[发明专利]一种车路协同环境下非信控交叉路口控制方法

权利要求书

1.一种车路协同环境下非信控交叉路口控制方法，其特征在于，步骤如下：

第一步、建立交叉路口管理器与智能网联汽车的通信机制：

设立以路侧单元和数据中心构成的交叉路口管理器，功能是由RSU与CAV以建立车路之间的通信的机制，由数据中心对信息进行处理、计算，对CAV的行为进行规划和调度；

第二步、对CAV和IM的行为进行管理：

2.1所有CAV在到达时钟同步线以前都要与IM进行通信，其使用时间戳和同步的方法来确保IM和CAV都具有相同的时间概念；

2.2当CAV到时钟同步线后，CAV将继续以其初始速度前行，直到收到IM的响应或到达第一条安全线为止；

2.3当CAV到达指定的通信传输线时，它捕获时间并将其ID、位置、速度、最大加减速率、目标车道和捕获的时间戳发送到交叉管理器IM；发送请求后，CAV将继续以其初始速度前行，直到收到IM的响应或到达第二条安全线；

2.4当IM接收到请求时，它根据接收到的信息和其他CAV的状态计算驱动时间和目标速度；当发出请求的CAV接收到目标速度和驱动时间，它继续以其当前速度行进直到驱动时间开始的时刻，到达驱动时间这一刻它将采取行动达到指定的目标速度；

2.5考虑发出请求的CAV的车辆动力学，对安全目标速度进行计算；

2.5.1计算具有真实车辆动力学但无限制加速度的速度曲线它将作为计算补偿目标速度的基线；

(1)二维空间中的CAV运动数学模型的建立：

x，y：笛卡尔坐标系中CAV的经度和纬度；

φ：从x轴指向的航向角；

v：CAV的线速度；

a：CAV加速度；

L：CAV的轴距距离；

ψ：是前轮轮胎相对于CAV航向的转向角；

为了考虑每个CAV的最大加速度和制动能力，本发明考虑以下饱和函数来限制加速度；因此，加速度a可表示：

(2)在不失一般性的前提下，东行的CAV(在进入交点之前沿x轴行驶)考虑使用PID控制器实现并保持分配的目标速度；等式(7)中针对该车辆的车辆动力学数学模型可以写为：

δ：是速度误差：δ＝v_target-v

K_P：PID控制器的比例增益；

K_I：PID控制器的积分增益；

K_D：PID控制器的导数增益；

通过代入并取等式(8)的导数，我们得到：

等式(9)的解是CAV在目标速度v_target的实际速度分布；一旦确定了PID增益的值，就可以通过获得系统的特征方程来找到方程(9)的齐次解，经过一系列计算：

v(t)＝v_target+c₁δ^At+c₂δ^Bt (10)

2.5.2在所发出请求的CAV加减速在加减速极限之内的情况下，计算补偿目标速度；

根据上述计算的在目标速度v_target下的基准速度设定值下，本发明首先考虑达到该基准速度相应的加速度总是在加速度极限内的情况；

在这种情况下，基线速度剖面是实际速度剖面；但IM在计算v_target时采用的预期速度假定瞬时速度是变化的；在一个潜在的冲突位置所预期到达的时间的位置差异可以计算为预期速度与实际速度之差：

如果在指定的速度高于其初始速度时，CAV的行驶速度将比预期的少移动δ个单位，从t_D到t_safe的时间间隔内；为了弥补这种差异，将计算出的速度v_target修改为：

是补偿速度

d：t_D到t_safe的移动距离

2.5.3在所发出请求的CAV加减速超过加减速极限的情况下，计算补偿目标速度；

本方法考虑跟踪基线速度所需的加/减速超过加速度极限的情况；实现v_target的预期加速度为：

a(t)＝Ac₁δ₁^At+Bc₂δ₁^Bt (13)

在CAV面临饱和加速度这种情况下，为了确定补偿目标速度本发明需要同时计算以及车辆以最大值加速多长时间；

当CAV需要加速时(v_target＞v₀)，并且加速度超过a_max时，CAV将以a_max加速并维持直到控制器的输入小于极限；本方法将饱和加速度结束的时间称为t_E；假设初始加速度足够大，则目标速度为时的等式(13)可写为：

其中：

根据等式(13)，可以将速度分布计算为：

假设初始加速度为零，本发明时间t_E时刻的速度v_E将定义为：

v_E＝t_Ea_max+v₀

CAV行驶的距离可以从等式(14)导出为：

通过将移动距离设置为等于v_targett_safe，可以得到：

该方程式中有两个未知变量：t_E和本发明知道加速度是连续的；因此：

通过求解方程式(17)和(18)来确定新的目标速度