[发明专利]一种基于稳定性分析的合流区混合交通速度协同控制方法

权利要求书

1.一种基于稳定性分析的合流区混合交通速度协同控制方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：

步骤S1、以“1+N”形式构成车辆簇，“1”代表1辆智能自动驾驶车辆CAV，“N”代表跟随的多辆人工车辆HV；构建簇内稳定性解析模型，解析簇内稳定性条件；

步骤S2、在满足簇内稳定性条件前提下，构建簇间稳定性模型，解析簇间稳定性条件；

步骤S3、基于簇内及簇间稳定性条件，构建簇协同速度控制模型，在满足簇内及簇间稳定性条件下，通过控制CAV速度引导汇入簇顺利进入合流区；

所述步骤S2中构建簇间稳定性模型，具体为：

步骤S21、由加速车道汇入主路的目标车辆簇为汇入簇VC_n，汇入簇前方为引导簇VC_n+1，位于主路上游的为主动簇VC_m，位于主路下游的为协同簇VC_m+1；在合流区，当VC_n执行换道操作时，受到引导簇VC_n+1、主动簇VC_m与协同簇VC_m+1的影响；设定汇入簇VC_n、引导簇VC_n+1、主动簇VC_m与协同簇VC_m+1的速度分别为v_n、v_n+1、v_m、v_m+1，簇长度分别为l_n、l_n+1、l_m、l_m+1，汇入簇与主动簇的簇间距为Δx_n,m，汇入簇与协同簇的簇间距为Δx_n,m+1，汇入簇与引导簇的簇间距为Δx_n,n+1；

步骤S22、速度扰动是指汇入簇VC_n执行主动的加速操作汇入主路时，对引导簇VC_n+1、主动簇VC_m、协同簇VC_m+1产生的影响，使主路稳态受到破坏；设定对引导簇VC_n+1、主动簇VC_m、协同簇VC_m+1产生的速度扰动分别为SD_n+1、SD_m、SD_m+1；

速度扰动SD_n+1根据式(10)确定：

对于引导簇VC_n+1而言，速度扰动SD_n+1受到最小安全间距l_safety的影响，当汇入簇VC_n与引导簇VC_n+1的实际间距l_n,n+1小于l_safety，速度扰动SD_n+1产生，且随l_n,n+1减小而变大；当l_n,n+1大于等于l_safety，速度扰动SD_n+1不产生，k₁为速度扰动SD_n+1的波动系数；Δv表示汇入簇VC_n的速度变化；

SD_m根据式(11)确定：

对于主动簇VC_m而言，SD_m受到最小安全距离l_safety的影响，当主动簇VC_m与汇入簇VC_n的实际间距l_n,m小于l_safety，SD_m产生，且l_n,m越小，SD_m越大；反之则不产生速度波动，k₂为SD_m的波动系数；Δv表示汇入簇VC_n的速度变化；

速度扰动SD_m+1根据式(12)确定：

对于协同簇VC_m+1而言，速度扰动SD_m+1受到最小安全距离l_safety的影响，当汇入簇VC_n与协同簇VC_m+1的实际间距l_n,m+1小于l_safety，速度扰动SD_m+1产生，且l_n,m+1越小，速度扰动SD_m+1越大；反之则不产生速度扰动SD_m+1，k₃为速度扰动SD_m+1的波动系数，Δv表示汇入簇VC_n的速度变化；

所述步骤S2中解析簇间稳定性条件，具体为：车辆簇在运行过程中，受到速度扰动影响，簇间稳态受到破坏，簇间稳定性解析函数F₂，见式(23)：

其中，l_n,m＝x，l_n,m+1＝y，Δv＝z，参数a₂＝βk₃、β与分别为间距差与速度差系数；为加速度函数；F₂大于0为稳态，小于0则为非稳态；

所述式(23)按照以下方法确定：

汇入过程中其他车辆簇需要与汇入簇VC_n竞争行驶空间，或配合汇入簇VC_n完成汇入操作，汇入状态由汇入簇VC_n与其他车辆簇共同决定，结合CAV特征，得到汇入函数模型，见式(13)：

其中：a_m(t)为主动簇VC_m在t时刻的期望加速度；v_m(t)为主动簇VC_m在t时刻的速度；Δv_m,m+1为主动簇VC_m与协同簇VC_m+1的速度差；Δv_m,n+1为主动簇VC_m与引导簇VC_n+1的速度差；V(Δx)为优化速度函数；

假设初始加速车道与主路所有簇符合均匀分布，簇间相对速度Δv_n,n+1＝Δv_m,m+1＝0；得到初始位置状态见式(14)：

式(14)(15)中，b_main＝D/N_main，b_main＝D/N_main中D代表主路车辆簇总长度；b_acc＝D/(N_acc)，b_acc＝D/(N_acc)中D表示加速车道车辆簇总长度；N_main和N_acc分别为主路、加速车道的车辆簇数量；t代时刻；b_main为主路车辆簇平均长度；b_acc为加速车道车辆簇平均长度；

当汇入簇VC_n执行汇入操作后，对主动簇产生速度扰动SD_m(t)，则t时刻位置状态x_m(t)见式(16)：

其中为稳定态位置状态；

对式(16)求一阶、二阶导数，得：

式(17)中，均为中间参数，得到间距差与速度差公式如下：

将式(17)(18)代入(13)求解得到式(19)：

进一步对在V(b_acc,b_main)处开展泰勒展开式如下结果：

由于SD_m(t)属于可控扰动，因此设定引导簇的速度扰动SD_n+1(t)＝0.5·SD_m(t)+0.5·SD_m+1(t)，从而得到a_m(t)见式(21)：

结合式(11)(12)(21)，并且令l_n,m＝x，l_n,m+1＝y，Δv＝z，得到式(22)：

令a₂＝βk₃，即得式(23)。