CN104809898A - 一种突发事件状态下的车辆换道诱导*** - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车、交通、电子技术领域，涉及一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，克服了现有技术存在的信息发布不及时、实用性不强的问题；由输入子***、控制子***和执行子***组成，输入子***由数据采集器和数据处理器组成，控制子***为车辆换道处理器，执行子***由车载通信装置和LED显示屏组成；数据采集器与数据处理器相连，数据处理器与车辆换道处理器相连，车载通信装置和LED显示屏分别与车辆换道处理器相连；控制子***建立车辆换道模型，车辆换道行为受到车辆自驱动力、外界斥力和引力三种力的相互作用，车辆在合力作用下沿一定的路径完成换道；解决车辆不当的换道行为导致道路通行能力下降甚至引发二次交通事故问题。

Description

一种突发事件状态下的车辆换道诱导***

技术领域

本发明属于汽车、交通、电子技术领域，具体涉及一种突发事件状态下的车辆换道诱导***。

背景技术

针对突发事件造成道路上的车道拥堵问题，目前的车辆诱导***仅可以实现正常交通流状态下的路径诱导功能，但是对于事件发生后堵在事件车道上的车辆无法起到作用，并且信息发布不及时、实用性不强，有关车辆换道诱导的研究尚少。此外，对于车辆换道模型的构建，传统的远胞自动机等模型难以表达突发事件等复杂交通条件下的车辆换道行为，但目前尚无有效解决该问题的相关研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的信息发布不及时、实用性不强的问题，提供了一种突发事件状态下的车辆换道诱导***。

为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的，结合附图说明如下：

一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，由输入子***、控制子***和执行子***组成，所述输入子***由数据采集器和数据处理器组成，控制子***为车辆换道处理器，执行子***由车载通信装置和LED显示屏组成；输入子***中的数据采集器与数据处理器相连，输入子***中的数据处理器与控制子***中的车辆换道处理器相连，执行子***中的车载通信装置和LED显示屏分别与控制子***中的车辆换道处理器相连。

所述控制子***建立车辆换道模型，所述车辆换道模型中的车辆换道行为受到车辆自驱动力、外界斥力和引力三种力的相互作用，车辆在三种力的合力作用下最终沿一定的路径完成换道；

车辆在换道时所受到的合力为：

       ${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0)+\underset{C_3}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)+\underset{C_1}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right)+\underset{E}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)$

车辆换道模型函数为：

       $\frac{d{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}$

      表示己车α所受三种力的合力；

      表示己车α所受的车辆自驱动力；

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的期望运动速度；

      表示己车α所受的后车C₃所产生的斥力；

      表示己车α与后车C₃的距离向量；

      表示前车对己车α产生的斥力；

      表示前车与己车α的距离向量；

      表示事件E对己车α产生的斥力；

      表示事件E与己车α的距离向量；

Δ表示波动系数。

所述波动系数是描述车辆在换道时实际运动速度与最佳运动速度的偏离关系，车辆换道时的实际运动速度表示为：

       $\frac{d{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)$

其中 $g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|\≤v_{\mathrm{\α}}^{\max }\\ \frac{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}{v_{\mathrm{\α}}^{\max }},& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|>v_{\mathrm{\α}}^{\max }\end{array}\right..$

      表示己车α的实际位移；

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的最佳运动速度；

      表示己车α的最大运动速度；

      表示波动系数函数。

所述车辆自驱动力是驾驶员利用车间通信技术获取突发事件信息后进行换道驾驶的内在驱动力；

所述车辆自驱动力表示为：

       ${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0)=\frac{1}{T_{\mathrm{\α}}+\mathrm{\Δt}}({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0-{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}})$

其中：

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的期望运动速度；

T_α表示己车α换道时达到目标速度过程中产生的弛豫时间；

Δt表示单位时间。

所述外界斥力包括后车产生的斥力、前车产生的斥力和事件产生的斥力；

所述后车产生的斥力表达式为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_3}\left[b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)\right]$

      表示己车α所受的后车C₃所产生的斥力；

      表示己车α与后车C₃的距离向量；

      表示的单位向量；

      是关于单调减小的函数，

      表示为：

       $b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)=\frac{1}{2}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right||+||{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}-v_{C_3}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_3}|\left|\right)}^2-{\left(v_{C_3}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中是后车C₃的移动距离,表示后车C₃的运动方向；

所述前车产生的斥力表达式为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\left[b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)\right]$

      表示前车对己车α产生的斥力；

      表示前车与己车α的距离向量；

      表示的单位向量；

      表示为：

       $b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right||+||{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}-v_{C_1^i}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_1^i}|\left|\right)}^2-{\left(v_{C_1^i}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中n表示前车数量，是后车的移动距离,表示前车的运动方向；

所述事件产生的斥力表达式为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}}{U}_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)$

      表示事件E对己车α产生的斥力；

      表示事件E与己车α的距离向量，

      表示的单位向量；

      表示事件对己车α产生的势能；

      是关于的单调减小函数,表达为：

       $U_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)=e^{-\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\left|\right|}$

e是常量。

所述引力是车辆在换道过程中目标车道对己车产生的吸引力；

所述引力表达式为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)={\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}}{W}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})$

其中表示为己车α在位置处时目标车道的引力；

      表示己车α在换道过程中的位置向量；

W_αB表示目标车道对己车α产生的势能；

      是关于距离的单调增加函数，关于时间Δt的单调减少函数；

       $W_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})=e^{\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\left|\right|/\mathrm{\Δt}}$

e是常量，Δt是单位时间。

所述控制子***是车辆换道处理器，车辆换道处理器是一个搭载车辆换道模型程序的单片机，车辆换道模型对交通流数据进行分析输出车辆换道范围和路径诱导方案。

所述输入子***中的数据采集器用于采集智能交通***所产生的交通数据，数据采集器为SQL Server 2008数据采集器，在Microsoft数据平台上存储交通数据并对数据进行组织管理；所述输入子***中的数据处理器是将SQL Server 2008数据采集器创建的数据库中的数据进行优化从而得到有效的交通数据，并传输至控制子***。

所述执行子***通过车载通信装置和LED显示屏将换道信息发布到驾驶员所驾驶的车辆中；所述执行子***中的车载通信装置是指安装在车辆上的语音接收器，LED显示屏安装于移动路桩上，在事件发生后放置于事件上游路段，将事件信息和诱导方案传递给驾驶员。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

车辆换道是影响汽车行驶安全的一个关键技术，现有技术由于解决角度的不全面与实用性较低等诸多原因，在很多时候难以有效的根本解决关键问题。本发明提供一种数据融合、控制、换道诱导与信息发布等组成的***功能兼备的***，能够很大程度的解决车辆不当的换道行为导致道路通行能力下降甚至引发二次交通事故等问题，提高驾驶人员的驾驶舒适性和道路交通的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的技术路线图；

图2是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的***控制关系图；

图3是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的车辆自驱动力示意图；

图4是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的车辆换道过程示意图；

图5是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的外界斥力示意图；

图6是本发明所述突发事件状态下的车辆换道诱导***的引力示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

突发事件状态下的车辆换道诱导***由输入子***、控制子***与执行子***组成，控制子***为传输数据并输出控制指令的处理器，输入子***由智能交通***提供的数据采集器和数据处理器组成，执行子***包括车载通信装置和显示屏。

一、控制子***

(一)建立车辆换道模型

所述控制子***中的车辆换道模型是基于分子动力学理论，对社会力模型进行改进而得到的。当车道上发生突发事件后，车辆的换道行为受到自驱动力、外界斥力、引力这三种力的相互作用，车辆在各个分子力的作用下最终沿一定的路径完成换道。

(1)自驱动力

参阅图3，车辆自驱动力是驾驶员利用车间通信等技术获取突发事件信息后进行换道驾驶的内在驱动力。驾驶员换道时通常选择最佳的期望路径，假设车辆换道的期望路径为其由n个子路径组成，表示为 表示t时刻车辆α的实际位置，表示下一时刻车辆α的期望位置，车辆在t时刻的运动方向表示为：

       ${\stackrel{\→}{e}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)=\frac{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}^k-{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)}{\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}^k-{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)\left|\right|}$

实际速度与期望速度存在误差，在进行换道达到目标速度的过程中会产生弛豫时间T_α，因此车辆换道的驱动力表示为：

       ${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},v_{\mathrm{\α}}^0{\stackrel{\→}{e}}_{\mathrm{\α}})=\frac{1}{T_{\mathrm{\α}}+\mathrm{\Δt}}(v_{\mathrm{\α}}^0{\stackrel{\→}{e}}_{\mathrm{\α}}-{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}})$

其中：

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的期望运动速度；

T_α表示己车α换道时达到目标速度过程中产生的弛豫时间；

Δt表示单位时间；

(2)外界斥力

后车产生的斥力。参阅图4，车辆在正常行驶时有自己的特定运动区域，车辆的换道行为会对其他车辆的运动区域产生影响。车辆间距离越小时产生的影响越大，两车间的斥力也逐渐增加。由于α车与C₄车的间距由C₄车控制，所以C₄车对己车α换道行为不产生影响。车辆换道行为是一系列复杂的变化过程，根据时间变化将其分为三个连续的过程。

己车α进行换道时期望路径和期望速度受其与目标车道后车C₃距离的影响，后车C₃对己车α产生的斥力表示为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_3}\left[b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)\right]$

      表示己车α与后车C₃的距离向量；

      表示的单位向量；

      是关于单调减小的函数，

      表示为：

       $b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)=\frac{1}{2}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right||+||{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}-V_{C_3}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_3}|\left|\right)}^2-{\left(v_{C_3}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中是后车C₃的移动距离,表示后车C₃的运动方向；

前车产生的斥力。事件车道内前车对己车α产生斥力，斥力是关于和事件前车数量n的函数，斥力关于单调减少，关于n单调增加即事件车道内的前车数量越多对己车产生的斥力越大。

       ${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\left[b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)\right]$

      表示前车对己车α产生的斥力；

      表示前车与己车α的距离向量；

      表示的单位向量；

      表示为：

       $b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)=\frac{1}{2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right||+||{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}-v_{C_1^i}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_1^i}|\left|\right)}^2-{\left(v_{C_1^i}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中n表示前车数量，是后车的移动距离,表示前车的运动方向；

事件产生的斥力。参阅图5，突发事件E对己车α产生的斥力表示为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}}{U}_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)$

      表示事件E对己车α产生的斥力；

      表示事件E与己车α的距离向量，

      表示的单位向量；

U_αE表示事件对己车α产生的势能；

      是关于的单调减小函数,表达为：

       $U_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)=e^{-\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\left|\right|}$

e是常量。

(3)引力

目标车道的引力。参阅图6，车辆在位置处时目标车道的引力表示为目标车道对换道车辆的引力表示为：

       ${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)={\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}}{W}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})$

其中表示为己车α在位置处时目标车道的引力；

      表示己车α在换道过程中的位置向量；

W_αB表示目标车道对己车α产生的势能；

      是关于距离的单调增加函数，关于时间Δt的单调减少函数；

       $W_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})=e^{\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\left|\right|/\mathrm{\Δt}}$

e是常量，Δt是单位时间；

综上所述车辆在换道时所受到的合力为：

       ${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0{\stackrel{\→}{e}}_{\mathrm{\α}})+\underset{C_3}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)+\underset{C_1}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right)+\underset{E}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)$

车辆换道的受力模型为：

       $\frac{d{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}$

      表示己车α所受三种力的合力；

      表示己车α所受的车辆自驱动力；

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的期望运动速度；

      表示己车α所受的后车C₃所产生的斥力；

      表示己车α与后车C₃的距离向量；

      表示前车对己车α产生的斥力；

      表示前车与己车α的距离向量；

      表示事件E对己车α产生的斥力；

      表示事件E与己车α的距离向量；

Δ表示波动系数。

波动系数是描述车辆在换道时实际速度与期望速度的偏离关系，车辆换道时的运动速度表示为：

       $\frac{d{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)$

其中 $g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|\≤v_{\mathrm{\α}}^{\max }\\ \frac{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}{v_{\mathrm{\α}}^{\max }},& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|>v_{\mathrm{\α}}^{\max }\end{array}\right..$

      表示己车α的实际位移；

      表示己车α的实际运动速度；

      表示己车α的最佳运动速度；

      表示己车α的最大运动速度；

      表示波动系数函数。

(二)建立控制平台

所述控制子***是车辆换道处理器，车辆换道处理器是一个搭载车辆换道模型程序的单片机，车辆换道模型对交通流数据进行分析输出辆的最佳换道范围和路径诱导方案。

控制子***通过对输入子***的交通流数据结果进行分析，对车辆换道模型中的参数进行优化改进，使之能充分表达车辆换道行为。在车辆换道模型建完成后，通过交通仿真输出车辆的最佳换道范围和交通诱导方案。车辆换道的过程主要包含以下几个方面，首先探测周围环境存在的车辆(车辆探测)，其次将探测所获得车辆进行量化(车辆建模)，最后寻找一条动态轨迹规划算法(路径规划)，并使车辆从原车道沿着规划的轨迹到达相邻车道。

二、输入子***

所述输入子***中的数据采集器用于采集智能交通***所产生的交通流数据，包括车辆运行状态、道路交通流信息及突发事件信息等。利用SQL Server 2008数据采集器创建一个中心数据库来存储交通数据，SQL Server 2008在Microsoft的数据平台上发布，可以组织管理智能交通***产生的交通数据，将结构化、半结构化和非结构化文档的数据直接存储到数据库中，同时实现对数据进行查询、搜索、同步、报告和分析之类的操作。SQL Server 2008数据采集器数据的优点是可以将数据存储在各种设备上，从数据中心最大的服务器一直到桌面计算机和移动设备，它都可以控制数据而不用管数据存储在哪里。

所述输入子***中的数据处理器是将SQL Server 2008数据采集器创建的数据库中的交通数据进行筛选和校正，得到有效的交通数据，从而对车辆换道模型中的参数进行优化。

三、执行子***

执行子***通过车载通信装置和显示屏将换道信息发布到驾驶员所驾驶的车辆中。

所述执行子***中的车载通信装置是指安装在车辆上的语音接收器，语音接收器与控制子***相连，接收控制子***输出的换道建议，并播报给驾驶员。

所述执行子***中的LED显示屏与控制子***相连，安装于移动路桩上，在突发事件发生后放置于事件上游路段，提示驾驶员最佳换道范围的位置。

四、***的连接、控制关系

参阅图2，在该换道诱导***中，输入子***与控制子***相连，即数据采集器与数据处理器相连，数据处理器与车辆换道处理器相连，输入子***将处理后的数据输入到车辆换道处理器中；执行子***与控制子***相连，即车辆换道处理器与车载通信装置、LED显示屏相连。

五、工作原理

当道路发生突发事件后，输入子***中的数据采集器将道路交通流状态、事件信息输入到数据处理器中，数据处理器进行数据校正和融合，传输到控制子***。

控制子***中的车辆换道模型根据处理后的数据对模型中参数进行重新优化计算，根据实际交通状态等信息确定针对某一突发事件的车辆换道方案。

执行子***通过车载通信装置将诱导方案传输给驾驶员，同时通过安装于道路上的LED显示屏在突发事件发生后放置于事件上游路段，提示驾驶员最佳换道范围的位置。

Claims (9)

1.一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

由输入子***、控制子***和执行子***组成，所述输入子***由数据采集器和数据处理器组成，控制子***为车辆换道处理器，执行子***由车载通信装置和LED显示屏组成；输入子***中的数据采集器与数据处理器相连，输入子***中的数据处理器与控制子***中的车辆换道处理器相连，执行子***中的车载通信装置和LED显示屏分别与控制子***中的车辆换道处理器相连。

2.根据权利要求1所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述控制子***建立车辆换道模型，所述车辆换道模型中的车辆换道行为受到车辆自驱动力、外界斥力和引力三种力的相互作用，车辆在三种力的合力作用下最终沿一定的路径完成换道；

车辆在换道时所受到的合力为：

${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0)+\underset{C_3}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)+\underset{C_1}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0+\underset{E}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)+\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)$

车辆换道模型函数为：

$\frac{d{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)+\mathrm{\Δ}$

表示己车α所受三种力的合力；

表示己车α所受的车辆自驱动力；

表示己车α的实际运动速度；

表示己车α的期望运动速度；

表示己车α所受的后车C₃所产生的斥力；

表示己车α与后车C₃的距离向量；

表示前车对己车α产生的斥力；

表示前车与己车α的距离向量；

表示事件E对己车α产生的斥力；

表示事件E与己车α的距离向量；

Δ表示波动系数。

3.根据权利要求2所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述波动系数是描述车辆在换道时实际运动速度与最佳运动速度的偏离关系，车辆换道时的实际运动速度表示为：

$\frac{d{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}}{\mathrm{dt}}={\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)={\stackrel{g}{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}}_{\mathrm{\α}}\left(t\right)g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)$

其中 $g\left(\frac{v_{\mathrm{\α}}^{\max }}{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|\≤v_{\mathrm{\α}}^{\max }\\ \frac{\left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|}{v_{\mathrm{\α}}^{\max }},& \left|\right|{\stackrel{\→}{\mathrm{\ω}}}_{\mathrm{\α}}\left|\right|>v_{\mathrm{\α}}^{\max }\end{array}\right..$

表示己车α的实际位移；

表示己车α的实际运动速度；

表示己车α的最佳运动速度；

表示己车α的最大运动速度；

表示波动系数函数。

4.根据权利要求2所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述车辆自驱动力是驾驶员利用车间通信技术获取突发事件信息后进行换道驾驶的内在驱动力；

所述车辆自驱动力表示为：

${\stackrel{\→}{F}}_{\mathrm{\α}}^0({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}},{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0)=\frac{1}{T_{\mathrm{\α}}+\mathrm{\Δt}}({\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}}^0-{\stackrel{\→}{v}}_{\mathrm{\α}})$

其中：

表示己车α的实际运动速度；

表示己车α的期望运动速度；

T_α表示己车α换道时达到目标速度过程中产生的弛豫时间；

Δt表示单位时间。

5.根据权利要求2所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述外界斥力包括后车产生的斥力、前车产生的斥力和事件产生的斥力；

所述后车产生的斥力表达式为：

${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_3}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)={-\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_3}\left[b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)\right]$

表示己车α所受的后车C₃所产生的斥力；

表示己车α与后车C₃的距离向量；

表示的单位向量；

是关于单调减小的函数，

表示为：

$b\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right)=\frac{1}{2}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}\right||+||{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_3}-v_{C_3}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_3})}^2-{\left(v_{C_3}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中 是后车C₃的移动距离,表示后车C₃的运动方向；

所述前车产生的斥力表达式为：

${\stackrel{\→}{f}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}}{V}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\left[b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)\right]$

表示前车对己车α产生的斥力；

表示前车与己车α的距离向量；

表示的单位向量；

表示为：

$b({\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i},n)=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}\right||+|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}{v}_{C_1^i}\mathrm{\Δt}{\stackrel{\→}{e}}_{C_1^i}\right|\left|\right)}^2-{\left(v_{C_1^i}\mathrm{\Δt}\right)}^2}$

式中n表示前车数量， ${\stackrel{\→}{l}}_{{\mathrm{\αC}}_1^i}={\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\α}}-{\stackrel{\→}{l}}_{C_1^i},s_{C_1^i}=v_{c_1^i}\mathrm{\Δt}$ 是后车的移动距离,表示前车的运动方向；

所述事件产生的斥力表达式为：

${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αE}}^0\left({\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right)=-{\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}}{U}_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)$

表示事件E对己车α产生的斥力；

表示事件E与己车α的距离向量，

表示的单位向量；

U_αE表示事件对己车α产生的势能；

是关于的单调减小函数,表达为：

$U_{\mathrm{\αE}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\right|\left|\right)=e^{-\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αE}}\left|\right|}$

e是常量。

6.根据权利要求2所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述引力是车辆在换道过程中目标车道对己车产生的吸引力；

所述引力表达式为：

${\stackrel{\→}{f}}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,t)={\▿}_{{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}}{W}_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})$

其中表示为己车α在位置处时目标车道的引力；

表示己车α在换道过程中的位置向量；

W_αB表示目标车道对己车α产生的势能；

是关于距离的单调增加函数，关于时间Δt的单调减少函数；

$W_{\mathrm{\αB}}\left(\right|\left|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\right||,\mathrm{\Δt})=e^{\left|\right|{\stackrel{\→}{l}}_{\mathrm{\αB}}\left|\right|/\mathrm{\Δt}}$

e是常量，Δt是单位时间。

7.根据权利要求1所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述控制子***是车辆换道处理器，车辆换道处理器是一个搭载车辆换道模型程序的单片机，车辆换道模型对交通流数据进行分析输出车辆换道范围和路径诱导方案。

8.根据权利要求1所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述输入子***中的数据采集器用于采集智能交通***所产生的交通数据，数据采集器为SQL Server 2008数据采集器，在Microsoft数据平台上存储交通数据并对数据进行组织管理；所述输入子***中的数据处理器是将SQL Server 2008数据采集器创建的数据库中的数据进行优化从而得到有效的交通数据，并传输至控制子***。

9.根据权利要求1所述的一种突发事件状态下的车辆换道诱导***，其特征在于：

所述执行子***通过车载通信装置和LED显示屏将换道信息发布到驾驶员所驾驶的车辆中；所述执行子***中的车载通信装置是指安装在车辆上的语音接收器，LED显示屏安装于移动路桩上，在事件发生后放置于事件上游路段，将事件信息和诱导方案传递给驾驶员。