[发明专利]一种自动驾驶车辆收费站车道选择方法

权利要求书

1.一种自动驾驶车辆收费站车道选择方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)建立收费站简化模型，分析并确定车辆即将驶入收费站时的信息采集方式；

(2)分析产生延误时间最小的车道，计算杆速SR_i；

(3)分析车辆驶入收费站的其他安全因素，并计算决策值

(4)分析车辆变道的安全性，并确定变道安全间距；

(5)综合步骤(2)～(4)所得参数，考虑自动驾驶车辆在交通流中的占比，得出收费站的最佳车道配置；

步骤(1)中建立收费站简化模型，分析并确定车辆即将驶入收费站时的信息采集方式的具体方法为：首先，建立一个收费站简化模型，划分收费站附近区域及边界以便对行驶中的车辆进行分析，将收费站附近区域及边界划分为：区域1为正常道路宽度区，区域2为收费站前端车道扩展区，区域3为收费站上游排队区，区域4为公路合流区；其次AV在第一次看到收费站的标志时就开始收集有关收费站的信息，收集信息的方法包括：利用收费站信息控制系统、识别公路标志标牌、使用车载GPS系统、利用V2V通信技术使车辆互联并共享信息、使用车辆制造商提供的包含公路信息的数据库；

步骤(2)中分析产生延误时间最小的车道，计算杆速SR_i的具体方法为：杆速SR_i为一个虚拟速度值，代表车道可能产生延误的大小，其取决于平均服务率、AV与收费站入口的相对纵向位置及AV前方相应的车辆数，其中：

(21)车辆V_j进入区域2时，检测车道i；车辆V_j加入队列时，需确定可计算SR_i的距离，其计算公式为：

h_i为车辆V_j到车道i的距离，其计算公式为h_i＝d₂/cosθ_i，其中d₂为区域2的长度，θ_i表示车道i相对于驶入车道的横向位置；η_i为区域3起点至不影响车辆V_j延误的Y点的距离，其计算公式为其中d₂、d₃分别为区域2、区域3长度，和分别为从区域2起点到Y点和从Y点到收费站的平均速度；可计算SR_i的距离h_i+η_i，其计算公式为：位于此距离外的车辆被定义为V_yi，不参与SR_i的计算；

(22)车辆V_j与收费站的相对纵向位置定义为d_li，即为区域2与区域3的纵向距离之和；车道服务率定义为μ_i；SR_i的计算公式为：SR_i取最大值代表该车道将产生最小延误时间，SR_i值最大的车道为车辆V_j的最佳选择；

步骤(3)中分析车辆驶入收费站的其他安全因素，并计算决策值的具体方法为：决策值综合考虑选定的收费车道相对于驶入车道的横向位置、车辆宽度和长度，在步骤(2)的基础上对车道选择的决策进行改善，其中：

(31)定义参数P_a为根据车辆长度、宽度预估的车辆变道至某一特定车道的可能性损失，其计算公式为：其中l_v为车辆长度，w_v为车辆宽度；k为车辆长度调整值，其计算公式为其中m是基于车辆尺寸划分的车辆种类数，p_u是道路上u类车辆的百分比，W_u和L_u是所有种类车辆对u类车辆的等效宽度和等效长度，为u类自动驾驶车辆服务率；q为车辆宽度调整参数，其计算公式为：

(32)定义参数P_b为根据车辆进入区域2时与某一特定车道的相对位置预估的，车辆变道至该车道的可能性损失，其计算公式为：P_b＝h_i cos²θ_i＝h_i(1-sin²θ_i)，其中h_i与θ_i同步骤(2)所述；

(33)决策值为杆速SR_i与车辆变道到其他车道的总体可能性P_o的乘积，其中P_o的计算公式为P_o＝P_a×P_b，决策值的计算公式为：

车辆从区域1进入区域2时，须计算决策值SR_i和最大的车道为充分考虑安全性的情况下最适合的车道，如果不能安全地进入选定车道，则应选择第二个备选车道进入；

步骤(4)中分析车辆变道的安全性，并确定变道安全间距的具体方法为：首先，确定车辆V_j将由车道i变换到车道i+1上；其次，计算车辆与前车V_j+1,i+1和被插入车辆V_j-1,i+1之间的间隙；最后，当V_j与V_j-1,i+1、V_j与V_j+1,i+1之间的保险杠间距保持高于最小间距时，才能进行车道变换；所需间距s_d的计算公式为：其中s_o为堵塞间距,s_o等于2米；v为车辆速度，Δv为车辆V_j与前/后车辆的速度差；b为舒适制动减速度；T为变道所需时间；

步骤(5)中综合步骤(2)～(4)所得参数，考虑自动驾驶车辆在交通流中的占比，得出收费站最佳车道配置的具体方法为：首先，对于到达收费站的每辆车，确定所有车道的SR_i和值，的最大值即决定车道的最终选择；其次，确定四个统计测量值以分析每条车道上的排队情况，这四个测量值为：平均值、标准差、队列中最大车辆数、模型计算时间结束时的车辆数；然后，将收费站车道分别配置为不同数量的MTC、ETC/AV和AV专用车道，并使AV在交通流中的占比以10％的增长间隔从0％增加到70％，而ETC与MTC的数量保持不变；再次，分别在不同的AV占比下，计算每个车道的四个统计测量值，并将此四个参数相乘得到关于车道配置的加权因子；最后，此加权因子为此种车道配置的综合系数，当AV在交通流中的占比不变时，加权因子最小的配置组合为此AV百分比下的最佳车道配置。