[发明专利]一种高速公路混合交通流协同优化控制方法

摘要

本发明公开了一种高速公路混合交通流协同优化控制方法，应用于高速公路匝道汇流场景下的车辆优化控制。包括，用微观车辆跟驰模型预测车辆轨迹、确定优化控制目标车辆、确定可控车辆的优化轨迹区间、控制决策时刻与各时刻下的容许状态集，以及针对该车辆的轨迹优化控制的步骤。本发明的有益效果在于，1、建立了基于微观跟驰模型的微观交通流仿真环境，分析不同交通状态、不同自动驾驶车辆渗透率的交通影响。2、基于微观跟驰模型，提出了全新的协同汇流模型，考虑高速公路的交通特征、几何约束、安全约束，将协同汇流问题归纳为离散时间状态约束的最优控制问题。3、提出一种基于动态规划的求解方法来有效地解决这一问题。

主权项

1.一种高速公路混合交通流协同优化控制方法，其特征在于，包括步骤一：车辆轨迹预测，包括：(1)获取交通流中车辆在通过汇流区段的上游检测点Y的时刻和速度；(2)结合道路几何长度，用微观车辆跟驰模型预测车辆在上游检测点Y与汇流区段终点z₁之间的轨迹；步骤二：确定优化控制目标车辆，包括：(1)按照步骤一的方法，预测主路上多台车辆的轨迹，其到达汇流区段起点z₀的时刻为t_m，其中m＝1，2，3，…；(2)按照步骤一的方法，预测匝道上多台车辆的轨迹，其到达汇流区段起点z₀的时刻为t_r，其中r＝1，2，3，…；(3)如果存在一个t_r，t_m<t_r<t_m+1，则认定车辆关系为：t_r对应的车辆为汇流车k，t_m对应的车辆为主路前车t_m+1对应的车辆为主路后车(4)若主路后车为可控车辆且同时满足以下条件：(a)根据预测的轨迹，在t_r时刻，汇流车k与主路前车的车间距大于不可控车辆的最小安全车头距离(b)主路后车与汇流车k的车间距小于可控车辆的最小安全车头距离则主路后车为优化控制的目标车辆；步骤三：确定主路后车的控制区段、控制决策时刻与各控制决策时刻下的最优状态，包括：(1)基于预测的汇流车k的轨迹，到达控制区段起点z的时刻记为t₀，到达汇流区段起点z₀的时刻记为t_f，将其分为N段，N＝(t_f‑t₀)/τ；定义控制决策时刻为t₀+nτ，n＝1,2,…,N；所述控制区段起点z，在上游检测点Y之后且在汇流区段起点z₀之前；其中，τ为反应时间；(2)根据主路后车在t₀时刻的状态，计算第1阶段的控制决策时刻即t₀+τ时刻的容许状态集，以及t₀时刻的状态到该容许状态集中各个容许状态的状态转移成本；所述主路后车在t₀时刻的状态即其在t₀时刻的位置和速度，根据预测的主路后车的轨迹得到；(3)根据第1阶段的控制决策时刻的容许状态集，计算第2阶段的控制决策时刻即t₀+2τ时刻的容许状态集，计算第1阶段各个容许状态到第2阶段各个容许状态的状态转移成本和累计成本，其中累计成本为第1阶段与第2阶段的状态转移成本之和；(4)按照(3)的方法，依次计算得到之后各阶段的容许状态集，以及累计成本；(5)判断第N阶段的控制决策时刻，即t_f时刻的容许状态集中的容许状态是否满足汇流条件，将满足汇流条件的容许状态录入最终容许状态集中；(6)计算最终容许状态集中各个容许状态的累计成本，选择累计成本最小的容许状态为t_f时刻的最优状态；(7)根据最终容许状态集的最优状态逆推之前N‑1个阶段中每个控制决策时刻的最优状态；步骤四：按照每个控制决策时刻的最优状态对主路后车进行控制。