CN113838305A - 一种车队汇入智能网联专用道的控制方法 - Google Patents

一种车队汇入智能网联专用道的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，所述方法包括：采集智能网联车队交通流信息，计算当前车队头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间，并预测前向间隙的最大汇入容量，确定智能网联专用道内中间间隙可容纳汇入车辆的最大容量，接着计算当前车队新头车到达智能网联专用道内后向间隙的时间，并预测后向间隙的最大汇入容量，根据智能网联专用道内前向、中间和后向三类间隙的最大汇入容量，以及当前车队长度，确定汇入控制方案。该方法充分利用智能网联专用道间隙，提高换道效率，减小对专用道内车流干扰，有效提升道路通行效率和行车安全水平。

Description

一种车队汇入智能网联专用道的控制方法
技术领域
本发明涉及智能交通控制领域，具体涉及一种车队汇入智能网联专用道的控制方法。
背景技术
当前，在互联网、无线通信、大数据、人工智能等技术的带动和影响下，智能网联交通***能够大幅提升车流运行的整体效能，是交通运输***的终极发展形式，这一结论已被世界各国证实或接受。基于此，建设面向未来交通的新型基础设施是推进智能网联交通技术研发与应用的关键领域之一，也是各国在交通领域竞争的重要分水岭。
作为承担快捷运输的主要设施，专用道具有连续、高效、复杂度低等特点，是率先实现智能网联环境的潜在场景之一。当智能网联汽车市场渗透率逐渐上升，与人工驾驶汽车混行时，必将影响高速公路的通行能力和安全水平。此时专用道设置能够强制分隔智能网联汽车与人工驾驶汽车，减少混合交通流中的冲突，降低两者相互干扰，充分发挥智能网联汽车可观、可控、低延时、高稳定性等优势，进而提升道路设施的通行效率和交通安全。因此，车队汇入智能网联专用道控制是未来混合交通流管控的核心技术之一。
专利“双车道智能网联车协同换道方法、装置、设备及存储介质”(CN202011196917.5) 重点解决了考虑换道安全性、舒适性及状态目标等多个约束，实现了智能网联车安全协同换道；专利“一种智能网联汽车协同调度换道方法”(CN201911212449.3)则基于DQN网络智能算法，实现了安全间隙选择和换道轨迹规划；专利“多车道快速路出口匝道分流区智能车队换道引导方法及***”(CN202110066741.X)基于交通状态检测模块，解决了车辆换道的时机、换道路径的最优化规划问题。因此，已公开文献和专利均未考虑目标车道为智能网联专用道，且专用道内已形成稳定的车队，未涉及车队汇入智能网联专用道的控制方法。
发明内容
发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提出一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，采集智能网联车队交通流信息，预测智能网联专用道内前向间隙、中间间隙和后向间隙的最大汇入容量，再根据三类间隙的最大汇入容量，以及当前车队长度，确定车队汇入智能网联专用道的控制方案。该方法充分利用智能网联专用道间隙，提高换道效率，减小对智能网联专用道内车流干扰，进而提升道路通行效率和行车安全水平。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
(1)采集智能网联车队交通流信息，所述智能网联车队包括待汇入智能网联专用道的目标车队A以及智能网联专用道内构成前向间隙、中间间隙、后向间隙的四个车队，这四个车队由下游往上游排序分别记为车队B、车队C、车队D、车队E；
(2)计算目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间，并预测前向间隙的最大汇入容量NA_BC；
(3)确定智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量NA_CD；
(4)若目标车队A车辆数目NA≤NA_BC，则执行步骤(7)中的控制方案；若NA_BC+NA_CD≥NA＞NA_BC，则执行步骤(8)中的控制方案；若NA＜NA_BC+NA_CD，则进入步骤(5)；
(5)计算目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间，并预测后向间隙的最大汇入容量NA_DE；
(6)若NA-NA_BC-NA_CD≤NA_DE，则执行步骤(9)中的控制方案；若NA-NA_BC-NA_CD＞NA_DE，则执行步骤(10)中的控制方案；
(7)目标车队A沿车流方向汇入智能网联专用道内前向间隙；
(8)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车和中间间隙 NA-NA_BC辆车；
(9)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙 NA_CD辆车和后向间隙NA-NA_BC-NA_CD辆车；
(10)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙NA_CD辆车和后向间隙NA_DE辆车，剩余NA-NA_BC-NA_CD-NA_DE辆车继续保持原有状态匀速行驶。
作为优选，步骤(1)中，所述智能网联车队交通流信息包括目标车队A的头车前保险杠坐标XAL、尾车的后保险杠坐标XAF、车头时距TA、行驶速度VA和车辆数目NA；车队B、车队C、车队D、车队E的头车前保险杠坐标XBL、XCL、XDL、XEL，尾车后保险杠坐标XBF、 XCF、XDF、XEF，行驶速度VB、VC、VD、VE；智能网联车队的舒适加速度aac和舒适减速度ade，智能网联车队内智能车辆长度Lveh。
作为优选，步骤(2)中，所述目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间tAB，其计算方法如下：
Figure RE-GDA0003351137240000021
前向间隙的最大汇入容量NA_BC为：
Figure RE-GDA0003351137240000022
式中LBC为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队B和车队C之间的距离， SBA为目标车队A头车与车队B尾车之间的安全距离，SAC为目标车队A尾车与车队C头车之间的安全距离，计算方法如下：
LBC＝XBF-XCL+(VB-VC)tAB
SBA＝VA·ΔtF
SAC＝VC·ΔtL
式中ΔtF、ΔtL为后安全时距和前安全时距，本发明中默认取值为：ΔtL＝1.0s，ΔtF＝1.5s。
作为优选，步骤(3)中，所述智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量NA_CD，其计算方法为：
Figure RE-GDA0003351137240000031
式中LCD为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队C和车队D之间的距离， SCA为目标车队A头车与车队C尾车之间的安全距离，SAD为目标车队A尾车与车队D头车之间的安全距离，计算方法如下：
LCD＝XCF-XDL+(VC-VD)tAC
SCA＝VA·ΔtF
SAD＝VD·ΔtL
式中tAC为当前车队A头车到达智能网联专用道内中间间隙的时间，其计算方法如下：
Figure RE-GDA0003351137240000032
式中TLC为智能网联车队内智能车辆换道过程平均时长，本发明中默认取值为TLC＝4s。
作为优选，步骤(4)中，目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间tAD，其计算方法如下
Figure RE-GDA0003351137240000033
式中
Figure RE-GDA0003351137240000034
为目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车的前保险杠坐标，计算方法如下：
Figure RE-GDA0003351137240000035
后向间隙的最大汇入容量NA_DE为；
Figure RE-GDA0003351137240000041
式中LDE为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队D和车队E之间的距离， SDA为目标车队A头车与车队D尾车之间的安全距离，SAE为目标车队A尾车与车队E头车之间的安全距离，计算方法如下：
LDE＝XDF-XEL+(VD-VE)tAD
SDA＝VA·ΔtF
SAE＝VE·ΔtL。
有益效果：本发明公开了一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，完善了车队汇入智能网联专用道的换道控制算法研究，基于当前车队与目标智能网联专用道的交通流信息，充分利用智能网联专用道的多种间隙，科学合理地分配目标车队的汇入不同间隙的比例，提高换道效率，降低汇入车辆对专用道稳定车流的干扰，有效提升道路通行效率和行车安全水平。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
图2为本发明中实施案例的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，通过采集智能网联车队交通流信息，预测智能网联专用道内前向间隙、中间间隙和后向间隙的最大汇入容量，再根据三类间隙的最大汇入容量，以及目标车队长度，确定目标车队汇入智能网联专用道的控制方案。
在一个实施例中，提供了一种车队汇入智能网联专用道的控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述的车队汇入智能网联专用道的控制方法的步骤。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的车队汇入智能网联专用道的控制方法的步骤。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率 SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
在如图2所示的一个实施例中，某一路段具有3车道，目标车队A位于中间车道内，左侧车道为智能网联专用道，智能网联专用道内的存在车队B、车队C、车队D、车队E构成前向间隙、中间间隙、后向间隙。现目标车队A需换道汇入智能网联专用道内，通过上述车队汇入智能网联专用道的控制方法，确定汇入控制方案，详细步骤如下：
(1)采集智能网联车队交通流信息
智能网联车队交通流信息包括中间车道内目标车队A的头车前保险杠坐标XAL、尾车的后保险杠坐标XAF、车头时距TA、行驶速度VA和车辆数目NA；智能网联专用道内车队B、车队C、车队D、车队E的头车前保险杠坐标分别记为XBL、XCL、XDL、XEL，尾车后保险杠坐标分别记为XBF、XCF、XDF、XEF，行驶速度分别记为VB、VC、VD、VE；智能网联车队的舒适加速度aac和舒适减速度ade，智能网联车队内智能车辆长度Lveh，本实施例中默认取值为aac＝4 m/s2，ade＝4m/s2，Lveh＝5m。
(2)计算目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间，并预测前向间隙的最大汇入容量
目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间tAB，其计算方法如下：
Figure RE-GDA0003351137240000051
LBC＝XBF-XCL+(VB-VC)tAB
SBA＝VA·ΔtF
SAC＝VC·ΔtL
式中LBC为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队B和车队C之间的距离，SBA为目标车队A头车与车队B尾车之间的安全距离，SAC为目标车队A尾车与车队C头车之间的安全距离，ΔtF、ΔtL为后安全时距和前安全时距，本实施例中默认取值为ΔtL＝1.0s，ΔtF＝1.5 s。
由此可得，前向间隙的最大汇入容量NA_BC为：
Figure RE-GDA0003351137240000061
(3)确定智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量
LCD＝XCF-XDL+(VC-VD)tAC
SCA＝VA·ΔtF
SAD＝VD·ΔtL
Figure RE-GDA0003351137240000062
式中LCD为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队C和车队D之间的距离， SCA为目标车队A头车与车队C尾车之间的安全距离，SAD为目标车队A尾车与车队D头车之间的安全距离，tAC为目标车队A头车到达智能网联专用道内中间间隙的时间，TLC为智能网联车队内智能车辆换道过程平均时长，本实施例中默认取值为TLC＝4s。
根据下式可得智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量NA_CD：
Figure RE-GDA0003351137240000063
(4)若目标车队A车辆数目NA≤NA_BC，则执行步骤(7)中的控制方案；若NA_BC+NA_CD≥NA＞NA_BC，则执行步骤(8)中的控制方案；若NA＜NA_BC+NA_CD，则进入步骤(5)。
(5)计算目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间，并预测后向间隙的最大汇入容量
目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车的前保险杠坐标
Figure RE-GDA0003351137240000064
计算方法如下：
Figure RE-GDA0003351137240000065
目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间tAD，按如下公式计算：
Figure RE-GDA0003351137240000066
LDE＝XDF-XEL+(VD-VE)tAD
SDA＝VA·ΔtF
SAE＝VE·ΔtL
式中LDE为当前车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队D和车队E之间的距离， SDA为车队A头车与车队D尾车之间的安全距离，SAE为车队A尾车与车队E头车之间的安全距离；
因此，后向间隙的最大汇入容量NA_DE为：
Figure RE-GDA0003351137240000071
(6)若NA-NA_BC-NA_CD≤NA_DE，则执行步骤(9)中的控制方案；若NA-NA_BC-NA_CD＞NA_DE，则执行步骤(10)中的控制方案；
(7)目标车队A沿车流方向汇入智能网联专用道内前向间隙；
(8)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车和中间间隙 NA-NA_BC辆车；
(9)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙 NA_CD辆车和后向间隙NA-NA_BC-NA_CD辆车；
(10)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙NA_CD辆车和后向间隙NA_DE辆车，剩余NA-NA_BC-NA_CD-NA_DE辆车继续保持原有状态匀速行驶。
本实施例中计算所得NA＝10，NA_BC＝2，NA_CD＝3，NA_DE＝4，则将目标车队A沿车流方向编号①～⑩，第①号和②号车汇入前向间隙，第③～⑤号车汇入中间间隙，第⑥～⑨号车汇入后向间隙，剩余第⑩号车继续匀速行驶。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)采集智能网联车队交通流信息，所述智能网联车队包括待汇入智能网联专用道的目标车队A以及智能网联专用道内构成前向间隙、中间间隙、后向间隙的B、C、D、E四个车队，其中车队B、车队C、车队D、车队E由下游往上游排序；
(2)计算目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间，并预测前向间隙的最大汇入容量NA_BC；
(3)确定智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量NA_CD；
(4)若目标车队A车辆数目NA≤NA_BC，则执行步骤(7)中的控制方案；若NA_BC+NA_CD≥NA＞NA_BC，则执行步骤(8)中的控制方案；若NA＜NA_BC+NA_CD，则进入步骤(5)；
(5)计算目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间，并预测后向间隙的最大汇入容量NA_DE；
(6)若NA-NA_BC-NA_CD≤NA_DE，则执行步骤(9)中的控制方案；若NA-NA_BC-NA_CD＞NA_DE，则执行步骤(10)中的控制方案；
(7)目标车队A沿车流方向汇入智能网联专用道内前向间隙；
(8)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车和中间间隙NA-NA_BC辆车；
(9)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙NA_CD辆车和后向间隙NA-NA_BC-NA_CD辆车；
(10)目标车队A沿车流方向依次汇入智能网联专用道内前向间隙NA_BC辆车、中间间隙NA_CD辆车和后向间隙NA_DE辆车，剩余NA-NA_BC-NA_CD-NA_DE辆车继续保持原有状态匀速行驶。
2.根据权利要求1所述的一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，其特征在于，步骤(1)中，所述智能网联车队交通流信息包括：目标车队A的头车前保险杠坐标XAL、尾车的后保险杠坐标XAF、车头时距TA、行驶速度VA和车辆数目NA；车队B、车队C、车队D、车队E的头车前保险杠坐标XBL、XCL、XDL、XEL，尾车后保险杠坐标XBF、XCF、XDF、XEF，行驶速度VB、VC、VD、VE；智能网联车队的舒适加速度aac和舒适减速度ade；智能网联车队内智能车辆长度Lveh。
3.根据权利要求2所述的一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，其特征在于，步骤(2)中，所述目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙的时间tAB，其计算方法如下：
Figure FDA0003237984840000011
前向间隙的最大汇入容量NA_BC为：
Figure FDA0003237984840000021
式中LBC为目标车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队B和车队C之间的距离，LBC＝XBF-XCL+(VB-VC)tAB；SBA为车队A头车与车队B尾车之间的安全距离，SBA＝VA·ΔtF；SAC为车队A尾车与车队C头车之间的安全距离，SAC＝VC·ΔtL；ΔtF、ΔtL为后安全时距和前安全时距。
4.根据权利要求3所述的一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，其特征在于，步骤(3)中，所述智能网联专用道内中间间隙的最大汇入容量NA_CD，其计算方法为：
Figure FDA0003237984840000022
式中LCD为当前车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队C和车队D之间的距离，LCD＝XCF-XDL+(VC-VD)tAC；SCA为车队A头车与车队C尾车之间的安全距离，SCA＝VA·ΔtF；SAD为车队A尾车与车队D头车之间的安全距离，SAD＝VD·ΔtL；tAC为当前车队A头车到达智能网联专用道内中间间隙的时间，
Figure FDA0003237984840000023
TLC为智能网联车队内智能车辆换道过程平均时长。
5.根据权利要求4所述的一种车队汇入智能网联专用道的控制方法，其特征在于，步骤(4)中，目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车到达智能网联专用道内后向间隙的时间tAD，其计算方法如下：
Figure FDA0003237984840000024
式中
Figure FDA0003237984840000025
为目标车队A中第NA_BC+NA_CD+1辆车的前保险杠坐标，
Figure FDA0003237984840000026
后向间隙的最大汇入容量NA_DE为；
Figure FDA0003237984840000027
式中LDE为当前车队A头车到达智能网联专用道内前向间隙时车队D和车队E之间的距离，LDE＝XDF-XEL+(VD-VE)tAD；SDA为车队A头车与车队D尾车之间的安全距离，SDA＝VA·ΔtF；SAE为车队A尾车与车队E头车之间的安全距离，SAE＝VE·ΔtL。
6.一种车队汇入智能网联专用道的控制设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一所述的车队汇入智能网联专用道的控制方法的步骤。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一所述的车队汇入智能网联专用道的控制方法的步骤。
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