CN116824883B - 基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，包括：根据预设的规则对车辆进行分期通行设置，获取各方向直右车道内车辆轨迹位置和行驶速度；对于到达整流横断面车辆，在其到达适应横断面之前，将车辆与当前车道中前车的车头视距调整为右转车辆安全汇入的车头时距，并根据预设加速度将车辆速度调控为预设期望速度；使得车辆以期望调控速度和合理车头时距到达调控横断面，并按预设规则连续通过控制区域，本发明以车辆行驶安全为前提，通过调整到达交叉口控制区域车辆的速度和车头时距，结合预设的通行规则使得车辆在交叉口物理区不停车通行，并在出口道位置安全汇入右转车辆，连续通过交叉口，提高车辆通过交叉口的安全与效率。

Description

基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法

技术领域

本申请涉及车路协同的技术领域，具体而言，涉及一种基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法。

背景技术

现有交叉口一般通过信号灯的集中式交通管控模式，通常分别只控制直行车辆和左转车辆通过交叉口，但是对于右转车辆没限制，可能导致右转车辆在出口道与其相邻方向直行车辆相遇，另外，这种周期间歇式连续流严重影响了交叉口的通行效率。随着车路协同和物联网技术的发展，为实现直右混合行驶车辆无冲突连续通过交叉口，可通过物联网技术在路侧实时监测和追踪车辆位置以及速度，并利用路侧调控系统分析和优化车辆轨迹，同时路侧调控系统与道路车辆的交互可直接调控单个车辆行为，达到精细化调控策略，使得直右混合行驶车辆无冲突连续通行得以实现。

为保证直右混合行驶车辆在交叉口安全高速连续化通行，重点需要解决不同进口方向直行车辆在交叉口的冲突以及出口方向直行车辆与相邻方向右转车辆在交叉口的冲突问题，同时着重保障直右方向车辆无冲突高速连续通过交叉口时的安全。但在交叉口中，各进口方向直行车辆间和各出口直行车辆与其相邻方向的右转车辆的行驶轨迹均存在重叠，即在交叉口物理区均存在公共区域。若仅依靠现有的信号灯等管控模式，仅能解决各进口方向直行车辆间的轨迹在时空上的冲突问题，也只能间断运行，不能实现连续通过交叉口，且对于各出口直行车辆与其相邻方向的右转车辆的冲突也无法规避。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，综合考虑未来自动驾驶和人工驾驶在交叉口的行驶状态，构建交叉冲突连续流的机制与条件，实现交叉口直右混行车辆的连续流。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度：

交叉口进口方向依次标识为东进口、南进口、西进口、北进口，交叉口为对称交叉口，各进口车辆由直行和右转车辆组成，设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度v，单位为m/s；

步骤b，关键轨迹点调控横断面及冲突区域：

对交叉口物理区设定调控横断面，直行和右转车辆在调控横断面应保持期望的调控速度，将调控横断面设置在交叉口进口道停车线处；交叉口各进口调控横断面和各进口右转路缘石边线相连围成的区域为冲突区域；

步骤c，确定南北方向和东西方向车辆通过冲突区域的时间：

南北及东西进口方向车辆均分为直行通过和右转通过，故其通过冲突区域的时间为直行通过冲突区域时间和右转通过冲突区域时间的最大值，如下式：

其中，t_SN为南北进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s；

为南北进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

为南北进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

t_EW为东西进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s；

为东西进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

为东西进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

步骤d，确定交叉口直右车辆通过冲突区域规则：

为满足交叉口直右混合行驶车辆连续通行，直右车辆通过冲突区域的运行规则为：南北或东西进口方向直右车辆先通过冲突区域，而后东西或南北进口方向直右车辆利用南北进口方向车辆间的车头时距间隙通过冲突区域，并确保右转车辆在汇入直行车辆队伍时保持安全的间距，依次迭代，南北进口方向和东西进口方向车辆交替通过交叉口冲突区域；

步骤e，设定车辆间的最小停车视距：

停车视距为驾驶员反应时间行驶距离加上制动时间行驶的距离以及安全距离之和，单位m，由于整个交叉口车辆进口冲突区域速度一致，则各方向车辆的停车视距为：

其中，v_后前后相邻车辆间后车的行驶速度，单位t为混驾时驾驶员反应时间，单位s；φ为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；S₀为安全距离，单位m；

步骤f，右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍：

交叉口为对称交叉口，故四个方向上右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍方式一致，均需要满足：右转车辆转弯汇入相邻直行车辆队伍需要满足右转车辆离开调控横断面这一时刻正好与相邻方向前后直行车辆均保持一个安全间距S_停，直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离S_直，单位m，如下式：

S_直＝max(S_停+l_i)，

其中，l_i为南北或东西进口方向同时进入冲突区域直行或右转车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......；

步骤g，确定交叉口车辆通过交叉口冲突区域虚拟周期：

设定南北进口方向车辆到达进口调控横断面开始，东西进口方向车辆到达出口调控横断面结束为一个周期T，单位为s；

步骤h，同车道前后相邻车辆间的车头时距调控：

步骤h1，确定车辆编队车头时距确定原则：

车辆按照制定规则通过冲突区域，为保证车辆安全通过交叉口，车辆间的车头时距应当不小于最短周期时间T，同时车辆间车头时距应当不小于保证右转车辆安全汇入下的车头时距t_安，单位s，则同一车道相邻车辆最小调控车头时距t_n，单位为s，公式为：t_n＝max{T，t_安}；

步骤h2，车辆编队车头时距调整方法：

当t_安＞T时，t_n取t_安，此时为保证行车安全，每周期时间也为t_安，则同一周期的东西进口方向直右车辆和南北进口方向直右车辆利用T时间即可通过冲突区域，但完全通过后仍存在长度为(t_安-T)时间段冲突区域被空用，为保证车辆行驶的安全性，将长度为(t_安-T)时间段平分至南北进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_SN和东西进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_EW，描述东西进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN和南北进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN，则同一周期南北进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

同一周期东西进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

根据东西、南北方向上对冲突区域的占用时间，控制东西、南北方向车辆交替连续通过交叉口，根据上述确定的车辆编队的车头时距不同，虚拟周期也有不同；

步骤i，调控车辆到达调控横断面：

在南北和东西进口方向沿车辆行进方向依次设置整流横断面和适应横断面，所述整流横断面与适应横断面之间的区域为整流段，适应横断面与调控横断面之间的区域为适应段，在整流段内，直右车辆按照给定的加速度将车速调整为期望调控速度，并调整直右车辆间的车头时距，使进入适应段保持期望调控速度和车头时距行驶，则各进口方向整流段的长度L_整为：

其中：v_min为直右车辆到达整流横断面的最小速度，取0m/s；

a为给定的加速度，一般为范围值，可参考道路交通规范取值，单位为m/s²；

在适应段内，直行和右转车辆保持期望的调控速度行驶，提前适应该速度，保持期望调控速度通过交叉口，则各进口方向适应段长度L_适为：

L_适＝nvt_n

其中：n为适应系数，取值一般为正整数。

在一些可选的实施方案中，所述期望的调控速度v根据道路规范条件进行约束包括如下步骤：

步骤a1，道路基本通行能力计算对期望车速的约束：

根据道路基本通行能力计算模型C(v_c)对车速v_c求导并令导数为零，求解方程，得到大流量连续流下的控制速度v_c推荐值，所述计算模型的具体计算公式为：

其中，C为车辆理论通行能力，单位为veh/h；h为车头间距，单位为m；v_c为行车速度，单位为m/s；

步骤a2，右转方向车辆受转弯半径限制对期望车速的约束：

右转车辆的运行轨迹为沿着路缘石的圆弧，由匝道缓和曲线设计规范可以计算右转车辆沿着路缘石转弯的最大安全车速，如下式：

其中，v_右为右转车辆受转弯半径的最大速度，单位m/s；R为交叉口路缘石半径，单位m；μ为横向力系数；i为超高，设置超高时采用“+”，设置反向超高时采用“-”；

交叉口各进口车辆的期望车速尽量满足道路通行能力最大时的推荐值v_c，并且小于等于受右转约束的转弯速度v_右，同时小于等于各进口方向道路的最大行驶速度v_max，交叉口各进口车辆期望的调控速度v为：v＝min(v_c，v_右，v_max)。

在一些可选的实施方案中，所述南北进口方向和东西进口方向直行和右转车辆通过冲突区域的时间如下：

其中，l_SN为南北进口方向调控横断面之间的距离，单位为m；Δt为直行或右转车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s；l_右转为右转车辆转弯轨迹曲线长度，单位为m；l_EW为东西进口方向调控横断面之间的距离，单位为m。

在一些可选的实施方案中，所述步骤f中为保证与前车安全，对各进口方向车辆到达调控横断面时间进行调控；保证与后车安全，对各进口方向车辆间的车头时距进行调控；具体包括如下内容：

步骤f1，各进口方向车辆到达调控横断面时间调控：

比较右转车辆通过冲突区域时间与相邻直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离的时间，取右转车辆转弯时间与前方直行车辆从冲突区域驶出时间最大值t_h，单位s，如下式：

为确保上述右转车辆安全汇入时与前方直行车辆保持安全的停车视距，若需要延缓各进口方向车辆到达调控横断面时间t_d，单位s；若t_h＝t_右，不需要延缓进口车辆到达调控横断面，如下式：

步骤f2，直行车辆考虑右转车辆汇入的车头时距：

车辆在进入冲突区域前的车头时距调控只能按照最劣条件考虑，即东西或南北进口直右混合行驶车辆直行，南北或东西进口直右混合行驶车辆右转；各方向车辆的车头时距如下式：

在一些可选的实施方案中，所述虚拟周期考虑若最劣条件右转车辆存在各进口车辆可能延缓t_d时间到达进口调控横断面的情况，则每虚拟周期所用最短时间T如下式：

T＝t_SN+t_EW+2t_d。

在一些可选的实施方案中，当物联网交互能够准确探知车辆行驶方向时，为提升交叉口运行效率，所述车辆编队车头时距做如下调整：

若各方向直右混合行驶车辆同一周期右转或同一周期直行，则只需要考虑相邻车道直行车辆通过冲突区域；当t_n＝T，车辆间的车头时距为T；当车辆间的车头时距为

本申请的有益效果是：本申请提供的一种基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，在交叉口物理区不停车通过，打破传统的停车线等待放行的通行模式，不需要传统的信号灯控制，减少了交叉口等待绿灯的停车时间，根据独占原理消除了不同方向车辆在冲突区域发生冲突的可能性，在保证安全的前提下，大大提高了交叉口通行速度和通行效率，开创了交叉冲突车流连续行驶的交通分布式调控新方向，能够在交叉口区域原有的信号控制方式的基础上，解决右转车辆和直行车辆之间的冲突，具有极高科学和应用价值，拓广了交叉口设计的市场商业化价值。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例的流程框图；

图2为本申请实施例的交叉口区域断面划分的示意图；

图3为本申请实施例的右转车辆通过冲突区域时与相邻方向直车辆保持安全的临界状态的示意图；

图4为本申请实施例的右转车辆右转时间大于等于前方直行车辆离开调控横断面行驶至安全视距时间，右转进口延迟进入冲突区域时间差的示意图；

图5为本申请实施例的右转车辆右转时间小于前方直行车辆离开调控横断面行驶至安全视距时间，直行方向的车头时距的示意图；

图6为本申请实施例的右转车辆右转时间小于前方直行车辆离开调控横断面行驶至安全视距时间，直行方向的车头时距的示意图；

图7a为本申请实施例的右转车辆右转时间小于前方直行车辆离开调控横断面行驶至安全视距时间，直行方向的车头时距的示意图；

图7b为本申请实施例的右转车辆右转时间小于前方直行车辆离开调控横断面行驶至安全视距时间，直行方向的车头时距的示意图；

图8为本申请实施例的交叉口连续流的南北进口方向车辆通过冲突区域的示意图；

图9为本申请实施例的交叉口连续流的东西进口方向车辆通过冲突区域的示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

现有交叉口一般通过信号灯的集中式交通管控，通常分别只控制直行车辆和左转车辆通过交叉口，但是对于右转没限制，可能导致右转车辆在出口道与其相邻方向直行车辆相遇，另外，这种周期间歇式连续流严重影响了交叉口的通行效率。如图1所示，本发明提出一种基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，包括如下步骤：

步骤1：设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度

交叉口进口方向依次标识为东进口、南进口、西进口、北进口，交叉口为对称交叉口，各进口车辆由直行和右转车辆组成，设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度v，单位为m/s。根据道路规范条件对期望的调控速度v进行约束如下。

1.1道路基本通行能力计算对期望车速的约束

根据道路基本通行能力计算模型C(v_c)对车速v_c求导并令导数为零，求解方程，得到大流量连续流下的控制速度v_c推荐值。所述计算模型的具体计算公式如下式：

式中：

C为车辆理论通行能力，单位为veh/h；

h为车头间距，单位为m；

v_c为行车速度，单位为m/s。

1.2右转方向车辆受转弯半径限制对期望车速的约束

右转车辆的运行轨迹为沿着路缘石的圆弧，由匝道缓和曲线设计规范可以计算右转车辆沿着路缘石转弯的最大安全车速，如下式：

式中：

v_右为右转车辆受转弯半径的最大速度，单位m/s；

R为圆曲线半径，这里为交叉口路缘石半径，单位m；

μ为横向力系数；

i为超高，设置超高时采用“+”，设置反向超高时采用“-”。

交叉口各进口车辆的期望车速尽可能满足道路通行能力最大时的推荐值v_c，并且应小于等于受右转约束的转弯速度v_右，同时小于等于各进口方向道路的最大行驶速度v_max。交叉口各进口车辆期望的调控速度如下：

v＝min(v_c，v_右，v_max) (3)

步骤2：关键轨迹点调控横断面及冲突区域

对交叉口物理区设定调控横断面1，直行和右转车辆在调控横断面应保持期望的调控速度，将调控横断面设置在交叉口进口道停车线处；交叉口各进口调控横断面和各进口右转路缘石边线2相交组成的区域为冲突区域(见图2)。

步骤3：南北方向直行和右转车辆通过冲突区域的时间

3.1南北进口方向直行车辆通过冲突区域时间

南北进口方向直行车辆通过调控横断面后，通过冲突区域的时间如下式：

式中：

为南北进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

l_SN为南北进口方向调控横断面之间的距离，单位为m；

l_i为南北进口方向同时进入冲突区域直行车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......，(一般情况下l_i可以设定为当前第一调控横断面的最长车辆)；

Δt为直行车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s。(当直行车辆严格按照期望调控速度通过交叉口时对应的误差为0，一般情况下，视具体运行环境情况设置。)

3.2南北进口方向右转车辆通过冲突区域时间

南北进口方向右转车辆通过调控横断面后，通过冲突区域的时间如下式：

式中：

为南北进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

l_右转为右转车辆转弯轨迹曲线长度，单位为m；

l_i为南北进口方向同时进入冲突区域右转车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......，(一般情况下l_i可以设定为当前第一调控横断面的最长车辆)；

Δt为右转车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s。(当右转车辆严格按照期望调控速度通过交叉口时对应的误差为0，一般情况下，视具体运行环境情况设置。)

3.3南北进口方向车辆通过冲突区域时间

南北进口方向车辆分为直行通过和右转通过，故其通过冲突区域的时间为直行通过冲突区域时间和右转通过冲突区域时间的最大值t_SN，如下式：

式中：

t_SN为南北进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s。

步骤4：东西方向直行和右转车辆通过冲突区域的时间

4.1东西进口方向直行车辆通过冲突区域时间

东西进口方向直行车辆通过调控横断面后，通过冲突区域的时间如下式：

式中：

为东西进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

l_EW为东西进口方向调控横断面之间的距离，单位为m；

l_i为东西进口方向同时进入冲突区域直行车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......，(一般情况下l_i可以设定为当前第一调控横断面的最长车辆)；

Δt为直行车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s。(当直行车辆严格按照期望调控速度通过交叉口时对应的误差为0，一般情况下，视具体运行环境情况设置。)

4.2东西进口方向右转车辆通过冲突区域时间

东西进口方向右转车辆通过调控横断面后，通过冲突区域的时间如下式：

式中：

为东西进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

l_右转为右转车辆转弯轨迹曲线长度，单位为m；

l_i为东西进口方向同时进入冲突区域右转车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......，(一般情况下li可以设定为当前第一调控横断面的最长车辆)；

Δt为右转车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s。(当右转车辆严格按照期望调控速度通过交叉口时对应的误差为0，一般情况下，视具体运行环境情况设置。)

4.3东西进口方向车辆通过冲突区域时间

东西进口方向车辆分为直行通过和右转通过，故其通过冲突区域的时间为直行通过冲突区域时间和右转通过冲突区域时间的最大值t_EW，如下式：

式中：

t_EW为东西进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s。

步骤5：确定交叉口直右车辆通过冲突区域规则

为满足本交叉口直右混合行驶车辆连续通行，直右车辆通过冲突区域的运行规则为：南北(或东西)进口方向直右车辆先通过冲突区域，而后东西(或南北)进口方向直右车辆利用南北进口方向车辆间的车头时距间隙通过冲突区域，并确保右转车辆在汇入直行车辆队伍时保持安全的间距，依次迭代，南北进口方向和东西进口方向车辆交替通过交叉口冲突区域(见图8、图9)。

步骤6：车辆间的最小停车视距说明

车辆间的停车视距是为了保证在发生突发情况刹车不与前车相撞，即停车视距为驾驶员反应时间行驶距离加上制动时间行驶的距离以及一定的安全距离。由于整个交叉口车辆进口冲突区域速度一致，则各方向车辆的停车视距：

式中，v_后前后相邻车辆间后车的行驶速度；

S_停为各进口方向上车辆的停车视距，单位m；

t为混驾时驾驶员反应时间，一般取2.5s；若全为自动驾驶车辆，该值可按自动驾驶车辆具体特性取值；

φ为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；

S₀为安全距离，一般为定值，可参考最新道路设计规范取值。

步骤7：右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍

由于本交叉口各进口方向都存在直右车道，且车辆的驾驶转向行为未知情况下，存在多种情况。如：①各进口直右混合行驶车辆均直行；②各进口直右混合行驶车辆均右转；③东西(南北)进口直右混合行驶车辆直行，南北(东西)进口直右混合行驶车辆右转等。为保证上述情况下本发明均适用，需满足最劣条件(即第③种情况)右转汇入相邻直行车辆的安全。

交叉口为对称交叉口，故四个方向上右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍方式一致，均需要满足：右转车辆转弯汇入相邻直行车辆队伍需要满足右转车辆离开调控横断面这一时刻正好与相邻方向前后直行车辆均保持一个安全间距S_停，这一过程见图3。为满足这一条件，保证与前车安全，对各进口方向车辆到达调控横断面时间进行调控，调控结果见图4；保证与后车安全，对各进口方向车辆间的车头时距进行调控，调控结果见图5。

7.1右转车辆汇入时前方直行车辆驶出调控横断面距离

右转车辆汇入相邻方向直行车队时，即当右转车辆离开冲突区域，与前方直行车辆的间距应保持安全的停车视距。直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离，如下式：

S_直＝max(S_停+l_i) (11)

式中：

S_直为直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离，单位m。

7.2各进口方向车辆到达调控横断面时间调控

比较右转车辆通过冲突区域时间与相邻直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离的时间，取右转车辆转弯时间与前方直行车辆从冲突区域驶出时间最大值，如下式：

式中：

t_h为右转车辆驶出控制区时间与前方直行车辆从冲突区域驶出时间最大值，单位s。

为确保上述右转车辆安全汇入时与前方直行车辆保持安全的停车视距，若需要延缓各进口方向车辆到达调控横断面时间，该情况见图3；若t_h＝t_右，不需要延缓进口车辆到达调控横断面。如下式：

式中：

t_d为延缓各进口方向车辆到达调控横断面时间，单位s。

7.3直行车辆考虑右转车辆汇入的车头时距

由于无法准确探知直右混合行驶车辆意图，对于车辆在进入冲突区域前的车头时距调控只能按照最劣条件考虑，即第③种情况：东西(南北)进口直右混合行驶车辆直行，南北(东西)进口直右混合行驶车辆右转。若右转车辆恰好汇入时前后直行车辆保持安全，则直行车辆前后两车车头之间应保持两个停车视距和两个车辆长度，除以速度v得出该情况下的车头时距。再对t_h进行分析，若仅需要通过延缓车辆到达调控横断面时间保证右转车辆安全汇入，不调整车头时距；若t_h＝t_右，右转车辆与前车间距大于停车视距，故需要考虑与后车的间距，故需要对直行车辆间的车头时距进行调整，该情况见图4。则各方向车辆的车头时距为：

式中：

t_安为各方向前后相邻车辆的车头时距，单位s。

步骤8：交叉口车辆通过交叉口冲突区域虚拟周期

设定南北进口方向车辆到达进口调控横断面开始，东西进口方向车辆到达出口调控横断面结束为一个周期。考虑若最劣情况右转车辆存在各进口车辆可能延缓t_d时间到达进口调控横断面的情况(其他情况下t_d为零)，则每周期所用最短时间如下式：

T＝t_SN+t_EW+2t_d (15)

式中：

T为每周期所用最短时间，单位为s。

步骤9：同车道前后相邻车辆间的车头时距调控

9.1车辆编队车头时距确定原则

车辆按照制定规则通过冲突区域，为保证车辆安全通过交叉口，车辆间的车头时距应当不小于最短周期时间T，同时车辆间车头时距应当不小于保证右转车辆安全汇入下的车头时距，车辆编队车头时距见图6。则同一车道相邻车辆最小调控车头时距为：

t_n＝max{T，t_安} (16)

式中：

t_n为同一车道相邻车辆最小调控车头时距，单位为s；

t_安为保证右转车辆安全汇入直行车辆的车头时距，单位为s。

9.2车辆编队车头时距调整方法

特别的，当t_安＞T时，t_n取t_安，此时为保证行车安全，每周期时间也为t_安。则同一周期的东西进口方向直右车辆和南北进口方向直右车辆利用T时间即可通过冲突区域，但完全通过后仍存在长度为(t_安-T)时间段冲突区域被空用。为保证车辆行驶的安全性，将长度为(t_安-T)时间段平分至南北进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_SN和东西进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_EW。进而描述东西进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN和南北进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN，则同一周期南北进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

式中：

T_SN为同一周期南北进口方向直右车辆占用冲突区域的时间，单位s。

则同一周期东西进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

式中：

T_EW为同一周期东西进口方向直右车辆占用冲突区域的时间，单位s。

根据东西、南北方向上对冲突区域的占用时间，控制东西、南北方向车辆交替连续通过交叉口，根据上述确定的车辆编队的车头时距不同，虚拟周期也有不同，见图7a和图7b。

特别的，上述步骤为无法准确探知直右混合行驶车辆意图情况下的连续流形成方法。当物联网交互能够准确探知车辆行驶方向时，为提升交叉口运行效率，车辆编队车头时距做如下调整：若各方向直右混合行驶车辆同一周期右转或同一周期直行，则只需要考虑相邻车道直行车辆通过冲突区域，当t_n＝T，车辆间的车头时距为T；当车辆间的车头时距为

步骤10：调控横断面车辆到达调控方法

为保证车流安全情况下的高效通过，在车流密度高的场景中，同一方向的车辆同时到达调控横断面进入冲突区域，东西(南北)方向车辆占用冲突区域时间结束，南北(东西)方向车辆到达调控横断面，依次交替通行，且东西方向和南北方向到达调控横断面存在时间差，分别为T_EW、T_SN。

步骤11：适应横断面设定与交叉口适应段长度

在交叉口功能区进口方向设定适应横断面3，在适应横断面和调控横断面之间道路区域内，直行和右转车辆保持期望的调控速度行驶，提前适应该速度，保持期望调控速度通过交叉口。适应横断面与调控横断面之间的道路区域称为适应段。则各进口方向适应段长度L_适为：

L_适＝nvt_n (19)

式中：

n为适应系数，取值一般为正整数。

步骤12：整流横断面设定与交叉口整流段长度

在交叉口功能区进口方向设定整流横断面4，整流横断面与适应横断面之间的距离为整流段，在整流段内，直右车辆按照给定的加速度将车速调整为期望调控速度，并调整直右车辆间的车头时距，使进入适应段保持期望调控速度和车头时距行驶。则各进口方向整流段的长度L_整为：

式中：

v_min为直右车辆到达整流横断面所可能的最小速度，取0m/s；

a为给定的加速度，一般为范围值，可参考道路交通规范取值，单位为m/s²。

Claims (6)

1.基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度：

交叉口进口方向依次标识为东进口、南进口、西进口、北进口，交叉口为对称交叉口，各进口车辆由直行和右转车辆组成，设定交叉口进口方向车辆期望的调控速度v，单位为m/s；

步骤b，关键轨迹点调控横断面及冲突区域：

对交叉口物理区设定调控横断面，直行和右转车辆在调控横断面应保持期望的调控速度，将调控横断面设置在交叉口进口道停车线处；交叉口各进口调控横断面和各进口右转路缘石边线相连围成的区域为冲突区域；

步骤c，确定南北方向和东西方向车辆通过冲突区域的时间：

南北及东西进口方向车辆均分为直行通过和右转通过，故其通过冲突区域的时间为直行通过冲突区域时间和右转通过冲突区域时间的最大值，如下式：

其中，t_SN为南北进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s；

为南北进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

为南北进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

t_EW为东西进口方向车辆通过冲突区域时间，单位s；

为东西进口方向直行车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

为东西进口方向右转车辆通过冲突区域的时间，单位为s；

步骤d，确定交叉口直右车辆通过冲突区域规则：

为满足交叉口直右混合行驶车辆连续通行，直右车辆通过冲突区域的运行规则为：南北或东西进口方向直右车辆先通过冲突区域，而后东西或南北进口方向直右车辆利用南北进口方向车辆间的车头时距间隙通过冲突区域，并确保右转车辆在汇入直行车辆队伍时保持安全的间距，依次迭代，南北进口方向和东西进口方向车辆交替通过交叉口冲突区域；

步骤e，设定车辆间的最小停车视距：

停车视距为驾驶员反应时间行驶距离加上制动时间行驶的距离以及安全距离之和，单位m，由于整个交叉口车辆进口冲突区域速度一致，则各方向车辆的停车视距为：

其中，v_后前后相邻车辆间后车的行驶速度，单位t为混驾时驾驶员反应时间，单位s；为路面与轮胎之间的纵向摩阻系数；S₀为安全距离，单位m；

步骤f，右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍：

交叉口为对称交叉口，故四个方向上右转车辆安全汇入相邻直行车辆队伍方式一致，均需要满足：右转车辆转弯汇入相邻直行车辆队伍需要满足右转车辆离开调控横断面这一时刻正好与相邻方向前后直行车辆均保持一个安全间距S_停，直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离S_直，单位m，如下式：

S_直＝max(S_停+l_i)，

其中，l_i为南北或东西进口方向同时进入冲突区域直行或右转车辆中第i辆车的车身长度，单位为m，i＝1，2，3，......；

步骤g，确定交叉口车辆通过交叉口冲突区域虚拟周期：

设定南北进口方向车辆到达进口调控横断面开始，东西进口方向车辆到达出口调控横断面结束为一个周期T，单位为s；

步骤h，同车道前后相邻车辆间的车头时距调控：

步骤h1，确定车辆编队车头时距确定原则：

车辆按照制定规则通过冲突区域，为保证车辆安全通过交叉口，车辆间的车头时距应当不小于一个周期T，同时车辆间车头时距应当不小于保证右转车辆安全汇入下的车头时距t_安，单位s，则同一车道相邻车辆最小调控车头时距t_n，单位为s，公式为：t_n＝max{T，t_安}；

步骤h2，车辆编队车头时距调整方法：

当t_安＞T时，t_n取t_安，此时为保证行车安全，每周期时间也为t_安，则同一周期的东西进口方向直右车辆和南北进口方向直右车辆利用T时间即可通过冲突区域，但完全通过后仍存在长度为(t_安-T)时间段冲突区域被空用，为保证车辆行驶的安全性，将长度为(t_安-T)时间段平分至南北进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_SN和东西进口方向直右车辆通过冲突区域的时间t_EW，描述东西进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN和南北进口方向直行车辆占用冲突区域的时间T_SN，则同一周期南北进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

同一周期东西进口方向直右车辆占用冲突区域的时间为：

其中，t_d为延缓各进口方向车辆到达调控横断面时间，单位为s；根据东西、南北方向上对冲突区域的占用时间，控制东西、南北方向车辆交替连续通过交叉口，根据上述确定的车辆编队的车头时距不同，虚拟周期也有不同；

步骤i，调控车辆到达调控横断面：

在南北和东西进口方向沿车辆行进方向依次设置整流横断面和适应横断面，所述整流横断面与适应横断面之间的区域为整流段，适应横断面与调控横断面之间的区域为适应段，在整流段内，直右车辆按照给定的加速度将车速调整为期望调控速度，并调整直右车辆间的车头时距，使进入适应段保持期望调控速度和车头时距行驶，则各进口方向整流段的长度L_整为：

其中：v_min为直右车辆到达整流横断面的最小速度，取0m/s；

a为给定的加速度，一般为范围值，可参考道路交通规范取值，单位为m/s²；

在适应段内，直行和右转车辆保持期望的调控速度行驶，提前适应该速度，保持期望调控速度通过交叉口，则各进口方向适应段长度L_适为：

L_适＝nvt_n

其中：n为适应系数，取值一般为正整数。

2.根据权利要求1所述的基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，所述期望的调控速度v根据道路规范条件进行约束包括如下步骤：

步骤a1，道路基本通行能力计算对期望车速的约束：

根据道路基本通行能力计算模型C(v_c)对大流量连续流下的控制速度v_c求导并令导数为零，求解方程，得到大流量连续流下的控制速度v_c推荐值，所述计算模型的具体计算公式为：

其中，C为车辆理论通行能力，单位为veh/h；h为车头间距，单位为m；v_c为行车速度，单位为m/s；

步骤a2，右转方向车辆受转弯半径限制对期望车速的约束：

右转车辆的运行轨迹为沿着路缘石的圆弧，由匝道缓和曲线设计规范可以计算右转车辆沿着路缘石转弯的最大安全车速，如下式：

其中，v_右为右转车辆受转弯半径的最大速度，单位m/s；R为交叉口路缘石半径，单位m；μ为横向力系数；i为超高，设置超高时采用“+”，设置反向超高时采用“-”；

交叉口各进口车辆的期望车速尽量满足道路通行能力最大时的推荐值v_c，并且小于等于受右转约束的转弯速度v_右，同时小于等于各进口方向道路的最大行驶速度v_max，交叉口各进口车辆期望的调控速度v为：v＝min(v_c，v_右，v_max)。

3.根据权利要求1或2所述的基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，所述南北进口方向和东西进口方向直行和右转车辆通过冲突区域的时间如下：

其中，l_SN为南北进口方向调控横断面之间的距离，单位为m；Δt为直行或右转车辆通过冲突区域时间的预留误差，单位为s；l_右转为右转车辆转弯轨迹曲线长度，单位为m；l_EW为东西进口方向调控横断面之间的距离，单位为m。

4.根据权利要求3所述的基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，所述步骤f中为保证与前车安全，对各进口方向车辆到达调控横断面时间进行调控；保证与后车安全，对各进口方向车辆间的车头时距进行调控；具体包括如下内容：

步骤f1，各进口方向车辆到达调控横断面时间调控：

比较右转车辆通过冲突区域时间与相邻直行车辆离开冲突区域开始行驶至安全停车距离的时间，取右转车辆转弯时间与前方直行车辆从冲突区域驶出时间最大值t_h，单位s，如下式：

为确保上述右转车辆安全汇入时与前方直行车辆保持安全的停车视距，若需要延缓各进口方向车辆到达调控横断面时间t_d，单位s；若t_h＝t_右，不需要延缓进口车辆到达调控横断面，如下式：

步骤f2，直行车辆考虑右转车辆汇入的车头时距：

车辆在进入冲突区域前的车头时距调控只能按照最劣条件考虑，即东西或南北进口直右混合行驶车辆直行，南北或东西进口直右混合行驶车辆右转；各方向车辆的车头时距如下式：

5.根据权利要求4所述的基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，所述虚拟周期考虑若最劣条件右转车辆存在各进口车辆可能延缓t_d时间到达进口调控横断面的情况，则每虚拟周期所用最短时间T如下式：

T＝t_SN+t_EW+2t_d。

6.根据权利要求5所述的基于车路协同的交叉口直右混行车辆连续流形成方法，其特征在于，当物联网交互能够准确探知车辆行驶方向时，为提升交叉口运行效率，所述车辆编队车头时距做如下调整：

若各方向直右混合行驶车辆同一周期右转或同一周期直行，则只需要考虑相邻车道直行车辆通过冲突区域；当t_n＝T，车辆间的车头时距为T；当车辆问的车头时距为