一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法

1.本发明属于道路交叉口信号控制领域，涉及一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法。


背景技术：

2.交通运输产生的二氧化碳排放是全球气候变化的主要原因之一，减少交通运输的燃料消耗和二氧化碳排放需要研究人员和政府制定各种先进的节能减排战略。生态驾驶在城市交通治理方面受到广泛关注，它为驾驶员提供各种建议和反馈，以尽量减少驾驶时的燃料消耗和排放。一方面，与高速公路不同，主干道上的交通流通常会被交通信号灯或交叉口的冲突交通流打断，从而在交通流中产生交通波；另一方面，缓慢的车速、超速、红灯时的额外怠速时间和频繁的加速是车辆高油耗和温室气体排放的主要原因。因此，适当的车速、平滑的车速变化和拥堵缓解是发展城市生态交通的关键因素。
3.cav技术正在为生态驾驶模式在交叉口的推广铺平道路。近期研究表明，当cav市场渗透率达到100％时，相比传统的交叉口信号灯控制方法，交叉口协同通行模型可以将无信号交叉口的通行能力提高80％以上。然而，prateek和kara经过广泛的市场调查分析指出，在2045年之前cav不太可能实现100％的市场渗透，因此，cav和hdv并存的场景在可预见的将来将长期存在。交叉口cav和hdv混合交通流的行驶机理和控制方法亟待探索。
4.现有的文献中关于上述问题的研究数量有限。lin等人提出了用于混合交通流的cav专用车道的概念，但文献中该概念缺乏详细的理论方法和足够的实验验证。然而，该领域的最新研究可能存在导致低行进速度、低cav渗透率条件下不可用、在cav高渗透率条件下交通改善不明显，以及受信号配时的限制等问题。
5.在这种背景下，考虑到目前cav尚未商用，构建一种适用于低cav渗透场景，且能使交叉口通行效率随着cav渗透率的提高而提高的交叉口车辆协同方法具有重要的意义。
6.参考文献：
7.(1)bansal p,kockelman k m.forecasting american’long-term adoption of connected and autonomous vehicle technologies[j].transportation research part a:policy and practice,2017,95:49-63.
[0008]
(2)lin p,liu j,jin p j,et al.autonomous vehicle-intersection coordination method in aconnected vehicle environment[j].ieee intelligent transportation systems magazine,2017,9(4):37-47.


技术实现要素：

[0009]
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法，该方法对交叉口资源供给进行精细化、系统性的匹配，从而使交通系统的整体运行效率得到明显提升。
[0010]
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0011]
一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法，该方法所述的交叉口的混合交通流包括智能网联汽车(cav)和人工驾驶车辆(hdv)，其包括步骤：
[0012]
s1、将交叉口前长度为l的路段设置为车辆编队区和车速调控区，配置控制中心、路侧单元、车辆检测器和信号灯；其中控制中心主要负责控制智能路口，包括控制信号灯和优化cav行驶轨迹；在通信范围内，路侧单元获取cav的行驶状态并将车辆信息同步至控制中心；
[0013]
s2、在车辆编队区，cav引导后方车辆编入紧凑而快速行进的车队；
[0014]
s3、在车速调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为cav规划行车轨迹使其或其引导的车队在预留的通行间隙通过交叉口。
[0015]
进一步地，在步骤s2中，车辆编队方式如下：
[0016]
车辆检测器记录车辆通过时的时间和速度；同时车辆检测器与车辆建立通信，若车辆响应，则该车辆为cav，启动cav控制模块，否则启动hdv轨迹预测模块；
[0017]
当hdv通过车辆检测器时，控制中心在同车道前方寻找cav，若cav在车辆编队区中，则将该hdv添加入cav车队中；否则hdv自由行驶；若hdv在进入车速调控区前无法找到cav作为头车，则hdv继续行驶至交叉口停车等候，控制中心为排队车辆分配通行相位；
[0018]
当cav通过车辆检测器时，cav将所有车辆分为若干组，车队中领先的cav作为主导车辆；cav将预测车队长度并申请预留。
[0019]
进一步地，通行相位时间的计算如下所示：
[0020]
a)选择车辆跟驰模型为智能驾驶模型，车辆的预测加速度为：
[0021][0022]
subject to：
[0023][0024]
式中，a
max
表示最大加速度，b表示舒适减速度，σ表示安全时间间隔，v
max
表示最大速度，s0表示车辆堵塞时的车间距，表示车速；δs
*
、δvn(t)和δdn(t)分别表示第n辆车与第n-1辆车之间的安全距离、速度差和车间距离；表示车辆n到达车辆编队区的初始时间；
[0025]
b)计算通行相位时间：
[0026][0027]
式中，tg表示通行相位时间；m表示队列中的车辆集合，包括停车等候的hdv和车速调控区中没有编入车队的hdv；sm表示后车启动时前车行驶的距离；s1表示车辆启动并加速到指定速度所需的距离；表示启动加速度；t
loss
表示损失的时间；vf表示期望速度。
[0028]
车队长度预测的计算如下所示：
[0029][0030]
式中，li表示车辆i的长度，l1表示队列中的头车长度，δdi(t)表示车辆i和车辆i-1之间的距离，δd
psafe
表示车队的安全距离。
[0031]
进一步地，步骤s3包括：
[0032]
s31、将交叉口划分为n
×
n的网格，以对交叉口时空资源定量描述，n表示粒度。在特定时刻，网格的可能状态是空闲或被占用。
[0033]
s32、cav或cav引导的车队进入车速调控区时，控制中心获取车辆或车队的当前状态s0(t0,v0)，采用投影算法为cav或车队分配通行时隙和到达状态s1(t1,v1)；
[0034]
s33、优化cav行驶轨迹，以状态s1(t1,v1)行驶至交叉口。
[0035]
进一步地，步骤s32中，通行时隙计算如下：
[0036][0037]
式中，是冲突点ci的时间占用的集合，tb和te分别表示占用的开始和结束时间，表示已获得通行许可证并将穿越冲突点ci的cav集合，表示ti在时间轴上后退表示车辆从起始线匀速行驶至冲突点ci的时间，t表示ti的投影；
[0038]
到达状态s1(t1,v1)计算如下：
[0039]
mint1＝t0+ta(6)
[0040]
subject to：
[0041][0042]
式中，ta表示控制中心控制下cav在车速调控区的行驶时间，lm表示车辆或车队的长度，la表示控制中心控制下cav在车速调控区的行驶距离，表示cav在车速调控区的平均速度，δt表示安全时间间隔的常数值。
[0043]
步骤s33中，车辆轨迹优化如下所示：
[0044]
a)令表示车辆的速度曲线，其在时间段[t0,t1]中连续可微；
[0045]
cav遵循如下动态约束：
[0046][0047]
subject to：
[0048][0049]
式中，v
min
、v
max
分别表示车速调控区中车辆运行的最大和最小速度，表示前车的速度曲线，δs表示安全距离；
[0050]
引入二元变量来判断上述约束下车辆的轨迹控制是否存在可行解：
[0051][0052]
式中，l
min
、l
max
分别表示车辆能够行驶的最短和最长距离，l
min
和l
max
的求解如下所示：
[0053][0054]
subject to：
[0055]
χ＝t
a-tt
1-tt2ꢀꢀ
(12)
[0056][0057][0058][0059]
因此：
[0060][0061]
式中，tt1、tt2、v
m a1、a2的含义是动态的，即在求解l
max
时，tt1和tt2分别表示加速时间和减速时间，a1和a2分别表示加速度和减速度，vm表示车辆在指定距离内所能达到的最大速度；在求解l
min
时，上述变量的含义相反。
[0062]
通常，当时表示能得到可行解，并通过三段式求解公式求解。三段式求解中，车辆通过三个阶段以状态si(t1,v1)到达交叉口，包括第一阶段的变速运动、第二阶段的匀速运动以及第三阶段的变速运动；
[0063]
三段式求解具体为：
[0064][0065]
subject to：
[0066][0067]
a1(t
m1-t0)+a2(t
1-t
m2
)＝v
1-v0ꢀꢀ
(19)
[0068]vmax
＝v0+a1(t
m1-t0)
ꢀꢀ
(20)
[0069]
式中，t
m1
和t
m2
分别表示第二阶段的开始和结束时间。
[0070]
将式(8)～(20)组成一个多约束非线性数学规划模型，对其求解，如有可行解则可得到车辆的通行间隙和绿灯通行相位。
[0071]
本发明的有益效果在于：本发明设置车辆编队区和车速调控区，在车辆编队区通过控制中心综合考虑车辆队列长度，为车辆分配通行间隙；同时，在车速调控区优化cav的行驶轨迹，以确保在预留的时间和状态(速度、加速度)下到达交叉口。本发明能对车道通行需求与交叉口资源供给进行精细化匹配，从而解决交叉口通行效率低的问题，使交通系统的整体运行效率得到明显提升。
[0072]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0073]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0074]
图1为交叉口布局示意图；
[0075]
图2为交叉口时空资源统一描述示意图；
[0076]
图3为投影算法示意图；
[0077]
图4为交叉口控制流程图；
[0078]
图5为交叉口示意图；
[0079]
图6为车队速度随时间变化图；
[0080]
图7为车辆位置随时间变化图。
具体实施方式
[0081]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0082]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是
可以理解的。
[0083]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0084]
实施例1
[0085]
本实施例基于以下假设：
[0086]
(1)在通信范围内，cav的状态可以通过路侧单元(rsu)获取，rsu与控制中心共享信息。
[0087]
(2)每辆cav接受并严格执行来自控制中心的相应命令。如果cav没有获得通过许可，它将以缓慢的恒定的速度(例如，6m/s)行驶并等待通过命令，如果车辆到达第二停车线仍然没有被分配通行资源，则停车等待；
[0088]
(3)在车速调控区(ba-2)内不允许改变车道；
[0089]
(4)hdv具有典型的驾驶行为(例如，启动延误、车头间距、期望速度等)并服从交通信号灯，而cav则通过车路协同通过交叉口(车辆通过时相应车道的信号灯变为绿色)。如果道路通畅，所有的车辆都可以右转。
[0090]
考虑一个典型的双向六车道交叉口，将交叉口前长度为l的路段划为车辆缓冲区，配置控制中心、信号灯、车辆检测器、rsu，其中，智能网联自动驾驶车辆通过车路协同通过交叉口，人工驾驶汽车受信号控制并依据绿灯通过交叉口，如图1所示。
[0091]
为实现交通需求与时空供给的精细化匹配，必须建立统一的数据结构对车辆通行需求与交叉口空间资源供给进行定量描述，从而实现资源配置的“可计算”。如图2所示，将交叉口划分为n
×
n的网格，其中n表示粒度。在特定的时刻，网格的可能状态是空闲或者占用。
[0092]
控制中心将为车辆保留可以通过交叉口的时空资源。如果控制中心面向的对象是单辆cav，则预留被定义为特定时刻的一个小区域；如果控制中心面向的对象是一辆或几辆hdv，或者由cav领导的一个车队，则对应车道通行相位时段内所涉及的元胞设计为连续占用。由此实现了对hdv和cav时空资源占用的统一描述。在这个框架中，单辆cav可以在红灯时穿过交叉口，而hdv或车队需要遵守交通信号灯。
[0093]
图2中的编号k∈{1,2,3}对应车道编号，字母i,j∈{e,w,n,s}分别代表东、西、北、南四个方向。令表示起始线与冲突点的距离，其中上标λ∈{s,l}为指示直行或左转的方向指示符，下标ξ∈{1,2,
…
,n}表示冲突点编号，图2分别给出了在不同系统时间t1～tn的交叉口元胞状态。
[0094]
为了得到可用的通行时隙，控制中心必须保证预留时间内通行轨迹上的所有元胞处于空闲状态，因此必须找出所有可能存在资源分配冲突的元胞。同一车道上车辆间的冲突涉及车道上所有的元胞，车辆只需遵循跟驰模型即可消除冲突，不同来向的车道只在车道相交处(冲突点)存在冲突的元胞。
[0095]
若一辆的cav从西车道1行驶至北车道1。车辆的轨迹跨越四个冲突点(即
c1，c2，c3，c4)，并且可能被来自各个方向的车辆中断。为了保证cav安全的穿过交叉口，cav需要调整其速度以满足所需的状态s1(t1,v1)。由此所有车辆都可以畅通无阻地通过交叉口而无需停车。
[0096]
为了使得尽可能多的车辆在通行相位开始和结束时刻，车辆匀速通过交叉口时空资源浪费，需要设置合理的通行相位起止时间。采用基于“预留”机制的多流向车辆通行时隙计算方法，如果车辆的预测轨迹上的任何一个单元格被其他车辆占用或预留，控制中心将拒绝该车辆的请求。否则，车辆可以通过交叉口而不会发生任何冲突。
[0097]
以图5所示的交叉口为例来详细说明图4所示方法的应用过程，并在仿真软件sumo中建立仿真模型，实现仿真可视化。图中，交叉口为双向6车道，右转车流实行渠化分流，内侧车道为左转车道，中间车道为直行车道，因此具有普遍代表性。
[0098]
为便于计算，对车辆的时间维度以相对时间来描述，单位为s，空间距离单位为m，速度单位为m/s。设交叉口各进口直行车道停车线到第一个冲突点的距离为8m，到第二个冲突点的距离为12m，到第三个冲突点的距离为14m，到第四个冲突点的距离为18.6m，交叉口长度为27.6m。控制过程中的具体参数设置如表1所示。
[0099]
表1仿真参数
[0100][0101]
从时刻0开始，交叉口路段先后有三个车道的车辆检测器检测到车辆到达，其余车道未检测到车辆，各车道交通流状态如表2所示。
[0102]
表2各车道交通流状态
[0103][0104]
以下按照本发明提出的控制方法为车辆制定控制方案：
[0105]
步骤s1、当车辆通过车辆检测器，获取车辆的行驶状态并将把车辆信息同步给控制中心；
[0106]
步骤s2、队首cav引导后方车辆编入紧凑而快速行进的车队，具体步骤如s21～s22所示；
[0107]
步骤s21：车辆的运动由idm模型描述。
[0108]
步骤s22：车队m的预测长度计算如下：
[0109][0110]
式中，li表示车辆i的长度，l1表示队列中的头车长度，δdi(t)表示车辆i和车辆i-1之间的距离，本实施例中均取δdi＝3m，δd
psafe
表示车队的安全距离，取δd
psafe
＝10m。
[0111]
步骤s3：此时n2车道最先申请预留，在车速调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为cav规划行车轨迹使其或引导的车队能在预留的通行间隙通过交叉口，具体步骤如s31～s33所示：
[0112]
步骤s31：将交叉口划分为n
×
n的的网格，其中n取12；
[0113]
步骤s32：当cav或其所引导的车队进入车速调控区时，控制中心获取车辆或车队的当前状态s0(t0,v0)，采用投影算法为车辆或车队分配通行时隙和到达状态s1(t1,v1)，具体如下：
[0114]
a)取v1＝v
max
＝22m/s，计算车队到达交叉口的最快时间t
min
：
[0115][0116]
令t1＝t
min
＝6.8s，此时则有：
[0117][0118]
由可知，t1符合条件。因此取到达状态为s1(6.8,22)，则该车队的通行相位为[4.8,10.9]。
[0119]
引入投影算法：
[0120][0121]
记录冲突点被占用的情况，由式(4)反推可得到t1＝[5.2,11.3]，t2＝[5.3,11.4]，t3＝[5.4,11.5]，t4＝[5.6,11.7]。
[0122]
步骤s33：为了保证车辆安全地穿过交叉口，cav将优化车辆轨迹使其以状态s1(t1,v1)行驶至交叉口，具体如下：
[0123]
a)令表示车辆的速度曲线，其在时间段[t0,t1]中连续可微；
[0124]
cav遵循如下动态约束：
[0125][0126]
在下式所示约束下求解l
min
和l
max
：
[0127][0128]
subject to：
[0129]
χ＝t
a-tt
1-tt2[0130][0131][0132][0133]
将已知量代入式(6)可求得χ≥0，且车辆能行走的最大、最小距离为：
[0134][0135][0136]
显然满足la＝135∈[l
min
,l
max
]，则车队能以状态s1(6.8,22)满足三段式条件。
[0137]
b)采用三段式求解：
[0138][0139]
subject to：
[0140][0141]
a1(t
m1-t0)+a2(t
1-t
m2
)＝v
1-v0[0142]vmax
＝v0+a1(t
m1-t0)
[0143]
由式(7)计算可得，队首cav的轨迹控制参数为：vm＝22m/s，a1＝3.5m/s2，a2＝0，t
m1
＝2.9s，t
m2
＝6.8s。
[0144]
返回步骤s2为另一车道编队控制并分配通行相位。
[0145]
步骤s2：在车道w2中队首cav引导后方车辆编入紧凑而快速行进的车队，具体步骤如s21～s22所示：
[0146]
s21：车辆的运动由idm模型描述。
[0147]
s22：车队m的预测长度计算如下：
[0148][0149]
步骤s3：为车道w2中车队申请预留，在车速调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为cav规划行车轨迹使其或引导的车队能在预留的通行间隙通过交叉口，具体步骤如s31～s33所示：
[0150]
s31：将交叉口划分为n
×
n的的网格，其中n取12；
[0151]
s32：当cav或其所引导的车队进入车速调控区时，控制中心获取车辆或车队的当前状态s0(t0,v0)，采用投影算法为车辆或车队分配通行时隙和到达状态s1(t1,v1)，具体如下：
[0152]
a)取v1＝v
max
＝22m/s，计算车队到达交叉口的最快时间t
min
：
[0153][0154]
令t1＝t
min
＝17.7s，此时则有：
[0155][0156]
由可知，t1符合条件。因此取到达状态为s1(17.1,22)，则该车队的通行相位为[15.1,20.8]。
[0157]
引入投影算法，记录冲突点被占用的情况，由式(4)反推可得到t1＝[15.5,21.2]，t2＝[15.6,21.7]，t3＝[15.7,21.4]，t4＝[15.9,21.6]。
[0158]
s33：为了保证车辆安全地穿过交叉口，cav将优化车辆轨迹使其以状态s1(t1,v1)行驶至交叉口，具体如下：
[0159]
a)令表示车辆的速度曲线，其在时间段[t0,t1]中连续可微；cav遵循式(5)和(6)的动态约束。
[0160]
将已知量代入式(6)可求得χ≥0，且车辆能行走的最大、最小距离为：
[0161][0162][0163]
显然满足la＝135∈[l
min
,l
max
]，则车队能以状态s1(15.1,22)满足三段式条件。
[0164]
b)由式(7)计算可得，队首cav的轨迹控制参数为：vm＝22m/s，a1＝3.5m/s2，a2＝0，t
m1
＝13.4s，t
m2
＝17.1s。
[0165]
返回步骤s2为另一车道编队控制并分配通行相位。
[0166]
步骤s2：在车道s2中队首cav引导后方车辆编入紧凑而快速行进的车队，具体步骤如s21～s22所示：
[0167]
s21：车辆的运动由idm模型描述。
[0168]
s22：车队m的预测长度计算如下：
[0169][0170]
步骤s3：为车道s2中车队申请预留，在车速调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为cav规划行车轨迹使其或引导的车队能在预留的通行间隙通过交叉口，具体步骤如s31～s33所示：
[0171]
s31：将交叉口划分为n
×
n的的网格，其中n取12；
[0172]
s32：当cav或其所引导的车队进入车速调控区时，控制中心获取车辆或车队的当前状态s0(t0,v0)，采用投影算法为车辆或车队分配通行时隙和到达状态s1(t1,v1)，具体如下：
[0173]
a)取v1＝v
max
＝22m/s，计算车队到达交叉口的最快时间t
min
：
[0174][0175]
令t1＝t
min
＝26.5s，此时则有：
[0176][0177]
由可知，t1符合条件。因此取到达状态为s1(26.5,22)，则该车队的通行相位为[24.5,31.6]。
[0178]
引入投影算法，记录冲突点被占用的情况，由式(4)反推可得到t1＝[24.8,31.9]，t2＝[25,32.1]，t3＝[25.1,32.5]，t4＝[25.3,32.4]。
[0179]
s33：为了保证车辆安全地穿过交叉口，cav将优化车辆轨迹使其以状态s1(t1,v1)
行驶至交叉口，具体如下：
[0180]
a)令表示车辆的速度曲线，其在时间段[t0,t1]中连续可微；cav遵循式(5)和(6)的动态约束。
[0181]
将已知量代入式(6)求解l
max
，可求得χ≥0，且车辆能行走的最大距离为：
[0182][0183]
将已知量代入式(6)求解l
min
，可求得χ≤0，且车辆能行走的最小距离为：
[0184][0185]
显然满足la＝135∈[l
min
,l
max
]，则车队能以状态s1(26.5,22)满足三段式条件。
[0186]
b)由式(7)计算可得，队首cav的轨迹控制参数为：vm＝22m/s，a1＝3.5m/s2，a2＝0，t
m1
＝22s，t
m2
＝26.5s。
[0187]
完成交叉口各车道通行相位的分配，其中各车道按控制策略运行时的车队速度以及车辆位置如图6和图7所示。
[0188]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：s1、将交叉口前长度为l的路段设置为车辆编队区和车速调控区，配置控制中心、路侧单元、车辆检测器和信号灯；所述路侧单元获取cav(connected-automated vehical，cav)的行驶状态并将车辆信息同步至控制中心；s2、在车辆编队区，cav引导后方车辆编入行进车队；s3、在车速调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为cav规划行车轨迹使其或其引导的车队在预留的通行间隙通过交叉口。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在步骤s2中，车辆编队方式如下：车辆检测器记录车辆通过时的时间和速度；同时车辆检测器与车辆建立通信，若车辆响应，则启动cav控制模块，否则启动hdv轨迹预测模块；当hdv通过车辆检测器时，控制中心在同车道前方寻找cav，若cav在车辆编队区中，则将该hdv添加入cav车队中；否则hdv自由行驶；若hdv在进入车速调控区前无法找到cav作为头车，则hdv继续行驶至交叉口停车等候，控制中心为排队车辆分配通行相位；当cav通过车辆检测器时，cav将所有车辆分为若干组，车队中领先的cav作为主导车辆；cav将预测车队长度并申请预留。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述通行相位时间的计算如下所示：a)选择车辆跟驰模型为智能驾驶模型，车辆的预测加速度为：subject to：式中，a
max
表示最大加速度，b表示舒适减速度，σ表示安全时间间隔，v
max
表示最大速度，s0表示车辆堵塞时的车间距，表示车速；δs
*
、δv
n
(t)和δd
n
(t)分别表示第n辆车与第n-1辆车之间的安全距离、速度差和车间距离；表示车辆n到达车辆编队区的初始时间；b)计算通行相位时间：式中，t
g
表示通行相位时间；m表示队列中的车辆集合，包括停车等候的hdv和车速调控区中没有编入车队的hdv；s
m
表示后车启动时前车行驶的距离；s1表示车辆启动并加速到指定速度所需的距离；表示启动加速度；t
loss
表示损失的时间；v
f
表示期望速度。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：车队长度预测的计算如下所示：
式中，l
i
表示车辆i的长度，l1表示队列中的头车长度，δd
i
(t)表示车辆i和车辆i-1之间的距离，δd
psafe
表示车队的安全距离。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤s3包括：s31、将交叉口划分为n
×
n的网格，以对交叉口时空资源定量描述；s32、cav或cav引导的车队进入车速调控区时，控制中心获取车辆或车队的当前状态s0(t0,v0)，采用投影算法为cav或车队分配通行时隙和到达状态s1(t1,v1)；s33、优化cav行驶轨迹，以状态s1(t1,v1)行驶至交叉口。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤s32中，通行时隙计算如下：式中，t
i
＝[c
i
,t
b
,t
e
,v
ia
]是冲突点c
i
的时间占用的集合，t
b
和t
e
分别表示占用的开始和结束时间，表示已获得通行许可证并将穿越冲突点c
i
的cav集合，表示t
i
表示在时间轴上后退表示车辆从起始线匀速行驶至冲突点c
i
的时间，t表示t
i
的投影；到达状态s1(t1,v1)计算如下：mint1＝t0+t
a
subject to：to：式中，t
a
表示控制中心控制下cav在车速调控区的行驶时间，l
m
表示车辆或车队的长度，l
a
表示控制中心控制下cav在车速调控区的行驶距离，表示cav在车速调控区的平均速度，δt表示安全时间间隔的常数值。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤s33中，车辆轨迹优化如下所示：a)令表示车辆的速度曲线，其在时间段[t0,t1]中连续可微；cav遵循如下动态约束：subject to：式中，v
min
、v
max
分别表示车速调控区中车辆运行的最大和最小速度，表示前车
的速度曲线，δs表示安全距离，δt表示安全时间间隔；引入二元变量来判断上述约束下车辆的轨迹控制是否存在可行解：式中，l
min
、l
max
分别表示车辆能够行驶的最短和最长距离，l
min
和l
max
的求解如下所示：式中，在求解l
max
时，a1和a2分别表示加速度和减速度；在求解l
min
时，a1和a2分别表示减速度和加速度；当时表示能得到可行解，并通过三段式求解公式求解。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：三段式求解中，车辆通过三个阶段以状态s
i
(t1,v1)到达交叉口，包括第一阶段的变速运动、第二阶段的匀速运动以及第三阶段的变速运动；三段式求解具体为：subject to：a1(t
m1-t0)+a2(t
1-t
m2
)＝v
1-v0v
max
＝v0+a1(t
m1-t0)式中，t
m1
和t
m2
分别表示第二阶段的开始和结束时间。

技术总结
本发明涉及一种混行交通环境下交叉口车辆队列与信号协同控制优化方法，属于道路交叉口信号控制领域。该方法考虑一个典型的双向六车道交叉口，混合交通流包括CAV和HDV，该方法将交叉口一定长度的路段设置为车辆编队区和车速调控区，配置控制中心、RSU、车辆检测器和信号灯；RSU可获取CAV的行驶状态并将把车辆信息同步给控制中心；在车辆编队区，CAV引导后方车辆编入紧凑而快速行进的车队；在车调控区，控制中心为到达车辆预留可通过交叉口的通行间隙和信号配时，并为CAV规划行车轨迹使其或引导的车队能在预留的通行间隙通过交叉口。本发明能同时优化车辆轨迹和信号灯通行相位，从而使交通系统的整体运行效率得到明显提升。而使交通系统的整体运行效率得到明显提升。而使交通系统的整体运行效率得到明显提升。


技术研发人员：黄鑫 彭福珂 李永福 黄龙旺 王欢
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/13