[发明专利]面向追尾风险防控的高速公路可变限速控制系统及控制方法

权利要求书

1.面向追尾风险防控的高速公路可变限速控制方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一：交通信息检测与处理；具体过程为：

(1)对高速公路进行控制路段划分，按照行车方向给路段编号为i＝1,2,3，…，分段间隔为1-5km，每个路段均需要布设信息检测模块；

每个控制路段起点上游设置可变限速节点，按照行车方向编号为P_i，和路段编号保持一致，每个节点均需要布设信息发布模块；

各个所述信息检测模块和信息发布模块均通过无线传输设备与控制模块连接；

(2)控制周期序号为T＝1,2,3，…，控制周期设置为5min、10min或15min；获取路段初始最高限速值V₀；第T＝1周期，路段i＝1的最高限速值为V₀；

步骤二：计算安全间距；

步骤三：根据实际车头间距S₀、安全间距S_n、制动停车后两车的安全间距S_a，计算路段追尾风险系数ε_i及追尾风险等级；

步骤四：判断ε_i是否满足控制启动阈值；

步骤五：计算安全车速；

步骤六：根据安全车速，计算最高限速值；

输出路段i＝1在第T＝T+1周期的最高限速值；

步骤七：根据最高限速值，发布限速信息；

步骤八：令i＝i+1，重复步骤二-八，直至输出所有路段在第T＝T+1周期的最高限速值；

步骤九：令T＝T+1，重复步骤二-九，直至输出所有路段在所有周期的最高限速值；

所述步骤二中计算安全间距；具体过程为：

步骤二一、当高速公路路段i在T周期内单车道平均流量大于600辆/h时，执行步骤二二；

当高速公路路段i在T周期内单车道平均流量小于等于600辆/h时，保持路段初始最高限速值V₀；

步骤二二、计算车辆实际车头间距并判断车辆运动状态；具体过程为：

检测设备在t时刻检测到第n辆车和第n+1辆车的车头时距为h_t,t时刻第n辆车的速度为v_n(t)，t时刻第n辆车的加速度为a_n(t)，该车标记为前车n；t时刻第n+1辆车的速度为v_n+1(t)，t时刻第n+1辆车的加速度为a_n+1(t)，该车标记为后车n+1；

此时前车n和后车n+1的实际车头间距按下式计算：

S₀＝v_n(t)·h_t

式中：S₀为前车n和后车n+1的实际车头间距，单位为m；v_n(t)为t时刻第n辆车的速度，单位为m/s；h_t为t时刻检测到第n辆车和第n+1辆车的车头时距，单位为s；

①当v_n(t)＞v_n+1(t)时，前车n车速大于后车n+1车速，车辆实际车头间距满足安全间距需要，无需进行记录；

②当v_n(t)≤v_n+1(t)且a_n(t)≥0时，前车n车速小于等于后车n+1车速，且前车n处于匀速或加速状态，后车标记为风险车辆，记录两车速度及实际车头间距；

③当v_n(t)≤v_n+1(t)且a_n(t)＜0时，前车n车速小于等于后车n+1车速，且前车n处于减速状态，后车标记为风险车辆，记录两车速度及实际车头间距；

步骤二三、假设车辆初始速度为v，车辆制动减速过程中，在驾驶员反应时间t₁和制动力传递延迟时间t₂内，车辆作匀速运动；在制动减速度增加时间t₃内，车辆的制动减速度线性增长，由0增加到车辆最大减速度a_max；在持续制动时间t₄内，车辆以a_max作匀减速运动，t₄时间内车辆行驶的距离可根据运动学方程表示为v²/2a_max；

考虑路面附着系数和道路纵坡度的情况，车辆最大减速度a_max计算式如下式所示：

式中：a_max为车辆最大减速度，单位为m/s²；g为重力加速度，单位为m/s²；为车轮与路面的附着系数；i为道路纵坡度，上坡取+号，下坡取-号；

步骤二四、S_n、S_a、L_n、L_n+1有如下关系：

S_n+L_n-L_n+1＝S_a

式中：S_n为前后车之间的安全间距，单位为m；L_n、L_n+1分别为前车n、后车n+1的制动距离，单位为m；S_a为制动停车后两车的安全间距，单位为m；

可知：

式中：v_n(t)、v_n+1(t)分别为t时刻前车n、后车n+1的速度，单位为m/s；t₁、t′₁分别为前车n、后车n+1的驾驶员反应时间，单位为s；t₂、t'₂分别为前车n、后车n+1的制动力传递延迟时间，单位为s；t₃、t'₃分别为前车n、后车n+1的制动减速度增加时间，单位为s；a_max,n、a_max,n+1分别为前车n、后车n+1的最大减速度，单位为m/s²；v为两车刚好不发生碰撞的速度，单位为m/s，根据车辆的运动状态取值为v_n(t)或0；

步骤二五、令安全间距计算模型如下：

式中：t_n、t_n+1分别为前车n和后车n+1的制动时间，单位为s；τ为后车的反应迟滞时间，单位为s；

当v_n(t)≤v_n+1(t)且a_n(t)≥0时，前车n车速小于等于后车n+1车速，且前车n处于匀速或加速状态，v取v_n(t)，计算前后车之间的安全间距S_n；

当v_n(t)≤v_n+1(t)且a_n(t)＜0时，前车n车速小于等于后车n+1车速，且前车n处于减速状态，v取0，计算前后车之间的安全间距S_n。