[发明专利]一种交叉路口交通信号灯与智能网联汽车的协同控制方法

权利要求书

1.一种交叉路口交通信号灯与智能网联汽车的协同控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：获取交叉路口通信范围内的智能网联汽车信息；所述智能网联汽车信息包括：当前速度、所在车道以及当前位置与停车线之间的距离；

步骤2：建立以最小化单个车辆的行程时间和燃油消耗为目标的车辆到达交叉路口的到达时间优化模型，从而利用所述智能网联汽车信息求解车辆到达交叉路口的最优到达时间；

所述车辆到达交叉路口的到达时间优化模型如式(1)所示：

式(1)中，ω为权重系数，表示行程时间和燃油消耗的比重，为车道L上的车辆i到达交叉路口的行程时间，为车道L上的车辆i到达交叉路口的燃油消耗，i为车辆序号，L为车道号；

车道L上的车辆i到达交叉路口的行驶工况分为加速通过交叉路口、匀速通过交叉路口和减速通过交叉路口；

当加速通过交叉路口时，利用式(2)计算车辆行程时间

式(2)中，为车道L上的车辆i离交叉路口停车线的距离，为车道L上车辆i的速度，为车道L上车辆i的加速度，v_tar为车辆目标车速；

当匀速通过交叉路口时，利用式(3)计算车辆行程时间

当减速通过交叉路口时，利用式(4)计算车辆行程时间

步骤3：根据所述智能网联汽车信息对到达交叉路口的所有车辆进行排序，得到车辆依次通过交叉路口的序列；

步骤4：建立以最小化交叉路口全部车辆的行程时间和燃油消耗为目标的信号灯优化模型，从而利用所述智能网联汽车信息、最优到达时间和车辆依次通过交叉路口的序列求解得到最优信号灯状态；

所述信号灯优化模型如式(5)所示：

式(5)中，N为交叉路口的车辆总数，j为车辆在通过交叉路口的序列R中的位置，τ_j为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆的怠速时间，e_j为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆因为停车和怠速导致的能量消耗；

所述通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆的怠速时间τ_j由式(6)计算：

τ_j＝t_j,new-t_j,opt (6)

式(6)中，t_j,opt为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆的最优到达时间，t_j,new为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆根据前车j-1的行驶情况所计算的车辆到达时间，并有：

式(7)中，t_j-1,new为通过交叉路口的序列R中位置为j-1的车辆根据前车j-2的行驶情况所计算的车辆到达时间，p_j-1为通过交叉路口的序列R中位置为j-1的车辆穿过交叉路口的时间，C为信号灯相位切换所需时间，当前车j-1在同一车道时，信号灯相位切换所需时间为零；

所述通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆因为停车和怠速导致的能量消耗e_j由式(8)计算：

式(8)中，K_j为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆怠速时的能量消耗率，B_j为通过交叉路口的序列R中位置为j的车辆由于停车造成的能量损失；

步骤5：建立车辆的速度轨迹优化模型，并利用所述智能网联汽车信息和最优信号灯状态求解得到最优车速轨迹；

所述车辆的速度轨迹优化模型如式(9)-式(11)所示：

式(9)-式(11)中，ω₁，ω₂，ω₃和ω₄为四个权重系数，T为预测时长，t为表示时间的变量，为车道L上的车辆i在k+T-1时刻所行驶的距离，为车道L上的车辆i在k时刻所行驶的距离，为车道L上的车辆i在t时刻所消耗的燃油，为车道L上的车辆i在t时刻的速度，v_tar(t)为车道L上的车辆i在t时刻的目标车速，为车道L上的车辆i在t时刻的加速度，v_min和v_max为道路最小和最大限制车速，a_min和a_max为车辆加速度的最小值和最大值，为车道L上的车辆i与前车i-1的距离，并有：

式(12)中，S₀为前后车辆安全距离，t_h为车头时距，为车道L上的车辆i-1在t时刻的速度，为车道L上的车辆i在t时刻所行驶的距离，为车道L上的车辆i-1在t时刻所行驶的距离；

步骤6：利用最优信号灯状态和最优车速轨迹实现信号灯与车辆的协同控制。