基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法与流程

1.本发明涉及的是一种智能交通管理领域的技术，具体是一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法。


背景技术：

2.智能交通环境中，智能网联车辆利用远程通信系统，使智能车辆能够及时感知邻近信息，减少感知盲区的存在，使交叉口的安全性得到大幅提升。因此，关于交叉口的研究重点落在了如何实现智能网联车辆的高效通行效率上。现有技术有通过分布式控制方法，以协同方式确定优先级实现安全的行驶，但这些现有技术运行时车辆通过效率并不高。


技术实现要素：

3.本发明针对现有无信号灯交叉口场景下的智能车辆安全高效通行问题，提出一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，利用博弈论突出车辆之间的动态性和针对性，通过讨价还价通行时间的方式，显著提高整个路口的通行效率。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，包括：
6.步骤a、本车接收周围车辆的状态信息及驾驶意图，并进行碰撞预测；当不发生碰撞时本车在交叉口速度规定约束下安全驶离，否则执行步骤b；
7.所述的状态信息包括：车辆的位置，例如车辆的经度、纬度和高度信息以及车辆的速度和加速度信息。
8.所述的驾驶意图包括：直行、左转和右转。
9.所述的碰撞预测是指：根据相邻车辆信息对其进行轨迹预测，并判断是否碰撞时间达到阈值，具体为：通过其他车辆的状态信息计算出的未来时间段内该车辆的位置，并考虑车辆形状膨胀的车辆预测轨迹的碰撞点，碰撞时间其中：v为速度、a为加速度、m为车辆id、p为位置、l
s
为膨胀特征值。
10.所述的膨胀，为减小碰撞时间的计算阈值，进一步保证车辆安全；其具体包括圆形膨胀和矩形膨胀。
11.所述的圆形膨胀是指：以车辆几何中心为圆心、半径为l
s
的圆，此圆最小半径的圆，此圆最小半径其中：l
v
为车辆长度，w
v
为车辆宽度。
12.所述的矩形膨胀是指：车辆几何形状等比例放大。
13.步骤b、本车根据未来时间段内，车辆预测轨迹的碰撞点、周围车辆的状态信息及驾驶意图计算出其他车辆的碰撞时间，并获取周围车辆的碰撞时间出价以计算所有车辆碰撞时间的序列集合并进行优先级判定，当符合本车需求时允许合作并执行步骤c，否则重新对碰撞时间出价，实现讨价还价的博弈算法并更新碰撞时间序列，提高通行效率。
14.所述的碰撞时间出价是指：各车为谈判通过目标函数计算给出的最低的可接受收益，当各车计算完冲突时间后广播该碰撞时间出价。
15.所述的目标函数为：归一化之后的可接受收益其中：α
m
，β
m
为各指标的权重系数，角标m为车辆id，角标i为迭代次数，角标n为区别于m的车辆id，
16.所述的优先级判定是指：根据碰撞时间序列，通行时间少的车辆，获取高优先级，即，优先通过交叉口。
17.所述的博弈，当在一个博弈周期内无法达成，则车辆按照安全阈值跟车的方式进行速度计算，并经过一个博弈周期后再次寻求合作的动机。
18.所述的博弈周期，即一个信息交互周期，通常频率为10hz。
19.步骤c、各车辆通过收益函数各自求得最优化通行速度，生成优化后的控制指令，广播各自的状态信息以及控制指令并相应执行。
20.所述的收益函数是指：所有车辆的最低的可接受收益的总和，即其中：m为参与博弈的所有车辆的数目，m为车辆id，f
m
为每辆车的目标函数，亦为每辆车寻求合作时的出价。
21.所述的控制指令包括：车辆底层执行器，例如：油门踏板、刹车踏板、方向盘所获得的控制输入。技术效果
22.本发明整体解决了现有技术仅考虑交通安全的弊端；本发明考虑车辆形状因素，将车辆碰撞点加以膨胀，使得碰撞消解算法更符合实际道路场景，改善了现有技术已车辆轨迹交点为碰撞点的缺陷。同时利用博弈论，在保证通行安全的前提下，提高了交通效率。
23.与现有技术相比，本发明无需车辆配备超强计算能力的计算平台、无需配备激光雷达等价格昂贵的传感器，仅需配备车载通讯模块，使单车成本进一步降低；无需大数据支持、无需后台网络训练，仅需位于交叉口内的多个车辆的即时状态信息，使算法的部署成本进一步降低。除此之外，本方法可增加无信号灯交叉口的容错性、安全性以及降低技术的复杂度。
附图说明
24.图1为车辆的安全区示意图；
25.图2为本发明流程图。
具体实施方式
26.如图1所示，为车辆安全区示意图，图中真实车辆并非是个质点，而是一个具有立体几何参数的刚体，其任何一个点与其他车辆发生碰撞即为碰撞，因此，本方法设计时使用膨胀的技术手段，确保车辆安全。图中角标i和w代表不同车辆id，x
i
和y
i
分别为车辆i的纵向和侧向，c为碰撞区域，l和w分别为碰撞区域的长和宽。
27.如图2所示，为本实施例涉及的一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，具体包括：
28.步骤a、本车接收周围车辆的状态信息及驾驶意图，并进行碰撞预测；当不发生碰撞时车辆在交叉口速度规定约束下安全驶离，否则执行步骤b；
29.步骤b、本车根据碰撞点预估碰撞时间，并获取周围车辆碰撞时间出价以计算碰撞时间序列并进行优先级判定，当周围车辆的碰撞时间出价符合本车需求时允许合作并执行步骤c，否则重新对碰撞时间出价，即通过博弈，利用讨价还价的算法更新碰撞时间序列，提高通行效率。
30.步骤c、多方车辆通过收益函数各自求得最优化通行速度，生成优化后的控制指令，广播各自的状态信息以及控制指令并相应执行。
31.经过具体实际实验，在硬件在环的环境下，部署3辆车进行实验，具体为：
32.车辆1：距交叉口69m，车速15m/s，加速度0，优先级1；
33.车辆2：距交叉口79m，车速15m/s，加速度0，优先级3；
34.车辆3：距交叉口70m，车速13m/s，加速度0，优先级2；
35.得到的实验数据如表1所示。
36.表1交叉口通行时间
37.综上，与现有技术相比，本方法能够明显无信号灯交叉口的单车及整体的通行效率，缩短了车辆通过的时间，即最后一辆车通过交叉口的时间。
38.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。


技术特征：
1.一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征在于，包括：步骤a、本车接收周围车辆的状态信息及驾驶意图，并进行碰撞预测；当不发生碰撞时本车在交叉口速度规定约束下安全驶离，否则执行步骤b；步骤b、本车根据未来时间段内，车辆预测轨迹的碰撞点、周围车辆的状态信息及驾驶意图计算出其他车辆的碰撞时间，并获取周围车辆的碰撞时间出价以计算所有车辆碰撞时间的序列集合并进行优先级判定，当符合本车需求时允许合作并执行步骤c，否则重新对碰撞时间出价，实现讨价还价的博弈算法并更新碰撞时间序列，提高通行效率；步骤c、各车辆通过收益函数各自求得最优化通行速度，生成优化后的控制指令，广播各自的状态信息以及控制指令并相应执行。2.根据权利要求1所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的碰撞预测是指：根据相邻车辆信息对其进行轨迹预测，并判断是否碰撞时间达到阈值，具体为：通过其他车辆的状态信息计算出的未来时间段内该车辆的位置，并考虑车辆形状膨胀的车辆预测轨迹的碰撞点，碰撞时间其中：v为速度、a为加速度、m为车辆id、p为位置、l
s
为膨胀特征值。3.根据权利要求2所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的膨胀，为减小碰撞时间的计算阈值，进一步保证车辆安全；其具体包括圆形膨胀和矩形膨胀；所述的圆形膨胀是指：以车辆几何中心为圆心、半径为l
s
的圆，此圆最小半径的圆，此圆最小半径其中：l
v
为车辆长度，w
v
为车辆宽度；所述的矩形膨胀是指：车辆几何形状等比例放大。4.根据权利要求1所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的碰撞时间出价是指：各车为谈判通过目标函数计算给出的最低的可接受收益，当各车计算完冲突时间后广播该碰撞时间出价；所述的目标函数为：归一化之后的可接受收益其中：α
m
，β
m
为各指标的权重系数，角标m为车辆id，角标i为迭代次数，角标n为区别于m的车辆id，5.根据权利要求1所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的优先级判定是指：根据碰撞时间序列，通行时间少的车辆，获取高优先级，即，优先通过交叉口。6.根据权利要求1所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的博弈，当在一个博弈周期内无法达成，则车辆按照安全阈值跟车的方式进行速度计算，并经过一个博弈周期后再次寻求合作的动机。7.根据权利要求1所述的基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，其特征是，所述的收益函数是指：所有车辆的最低的可接受收益的总和。

技术总结
一种基于讨价还价通行时间的交叉口汽车通行控制方法，根据周围车辆的状态信息及驾驶意图进行碰撞预测，根据车辆预测轨迹的碰撞点、周围车辆的状态信息及驾驶意图计算出其他车辆的碰撞时间，并获取周围车辆的碰撞时间出价以计算所有车辆碰撞时间的序列集合并进行优先级判定，当符合本车需求时允许合作并执行，否则重新对碰撞时间出价，实现讨价还价的博弈算法并更新碰撞时间序列，提高通行效率。本发明利用博弈论突出车辆之间的动态性和针对性，通过讨价还价通行时间的方式，显著提高整个路口的通行效率。整个路口的通行效率。整个路口的通行效率。


技术研发人员：王亚飞 王凯正 周志松 刘旭磊 殷承良
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：2021.08.17
技术公布日：2021/12/6