[发明专利]一种车辆行驶轨迹优化方法、装置、设备及可读存储介质

权利要求书

1.一种车辆行驶轨迹优化方法，其特征在于，包括：

获取第一信息，所述第一信息包括交叉口进口道的优化区域内的所有车辆信息，所述优化区域与所述交叉口之间设置有间隙；

根据所述第一信息和解决交通冲突的方法对时间顺序模型进行求解，得到第二信息,所述第二信息包括每个所述车辆到达所述交叉口的最优时刻；

根据所述第二信息求解轨迹优化模型得到每个所述车辆的瞬时加速度曲线；

基于所述瞬时加速度曲线和滚动优化策略,优化每个所述车辆的行驶轨迹；

所述根据所述第一信息和解决交通冲突的方法对时间顺序模型进行求解，得到第二信息，之前包括:

根据每个所述车辆在所述优化区域内的速度和加速度，计算得到第三信息，所述第三信息包括每个所述车辆进入控制区域的时间，所述控制区域为所述优化区域与所述交叉口之间的间隙；

根据每个所述车辆进入所述控制区域的时间的先后顺序进行编号，得到所有所述车辆进入所述控制区域的基于时间排序的车队队列；

其中，根据所述第一信息和解决交通冲突的方法对时间顺序模型进行求解得到第二信息，包括：

根据所述第三信息、每个所述车辆的速度和每个所述车辆的加速度，得到每个所述车辆的最小行程时间约束；

基于所述车辆之间交通冲突的特点，得到任意两辆所述车辆之间的安全到达时间间隔约束；

以最小化所述车队队列中所有所述车辆的延误时间之和为优化目标，结合所述最小行程时间约束和所述安全到达时间间隔约束，构建所述车辆的时间顺序优化模型；

求解所述车辆的时间顺序优化模型，计算得出当前优化周期内的所有所述车辆到达所述交叉口的最优时刻；

具体地,构建以最小化虚拟车队所有车辆总延误为目标的车辆时序混合整数线性规划模型，基于交叉口内车辆冲突方式特点以及车辆信息求解时序优化模型，得到当前优化周期内的所有车辆到达交叉口的最优时刻；

时间顺序优化模型的目标函数为：

式中，为车辆i目标到达交叉口的时刻，/为车辆i预计进入控制区域的时刻，/为车辆i在自由流状态下通过控制区域的理想时间，K为优化周期内的车辆总数；

车辆时序混合整数线性规划模型的约束条件包括最小行程时间约束和安全到达时间间隔约束；

最小行程时间约束为：

式中，Λ₁和Λ₂表示两类车辆集合，以区分车辆以最短时间通过控制区域时是否需要加速至最大速度，即当i∈Λ₁时当i∈Λ₂时/a_max为车辆最大加速度，b_max为车辆最大减速度，/为车辆i进入控制区域的速度，/为车辆i离开控制区域的速度，为控制区域的最大限速，L_C为控制区域长度；

所述的安全到达时间间隔约束为：

式中，ω_i为车辆i所在的车道，σ_i为车辆i的目标转向，l_j为车辆j的车身长度，v_int为车辆在交叉口内的行驶速度，Δt为同车道车辆安全时间间隔，dis(A,B)为A和B之间的距离，为车辆i在*处的位置坐标，*＝enter表示进入交叉口的点，*＝kp_I表示进入冲突区域的点，*＝kp_o表示离开冲突区域点，当车辆i先通过冲突区域时λ_ij＝0，否则λ_ij＝1，M为足够大的数；

其中,所述根据所述第二信息求解轨迹优化模型得到每个所述车辆的瞬时加速度曲线，包括：

基于车辆动力学特性，计算得到每个所述车辆行驶过程中的约束条件；

根据每个所述车辆的所述第三信息以及所述第二信息，计算生成每个所述车辆初始状态约束和终止状态约束；

根据每个所述车辆初始状态约束和终止状态约束，以降低所述车辆的油耗为优化目标，结合每个所述车辆行驶过程中的约束条件，构建轨迹优化模型；

根据所述轨迹优化模型，结合所述第二信息，计算得出每个所述车辆的瞬时加速度曲线；

根据每个所述车辆初始状态约束和终止状态约束，以降低所述车辆的油耗为优化目标，结合每个所述车辆行驶过程中的约束条件，构建轨迹优化模型之前还包括：

基于第二信息和第三信息，确定车辆轨迹控制的时间范围；

以0.1秒为间隔对时间范围进行离散；

获取第四信息，第四信息包括在离散后的时间范围内，基于车辆动力学特性，计算得到车辆的约束条件，车辆的约束条件为动力学约束、车辆速度的范围约束和车辆加速度的范围约束；

基于第三信息，生成车辆初始状态约束，根据第二信息，生成车辆终止状态约束；

根据任意两辆车辆之间的最小安全间隔，得到车辆安全间距约束；

以降低车辆的油耗为优化目标，结合车辆动力学约束、车辆速度的范围约束、车辆加速度的范围约束、车辆初始状态约束、车辆终止状态约束和车辆安全间距约束，构建轨迹优化模型；

具体地，车辆轨迹优化模型的目标函数为：

其中，K_h为车道h上的车辆数，a_i[k]为车辆i在k时刻的加速度，为车辆i进入控制区域的时刻，/为车辆i离开控制区域的时刻，δ为一个足够小的数，使得

车辆轨迹优化模型的约束条件包括车辆动力学约束、车辆速度和加速度范围约束、车辆初始与终止状态约束和车辆安全间距约束；

车辆动力学约束为：

式中，x_i[k]为车辆i在k时刻的位置，v_i[k-1]为车辆i在k-1时刻的瞬时速度；

车辆速度和加速度范围约束为：

式中，为控制区域的最大限速，a_max为车辆最大加速度，b_max为车辆最大减速度；

车辆初始与终止状态约束为：

/

式中，为车辆i进入控制区域的速度，/为车辆i离开控制区域的速度，L_C为控制区域长度；

车辆安全间距约束为：

式中，l_i-1为车辆i的前车车辆i-1的车身长度，Δt为同车道车辆安全时间间隔。