1.一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,将道路交叉口衔接路段按不同距离划分为变道区、调控区、和缓冲区三个功能区,在不同功能区范围内,车载单元、路侧单元与交叉口控制中心各自执行相应的信息交互;
所述变道区内的各车道中设有左转、直行、右转道路标线,各车辆驶入所述变道区后按行驶需求提前变换至对应的导向车道;
所述调控区内的所有车辆禁止变道与超车,各车辆在驶入所述调控区时接收到所述交叉口控制中心发出的指令信号,调整当前行车速度,控制与前方车辆之间的距离至最优间隙;
所述缓冲区内的所有车辆均保持匀速状态行进,各车辆在驶入所述缓冲区后均已达到所述交叉口控制中心指令要求的行车状态,与前方车辆之间保持着特定的最优间隙;
所述车载单元将车辆信息与行驶状态信息实时传送至交叉口控制中心,包括车辆尺寸、车辆位置、行驶时间、行驶速度、加速度、行驶方向,同时接收交叉口控制中心发送的指令信息,对车辆运行状态进行调控;
所述路侧单元对各功能区内的道路环境状况进行实时感知监测,并将相关数据信息实时传送至交叉口控制中心,包括各车道的车流量、车道占有率、车辆行车轨迹、车道宽度、路面湿滑状态;
所述交叉口控制中心接收所述车载单元和所述路侧单元采集到的所有交通数据信息,进行信息融合处理,针对不同车辆的行进方向确定所述车辆在交叉口的冲突区位置,计算所述车辆在交叉口的各冲突区域范围,结合车辆与冲突方向车辆的行驶状态信息计算所述车辆与前车之间需要保持的最优间隙,并将最优间隙指令信息实时发送至各车辆的车载单元。
2.如权利要求1所述的一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,交叉口左转、直行、右转车道均为独立车道,车辆在进入交叉口前后不允许进行合流与分流,车辆在交叉口通行过程中,均是沿各车道中心线行驶;交叉口衔接路段所述变道区长度设为300m,所述调控区长度设为500m,所述缓冲区长度设为200m,当然,各功能区的长度范围可根据不同交叉口的实际交通情况进行规划调整,但应保证车辆能够在各功能区内完成相应的驾驶操作;所述路侧单元以10m的均匀间隔布设于各功能区道路两侧和交叉口四周区域,实现对交叉口所有通行车辆进行全时空、低延时、高可靠的实时信息感知。
3.如权利要求1所述的一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,车辆驶入交叉口变道区后,按照所述车辆的行驶需求提前变换至对应的导向车道,控制中心根据所述车辆与其他车辆的行车轨迹方向,判断所述车辆在交叉口内是否存在交通冲突。若无冲突存在,位于调控区的车辆按照控制中心指令快速行进,在无冲突干扰条件下安全通过交叉口;若有冲突存在,控制中心对所述车辆在交叉口内的冲突区位置进行识别感知,分别计算出所述车辆在各个冲突区上对应的行车间隙,取其中最大的行车间隙值作为所述车辆与前车之间应当保持的最优间隙,并将该最优间隙值反馈予所述车辆的车载单元。所述车辆在接收到控制中心指令信息后,在调控区内调整当前行车速度,控制与前车之间的距离至最优间隙,并保持该状态匀速驶入缓冲区和交叉口。所述车辆以最优间隙驶入交叉口时,所述车辆的冲突方向车辆能够利用该间隙从冲突区中安全穿过,从而实现冲突消解。
4.如权利要求3所述的一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,车辆在交叉口内的冲突区位置确定方法具体为:
以WL方向为例,在交叉口内与WL方向车辆存在冲突关系的导向车道分别为SL、NS、ES、NL四个方向;以WS方向为例,在交叉口内与WS方向车辆存在冲突关系的导向车道分别为NS、SL、EL、SS四个方向。当车辆在变道区内驶入到对应的导向车道后,控制中心根据接收到的交通数据信息,判断所述车辆冲突方向的导向车道在变道区至交叉口区域内是否存有车辆,若存有车辆,该冲突方向与所述车辆行车轨迹的重叠区域即为冲突区,从而运用GPS定位识别和电子地图即可确定冲突区的地理位置信息。
5.如权利要求3所述的一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,车辆与前车之间需要保持的最优间隙的计算方法如下:假设车辆Vi和车辆Vi+1为方向D1上的通行车辆,车辆Vj和车辆Vj+1为与方向D1相冲突的方向D2上的通行车辆,车辆通过冲突区的顺序为:车辆Vi→车辆Vj→车辆Vi+1→车辆Vj+1,且当车辆Vi完全驶离冲突区时,冲突方向的车辆Vj恰好开始进入冲突区;当车辆Vj完全驶离冲突区时,冲突方向的车辆Vi+1恰好开始进入冲突区,即冲突方向两条车流中的车辆能够交替穿插通过冲突区,从而实现交叉口冲突消解。
设定:Ui‑i+1表示方向D1上车辆Vi和车辆Vi+1之间需要保持的行车间隙;Uj‑j+1表示冲突方向D2上车辆Vj和车辆Vj+1之间需要保持的行车间隙;l1表示冲突区对方向D1上车辆的作用距离;l2表示冲突区对冲突方向D2上车辆的作用距离;s表示车辆长度;v表示车辆行驶速度。
交叉口控制中心根据车辆行驶状态信息和路况信息分析预测交叉口车流冲突,确定行进车辆在交叉口内各个冲突区的位置信息后,分别计算出车辆通过各个冲突区时需要保持的行车间隙,取其中最大值作为车辆通过交叉口时与前车之间需要保持的最优间隙。
6.如权利要求3所述的一种车路协同交叉口车流冲突消解方法,其特征在于,车辆在调控区内行车状态调整过程如下:
交叉口控制中心在计算出车辆与前车之间需要保持的最优间隙后,将最优间隙指令信息反馈予各车辆的车载单元。车辆在接收到指令信息后,于调控区内对车辆行驶状态进行调整,控制与前车之间的距离至最优间隙,具体如下:当交叉口某方向进口道的一股车流W进入到交叉口控制区域时,控制中心将其分为若干个连续的子车队W1、W2、…、Wm,并以子车队为单位进行车辆状态调整。其中,每个子车队中的所有车辆在交叉口穿行区内遇到的冲突状况均是相同的,所以属于同一子车队中的车辆均是以相同的行驶速度保持相同最优间隙匀速行进。
假设Wk子车队中包含n辆车,当车队中的车辆进入到交叉口调控区路段后,车辆需要从当前的行驶状态A调整至目标状态B,从而使各车辆与前车之间保持最优间隙。设定:xai、vai、aai、tai、uai分别表示子车队车辆Vi在交叉口调控区的初始位置、行驶速度、加速度、驶入调控区的时间、与前车之间的间隙距离;xbi、vb、ub分别表示车辆目标状态下在交叉口调控区的位置、行驶速度、与前车之间保持的最优间隙;tbi表示完成状态调整后的时间;ladjust表示交叉口调控区的长度。
调整过程如下:
视车辆在本阶段状态调整中做匀加/减速行驶,车辆状态调整时间Δti为:由于车辆需要在交叉口调控区长度范围内完成状态调整,所以状态调整时间的约束条件如下:
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