[发明专利]一种信号交叉口交通信号灯和车辆轨迹控制方法

说明书

本发明涉及智能网联汽车领域，尤其是涉及一种信号交叉口交通信号灯和车辆轨迹控制的滚动优化方法，每个时间间隔内包括以下优化步骤：获取目标区域内的车辆信息；利用目标区域内的车辆信息求解混合整数线性规划模型，得到信号灯状态和车辆到达交叉口时刻；利用车辆到达交叉口时刻求解车队头车轨迹最优控制模型，得到车队头车轨迹，利用车辆到达交叉口时刻求解车队跟驰车辆最优控制模型，得到车队跟驰车辆轨迹；利用车队头车轨迹和车队跟驰车辆轨迹实现车辆轨迹控制，利用信号灯状态实现交通信号灯控制。与现有技术相比，实现同时对信号交叉口的车辆轨迹和交通信号灯进行优化，使对信号灯和车辆轨迹控制更加精确。

技术领域

本发明涉及智能网联汽车领域，尤其是涉及一种信号交叉口交通信号灯和车辆轨迹控制方法。

背景技术

随着交通需求的增加，近几年交通拥堵逐渐发展成世界级难题，造成严重的环境问题和经济损失。在城市交通运输网络中，交叉口通常被认为是交通流量的瓶颈。所以改善交叉口交通信号可以对城市交通系统的效率产生重大提升。

近几年随着智能网联技术的发展，车车通信(V2V)和车路通信(V2I)为交通控制提供了新的数据来源，同时随着自动驾驶技术的发展，车辆的控制为城市交通治理提供了新的解决方案。当下的交通控制方法集中于信号灯控制，对于车辆轨迹和信号灯配时的同时优化研究较少。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种信号交叉口交通信号灯和车辆轨迹控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种信号交叉口交通信号灯和车辆轨迹控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1：获取目标区域内的车辆信息；

步骤S2：构建以最小化交叉口延迟为目标的混合整数线性规划模型，利用目标区域内的车辆信息求解混合整数线性规划模型，得到信号灯状态和车辆到达交叉口时刻

步骤S3：构建车队头车轨迹最优控制模型，利用车辆到达交叉口时刻求解车队头车轨迹最优控制模型，得到车队头车轨迹，构建车队跟驰车辆最优控制模型，利用车辆到达交叉口时刻求解车队跟驰车辆最优控制模型，得到车队跟驰车辆轨迹；

步骤S4：利用车队头车轨迹和车队跟驰车辆轨迹实现车辆轨迹控制，利用信号灯状态实现交通信号灯控制。

所述的车辆信息包括车道编号和距离停车线距离。

所述的混合整数线性规划模型的目标函数为：

其中，α₁为所有车辆延迟的权重，α₂为周期时长的权重，i为交叉口方向索引，Ω_i为本次优化初始时刻t₀车道i的车辆集合，ω为车辆编号，为轨迹变量T的子集，为车辆的生成时间，为车辆ω到达交叉口时刻，L_i为方向i目标区域长度，v_max为车辆最大速度，N为规划时域中的信号周期数，Cⁿ为第n个信号周期的周期时长，V为控制变量的集合，S为信号灯信号序列的子集；

混合整数线性规划模型的约束条件包括车辆轨迹约束和信号灯约束，所述车辆轨迹约束包括允许占用车道约束、目标换道车道约束、换道行为约束、车间间距约束、车辆到达时间约束和不可变道区域约束，所述信号灯约束包括车道信号灯约束、绿灯开始时间约束、绿灯持续时间约束、绿灯结束时间约束、周期时长约束、清空时间约束、停车线约束和其他信号灯约束；

所述允许占用车道约束为：

其中，I为交叉口方向组成的集合，K每个进口道内车道集合，k为每个进口道内车道索引，车辆ω在车道k上时为1，否则为0；