[发明专利]一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法

权利要求书

1.一种面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取道路基础设施信息与车辆信息；

S2、确定初始车队合流序列；

S3、设置主线车辆与匝道车辆为同一通行优先级，利用车路互联通信功能，调整车辆行驶速度与跟驰时距，构建汇入时序与间隔优化模型；

S4、利用汇入时序与间隔优化模型，计算每辆控制车辆预计到达合流点的时间，根据该时间对合流车辆进行排序，形成车队合流序列，网联车获取预计的合流时间；

S5、优化合流车辆的纵向行驶轨迹，构建车辆行驶轨迹优化模型；

S6、采用最优控制理论中的变分法，在给定初始与合流时刻位置、速度的前提下，利用车辆行驶轨迹优化模型获得加速度与急动度曲线。

2.根据权利要求1所述的面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，收集当前高速公路合流区内道路基础设施信息、重要交通流参数与车辆运动状态信息；确定单位控制时长，自动获取该单位控制时长内所有合流车辆的状态信息并实时记录更新；实时传输信息进行交通决策与车辆状态信息更新交互。

3.根据权利要求1所述的面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，确定车队初始合流序列的具体内容为：对于单位控制时长内处于协同控制区内的合流车辆；采用先到先服务原则，根据车辆进入协同控制区的时间顺序给予每一辆车唯一序号；车辆越早进入系统控制区，标号越小，随后依次增大。

4.根据权利要求1所述的面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，构建汇入时序与间隔优化模型的具体步骤如下：

S301、限制车辆到达合流点结束协同控制时最终状态下的速度与加速度设定为预设值，作为参数输入，优化车辆从进入协同控制区到合流点所需要的时间，将车辆到达合流点的时刻作为优化变量，获得合流序列优化目标，具体公式如下：

其中，i是车辆在先到先服务规则下进入协同控制区时获得的唯一编号，n为参与控制车辆的总数，为车辆进入协同控制区的时刻，为车辆到达合流点的时刻；

S302、确定合流序列优化限制条件，对车辆到达合流点的时间设定下限，具体公式如下：

其中，h_d是控制车辆i与前车车辆i-1的车头时距，L是协同控制区的长度，a_max为车辆动力的最大加速度，是车辆进入合流区的速度，v_max是车辆的最大速度，是车辆从进入协同控制区开始到达合流点的最短时间；

当前后车辆处于相同车道或不同车道的时，对于车辆到达时间的约束公式如下：

其中，h₁为处于同一车道状态下的安全跟车时距，h₂为处于不同车道时考虑安全换道时间的跟车时距，Z(t)为当前时刻与车辆i位于同一车道的所有车辆集合，Η(t)为与车辆i处于不同车道的所有车辆集合；

S303、设定优化时间窗口为T，对于处在T内的车辆，构建的汇入时序与间隔优化模型如下所示：

其中，n表示第k个控制时间单元T中的第一辆车。

5.根据权利要求1所述的面向事故风险改善的高速公路合流区协同控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，将车辆进入合流区的时刻与按照汇入时序与间隔优化模型设定的安全跟车时距值作为约束条件，输入到MATLAB的整数规划求解器中，计算每辆控制车辆预计到达合流点的时间，根据该时间对合流车辆进行排序，形成车队合流序列。