一种基于V2X的交叉口平滑车速引导方法与流程

一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法
技术领域
1.本发明属于智能交通技术领域，尤其是涉及一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法。


背景技术：

2.随着汽车行业的飞速发展，汽车保有量也迅速增加，使得交通拥堵与环境污染的问题逐渐凸显。为了解决这些问题，各国开始大力发展智能交通系统，其中车路协同系统逐渐成为研究热点。车路协同是指采用先进的无线通信和新一代互联网等技术，全方位实施车车、车路动态实时信息交互，并在全时空动态交通信息采集与融合的基础上，开展车辆主动安全控制和道路协同管理，充分实现人车路的有效协同，保证交通安全，提高通行效率，从而形成的安全、高效和环保的道路交通系统。
3.道路交通中，信号交叉口是交通延误最大的地方之一，提高交叉口通行效率，能大大提高路段的通行效率。因此本发明选取交叉口为研究对象，对进入交叉口的车辆进行车速引导，做到不停车通过交叉口，减少频繁制动和速度突变带来的影响。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明旨在提出一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法，以提高交叉口通行效率，提高路段的通行效率。
5.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法，包括以下步骤：
7.s1、目标车辆进入引导区间，通过v2x通信技术，目标车辆与信号灯进行信息交互，判断当前信号灯的颜色，若为绿色则执行步骤二，若为黄色或红色则执行步骤四；
8.s2、根据绿灯的剩余时间tg、目标车辆行驶至停止线的时间ta，判断目标车辆行驶至停止线的时间是否小于绿灯剩余的时间，若ta≤tg，则目标车辆匀速通过停止线，输出建议车速v0；
9.s3、若ta＞tg，目标车辆加速行驶，以变加速aa加速到最高限速v
max
，并根据加速行驶的距离计算目标车辆到达停止线的时间tb，若tb≤tg，则车辆加速通过，否则停车等待；
10.s4、根据红灯的剩余时间tr、目标车辆驶至停止线的时间tc，判断目标车辆行驶至停止线的时间是否大于红灯剩余的的时间，若tc＞tr，则目标车辆匀速通过停止线，输出建议车速；
11.s5、若tc≤tr，目标车辆减速行驶，以变减速ad减速到最低限速v
min
，并根据减速行驶的距离计算目标车辆达到停止线的时间td，若tr＜td，则车辆减速通过，否则停车等待。
12.进一步的，步骤s2中，目标车辆行驶至停止线的时间为：ta＝l/v0，其中l为目标车辆距停止线的距离；v0为目标车辆进入到引导区间时的速度。
13.进一步的，步骤s3中目标车辆到达停止线的时间tb的公式如下：
其中，v
max
为道路最高限速，t
b1
为加加速行驶的时间，t
b2
为匀加速行驶的时间，t
b3
为减加速行驶的时间，s3为变加速过程行驶的位移距离。
14.进一步的，步骤s3中变加速aa利用s形加减速曲线算法求得，具体运算如下：由于加速度是变化的，因此引入恒定值加加速j1；
[0015][0016]
其中：tk＝t
k-t
k-1
，tk为每个阶段持续的时间，τk＝t-tk，表示当前时刻在第k个阶段持续的时间，加加速j1恒定且t1＝t3。
[0017]
进一步的，步骤s3中绿灯加速过程中，为了使速度曲线平滑过渡，速度v0先经过加加速达到v1，再经过匀加速达到v2，最后再经过减加速达到v3；
[0018][0019]
其中，v3＝v
max
；
[0020]
步骤s3中绿灯加速过程中，每个时刻t行驶的距离为s，具体如下：
[0021][0022]
进一步的，步骤s4中，目标车辆行驶至停止线的时间为：ta＝l/v0，其中l为目标车辆距停止线的距离；v0为目标车辆进入到引导区间时的速度。
[0023]
进一步的，步骤s5中目标车辆达到停止线的时间td公式如下：v
min
为道路最低限速，t
d1
为加减速行驶的时间，t
d2
为匀减速行驶的时间，t
d3
为减减速行驶的时间，s
d3
为变减速过程行驶的位移。
[0024]
进一步的，步骤s5中变减速ab利用s形加减速曲线算法求得，具体运算如下：由于减速度是变化的，因此引入恒定值减速度j2；
[0025][0026]
进一步的，步骤s5中红灯加速过程，为了使速度曲线平滑过渡，速度v0先经过加减速达到v1，再经过匀减速达到v2，最后再经过减减速达到v3；
[0027][0028]
其中，v3＝v
min
；
[0029]
步骤s5中红灯过程，每个时刻t行驶的距离为s，具体如下：
[0030][0031]
相对于现有技术，本发明所述的一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法具有以下有益效果：
[0032]
本发明所述的一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法，通过对进入交叉口引导区间的车辆进行车速引导，尽可能做到不停车通过交叉口，减少等待时间，提高通行效率，同时利用s形加减速算法，使得速度曲线平滑，提高驾驶平稳性。
附图说明
[0033]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0034]
图1为本发明实施例所述的一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法流程图；
[0035]
图2为本发明实施例所述的一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法仿真场景图；
[0036]
图3为本发明实施例所述的绿灯加速下速度曲线图；
[0037]
图4为本发明实施例所述的红灯减速下速度曲线图。
具体实施方式
[0038]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0040]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0042]
如图1所示，一种基于v2x的交叉口平滑车速引导方法，具体步骤如下：
[0043]
步骤一：目标车辆进入引导区间时，通过v2x通信技术，目标车辆与信号灯进行信息交互，判断当前信号灯是否为绿灯，若是进入步骤二，否则进入步骤四；
[0044]
步骤二：绿灯剩余时间tg，计算目标车辆行驶至停止线的时间ta＝l/v0，若ta≤tg，则目标车辆可以匀速通过停止线，输出建议车速v0，否则进入步骤三；其中l目标车辆距停止线的距离；v0为目标车辆进入到引导区间时的速度；
[0045]
步骤三：此时ta＞tg，车辆不能匀速通过，计算目标车辆以变加速aa加速到v
max
，然后通过停止线的时间若tb≤tg，则车辆可以加速通过，否则停车等待；其中，v
max
为道路最高限速，t
b1
为加加速行驶的时间，t
b2
为匀加速行驶的时间，t
b3
为减加速行驶的时间，s3为变加速过程行驶的位移距离；
[0046]
步骤四：红灯剩余时间tr，计算目标车辆行驶至停止线的时间tc＝l/v0，若tc＞tr，则目标车辆可以匀速通过停止线，输出建议车速v0，否则进入步骤五；
[0047]
步骤五:此时tc≤tr，车辆不能匀速通过，计算目标车辆以变减速ad减速到v
min
，然后通过停止线的时间若tr＜td，则车辆可以减速通过，否则停车等待；其中v
min
为道路最低限速，t
d1
为加减速行驶的时间，t
d2
为匀减速行驶的时间，t
d3
为减减速行驶的时间，s
d3
为变减速过程行驶的位移。
[0048]
为了使速度变化曲线平滑，不产生突变，提高舒适性，结合了s形加减速曲线使得速度的过渡更加平滑。
[0049]
步骤三中提到的变加速aa就是利用s形加减速曲线算法求得，因为加速度是变化的，所以引入新参数j1，即加加速，一般为恒定值；
[0050][0051]
其中：tk＝t
k-t
k-1
，tk为每个阶段持续的时间，τk＝t-tk，表示当前时刻在第k个阶段持续的时间，一般情况下j恒定且t1＝t3。
[0052]
进一步，在步骤三绿灯加速过程中，为了使速度曲线平滑过渡，速度v0先经过加加速达到v1，再经过匀加速达到v2，最后再经过减加速达到v3。
[0053][0054]
其中，v3＝v
max
。
[0055]
步骤三绿灯加速过程中，每个时刻t行驶的距离为s；
[0056][0057]
同理可知，变减速ab利用s形加减速曲线算法求得，具体运算如下：由于减速度是变化的，因此引入恒定值减速度j2；
[0058][0059]
其中：tk＝t
k-t
k-1
，tk为每个阶段持续的时间，δk＝t-tk，表示当前时刻在第k个阶段持续的时间，一般情况下j恒定且t1＝t3。
[0060]
步骤五红灯加速过程中，为了使速度曲线平滑过渡，速度v0先经过加减速达到v1，再经过匀减速达到v2，最后再经过减减速达到v3。
[0061][0062]
其中，v3＝v
min
[0063][0064]
本专利车辆环境如下：
[0065]
1.单车与信号交叉口之间的信息交互，前方无车辆影响；
[0066]
2.不受横向车辆和交叉口转弯车辆影响；
[0067]
3.不考虑天气、路面条件的影响，只考虑汽车本身的车速限制。
[0068]
实施例：
[0069]
如图2所示，道路设置为双向四车道，长度不少于400m，引导区长度l＝300m，信号灯周期c＝120s，其中绿灯时长tg＝60s，黄灯时长ty＝3s,红灯时长tr＝57s，目标车速为v0＝30km/h，加速度aa＝2.0m/s2,减速度ad＝-2.0m/s2，加加速j＝2.0m/s3，进入引导区时剩余绿灯时间tg＝35s，道路限速为v
min
＝20km/h，vmax＝40km/h。
[0070]
车载设备实时采集车辆位置、速度、加速度等信息，进入到引导区后，自动接收信号灯相位和配时信息。
[0071]
基于已获取的信号灯相位和剩余时长信息以及车辆行驶数据，利用车速和时间、距离之间的约束关系，对车辆进入车速引导区后的车辆通行状态进行预判。
[0072]
车辆进入车速引导区时，信号灯相位、剩余时长和车辆到停车线的距离为确定值，可以利用车速和时间、距离之间的约束关系建立通行预判模型。
[0073]
步骤一：目标车辆进入引导区间时，当前灯色为绿灯，进入步骤二；
[0074]
步骤二：绿灯剩余时间tg＝35s，计算目标车辆行驶至停止线的时间ta＝l/v0＝36s，此时ta＞tg，车辆不能匀速通过，进入步骤三。
[0075]
步骤三：目标车辆经过变加速aa加速到v
max
，根据加速度、速度、位移公式，计算目标车辆通过停止线的时间。
[0076]
变加速时间：t1＝t3＝a/j＝1.0s
[0077]
匀加速时间：t2＝(v
max-v
0-jt
12
)/jt1＝0.4s
[0078]
加速过程行驶距离：
[0079]
故为保证安全采取进一法tb＝28s，此时tb≤tg，则车辆可以加速通过。具体速度变化如下。
[0080][0081]
根据上述内容得到如图3、图4红绿灯速度变化曲线图。
[0082]
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。