1.一种混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:设置快速路下匝道与近信号控制区衔接的混合交通场景;
S2:根据S1结合车辆的动力学特征,建立线性车辆纵向动力学模型;
S3:根据S2为保证车队的稳定性,构建混合交通场景下基于信息物理系统的快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法。
2.根据权利要求1所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:所述S3包括以下步骤:S31:构建先进先出协同控制方法;
S32:建立基于信息物理系统的分布式协同控制方法。
3.根据权利要求2所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:所述S1具体为:快速路下匝道与城市道路相连接形成一个连接点,当车流量较多的情况下,会形成冲突区域;在城市道路连接点的前方布设一个信号灯,快速路下匝道与城市道路单车道上分别有m辆车和n辆车,总车辆数为N=m+n,其中网联自动车和网联人驾车混合在道路上;在这样的场景下,网联自动车和网联人驾车通过车车通信能够互相获取状态信息,根据获取的状态信息网联自动车能够自动的调控自身的状态,网联人驾车跟随它前面的多辆车的状态;其中,所有异质车辆都能获取信号灯的信息。
4.根据权利要求3所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:所述S2车辆的非线性纵向动力学为:式中,pi(t)和vi(t)表示第i车辆的位置和速度, 是传动系统的机械效率,ri表示轮胎半径,Ti(t)表示实际驱动/制动扭矩,mi表示车辆质量, 表示空气动力阻力系数,g表示重力加速度,fi是滚动阻力系数,θ(pi(t))表示道路的倾斜角,ζi表示车辆动力学惯性延迟,表示期望的驱动/制动力矩;
通过使用线性反馈技术,线性车辆纵向动力学模型能够被表示为:
其中,ui(t)表示车辆的控制输入;
当不考虑外部因素的情况下,第i车辆的线性动力学模型退化为:
其中,ai(t)表示第i辆车的加速度。
5.根据权利要求4所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:所述S31当快速路下匝道的车辆进入到城市道路时,为避免异质车辆在链接区域长的等待时间以及在衔接点发生碰撞,建立了先进先出的协同控制方法,具体步骤为:S311:在t时刻,链接区域内异质车辆通过车车通信互相获取车辆的状态信息;
S312:利用映射技术,将快速路下匝道上的网联自动车和网联人驾车的状态信息投影到城市道路上,并将投影的这些车辆与城市道路上的车辆按照先进先出的协同算法进行排序,形成一个虚拟的车队;
S313:为了确保虚拟车队中的所有异质车辆能够保持期望的车间距和速度,使用智能驾驶员模型,具体形式如下所示:其中,vi(t)为t时刻第i辆跟随车的速度,vmax为最大速度;Δvi(t)和Δsi(t)表示在t时刻第i辆车与它前车的速度差和间距;amax和bmin分别表示期望的最大加速度和最小减速;s0是最小停车安全间距,TH表示跟随车的反应时间;
S314:根据S313中的公式,利用牛顿第二定律,进一步计算出虚拟车队中所有车辆的运动状态为:式中,Δt为时间步长。
6.根据权利要求5所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:所述S32当虚拟车队逐渐接近信号灯时,受到信号灯相位的约束会出现时走时停的现象,导致车队的不稳定性及交通效率下降,为解决这一现象,构建分布式协同控制策略,具体步骤为:S321:根据建立的车辆纵向动力学模型,构建网联自动车的纵向控制策略为:其中, 为网联自动车的控制输入, 和 是网联自动车的控制增
益;ψjl,p,Xjl,p分别表示第j辆网联自动车位置与第l辆车位置之间的权重和通信连接关系,ψjl,v,Xjl,v分别表示第j辆网联自动车速度与第l辆车速度之间的权重和通信连接关系,ψjl,a,Xjl,a分别表示第j辆网联自动车加速度与第l辆车加速度之间的权重和通信连接关系;
djl表示第j辆网联自动车与第l辆车之间的期望车间距;S322:由于网联人驾车的不可控性,基于车辆动力学模型,建立网联人驾车的跟随策略为:式中, 表示驾驶员响应参数;由于网联人驾车的不可控性,
一般为零;ψio,p,Xio,p分别表示第i辆网联人驾车位置与第o辆车位置之间的权重和通信连接关系,ψio,v,Xio,v分别表示第i辆网联人驾车速度与第o辆车速度之间的权重和通信连接关系,ψio,a,Xio,a分别表示第i辆网联人驾车加速度与第o辆车加速度之间的权重和通信连接关系;dio表示第i个网联人驾车与第o辆车之间的期望车间距;其中,由于网联人驾车只具有通信功能,不具有可控性,仅仅跟随获取的前面多辆车的状态,因此,上式退化为:
7.根据权利要求6所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:在物理层,探索虚拟车队在近信号控制区的行驶状态,以及如何通过信息层获取异质车辆的状态信息和信号灯的相位信息来调整车辆的状态,使其能够一致稳定的通过近信号控制区;
在信息层,揭示队列中异质车辆的通信拓扑结构、车辆之间的通信关系以及车辆与信号灯之间的通信关系。
8.根据权利要求7所述的混合交通快速路下匝道与近信号控制区联动控制方法,其特征在于:衔接区域的范围定义为80米,衔接点区域定义为20米,近信号控制区的范围定义为300米,车与信号灯的通信范围定义为400米,车与车之间的通信范围定位400米。