CN113870593A - 一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，包括以下步骤：S1、在面向自动驾驶汽车的高速公路上，将标线投影装置安装在龙门架或路侧悬臂杆件上；S2、根据现有规定及考虑对自动驾驶汽车的调整系数，校核车道的设计速度及通行能力，确定适应各种自动驾驶车辆运行的车道宽度；S3、根据自动驾驶大型汽车和小型汽车的交通量与车道通行能力，结合公路路面宽度及保证各种车辆的必要路权，考虑确定车道功能；S4、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面，规定不同车道功能和车道宽度。本发明利用基于投影的高速公路可变标线装置，可以实现高速公路路权的动态分配。
Description
技术领域
本发明涉及智慧高速***设计的技术领域，尤其是涉及一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法。
背景技术
由于高速公路是自由流，交通环境相比城市道路比较单一，故目前自动驾驶汽车的应用及普及往往从高速公路开始。路权是交通工程***设计中的基本概念，路权分配是交通工程理论体系中的基础性问题之一。因此，提出一种简便的、面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法并配套相应的实施技术，具有重要的理论意义与工程价值。
现有技术中，路权往往被分为“时间路权”与“空间路权”，而由于高速公路自由流的特征，主要关注“空间路权”，即将不同车辆在高速公路断面空间上进行合理分配。一般地，高速公路的路权分配涉及车道功能与车道宽度两大方面。高速公路上常见的车道功能有小汽车专用车道、卡车专用车道、HOV合乘车道等。而由于车道内运行车型与运行速度的不同，车道的宽度也各异。尽管目前我国已经建立了完善的标准体系，对高速公路路权分配进行了规定，但是这些标准均是面向人类驾驶汽车的。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其利用基于投影的高速公路可变标线装置，可以实现高速公路路权的动态分配。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，包括以下步骤：
S1、在面向自动驾驶汽车的高速公路上，将标线投影装置安装在龙门架或路侧悬臂杆件上；
S2、根据现有国家规范中对车道宽度的规定及考虑对自动驾驶汽车的调整系数，并校核车道的设计速度及通行能力，确定适应各种自动驾驶车辆运行的车道宽度；
S3、根据自动驾驶大型汽车和自动驾驶小型汽车的交通量与车道通行能力，并结合公路路面宽度及保证各种车辆的必要路权，综合考虑确定车道功能；
S4、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面，从而规定不同的车道功能和车道宽度。
上述方案中，所述步骤S1包括以下步骤：
S101、当高速公路单向车道大于等于3条时，使用龙门架安装标线投影装置；当高速公路单向车道小于3条时，使用路侧悬臂杆件安装标线投影装置；
S102、标线投影装置的取电使用太阳能发电装置或者直接使用市电，并安装备份电源；
S103、标线的投影亮度满足基于光学传感器的单车智能自动驾驶的视认性要求；
S104、进一步调整表现投影装置的安装，使标线的投影位置偏差小于1cm。
上述方案中，所述步骤S2包括以下步骤：
S201、计算自动驾驶汽车车道宽度时，同时考虑自动驾驶小型汽车和自动驾驶大型汽车两种车型；
S202、计算自动驾驶汽车车道宽度时，充分考虑其可能出现的更高的运行速度，将目前国家高速公路设计速度的取值由60km/h—120km/h调整至60km/h—200km/h；
S203、查阅目前我国相关规范，得到面向人类驾驶汽车的车道宽度规范值WHV，此数值是车辆宽度w与道路设计速度v的函数，即WHV＝f(w,v)，当设计速度取值为60km/h—120km/h时：
面向自动驾驶车辆，当车道为小汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.6倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为大型汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.8倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为小型汽车与大型汽车的共用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.7倍，即：
S204、当设计速度取值为120km/h—200km/h时，以120km/h设计速度为车道宽度基准，设计速度每增加20km/h，车道宽度增加10cm，即：
当车道为小汽车专用时，
当车道为大型汽车专用时，
当车道为小型汽车与大型汽车共用时，
S205、根据车道宽度与车道自由流速度之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的自由流速度不得低于设计速度，校核公式为：
式中，V为高速公路路段的设计速度；
S206、根据车道宽度与车道通行能力之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的通行能力不得低于交通量，校核公式为：
式中，Q为高速公路车道的交通量，C为高速公路车道的通行能力；
S207、高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的确定公式为：
当设计速度的取值为60km/h—120km/h时：
当设计速度的取值为120km/h—200km/h时：
S208、根据我国相关规范，给出高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的推荐值。
上述方案中，所述步骤S3包括以下步骤：
S301、面向自动驾驶汽车的高速公路中，至少包含1条大型汽车专用车道；
S302、各功能车道的数量，按照各车型交通量与车道通行能力的比例进行分配，即：
S303、当
不能形成整数比时，***
条小型汽车与大型汽车共用车道，使
形成整数比；
S304、校核车道功能与车道宽度之间的关系，满足公路路面宽度W公路路面的约束：
S305、横断面布置时，小型汽车专用车道靠左，大型汽车专用车道靠右，小型汽车与大型汽车共用车道在小型汽车专用车道与大型汽车专用车道之间。
上述方案中，所述步骤S4包括以下步骤：
S401、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面；
S402、车道功能和车道宽度符合步骤S3、步骤S4的要求。
实施本发明的考虑不同制式车辆混入的高速公路车道通行能力预测方法，具有以下有益效果：
1、本发明考虑了小汽车专用车道、大型汽车专用及小型汽车与大型汽车的共用等3种形式，给出了车道宽度的计算方法，并结合公路路面宽度及保证各种车辆的必要路权。
2、本发明考虑到自动驾驶车速更高的问题，提出了设计速度在60km/h—200km/h范围内的车道宽度计算方法。
3、自动驾驶车辆普及后，高速公路上安装大量的路侧单元(Roadside Unit，RSU)，为安装投影式可变标线装置提供了条件，有利于本发明实施。
附图说明
图1为可变标线装置在路侧悬臂杆件的安装示意图；
图2为公路横断面的布置示例图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1-2所示，在本发明的面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法施例中，包括以下步骤：
S1、在面向自动驾驶汽车的高速公路上，将标线投影装置安装在龙门架或路侧悬臂杆件上，包括以下步骤：
S101、当高速公路单向车道大于等于3条时，使用龙门架安装标线投影装置；当高速公路单向车道小于3条时，使用路侧悬臂杆件安装标线投影装置；
S102、标线投影装置的取电，可以使用太阳能发电装置或者直接使用市电，并安装备份电源；
S103、标线的投影亮度应能够达到基于光学传感器的单车智能自动驾驶的视认性要求；
S104、进一步调整表现投影装置的安装，使标线的投影位置偏差应小于1cm。
S2、根据现有国家规范中对车道宽度的规定及考虑对自动驾驶汽车的调整系数，并校核车道的设计速度及通行能力，确定适应各种自动驾驶车辆运行的车道宽度，包括以下步骤：
S201、计算自动驾驶汽车车道宽度时，应同时考虑自动驾驶小型汽车和自动驾驶大型汽车两种车型；
S202、计算自动驾驶汽车车道宽度时，应充分考虑其可能出现的更高的运行速度，故将目前国家高速公路设计速度的取值由60km/h—120km/h调整至60km/h—200km/h；
S203、查阅我国现行规范《公路路线设计规范(JTG D20-2017)》，得到面向人类驾驶汽车的车道宽度规范值WHV，此数值是车辆宽度w与道路设计速度v的函数，即WHV＝f(w,v)。那么根据工程经验规定，当设计速度取值为60km/h—120km/h时：
面向自动驾驶车辆，当车道为小汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.6倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为大型汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.8倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为小型汽车与大型汽车的共用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.7倍，即：
S204、当设计速度取值为120km/h—200km/h时，以120km/h设计速度为车道宽度基准，设计速度每增加20km/h，车道宽度增加10cm，即：
当车道为小型汽车专用时，
当车道为大型汽车专用时，
当车道为小型汽车与大型汽车共用时，
S205、根据车道宽度与车道自由流速度之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的自由流速度不得低于设计速度，校核公式为：
式中，V为高速公路路段的设计速度；
S206、根据车道宽度与车道通行能力之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的通行能力不得低于交通量，校核公式为：
式中，Q为高速公路车道的交通量，C为高速公路车道的通行能力。
S207、高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的确定公式为：
当设计速度的取值为60km/h—120km/h时：
当设计速度的取值为120km/h—200km/h时：
我国现行规范《公路路线设计规范(JTG D20-2017)》之6.2.1条文规定，车道宽度应符合表1：
表1我国现行规范《公路路线设计规范(JTG D20-2017)》对车道宽度的规定
| 设计速度(km/h) | 120 | 100 | 80 | 60 | 40 | 30 | 20 |
| 车道宽度(m) | 3.75 | 3.75 | 3.75 | 3.50 | 3.50 | 3.25 | 3.00 |
根据上述条文及本发明提出的算法，给出高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的推荐值，如表2为高速公路自动驾驶小型汽车专用车道宽度推荐值、表3为高速公路自动驾驶大型汽车专用车道宽度推荐值、表4高速公路自动驾驶小型汽车与大型汽车共用车道宽度推荐值：
表2
| 设计速度(km/h) | 200 | 180 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | 60 |
| 车道宽度(m) | 2.75 | 2.65 | 2.55 | 2.45 | 2.25 | 2.25 | 2.25 | 2.1 |
表3
| 设计速度(km/h) | 200 | 180 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | 60 |
| 车道宽度(m) | 3.4 | 3.3 | 3.2 | 3.1 | 3 | 3 | 3 | 2.8 |
表4
| 设计速度(km/h) | 200 | 180 | 160 | 140 | 120 | 100 | 80 | 60 |
| 车道宽度(m) | 3.05 | 2.95 | 2.85 | 2.75 | 2.65 | 2.65 | 2.65 | 2.45 |
S3、根据自动驾驶大型汽车和自动驾驶小型汽车的交通量与车道通行能力，并结合公路路面宽度及保证各种车辆的必要路权，综合考虑确定车道功能，包括以下步骤：
S301、面向自动驾驶汽车的高速公路中，至少应包含1条大型汽车专用车道；
S302、各功能车道的数量，按照各车型交通量与车道通行能力的比例进行分配，即：
S303、当
不能形成整数比时，应考虑***
条小型汽车与大型汽车共用车道，使
形成整数比；
S304、校核车道功能与车道宽度之间的关系，使之满足公路路面宽度W公路路面的约束：
S305、横断面布置时，小型汽车专用车道靠左，大型汽车专用车道靠右，小型汽车与大型汽车共用车道在小型汽车专用车道与大型汽车专用车道之间；
根据上述公式，假设公路路面宽度为29.5m，设计速度为140km/h。单向小型汽车的交通量为4300辆/h，大型汽车的交通量为辆1000辆/h，小型汽车专用车道的通行能力为2000辆/h，大型汽车专用车道的通行能力为800辆/h，则可以计算出最终的公路横断面从中心线到边线的布置为：为2条小型汽车专用车道+1条小型汽车与大型汽车公用车道+1条大型汽车专用车道，如附图2所示。
S4、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面，从而规定不同的车道功能和车道宽度，包括以下步骤：
S401、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面；
S402、车道功能和车道宽度符合步骤S2、步骤S3中的要求。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在面向自动驾驶汽车的高速公路上，将标线投影装置安装在龙门架或路侧悬臂杆件上；
S2、根据现有国家规范中对车道宽度的规定及考虑对自动驾驶汽车的调整系数，并校核车道的设计速度及通行能力，确定适应各种自动驾驶车辆运行的车道宽度；
S3、根据自动驾驶大型汽车和自动驾驶小型汽车的交通量与车道通行能力，并结合公路路面宽度及保证各种车辆的必要路权，综合考虑确定车道功能；
S4、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面，从而规定不同的车道功能和车道宽度。
2.根据权利要求1所述的一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S101、当高速公路单向车道大于等于3条时，使用龙门架安装标线投影装置；当高速公路单向车道小于3条时，使用路侧悬臂杆件安装标线投影装置；
S102、标线投影装置的取电使用太阳能发电装置或者直接使用市电，并安装备份电源；
S103、标线的投影亮度满足基于光学传感器的单车智能自动驾驶的视认性要求；
S104、进一步调整表现投影装置的安装，使标线的投影位置偏差小于1cm。
3.根据权利要求1所述的一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S201、计算自动驾驶汽车车道宽度时，同时考虑自动驾驶小型汽车和自动驾驶大型汽车两种车型；
S202、计算自动驾驶汽车车道宽度时，充分考虑其可能出现的更高的运行速度，将目前国家高速公路设计速度的取值由60km/h—120km/h调整至60km/h—200km/h；
S203、查阅目前我国相关规范，得到面向人类驾驶汽车的车道宽度规范值WHV，此数值是车辆宽度w与道路设计速度v的函数，即WHV＝f(w,v)，当设计速度取值为60km/h—120km/h时：
面向自动驾驶车辆，当车道为小汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.6倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为大型汽车专用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.8倍，即：
面向自动驾驶车辆，当车道为小型汽车与大型汽车的共用时，车道宽度取面向人类驾驶的车道宽度的0.7倍，即：
S204、当设计速度取值为120km/h—200km/h时，以120km/h设计速度为车道宽度基准，设计速度每增加20km/h，车道宽度增加10cm，即：
当车道为小汽车专用时，
当车道为大型汽车专用时，
当车道为小型汽车与大型汽车共用时，
S205、根据车道宽度与车道自由流速度之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的自由流速度不得低于设计速度，校核公式为：
式中，V为高速公路路段的设计速度；
S206、根据车道宽度与车道通行能力之间的关系公式进行校核，确保自动驾驶车辆的通行能力不得低于交通量，校核公式为：
式中，Q为高速公路车道的交通量，C为高速公路车道的通行能力；
S207、高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的确定公式为：
当设计速度的取值为60km/h—120km/h时：
当设计速度的取值为120km/h—200km/h时：
S208、根据我国相关规范，给出高速公路自动驾驶车辆各类型车道宽度的推荐值。
4.根据权利要求1所述的一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
S301、面向自动驾驶汽车的高速公路中，至少包含1条大型汽车专用车道；
S302、各功能车道的数量，按照各车型交通量与车道通行能力的比例进行分配，即：
S303、当
不能形成整数比时，***
条小型汽车与大型汽车共用车道，使
形成整数比；
S304、校核车道功能与车道宽度之间的关系，满足公路路面宽度W公路路面的约束：
S305、横断面布置时，小型汽车专用车道靠左，大型汽车专用车道靠右，小型汽车与大型汽车共用车道在小型汽车专用车道与大型汽车专用车道之间。
5.根据权利要求1所述的一种面向自动驾驶汽车的路权动态分配方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S401、利用标线投影装置将车道线与车道功能指示标线投影到路面；
S402、车道功能和车道宽度符合步骤S3、步骤S4的要求。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20211231 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |