[发明专利]一种车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法

权利要求书

1.一种车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建交叉口信号优化模型，该交叉口信号优化模型的目标函数为车辆平均延误最小化，约束条件包括：绿灯时长约束、绿灯间隔约束、车辆到达停车线状态约束以及车辆通过交叉口约束；

S2、构建车辆轨迹优化模型，该车辆轨迹优化模型的目标函数为车辆油耗最小化，约束条件包括：车辆动力学约束、车辆速度约束、车辆加速度约束、车辆距离约束以及车辆通过停车线状态约束；

S3、分别求解交叉口信号优化模型和车辆轨迹优化模型，得到信号配时方案和车辆行驶轨迹，所述车辆行驶轨迹包括车辆在进口道以及交叉口内部的位置及速度；

S4、将信号配时方案发送给交叉口信号机，由交叉口信号机对应执行信号配时方案；

将车辆行驶轨迹发送给车辆，车辆按照车辆行驶轨迹移动；

所述步骤S1具体包括以下步骤：

S11、获取进口道车辆当前状态数据，计算车辆最早到达停车线的时间以及车辆通过停车线的预测速度；

S12、根据不同交叉口的尺寸特性，计算对应的绿灯间隔；

S13、结合步骤S11和步骤S12中计算得到的数据，分别设置以车辆平均延误最小化为优化目标的目标函数、绿灯时长约束、绿灯间隔约束、车辆到达停车线状态约束以及车辆通过交叉口约束，完成交叉口信号优化模型的构建；

所述步骤S11中进口道车辆当前状态数据包括车辆当前速度和车辆当前在通信区内行驶的距离，所述步骤S11中车辆最早到达停车线的时间具体为：

其中，为不考虑信号灯及前车情况下车辆w最早到达停车线的时间，t₀为当前时刻，为当前时刻车辆w的速度，为当前时刻车辆w在通信区内行驶的距离，V_max为车辆在进口道的最大限制速度，为进口道k的车辆在交叉口内的限速，a_max与a_min分别是加速度的上限与下限，L_c为进口道通信区域长度，V₁为车辆在中途能加速到的最大速度；

车辆通过停车线的预测速度具体为：

其中，为车辆w通过停车线的速度；

所述步骤S12具体包括以下步骤：

S121、根据交叉口进口道数量，确定相互冲突的进口道；

S122、计算相互冲突的进口道之间冲突点的位置，之后结合交叉口的尺寸数据，以计算得到进口道从停车线到冲突点之间的距离；

S123、基于进口道从停车线到冲突点之间的距离，计算得到车辆在进口道从停车线到达冲突点需要的时间，以计算得到绿灯间隔；

所述步骤S123中绿灯间隔的计算公式具体为：

其中，为进口道k₂的绿灯紧接在进口道k₁的绿灯后面时需要的绿灯间隔，t_x为车辆轨迹交叉时需要的安全错车时间，为进口道k₁的车辆从停车线行驶至冲突点需要的时间，为进口道k₁的车辆在交叉口内的限速，为进口道k₁从停车线到冲突点之间的距离，为进口道k₂的车辆从停车线行驶至冲突点需要的时间，为进口道k₂的车辆在交叉口内的限速，为进口道k₂从停车线到冲突点之间的距离；

所述步骤S13中目标函数具体为：

其中，w为车辆编号，Ω为当前所有在通讯范围内车辆的集合，D_w为车辆w的通行延误，为车辆w实际到达停车线的时间；

所述绿灯时长约束具体为：

其中，为进口道k的第i次绿灯时长，G_min与G_max分别为最小绿灯时长与最大绿灯时长，K为交叉口进口道集合；

所述绿灯间隔约束具体为：

其中，为进口道k第i个绿灯开始时的时间，M为大常数，为不同进口道车辆的冲突变量，当进口道k₁的车辆与进口道k₂的车辆存在冲突时，否则为进口道k₁与进口道k₂之间的绿灯关系变量，当进口道k₁的绿灯紧接在进口道k₂的绿灯之后时，否则

所述车辆到达停车线状态约束具体为：

车辆实际到达停车线的时间必须不早于其最早到达时间

当前车辆实际到达停车线的时间必须比前一车辆晚，且间隔一个饱和车头时距：

其中，为前一车辆w′实际到达停车线的时间，h_c为饱和车头时距；

所述车辆通过交叉口约束具体为：

车辆必须在绿灯期间通过交叉口：

其中，是0-1变量，表示车辆w在第i个绿灯期间通过了交叉口，否则S_p为交叉口通行车辆集合。