申请/专利权人：西南交通大学

申请日：2020-10-12

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN114201847B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06Q10/0631;G06Q50/40

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.06.11#专利申请权的转移;2022.04.05#实质审查的生效;2022.03.18#公开

摘要：一种混合交通流下多车轨迹控制的简化方法，包括：确定微观跟驰模型；预测车辆初始轨迹；建立冲突协同模型；拟制协同控制策略集；判断车辆是否可以顺利通过冲突区域；若车辆可以顺利通过冲突区域，则继续遵从微观跟驰模型的速度行驶；若车辆无法顺利通过冲突区域，则进一步确定车辆在通过冲突区域的过程中出现的具体情况，并判断可优化控制车辆的数量；若只存在一辆可优化控制车辆，则依据对应的拟制协同控制策略基于动态规划控制原理对该车辆进行优化并控制；若存在两辆或三辆可优化控制车辆，则对该两辆或三辆可优化控制车辆采用分阶段控制。该方法降低了整个底层控制运行的时间复杂度，提高了时效性，增强了多车控制在工程实践中的实用性。

主权项：1.一种混合交通流下多车轨迹控制的简化方法，其特征在于，包括步骤：S1、确定微观跟驰模型，用所述微观跟驰模型描述车辆的跟驰状态，所述车辆的跟驰状态包括车辆的速度、加速度和位置；S2、获取混合交通流中车辆在通过冲突区域的上游监测点的时刻和速度，并用所述微观跟驰模型预测车辆在上游监测点与冲突终点之间的车辆初始轨迹；所述上游监测点与冲突起点之间有一定距离的路段；所述冲突起点位于所述上游监测点和所述冲突终点之间；所述冲突起点和所述冲突终点之间的路段构成冲突区域；S3、基于所述微观跟驰模型，针对无信号指示下交叉路口存在的车辆冲突类型，加入加速度约束、距离约束与安全约束，建立冲突协同模型；所述车辆冲突类型包括交叉冲突、合流冲突；所述交叉冲突是指不同行驶方向的车辆以较大的角度互相交叉行驶；所述合流冲突是指不同行驶方向的车辆以较小的角度向同一方向汇合行驶；S4、针对混合交通流场景下车辆通过冲突区域的过程中可能出现的各种无法顺利通过冲突区域的情况，拟制协同控制策略集；S5、基于所述车辆初始轨迹，由所述冲突协同模型判断车辆是否可以顺利通过冲突区域；若判断结果为车辆可以顺利通过冲突区域，则车辆继续遵从所述微观跟驰模型的速度行驶；若判断结果为车辆无法顺利通过冲突区域，则需进一步确定车辆在通过冲突区域的过程中出现的具体情况，并依据所述步骤S4拟制的协同控制策略集判断车辆在通过冲突区域的过程中出现的具体情况所对应的拟制协同控制策略中可优化控制车辆的数量；若对应的拟制协同控制策略中只存在一辆可优化控制车辆，则执行步骤S6；若对应的拟制协同控制策略中存在两辆或三辆可优化控制车辆，则执行步骤S7；S6、将参与车辆通过冲突区域的过程中的可优化控制车辆确定为目标车辆，依据对应的拟制协同控制策略对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想求解得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；S7、针对对应的拟制协同控制策略中存在两辆或三辆可优化控制车辆的情况进行分阶段控制：首先执行第一阶段控制，若执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，则不再执行第二阶段控制；若执行所述第一阶段控制仍不能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆顺利通过冲突区域，则执行所述第二阶段控制；所述第一阶段控制：将参与车辆通过冲突区域的过程中的两辆或三辆可优化控制车辆中的一辆确定为目标车辆，控制所述目标车辆的速度，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行第二阶段控制；所述第二阶段控制：利用Bang-Bang控制控制参与车辆通过冲突区域的过程中存在的两辆或三辆可优化控制车辆中的一辆或两辆，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；所述若对应的拟制协同控制策略中存在两辆或三辆可优化控制车辆，则执行步骤S7，具体包括：假定X路和Y路为两条有交叉的单向单行车道，X路上的车辆k将通过Y路上的连续车流的两车辆之间的间隔，所述Y路上的连续车流的两车辆分别用k′1和k′2表示，其中车辆k′1表示前车，车辆k′2表示后车；针对混合交通流场景下车辆通过冲突区域的过程中可能出现的各种情况，基于所述微观跟驰模型将车辆k′1、车辆k、车辆k′2之间的关系分为可以顺利通过冲突区域与无法顺利通过冲突区域；所述无法顺利通过冲突区域又分为四种情况，第一种情况记为R1，表示车辆k与车辆k′1之间距离太近，不满足可顺利通过冲突区域的约束条件；第二种情况记为R2，表示车辆k与车辆k′2之间距离太近，不满足可顺利通过冲突区域的约束条件；第三种情况记为R3，表示车辆k与车辆k′1且与车辆k′2之间满足基本间隔要求，但通过冲突区域的过程不舒适；第四种情况记为R4，表示车辆k与车辆k′1且与车辆k′2之间的距离均太近，不满足可顺利通过冲突区域的约束条件；针对无法顺利通过冲突区域的四种情况，需要对当中的可优化控制的车辆进行协同控制；用H表示不可优化控制的车辆，用A表示可优化控制的车辆，用N表示无前车参与或无后车参与，并规定车辆的组合顺序为车辆k′1、车辆k、车辆k′2；因此，不同车辆组合情况包括HHA、HAH、AHH、HAA、AAH、AHA、AAA、AHN、HAN、NAH、NHA、AAN、NAA、HHH、HHN、NHH；针对其中车辆组合情况为AAN、NAA、HAA、AHA、AAH、AAA这六种情况按照步骤S7进行执行，具体如下：针对车辆组合情况AAN，在无法顺利通过冲突区域的原因R1或R3下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况NAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R2或R3下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况HAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R1下，首先执行第一阶段控制：将车辆k确定为目标车辆，控制所述目标车辆减速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况HAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R2下，首先执行第一阶段控制：将车辆k确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况HAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R3下，首先执行第一阶段控制：将车辆k′2确定为目标车辆，控制所述目标车辆减速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况HAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R4下，通过执行第一阶段控制无法得到优化解，故执行第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AHA，在无法顺利通过冲突区域的原因R1下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况AHA，在无法顺利通过冲突区域的原因R2下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k′2确定为目标车辆，控制所述目标车辆减速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况AHA，在无法顺利通过冲突区域的原因R3下，首先执行第一阶段控制：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k′1的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AHA，在无法顺利通过冲突区域的原因R4下，通过执行第一阶段控制无法得到优化解，故执行第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k′1的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAH，在无法顺利通过冲突区域的原因R1下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况AAH，在无法顺利通过冲突区域的原因R2下，首先执行第一阶段控制：将车辆k确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′2之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′1的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAH，在无法顺利通过冲突区域的原因R3下，首先执行第一阶段控制：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′2之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′1加速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAH，在无法顺利通过冲突区域的原因R4下，通过执行第一阶段控制无法得到优化解，故执行第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k的速度，使车辆k与车辆k′2之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′1加速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R1下，通过执行所述第一阶段控制能够使参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域，具体为：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解，得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；不再执行所述第二阶段控制；针对车辆组合情况AAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R2下，首先执行第一阶段控制：将车辆k确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R3下，首先执行第一阶段控制：将车辆k′1确定为目标车辆，控制所述目标车辆加速，并对所述目标车辆的行驶轨迹进行优化，并将该优化问题归结为离散时间状态约束的最优控制问题，用动态规划的思想进行求解；若能够得出优化解，则得到关于所述目标车辆的协同优化控制策略，并将关于所述目标车辆的协同优化控制策略作用于所述目标车辆，控制所述目标车辆的运行；若不能够得出优化解，则执行所述第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k′1的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2的速度，使车辆k与车辆k′2之间满足车辆跟驰舒适距离，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域；针对车辆组合情况AAA，在无法顺利通过冲突区域的原因R4下，通过执行第一阶段控制无法得到优化解，故执行第二阶段控制；所述第二阶段控制：先利用Bang-Bang控制控制车辆k′1的速度，使车辆k与车辆k′1之间满足车辆跟驰舒适距离，再进一步利用Bang-Bang控制控制车辆k′2减速，保证参与车辆通过冲突区域的过程中的车辆可以顺利通过冲突区域。

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