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专利号: 2022115991425
申请人: 合肥工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于骑行交通流膨胀特性的非机动车左转专用道调控方法,其应用场景是网联环境下的十字形信号交叉口,所述网联环境下的机动车为网联自动驾驶车辆,非机动车为非网联车辆;在所述十字形信号交叉口处设置专用左转相位的四相位信号灯,以控制交叉口四个方向的机动车和非机动车;所述交叉口处的每个方向上的车道通过双黄线划分为进口道和出口道,并将每个进口道和出口道通过白色标线各划分为n条机动车道和m条非机动车道,且每个方向的进口道上有一条机动车左转专用车道,发光道钉布设在每个方向进口道上的m+1条非机动车道线上;其特征在于,动态调控方法包括以下步骤:步骤1、建立平面直角坐标系:

将十字形信号交叉口任一方向编号为i,并按照顺时针方向将余下三个方向依次编号为i+1、i+2、i+3,以信号交叉口中心点作为原点O,将方向i+3上出口道车辆的行驶方向作为X轴的正方向,并反向延伸,将方向i+2上出口道车辆的行驶方向作为Y轴的正方向,并反向延伸,从而建立平面直角坐标系XOY;

步骤2、确定方向i和方向i+2的左转机动车轨迹相对于所述原点O的切点坐标:步骤2.1、以方向i上进口道的机动车左转专用道停止线中点位置作为左转机动车行驶轨迹的起点S0,所述左转机动车行驶轨迹的终点E0在方向i+1上的出口道最外侧机动车道上,将终点E0与方向i上的进口道的停止线的垂线距离作为半径,所述起点S0与终点E0之间的圆弧作为方向i上的左转机动车行驶轨迹;

步骤2.2、方向i上左转机动车行驶轨迹的圆心与交叉口对角线之间的垂线在圆弧上所形成的交点作为方向i上左转机动车轨迹相对于所述原点O的切点O1,切点坐标为步骤2.3、以方向i+2上进口道的机动车左转专用道停止线中点位置作为左转机动车行驶轨迹的起点S0′,所述左转机动车行驶轨迹的终点E0′在方向i+3上的出口道最外侧机动车道上,将终点E0′与方向i+2上的进口道的停止线的垂线距离作为半径,所述起点S0′与终点E0′之间的圆弧作为方向i+2上的左转机动车行驶轨迹;

步骤2.4、方向i+2上左转机动车行驶轨迹的圆心与交叉口对角线之间的垂线在圆弧上所形成的交点作为方向i+2上左转机动车轨迹相对于所述原点O的切点O2,切点坐标为步骤3、确定方向i和方向i+2的非机动车流左转轨迹方程:步骤3.1、获取交叉口相关数据:交叉口路缘石转弯半径为Rr,非机动车道宽度为Lnmv,机动车道宽度为Lv;

步骤3.2、确定方向i的非机动车流左转轨迹方程:

步骤3.2.1、将方向i上进口道的机非分隔线与方向i上进口道的停止线交点作为左转非机动车流的起点S1,该起点S1在平面直角坐标系XOY下的坐标为S1(nLv,‑nLv‑Lnmv‑Rr);将方向i+1上进口道的停止线与方向i+1上出口道的机非分隔线的交点作为左转非机动车流的终点E1,该终点E1在平面直角坐标系XOY下的坐标为E1(‑nLv‑Lnmv‑Rr,nLv);

步骤3.2.2、利用式(1)得到方向i上进口道的左转机动车轨迹相对于所述原点O的切点坐标O1′(x,y);

式(1)中,(x,y)表示方向i上进口道左转非机动车流轨迹相对于所述原点O处的切点在平面直角坐标系下的位置坐标;Dv‑nmv表示车辆行进过程中的横向安全宽度;

步骤3.2.3、将由起点S1、终点E1和切点O1′拟合的二次函数作为方向i的非机动车流的左转轨迹;其中,二次函数的二次项系数a1、一次项系数b1和常数项c1由式(2)得到:步骤3.3、确定方向i+2的非机动车流左转轨迹方程:

步骤3.3.1、将方向i+2上进口道的机非分隔线与方向i+2上进口道的停止线交点作为左转非机动车流的起点S1′,该起点S1′在平面直角坐标系XOY下的坐标为S1′(‑nLv,nLv+Lnmv+Rr);将方向i+3上进口道的停止线与方向i+3上出口道的机非分隔线的交点作为左转非机动车流的终点E1′,该终点E1′在平面直角坐标系XOY下的坐标为E1′(nLv+Lnmv+Rr,‑nLv);

步骤3.3.2、利用式(3)得到方向i+2上进口道的左转机动车轨迹相对于所述原点O的切点坐标O2′(x′,y′);

式(3)中,(x′,y′)表示方向i+2上进口道左转非机动车流轨迹相对于所述原点O处的切点在平面直角坐标系下的位置坐标;

步骤3.3.3、将由起点S1′、终点E1′和切点O2′拟合的二次函数作为方向i+2的非机动车流的左转轨迹;其中,二次函数的二次项系数a2、一次项系数b2和常数项c2由式(4)得到:步骤4、确定方向i和方向i+2左转非机动车流的最大膨胀宽度:

步骤4.1、利用式(5)求出非机动车车道数m:

式(5)中,L0表示交叉口单辆非机动车行驶的安全宽度, 为向下取整;

i i

步骤4.2、定义方向i上进口道的非机动车左转专用道车道数为m ,并初始化m=m‑1;定i+2 i+2义方向i+2上进口道的非机动车左转专用道车道数为m ,并初始化m =m‑1;

步骤4.3、利用式(6)计算方向i上进口道的非机动车左转专用车道宽度 和方向i+2上进口道的非机动车左转专用车道宽度步骤4.4、获取相关数据:非机动车流起点和终点的直线距离L,第t个周期方向i上进口道的左转相位绿灯时长Tg(t)和左转相位红灯时长Tr(t),第t个周期下方向i上进口道的左转机动车辆的到达率 第t个周期下方向i+2上进口道的左转机动车辆的到达率第t个周期下方向i上进口道的左转非机动车辆的到达率 第t个周期下方向i+2上进口道的左转非机动车辆的到达率

步骤4.5、利用公式(7)计算第t个周期左转相位红灯时长Tr(t)内方向i上进口道积累的左转机动车辆数 第t个周期左转相位红灯时长Tr(t)内方向i+2上进口道积累的左转机动车辆数利用式(8)计算第t个周期左转相位红灯时长Tr(t)内方向i上进口道的左转非机动车辆数 第t个周期左转相位红灯时长Tr(t)内方向i+2上进口道的左转非机动车辆数利用式(9)计算第t个周期下方向i上进口道的非机动车并行排队车辆数 第t个周期下方向i+2上进口道的非机动车并行排队车辆数步骤4.6、根据式(10)计算第t个周期下方向i上进口道的左转非机动车流的最大膨胀i i+2宽度w(t)、第t个周期下方向i+2上进口道的左转非机动车流的最大膨胀宽度w (t):式(10)中, 为影响方向i上的最大膨胀宽度的常数项, 为影响方向i+2上的最大膨胀宽度的常数项, 为影响方向i上的最大膨胀宽度的第j类因素的系数, 为影响方向i+2上的最大膨胀宽度的第j类因素的系数;

步骤5、确定左转非机动车流轨迹之间的最短距离及判断其是否满足安全间距要求:步骤5.1、左转非机动车流的最大膨胀宽度发生在左转车流的中间区域,双向左转非机动车流之间的最短间距也处于中间区域,而双向左转非机动车流之间最危险情况也即为左转车流的最大膨胀宽度发生在车流轨迹之间的最短间距处,利用式(11)得到第t个周期下方向i的非机动车流的左转轨迹与方向i+2的非机动车流的左转轨迹之间的最短距离w(t)min:式(11)中, 表示方向i的非机动车流的左转轨迹上点的坐标,且是最危险情况下i方向i上进口道的左转非机动车流最大膨胀宽度w (t)所形成的点; 表示方向i+2的非机动车流的左转轨迹上点的坐标,且是最危险情况下方向i+2上进口道的左转非机动i+2车流最大膨胀宽度w (t)所形成的点;

步骤5.2、若式(12)成立,则进入步骤8;若式(12)不成立,进入步骤6;

i i+2

w(t)min>w(t)+w (t)+Dnmv‑nmv      (12)式(12)中,Dnmv‑nmv表示非机动车辆行进过程中的横向安全宽度;

步骤6、调整非机动车左转专用车道数来保障双向进口道非机动车左转膨胀空间安全;

步骤6.1、利用式(13)计算第t个周期内左转相位红灯时间内非机动车来车数在左转相i位绿灯时间内完全通过交叉口所需要的设置的方向i上的非机动车左转专用道数k (t)和i+2方向i+2上的非机动车左转专用道数k (t);

式(13)中,C为一条非机动车道的路段最大通行能力; 为向上取整;

i i i+2 i+2

步骤6.2、若m>k (t)且m >k (t),则根据式(14)和式(15)进行赋值操作后,返回步骤4.3顺序执行;

i i i+2 i+2

步骤6.3、若m>k (t)且m ≤k (t),则根据式(14)进行赋值操作后,返回步骤4.3顺序执行;

i i i+2 i+2

步骤6.4、若m≤k (t)且m >k (t),则根据式(15)进行赋值操作后,返回步骤4.3顺序执行;

i i i+2 i+2

步骤6.5、若m≤k(t)且m ≤k (t),则执行步骤7;

步骤7、根据式(16)进行赋值操作后,返回步骤4.4顺序执行;

Tr(t)←Tr(t)‑ΔT    (16)

式(16)中,ΔT为一个红灯时间步长;

步骤8、利用式(17)计算每一条左转专用车道发光道钉启用长度:

Lq(t)=Tg(t)·C·Ls    (17)

式(17)中,Lq(t)表示第t个周期每一条左转专用车道发光道钉启用长度;Ls表示一辆非机动车安全停放长度;

步骤9、坐标轴以原点为旋转中心顺时针旋转90°,将Y轴反方向记为非机动车所在方向i,并按照顺时针方向将余下三个方向依次编号为i+1、i+2、i+3,从而按照步骤2~步骤8的顺序调控交叉口未调控的进口道的非机动车辆的膨胀宽度;

步骤10、将t+1赋值给t后,返回步骤1顺序执行,从而调控下一个周期交叉口的非机动车辆的膨胀宽度。