[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

说明书

本发明涉及一种车路协同环境下交叉口信号‑车辆轨迹协同控制方法，包括：构建交叉口信号优化模型；构建车辆轨迹优化模型；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，其中，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；交叉口信号机对应执行信号配时方案；车辆按照车辆行驶轨迹移动。与现有技术相比，本发明能够根据不同交叉口尺寸特性，动态设计合理的绿灯间隔，避免绿灯间隔时间果断导致的车辆冲突，以及绿灯间隔时间过长导致的有效绿灯时间的浪费；同时优化了车辆在进口道以及交叉口内部的行驶轨迹，从而保障信号切换期间安全性，以此有效提高了交叉口通行效率和安全性。

技术领域

本发明涉及智能交通控制技术领域，尤其是涉及一种车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法。

背景技术

在网联环境下，V2I(vehicle-to-infrastructure，车辆对基础设施)通信系统可以为交叉口控制提供更多详细数据：包括车辆位置、速度等，这些数据均可用于交叉口信号配时的优化。在交叉口信号控制过程中，绿灯间隔是一个重要的参数。绿灯间隔是指在信号控制交叉口中，相互冲突的两股交通流从失去通行权的上一股交通流绿灯结束时刻，到得到通行权的下一股交通流绿灯开始之间的时间间隔。

设置绿灯间隔的目的是为了避免上一相位黄灯末期进入交叉口的车辆与下一相位绿灯启亮时进入交叉口的车辆相撞。绿灯间隔对交叉口的安全性具有决定性影响。统计表明，我国城市道路平面交叉口范围内90％的事故发生在绿灯间隔期间。同时，绿灯间隔对交叉口的效率也有影响，过长的绿灯间隔会导致无效绿灯时长的浪费，降低交叉口效率。现有国内外研究人员针对车路协同环境下的交叉口控制提出了很多解决方案，但大多采用简化绿灯间隔设置的方式，比如将绿灯间隔设为3s或4s，这种方式尽管能够在一定程度上提高交叉口通行效率，但容易引发车辆冲突，尤其是在交叉口信号切换期间，更加容易发生车辆安全事故。

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车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法，以提高交叉口通行效率，同时保证交叉口车辆通行的安全性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种车路协同环境下交叉口信号-车辆轨迹协同控制方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。