基于車路協(xié)同的信號(hào)控制交叉口車速引導(dǎo)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，具體為一種基于車路協(xié)同的信號(hào)控制交叉口車速引導(dǎo) 系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有交通信號(hào)控制系統(tǒng)中，車輛與車輛之間以及車輛與信號(hào)控制設(shè)備之間缺乏數(shù) 據(jù)交互，導(dǎo)致紅燈和綠燈的切換時(shí)間對(duì)駕駛?cè)硕允请S機(jī)的，難以預(yù)測到達(dá)下一個(gè)路口時(shí) 的通行狀態(tài)（綠燈放行或是紅燈禁行），因而無法提前對(duì)車輛行駛速度進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，對(duì)交 叉口的通行效率和安全性存在不利影響。
[0003] 針對(duì)上述問題，國內(nèi)外研究人員提出了基于車路協(xié)同的單車車速引導(dǎo)方法，在提 高交叉口通行效率、降低交叉口交通事故方面取得了一定的效果，但也存在一些不足?，F(xiàn)有 基于車路協(xié)同的單車車速引導(dǎo)方法雖然加強(qiáng)了駕駛員與信號(hào)機(jī)的交互，但忽略了前、后車 輛間相互作用對(duì)行駛狀態(tài)的影響，因而其在實(shí)際應(yīng)用中的效果欠佳。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于車路協(xié)同的信號(hào)控制交叉口車速引導(dǎo) 系統(tǒng)及方法，使車輛在通過信號(hào)控制交叉口時(shí)減少停車延誤，以提高道路的通行效率并減 少環(huán)境污染。
[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種基于車路協(xié)同的信號(hào)控制 交叉口車速引導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于：它包括：
[0006] 信息通訊模塊，用于利用專用短程通訊技術(shù)DSRC與引導(dǎo)區(qū)間內(nèi)其它車輛和信號(hào) 機(jī)連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互；
[0007] 信息采集處理模塊，用于通過GPS和INS組合采集并處理得到本車的車輛信息，通 過信息通訊模塊采集前車的車輛信息以及信號(hào)機(jī)信號(hào)狀態(tài)信息；其中車輛信息包括車輛位 置信息、車道信息和車速信息；
[0008] 車速引導(dǎo)建議模塊，用于當(dāng)本車進(jìn)入引導(dǎo)范圍時(shí)，根據(jù)引導(dǎo)范圍內(nèi)車輛的車輛信 息以及信號(hào)機(jī)信號(hào)狀態(tài)信息，判斷車輛是否在允許變道的路段范圍內(nèi)，提供車輛速度引導(dǎo) 建議及行駛車道建議，所述的引導(dǎo)范圍為停車線前若干米范圍內(nèi)的任意車道中，為預(yù)設(shè) 值；
[0009] 車輛安全預(yù)警模塊，用于根據(jù)本車和前車的車輛信息，計(jì)算兩車之間的安全裕度 值，并根據(jù)該安全裕度值進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)狀態(tài)判別，當(dāng)安全裕度值大于預(yù)設(shè)裕度值時(shí)，對(duì)本車 發(fā)出預(yù)警信號(hào)；其中兩車之間的安全裕度值的計(jì)算公式如下：
*
[0011] 式中，SMn (t)為兩車之間的安全裕度值；vn (t)為本車的實(shí)時(shí)速度；dn(t)為本車的 實(shí)時(shí)減速度；vn Jt)為前車的實(shí)時(shí)速度；dn dt)為前車的實(shí)時(shí)減速度；Dn(t)為兩車的實(shí)時(shí) 距離；td為制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。
[0012] 按上述系統(tǒng)，車速引導(dǎo)建議模塊包括：
[0013] 允許變道路段范圍判斷模塊，用于當(dāng)本車進(jìn)入引導(dǎo)范圍時(shí)，根據(jù)獲取的本車的車 輛信息，判斷車輛是否在允許變道的路段范圍內(nèi)；
[0014] 車道建議模塊，用于在本車在允許變道的路段范圍內(nèi)時(shí)，比較相鄰車道前車到達(dá) 停車線的時(shí)間的大小，選取時(shí)間最短的車道作為目標(biāo)車道，建議本車換到該目標(biāo)車道上；
[0015] 車速建議模塊，用于在車輛不在允許變道的路段范圍內(nèi)時(shí)，在沒有前車時(shí)建議車 速為該路段范圍最大限速值，在有前車時(shí)根據(jù)本車與前車之間車頭時(shí)距確定加速或減速策 略，并計(jì)算本車的安全速度范圍，選取安全車速范圍內(nèi)l〇km/h的整數(shù)倍的車速值作為備選 車速，核算本車按照備選車速行駛到停車線時(shí)，其與前車之間是否滿足安全車頭時(shí)距要求， 選取滿足安全車頭時(shí)距要求的最大備選車速作為引導(dǎo)車速，建議給本車。
[0016] 利用上述基于車路協(xié)同的信號(hào)控制交叉口車速引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的車速引導(dǎo)方法，其 特征在于：它包括以下步驟：
[0017] S1、通過GPS和INS組合采集并處理得到本車的車輛信息；利用專用短程通訊技術(shù) DSRC與引導(dǎo)區(qū)間內(nèi)其它車輛和信號(hào)機(jī)連接，進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)交互；車輛信息包括車輛位置 信息、車道信息和車速信息；
[0018] S2、當(dāng)本車進(jìn)入引導(dǎo)范圍時(shí)，根據(jù)獲取的本車的車輛信息，判斷車輛是否在允許變 道的路段范圍內(nèi)，若是，則進(jìn)入S3,若否則進(jìn)入S4 ;
[0019] S3、車道建議：
[0020] 比較相鄰車道前車到達(dá)停車線的時(shí)間的大小，選取時(shí)間最短的車道作為目標(biāo)車 道，建議本車換到該目標(biāo)車道上；
[0021] S4、車速建議：
[0022] 在沒有前車時(shí)建議車速為該路段范圍最大限速值，在有前車時(shí)根據(jù)本車與前車之 間車頭時(shí)距確定加速或減速策略，并計(jì)算本車的安全速度范圍，選取安全車速范圍內(nèi)IOkm/ h的整數(shù)倍的車速值作為備選車速，核算本車按照備選車速行駛到停車線時(shí)，其與前車之間 是否滿足安全車頭時(shí)距要求，選取滿足安全車頭時(shí)距要求的最大備選車速作為引導(dǎo)車速， 建議給本車；
[0023] S5、在車輛行駛過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測本車與前車的車輛信息，計(jì)算兩車之間的安全裕 度值，并根據(jù)該安全裕度值進(jìn)行碰撞危險(xiǎn)狀態(tài)判別，當(dāng)安全裕度值大于預(yù)設(shè)裕度值時(shí)，對(duì)本 車發(fā)出預(yù)警信號(hào)；其中兩車之間的安全裕度值的計(jì)算公式如下：
[0025] 式中，SMn⑴為兩車之間的安全裕度值；Vn⑴為本車的實(shí)時(shí)速度；dn(t)為本車的 實(shí)時(shí)減速度；vn Jt)為前車的實(shí)時(shí)速度；dn dt)為前車的實(shí)時(shí)減速度；Dn(t)為兩車的實(shí)時(shí) 距離；td為制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間。
[0026] 按上述方法，所述的S3具體步驟如下：
[0027] 3. 1、預(yù)測各車道車輛排隊(duì)消散的時(shí)間，其計(jì)算方法如下：
[0029] 式中：Td為排隊(duì)消散時(shí)間；T g為交叉口綠燈亮起時(shí)間；Q為交叉口飽和流率，t。為 啟動(dòng)損失時(shí)間；
[0030] 3. 2、判斷前方排隊(duì)是否消散完畢，若是則比較此狀態(tài)下相鄰車道前車到達(dá)停車線 的時(shí)間τ=~的大小，選取時(shí)間最短的車道作為目標(biāo)車道，建議車輛換到該目標(biāo)車道上； VH-1 若前方排隊(duì)未消散完畢則執(zhí)行3. 3 ;
[0031] 3. 3、按如下步驟確定車輛的目標(biāo)車道：
[0032] a.獲取本車所在車道排隊(duì)隊(duì)尾車輛的位置信息；
[0033] b.預(yù)測隊(duì)尾車輛到達(dá)停車線的時(shí)間t，其計(jì)算方法如下：
[0035] 式中：D為隊(duì)尾車輛距離停車線的距離；a為隊(duì)尾車輛的加速度；
[0036] c.預(yù)測本車到達(dá)停車線的時(shí)間T本：
[0037] T本=t+tj^N
[0038] 式中：thi?為安全車頭時(shí)距；N為本車與隊(duì)尾車輛之間的車輛數(shù)；
[0039] d.按a-c的方法分別預(yù)測該狀態(tài)下相鄰車道前車到達(dá)停車線的時(shí)間Τ4β，比較T+ 和Τ4β，選取時(shí)間最短的車道作為目標(biāo)車道，并建議車輛換道到目標(biāo)車道行駛。
[0040] 按上述方法，所述的S4存在前車時(shí)，
[0041] 4. 1、計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻本車與前車車頭時(shí)距th:
[0043] 式中：隊(duì)為當(dāng)前時(shí)刻本車距離停車線的距離；Dn i為當(dāng)前時(shí)刻前車距離停車線的距 離；
[0044] 當(dāng)th>thi?，本車采取加速策略，當(dāng)t h< t ，本車采取減速策略；thi?為安全車頭時(shí) 距；
[0045] 4. 2、確定本車的安全速度范圍：
[0046] a.預(yù)計(jì)本車到達(dá)停車線的時(shí)間，本車與前車之間要保持安全車頭時(shí)距，則預(yù)計(jì)后 車到達(dá)停車線的時(shí)間為
Vn :為當(dāng)前時(shí)刻前車的速度；
[0047] b.計(jì)算本車能加速到的最大車速Vgniax和能減速到的最小車速Vg
[0049] 式中，Vn為當(dāng)前時(shí)刻本車的速度，a為本車加速度，d為本車減速度；
[0050] c.比較和路段最高限速￥_的及和路段最低限速￥_(對(duì)普通城市道路，通 常為Okm/h)的大小，蘭
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時(shí)，本車的安全車速范圍是
[0051] d.確定引導(dǎo)車速：
[0052] 選取安全車速范圍內(nèi)10km/h的整數(shù)倍的車速值作為備選車速，核算本車按照備