分布的汽车参数为：

定义s_j为第j辆车位置，v_j为第j辆车速度，a_j为第j辆车加速度/减速度，d*为理想跟车距离，a_max为汽车最大加速度，a_min为汽车最大减速度，v*为理想车速，为加速因子，K_j为启动延时判断因子，t为当前时刻，

则基于修正智能驾驶员跟车模型的汽车加/减速度为：

其中：

上式中max()表示取最大值函数，min()表示取最小值函数，

定义S_j为第j辆车距离路口停止线初始位置，D_qj为到第j辆车待行队列初始长度，D_q为待行队列初始总长度；

则第j辆车距离路口停止线初始位置S_j为：

则以第j辆车为尾车，待行队列初始长度D_qj为：

D_qj＝S_j+0.5L_j

队列初始静止长度D_q由尾车位置车长度决定：

D_q＝D_qN+0.5L_N

上式中，D_qN是从第1辆车到第N辆车的长度，即第1辆车到队列尾车的长度，L_N是队列第N辆车的长度，即队列尾车长度；

建立以时间离散化的问题，定义离散时间间隔为Δt，信号灯从当前状态转为下一状态的时间为t_s，信号固定配时为t_in，信号灯转为绿灯时间为t_gr，信号灯保持红灯时间为t_re，信号灯状态为P其中，P＝0表示红灯，P＝1表示绿灯，v_max为道路限制的最高车速，

采用离散化计算方法，则在第k步第j辆车运动速度v_j为：

依据信号灯时间定义可得t_re＝t_gr＝t_s，则在第k步第j辆车行驶长度d_qj为：

队列是否通过路口依据尾车是否通过决定，则整个队列运动长度由尾车决定d_q(k)＝d_qN(k)，由此可以计算队列通行时间t_q为：