CN111932910A - 一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，该方法包括以下步骤：设置路段实时动态可变车道安全控制，路段实时动态可变车道安全控制包括对向冲突区、控制流程的参数；设置交叉口实时动态可变车道安全控制，交叉口实时动态可变车道包括可变导向车道和逆向可变车道，分别设置车道长度、预信号参数、信号控制方案；结合仿真的车辆轨迹数据和替代安全评价模型对实时动态可变车道安全控制方法进行评价，判断安全控制的效果。本发明根据驾驶员、车辆、交通流，设置路段实时动态可变车道中对向冲突区、控制流程的参数，通过替代安全控制评价模型对安全控制方法进行评价，不断优化控制参数，确保实时动态可变车道的安全运行。

Description

一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法

技术领域

本发明涉及交通领域中的车道安全控制方法，尤其涉及一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法。

背景技术

可变车道是指车道的功能可根据交通流状态信息在一定的时间、路段中发生改变的车道，通过信号控制装置、隔离装置实现道路资源的动态分配，能有效地提高道路资源利用率、缓解交通拥堵的同时减少道路扩建、新建道路成本。

面对城市日益严重的交通拥堵问题和交通流分布不均衡问题，可变车道在未来将会得到等多的使用，同时车路协同技术的不断发展也为可变车道的不断发展和完善提供技术支持。

目前，对可变车道安全控制方法的研究多为对信号指示灯、隔离设施的研究，很少有将智能信号指示装置和车路协同系统的功能综合在一起，对实时动态可变车道的安全控制进行研究。

发明内容

发明目的：本发明提供一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，通过对驾驶员、车辆、道路系统的分析，确保实时动态可变车道的安全运行。

技术方案：本发明智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，包括以下步骤，

(1)设置路段实时动态可变车道安全控制，路段实时动态可变车道安全控制包括对向冲突区、控制流程的参数；

(2)设置交叉口实时动态可变车道安全控制，交叉口实时动态可变车道包括可变导向车道和逆向可变车道，分别设置车道长度、预信号参数、信号控制方案；

(3)结合仿真的车辆轨迹数据和替代安全评价模型对实时动态可变车道安全控制方法进行评价，判断安全控制的效果。

路段实时动态可变车道对向冲突区可分为起点对向冲突区和终点对向冲突区，起点对向冲突区参照车辆的安全间距和道钉灯铺设间隔设置；终点对向冲突区包括禁行区段和缓冲区段，禁行区段依据驾驶员的会车视距标定，

S＝l₁+l₂+l_制1+l_制2+l₀

其中，V₀为车辆行驶速度，t_反应为驾驶员反应时间，l₁、l₂分别为别为对向行驶车辆的驾驶员反应距离，g为重力加速度，

为车轮在道路上的附着系数，l_制1、l_制2分别为对向车辆的制动距离，l₀为安全距离，S为禁行区段长度。

缓冲区段根据驾驶员变道行驶距离和制动距离综合确定，

L_缓＝MAX(D_换,D_制)+l₀

其中，V₀为车辆行驶速度，V_j为车辆制动后的速度，a为车辆制动的减速度，θ为驾驶员在驾驶车辆变道过程中的谨慎系数，

为道路交通流状况的加权系数，ρ为交通流密度，ρ_jam为阻塞密度，l₁为反应距离，l_制为车辆制动过程距离，

为车轮在道路上的附着系数，D_换为车辆换道行驶距离，D_制车辆总的制动距离，l₀为安全距离，L_缓为缓冲区段长度。

路段实时动态可变车道安全控制流程参数包括清空时间、退场及恢复时间。清空时间公式为，

t_清＝min{t_q,t_s}

其中，t_i为车辆驶离车道所需时间，t_灯为道钉灯颜色转换时间，t₀为安全时间，t_q为追踪n辆车的清空时间，K为安全系数，l为可变车道长度，V₀为车辆在行驶速度，t_s为车辆正常驶过可变车道时间，t_清为路段可变车道清空时间。

退场及恢复时间公式为，

其中，t_i为车辆驶离车道所需时间，t_灯为道钉灯颜色转换时间，t₀为安全时间，t_t为可变车道退场及恢复时间。

对交叉口实时动态可变导向车道的车道长度、预信号参数进行设定。可变导向车道长度为，

L_短≤L_q≤min{L_排,L₁}

L＝L_q+L_g

其中，L_短为交叉口渠化实线最短长度，L_排为交叉口不同转向车辆在高峰时段内最大的排队长度，L₁为交叉口一个相位时间内可通过的车辆数的排队长度，L_q为可变导向车道渠化实线区段的长度，L_g为过渡区段的长度，L为可变车道的长度。

可变导向车道预信号参数为，

其中，L为可变导向车道长度，l_c1为交叉口停止线至直行冲突点距离，v为车辆通过交叉口的平均速度，a为车辆起步加速度，t₀为安全时间，l_c2为交叉口停止线至左转冲突点距离，t_g1为直行绿灯提前关闭时间，t_k为左转绿灯提前开启时间，t_g2为左转绿灯提前关闭时间。

对交叉口实时动态逆向可变车道的车道长度，预信号参数进行设定。逆向可变车道长度为，

L_导≤L_逆≤min{L_排,L₂,L₃}

其中，L_逆为逆向可变车道长度，L_导为进口导向车道线长度，L_排为进口道左转车道排队长度，L₂为一个左转信号相位允许通过的最大车辆数，L₃为进口道第一组导向箭头至停车线长度。

逆向可变车道预信号参数为，

其中，t_k为逆向可变车道提前开启时间，t_j为第一辆车进入逆向可变车道的时间，L_逆为逆向可变车道长度，v为逆向可变车道中车辆行驶的平均速度，L_冲为逆向可变车道停车线到冲突点的距离，t_黄为黄灯时间，t_g为逆向可变车道提前关闭时间。

工作原理：本发明根据驾驶员、车辆、交通流，设置路段实时动态可变车道中对向冲突区、控制流程的参数，对向冲突区参数包括禁行区段、缓冲区段长度，控制流程参数包括清场、退场及恢复时间；设置交叉口实时动态可变导向车道、逆向可变车道的车道长度、预信号参数、信号控制方案。

有益效果：本发明通过设置实时动态可变车道的安全控制参数，结合道路仿真得到的车辆轨迹数据，运用替代安全评价模型对实时动态可变车道安全控制效果进行评价，不断优化控制参数，从而确保实时动态可变车道的安全运行。

附图说明

图1为本发明控制方法流程图；

图2(a)为本发明路段可变车道起点图；

图2(b)为本发明路段可变车道终点图；

图3为交叉口可变导向车道图；

图4为可变导向车道控制流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，包括以下步骤：

步骤1，设置路段实时动态可变车道安全控制，路段实时动态可变车道安全控制包括对向冲突区、控制流程的参数；

路段实时动态可变车道对向冲突区可分为起点对向冲突区和终点对向冲突区，起点对向冲突区参照车辆的安全间距和道钉灯铺设间隔设置；终点对向冲突区包括禁行区段和缓冲区段，禁行区段依据驾驶员的会车视距标定，

S＝l₁+l₂+l_制1+l_制2+l₀

其中，V₀为车辆行驶速度，t_反应为驾驶员反应时间，l₁、l₂分别为别为对向行驶车辆的驾驶员反应距离，g为重力加速度，

为车轮在道路上的附着系数，l_制1、l_制2分别为对向车辆的制动距离，l₀为安全距离，S为禁行区段长度。

缓冲区段根据驾驶员变道行驶距离和制动距离综合确定，

L_缓＝MAX(D_换,D_制)+l₀

其中，V₀为车辆行驶速度，V_j为车辆制动后的速度，a为车辆制动的减速度，θ为驾驶员在行驶车辆变道过程中的谨慎系数，

为道路交通流状况的加权系数，ρ为交通流密度，ρ_jam为阻塞密度，l₁为反应距离，l_制为车辆制动过程距离，

为车轮在道路上的附着系数，D_换为车辆换道行驶距离，D_制为车辆总的制动距离，l₀为安全距离，L_缓为缓冲区段长度。

以双向6车道的城市主干路为例，道路限速为60km/h，单车道设计通行能力为1500veh/h，驾驶员的反应时间按2.5～3.0s计算，车辆速度与密度之间的关系符合格林希尔茨的速度-密度线形关系模型，车辆变道制动后的速度在此规定为10km/h；取车流速度为50km/h时的道路交通流状态，此时安全控制参数设置为：

S＝l₁+l₂+l_制1+l_制2+l₀＝2×35+2×28+5＝131(m)

则禁行区段的长度为131米。

L_缓＝MAX(D_换,D_制)+l₀＝63+5＝68(m)

缓冲区段长度为68m，得到对向冲突区长度为267m。

路段实时动态可变车道的安全控制流程参数，依据可变车道开启的长度和智能车路协同系统追踪的车辆数确定。该安全控制流程参数包括清空时间、退场及恢复时间，根据清空过程追踪车辆数、可变车道长度确定。

步骤2，设置交叉口实时动态可变车道安全控制，以交叉口可变导向车道为例，交叉口实时动态可变车道安全控制包括可变导向车道长度、预信号参数，控制流程图如图所示。

以某一具体的道路交叉口为例，在其主干路方向上设置可变导向车道。其信号周期为125s，主干路方向直行和左转绿灯时间分别为45s、25s，交叉口现有渠化实线长度为35m，高峰时期平均的最大排队车辆数为16辆，由此计算，交叉口一个左转相位时间内可通过的车辆为，

L₁＝n·l_车+(n-1)·l_安＝49.5(m)

L_排＝n_排·l_车+(n_排-1)·l_安＝79.5(m)

35≤L_q≤49.5

取L_q为45m，则可变导向车道长度为

L＝L_q+L_g＝45+5＝50(m)

在可变导向车道预信号参数中，预信号直行绿灯提前关闭时间为：

预信号直行绿灯提前开启时间为：

预信号左转绿灯提前关闭时间为：

预信号左转绿灯提前开启时间要小于直行预信号提前关闭时间，在此取6s。

步骤3，结合仿真的车辆轨迹数据和替代安全评价模型对实时动态可变车道安全控制方法进行评价，判断安全控制的效果。

以设置路段实时动态可变车道的道路为例，根据不同的车辆状态设置不同的安全控制参数，在VISSIM仿真软件中建立可变车道模型并进行仿真，采集仿真过程中车辆的轨迹数据，使用替代安全评价模型软件对车辆轨迹数据进行分析，依据距离冲突点的连续时间(Time To Collision,TTC)和后侵占时间(Post Encroachment Time,PET)判定车辆间是否会产生交通冲突，并对交通冲突进行分类。模型中距离碰撞时间TTC采用模型推荐值1.5s，后侵占时间PET采用模型推荐值5.0s，追尾冲突角度阈值和正向冲突角度阈值采用软件默认值。

表5.1为不同交通流量下的交通冲突率，交通冲突率随交通流量的增加有一定的升高，但冲突率均小于5％，冲突的类型均为追尾冲突和变道冲突，因此可以保证可变车道的安全有序运行。

表5.1不同交通流量下交通冲突率

表5.2、5.3、5.4分别对交通流量在3600pcu/h、4050pcu/h、4500pcu/h条件下交通冲突参数进行分析，在产生冲突的车辆运行数据中，得出距离冲突点距离、后侵占时间和车辆通过冲突点最大速度(MaxS)的均值，可以较好反应不同类型冲突的冲突参数的变化情况。

表5.2流量为3600pcu/h时交通冲突参数

表5.3流量为4050pcu/h时交通冲突参数

表5.4流量为4500pcu/h时交通冲突参数

当车流量不断增大时，在产生冲突的车辆中，追尾冲突的平均距离碰撞时间逐渐减小，分别为0.97、0.72、0.41，表明车辆产生碰撞的可能性变高；变道冲突的平均距离碰撞时间在流量达到4050pcu/h后基本不变，但在流量增加时，变道冲突的数量有较明显的提升，其在总的冲突中占比分别为40％、55％、46％。在可变车道运行过程中，需提醒驾驶员保持安全的跟车间距，避免发生车辆追尾，同时在车流量较大时，需采取一定的限制措施，减少车辆的变道行为，从而降低车辆间的变道冲突。

Claims (7)

1.一种智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)设置路段实时动态可变车道安全控制，路段实时动态可变车道安全控制包括对向冲突区、控制流程的参数；

(2)设置交叉口实时动态可变车道安全控制，交叉口实时动态可变车道包括可变导向车道和逆向可变车道，分别设置车道长度、预信号参数、信号控制方案；

(3)结合仿真的车辆轨迹数据和替代安全评价模型对实时动态可变车道安全控制方法进行评价，判断安全控制的效果。

2.根据权利要求1所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：路段实时动态可变车道对向冲突区分为起点对向冲突区和终点对向冲突区，起点对向冲突区参照车辆的安全间距和道钉灯铺设间隔设置；终点对向冲突区包括禁行区段和缓冲区段。

3.根据权利要求1所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：路段实时动态可变车道安全控制流程参数包括清空时间、退场及恢复时间，根据清空过程追踪车辆数、可变车道长度确定。

4.根据权利要求1所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：对交叉口实时动态可变导向车道和逆向可变车道的车道长度、预信号参数进行设定。

5.根据权利要求1所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：根据道路仿真得到的车辆轨迹数据结合替代安全评价模型，比较设置可变车道后车辆的冲突率，判断可变车道运行的安全性。

6.根据权利要求2所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：所述禁行区段长度为：

S＝l₁+l₂+l_制1+l_制2+l₀

其中，l₁、l₂分别为对向行驶车辆的驾驶员反应距离，l_制1、l_制2分别为对向车辆的制动距离，l₀为安全距离，S为禁行区段长度。

7.根据权利要求2所述的智能车路协同环境下实时动态可变车道安全控制方法，其特征在于：所述缓冲区段长度为：

L_缓＝MAX(D_换,D_制)+l₀

其中，l₀为安全距离，D_换为车辆换道行驶距离，D_制为车辆总的制动距离，l₀为安全距离，L_缓为缓冲区段长度。

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