CN114999160B - 一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及车路协同领域，特别是一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法及***。本发明通过在待合流车辆驶入前判断是否能够驶入，在进入汇入支路后实时调度车速，并在进入合流路段后判断车辆是否加速，从而能够支持车路协同道路在保障交通安全的前提下，实现车辆的安全合流。并最大限度地发挥道路的通行能力，解决车辆安全合流这一公路交通过程中的关键问题，促进车路协同技术走向实用。
Description
技术领域
本发明涉及车路协同领域，特别是一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法及***。
背景技术
车辆的安全合流是公路交通过程中的一个关键问题。公路车辆合流时，来自不同支路的车辆必须在有限的空间条件下，在短时间内调整形成新的行车秩序，这一过程中的驾驶操作是较为复杂的。
现有的车路协同自动驾驶***在解决车辆合流问题时，是以自动驾驶汽车为核心，在整个合流过程中的驾驶行为主要由自动驾驶汽车自主决定。自动驾驶汽车通过车载的检测感知设备和通信设备，自主感知并通过车路、车车通信，了解附近其他车辆的空间分布、行驶速度和方向，不断地与附近的车辆互相协调，自主调整车辆的驾驶动作、行进方向和速度，避免发生撞车事故。而为了保障安全，往往不得不降低驾驶速度，这就会造成公路的通行能力下降。公路上车辆合流点往往是交通事故易发点，当交通量较大时，也非常容易时发生拥堵，即使是在高速公路这样好的道路条件下也是如此。
因此，需要一种能够提高合流效率的车辆安全合流控制方法及***。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法及***。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，包括以下步骤：
S1：在待合流车辆进入汇入支路前，判断对应所述汇入支路是否允许驶入；
S2：在所述待合流车辆进入汇入支路后，调度所述待合流车辆的车速；
S3：在所述待合流车辆进入合流路段后，判断所述待合流车辆是否加速；
其中，不同所述待合流车辆的间距不小于预设的安全时距。本发明通过在待合流车辆驶入前判断是否能够驶入，在进入汇入支路后实时调度车速，并在进入合流路段后判断车辆是否加速，从而能够支持车路协同道路在保障交通安全的前提下，实现车辆的安全合流。并最大限度地发挥道路的通行能力，解决车辆安全合流这一公路交通过程中的关键问题，促进车路协同技术走向实用。
作为本发明的优选方案，所述步骤S1包括以下步骤：
S11：确定合流路段在预设周期时间内的车流容量Ch，其运算式如下：
Ch=vh/Kh(lp+Sh)；
其中，lp为预设的车辆额定长度，Sh为预设合流速度vh对应的车辆安全间距，Kh为冗余安全系数，Kh>1；
S12：实时获取各个汇入支路的待合流车辆的数量以及实时车速；
S13：对每辆所述待合流车辆进行校验判断，判断所述待合流车辆是否允许驶入对应所述汇入支路。
作为本发明的优选方案，所述步骤S13中校验判断包括以下步骤：
S131：计算每条所述汇入支路的额定行车时间，其运算式如下：
ET(i)= Z(i)/ vt(i)；
其中Z(i)为第i条汇入支路的长度；vt(i)为该条汇入支路上最后一辆所述待合流车辆的实时车速；
S132：获取当前时刻起，需要通过汇入支路j，并在ET(i)时间内通过合流点的车辆数量C(j)，1≤j≤N，N为所述汇入支路的数量；
S133：判断下式是否成立：
若成立，所述待合流车辆允许进入对应所述汇入支路；
若不成立，所述待合流车辆不允许进入对应所述汇入支路，需调度到其余路径行驶。
作为本发明的优选方案，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：获取各个所述待合流车辆的车辆数据以及当前与合流点最近的完成合流车辆的车辆数据；
所述车辆数据包括所述待合流车辆的车长l(x)、车头与合流点的距离h(x)以及实时车速v(x)，其中，0≤x≤M，M为车头位于汇入支路上的所有车辆的总数，x=0时为所述完成合流车辆的所述车辆数据；
S22：计算每个所述待合流车辆与合流点的时距t(x)，其运算式如下；
S23：根据所述时距t(x)的数值，由小到大对所述待合流车辆进行排序，生成队列D(y)，1≤y≤M；
S24：依次计算各个所述待合流车辆y的车头与前一所述待合流车辆y-1的车尾的时距W(y)；
S25：验证W(y)是否满足预设的安全时距要求；
若满足，则对应所述待合流车辆在本控制周期内不进行车速调整；
若不满足，则根据前一车辆的车长l(y-1)、距离h(y-1)以及设定车速调整所述待合流车辆的车速。
作为本发明的优选方案，所述安全时距为预设的车辆安全间距除以对应车辆的实时车速。
作为本发明的优选方案，所述步骤S25中的车速调整方法为：
当y=1时，调整所述待合流车辆的车速为预设合流速度vh；
当2≤y≤M时，根据所述待合流车辆y-1的设定速度v’(y-1)、所述待合流车辆y-1与合流点的距离h(y-1)，获取所述待合流车辆y-1到达合流点的所需的时间T’(y-1)；再根据所述待合流车辆y与合流点之间的距离h(y)，获取所述待合流车辆y在T’(y-1)时间后，与所述待合流车辆y-1保持安全距离所需的速度，作为所述待合流车辆y的设定速度v’(y)。
作为本发明的优选方案，所述是否加速的判断包括：
判断合流路段的期望行驶速度是否高于新进入合流路段的完成合流车辆的当前速度；
若高于，则新进入的完成合流车辆在车头越过合流点之后就开始加速，直至所述完成合流车辆的车速达到当前合流路段的期望行驶速度。
作为本发明的优选方案，需要加速的所述完成合流车辆的加速度运算式为：
所述完成合流车辆的加速度=（期望行驶速度-当前车速）÷预设周期时间。
一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制***，包括设置在待合流车辆上的车载车路协同终端以及与其通信连接的路侧车路协同终端，所述路侧车路协同终端包括服务器以及多个均匀设置在道路两侧的路侧节点，所述服务器包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述任一项所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过在待合流车辆驶入前判断是否能够驶入，在进入汇入支路后实时调度车速，并在进入合流路段后判断车辆是否加速，从而能够支持车路协同道路在保障交通安全的前提下，实现车辆的安全合流。并最大限度地发挥道路的通行能力，解决车辆安全合流这一公路交通过程中的关键问题，促进车路协同技术走向实用。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例3所述的一种利用了实施例1所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制***中服务器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，包括以下步骤：
S1：在待合流车辆进入汇入支路前，判断对应所述汇入支路是否允许驶入；即判断每个汇入支路，是否允许该支路在本周期驶入新的车辆。
S2：在所述待合流车辆进入汇入支路后，调度所述待合流车辆的车速；
S3：在所述待合流车辆进入合流路段后，判断所述待合流车辆是否加速；
其中，不同所述待合流车辆的间距不小于预设的安全时距。
实施例2
本实施例为实施例1所述方案的具体实施步骤：
S1：在待合流车辆进入汇入支路前，判断对应所述汇入支路是否允许驶入。
S11：确定合流路段在预设周期时间内的车流容量Ch，其运算式如下：
Ch=vh/Kh(lp+Sh)；
其中，lp为预设的车辆额定长度，Sh为预设合流速度vh(单位：m/s)对应的车辆安全间距，Kh为冗余安全系数，Kh>1；
S12：实时获取各个汇入支路的待合流车辆的数量以及实时车速；
S13：对每辆所述待合流车辆进行校验判断，判断所述待合流车辆是否允许驶入对应所述汇入支路。
S131：计算每条所述汇入支路的额定行车时间，其运算式如下：
ET(i)= Z(i)/ vt(i)；
其中Z(i)为第i条汇入支路的长度；vt(i)为该条汇入支路上最后一辆所述待合流车辆的实时车速；
S132：获取当前时刻起，需要通过汇入支路j，并在ET(i)时间内通过合流点的车辆数量C(j)，1≤j≤N，N为所述汇入支路的数量；
S133：判断下式是否成立：
若成立，则说明合流点的车辆容量足够，可以支持前者在ET(i)时间内安全通过。在这种情况下，可以允许新的车辆进入汇入支路。即所述待合流车辆允许进入对应所述汇入支路。
若不成立，所述待合流车辆不允许进入对应所述汇入支路，需调度到其余路径行驶。
S2：在所述待合流车辆进入汇入支路后，调度所述待合流车辆的车速。
S21：获取各个所述待合流车辆的车辆数据以及当前与合流点最近的完成合流车辆的车辆数据；
所述车辆数据包括所述待合流车辆的车长l(x)、车头与合流点的距离h(x)以及实时车速v(x)，其中，0≤x≤M，M为车头位于汇入支路上的所有车辆的总数，x=0时为所述完成合流车辆的所述车辆数据；
S22：计算每个所述待合流车辆与合流点的时距t(x)，其运算式如下；
S23：根据所述时距t(x)的数值，由小到大对所述待合流车辆进行排序，生成队列D(y)，1≤y≤M；车辆与合流点之间的时距越小，则其在队列中的编号越小。
S24：依次计算各个所述待合流车辆y的车头与前一所述待合流车辆y-1的车尾的时距W(y)；
S25：验证W(y)是否满足预设的安全时距要求；所述安全时距为预设的车辆安全间距除以对应车辆的实时车速。
若满足，则对应所述待合流车辆在本控制周期内不进行车速调整；
若不满足，则根据前一车辆的车长l(y-1)、距离h(y-1)以及设定车速调整所述待合流车辆的车速。具体的，所述车速调整方法为：
当y=1时，调整所述待合流车辆的车速为预设合流速度vh；
当2≤y≤M时，根据所述待合流车辆y-1的设定速度v’(y-1)、所述待合流车辆y-1与合流点的距离h(y-1)，获取所述待合流车辆y-1到达合流点的所需的时间T’(y-1)：
T’(y-1)=h(y-1)÷v’(y-1)。
再根据所述待合流车辆y与合流点之间的距离h(y)，获取所述待合流车辆y在T’(y-1)时间后，与所述待合流车辆y-1保持安全距离所需的速度，作为所述待合流车辆y的设定速度v’(y)：
v’(y)=（h(y)-安全距离）÷T’(y-1)。
S3：在所述待合流车辆进入合流路段后，判断所述待合流车辆是否加速。
其中，所述是否加速的判断包括：
判断合流路段的期望行驶速度是否高于新进入合流路段的完成合流车辆的当前速度；
若高于，则新进入的完成合流车辆在车头越过合流点之后就开始加速，直至所述完成合流车辆的车速达到当前合流路段的期望行驶速度。
需要加速的所述完成合流车辆的加速度运算式为：
所述完成合流车辆的加速度=（期望行驶速度-当前车速）÷预设周期时间。
实施例3
一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制***，包括设置在待合流车辆上的车载车路协同终端以及与其通信连接的路侧车路协同终端，所述路侧车路协同终端包括服务器以及多个均匀设置在道路两侧的路侧节点；如图2所示，所述服务器包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述实施例所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法。所述输入输出接口可以包括显示器、键盘、鼠标、以及USB接口，用于输入输出数据；电源用于为基于车路协同道路的车辆安全合流控制***提供电能。
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器（Read Only Memory，ROM）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在待合流车辆进入汇入支路前，判断对应所述汇入支路是否允许驶入；
S2：在所述待合流车辆进入汇入支路后，调度所述待合流车辆的车速；
S3：在所述待合流车辆进入合流路段后，判断所述待合流车辆是否需要加速；
其中，不同所述待合流车辆的间距不小于预设的安全时距；
所述步骤S1包括以下步骤：
S11：确定合流路段在预设周期时间内的车流容量Ch，其运算式如下：
Ch=vh/Kh(lp+Sh)；
其中，lp为预设的车辆额定长度，Sh为预设合流速度vh对应的车辆安全间距，Kh为冗余安全系数，Kh>1；
S12：实时获取各个汇入支路的待合流车辆的数量以及实时车速；
S13：对每辆所述待合流车辆进行校验判断，判断所述待合流车辆是否允许驶入对应所述汇入支路；
所述校验判断包括以下步骤：
S131：计算每条所述汇入支路的额定行车时间，其运算式如下：
ET(i)= Z(i)/ vt(i)；
其中Z(i)为第i条汇入支路的长度；vt(i)为该条汇入支路上最后一辆所述待合流车辆的实时车速；
S132：获取当前时刻起，需要通过汇入支路j，并在ET(i)时间内通过合流点的车辆数量C(j)，1≤j≤N，N为所述汇入支路的数量，N≥2；
S133：判断下式是否成立：
若成立，所述待合流车辆允许进入对应所述汇入支路；
若不成立，所述待合流车辆不允许进入对应所述汇入支路，需调度到其余路径行驶。
2.根据权利要求1所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21：获取各个所述待合流车辆的车辆数据以及当前与合流点最近的完成合流车辆的车辆数据；
所述车辆数据包括所述待合流车辆的车长l(x)、车头与合流点的距离h(x)以及实时车速v(x)，其中，0≤x≤M，M为车头位于汇入支路上的所有车辆的总数，x=0时为所述完成合流车辆的所述车辆数据；
S22：计算每个所述待合流车辆与合流点的时距t(x)，其运算式如下；
S23：根据所述时距t(x)的数值，由小到大对所述待合流车辆进行排序，生成队列D(y)，1≤y≤M；
S24：依次计算各个所述待合流车辆y的车头与前一所述待合流车辆y-1的车尾的时距W(y)；
S25：验证W(y)是否满足预设的安全时距要求；
若满足，则对应所述待合流车辆在本控制周期内不进行车速调整；
若不满足，则根据前一车辆的车长l(y-1)、距离h(y-1)以及设定车速调整所述待合流车辆的车速。
3.根据权利要求2所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，所述安全时距为预设的车辆安全间距除以对应车辆的实时车速。
4.根据权利要求3所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，所述步骤S25中的车速调整方法为：
当y=1时，调整所述待合流车辆的车速为预设合流速度vh；
当2≤y≤M时，根据所述待合流车辆y-1的设定速度v’(y-1)、所述待合流车辆y-1与合流点的距离h(y-1)，获取所述待合流车辆y-1到达合流点的所需的时间T’(y-1)；再根据所述待合流车辆y与合流点之间的距离h(y)，获取所述待合流车辆y在T’(y-1)时间后，与所述待合流车辆y-1保持安全距离所需的速度，作为所述待合流车辆y的设定速度v’(y)。
5.根据权利要求1所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，所述是否加速的判断包括：
判断合流路段的期望行驶速度是否高于新进入合流路段的完成合流车辆的当前速度；
若高于，则新进入的完成合流车辆在车头越过合流点之后就开始加速，直至所述完成合流车辆的车速达到当前合流路段的期望行驶速度。
6.根据权利要求5所述的一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制方法，其特征在于，需要加速的所述完成合流车辆的加速度运算式为：
所述完成合流车辆的加速度=（期望行驶速度-当前车速）÷预设周期时间。
7.一种基于车路协同道路的车辆安全合流控制***，包括设置在待合流车辆上的车载车路协同终端以及与其通信连接的路侧车路协同终端，所述路侧车路协同终端包括服务器以及多个均匀设置在道路两侧的路侧节点，其特征在于，所述服务器包括至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6中任一项所述的方法。
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