一種基于車車通信和車路通信的車輛協(xié)同駕駛方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種車輛協(xié)同駕駛方法，特別是設及一種于車車通信和車路通信的車 輛協(xié)同駕駛方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信技術(shù)和移動自主網(wǎng)絡技術(shù)的迅速發(fā)展與應用，W車為節(jié)點的信息系 統(tǒng)一"車聯(lián)網(wǎng)"成為智能交通拓展的新方向。"車聯(lián)網(wǎng)"指通過車輛收集、處理并共享大量信 息，使車與車、車與路側(cè)設備、車與行人和自行車，W及車與城市網(wǎng)絡能互相聯(lián)結(jié)。
[0003] 隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，車車通信和車路通信都已成為可能，對于推動人、路、 車緊密協(xié)調(diào)的車聯(lián)網(wǎng)研究具有重要的意義，探究如何對傳統(tǒng)模型進行改進，提出適用于車-車通信和車-路通信環(huán)節(jié)的車輛協(xié)同駕駛方法，具有重要的理論和實際意義。
[0004] 在車車通信、車路通信環(huán)境下，車輛不僅能獲得相鄰車輛的運動狀態(tài)，還可獲得一 定距離范圍內(nèi)其他車輛的信息，車輛可W更智能地行駛，近年來，一些專家學者提出了一些 基于車車通信的微觀交通流模型，運些模型大多有一個共同點：車車通信環(huán)境下道路上的 車輛，捜集前方多輛車的車間距信息，再調(diào)整車速，而對于有信號燈的路段，把車輛和信號 燈當作節(jié)點，用復雜網(wǎng)絡的思想來考慮車車通信的研究很少。而當下對車路通信的研究主 要集中在，借助信號燈的信息，選取合適的算法對一輛車的車速進行動態(tài)優(yōu)化。綜上所述， 車車通信和車路通信作為車聯(lián)網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，目前很少有研究把兩者綜合起來考慮，運和 實際情況是不相符合的;本專利考慮把車車通信路段的速度跟馳模型和車路通信路段的單 純形法速度優(yōu)化模型相結(jié)合。同時，交通網(wǎng)絡和通信網(wǎng)絡的結(jié)合，形成了一個W車輛和信號 燈為節(jié)點的復雜網(wǎng)絡。用網(wǎng)絡的觀點來描述車聯(lián)網(wǎng)也很直觀，本發(fā)明由此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引為了更直觀地描述車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的車輛行駛、車車通信和車路通信情形，本發(fā)明 提出了一個車車通信網(wǎng)絡、車路通信網(wǎng)絡W及交通網(wǎng)絡相互作用而形成的車聯(lián)網(wǎng)超網(wǎng)絡框 架，具體描述為：
[0006] 在車車通信層，可W相互傳遞信息的車輛為節(jié)點，車輛之間可W相互傳遞信息，貝U 形成一條邊;在車路通信層，到達車路通信范圍內(nèi)的車輛W及信號燈為節(jié)點，信號燈向車輛 傳遞信息，形成了一條單向的邊;在交通網(wǎng)絡層，每輛車和信號燈均為節(jié)點，車輛之間行駛 如果相互影響，則形成一條邊，信號燈若對車輛行駛有影響，則形成一條單向的邊。
[0007] 本發(fā)明對車聯(lián)網(wǎng)超網(wǎng)絡框架中的車車通信、車燈通信W及車輛駕駛給出了具體的 算法，提供了一種基于車車通信和車路通信的車輛協(xié)同駕駛方法?；谲囓噷崟r共享運動 狀態(tài)信息，W及一定范圍內(nèi)信號燈向車輛傳遞信息，車輛實時準確地優(yōu)化車速，有效提升了 交通效率和車輛燃油效率。
[0008] 具體采用的技術(shù)方案是：
[0009] 本發(fā)明提出的一種基于車車通信和車路通信的車輛協(xié)同駕駛方法，所述方法用于 車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下有信號燈路段上車輛的速度優(yōu)化，所述車輛協(xié)同駕駛方法通過車輛協(xié)同駕駛 裝置實現(xiàn)，所述車輛協(xié)同駕駛裝置依次分為車車通信層、交通網(wǎng)絡層和車燈通信層;具體步 驟如下：
[0010] (1)分別W車車通信層的車輛和車燈通信層的信號燈為節(jié)點，構(gòu)造一個由車車通 信網(wǎng)絡、車路通信網(wǎng)絡W及交通網(wǎng)絡相互作用而形成的車聯(lián)網(wǎng)超網(wǎng)絡框架；
[0011] (2)在與信號燈前方通信距離D處設置一個車路通信點，當車輛與車路通信點的距 離大于通信距離D時，所述車輛不受信號燈影響，頭車按原始速度行駛，跟馳車輛按步驟(3) 則執(zhí)行車車通信層的車車通信環(huán)境下的車輛跟馳模型行駛；
[0012] (3)跟馳車輛通過車輛之間的通信，得到前方多輛車輛的車間距信息，對所述車間 距信息加權(quán)、求和和歸一化，得到綜合的與前方多輛車的車間距信息，由此修改原跟馳車輛 的跟馳模型，得到新的車車通信環(huán)境下的車輛跟馳模型，所述跟馳車輛根據(jù)車輛跟馳模型 調(diào)整車速，具體如下：
[0016]其中，Xi(t)是第i輛車在t時刻的位置，Axi(t) = Xi+l(t)-Xi(t)表示第i輛車在t時 刻的前車距，a為敏感系數(shù)，WU是第j輛車對第i輛車的跟馳影響權(quán)值系數(shù)，隨著車i和車j距 離增大而減小，且一定范圍內(nèi)，鄰近車輛整體相對較遠處車輛，對當前車影響更大。變形的 雙曲正切函數(shù)滿足要求，Du為車車通信環(huán)境下，車j到車i的連通性。如果接收到信息，DiJ = 1，否則Du = O。當i = j ,Du = Dji = I;
[0017] t7"^(A?)是優(yōu)化速度，其中^^3、表示最大速度，^。為安全距離。
[0018] (4)當車輛到達車路通信點，跟馳車輛開始接收到信號燈的相關信息，根據(jù)捜集的 信號燈信息W及跟馳車輛自身的駕駛信息，運用單純形法算法，對跟馳車輛的車速進行進 一步優(yōu)化調(diào)整，在速度得到優(yōu)化的同時跟馳車輛必須滿足跟馳特性，其安全間距根據(jù)車車 通信進行優(yōu)化，運用VT-Micro模型來評價車輛的燃油效率，具體為：
[0019] 首先車輛接收到的信號燈信息包括紅燈或綠燈的狀態(tài)，與信號燈的距離，W及紅 燈的剩余時長tr或綠燈的剩余時長tg，為使車輛的油耗盡量小，行駛盡量通楊，選取加速度 和油耗的權(quán)值函數(shù)為目標函數(shù)，
[0020] 目標函數(shù)L=Wi I a I+W2f (a, Vi): 當前紅燈當前綠燈 sX： s.t: .(巧（V,.旬+.-馬 +誠1,)批-公'（轉(zhuǎn) L
[0021 ] (2) 0 S < I (2) 0 < /| < t (3) ^ ^ 如沒有解，f = tg (4) -3<a<3 (4) -3<c'<3 (5) 0 含 V'。+ W, < V';"" 例 0 叫;+ 卻 < V… ㈱ Ax,.腳= X,,腳-X斯<式喊 （6) Ar腳=X"腳-.X?,的
[0022] 其中，D為通信距離，if為到達通信點時的初始速度，ti為加速、減速所需時間，t為 車路通信路段的行駛總時間，a為加速度，為了車輛的油耗盡量小，行駛盡量通楊，希望加速 度盡量小。tr(tg)分別表示當前信號燈狀態(tài)變?yōu)榧t燈(綠燈)需要的時間，車輛通過車路通信 得到。dsafe表不安全間距；
[0023] 保證車輛在車路通信優(yōu)化速度過程中保持與前方車輛有一定的安全間距，保證跟 馳車輛在車路通信優(yōu)化速度過程中保持與前方車輛有一定的安全距離，在車車通信環(huán)境 下，安全間距結(jié)合了前方多輛車的速度瞬時值，取其平均值：
[0025] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有W下優(yōu)點：
[0026] 1、建立了一個車車通信網(wǎng)絡、車路通信網(wǎng)絡W及交通網(wǎng)絡相互作用而形成的車聯(lián) 網(wǎng)超網(wǎng)絡框架，直觀性強。
[0027] 2、車車通信和車路通信同時考慮，更符合車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的實際情況。
[0028] 3、在車車通信環(huán)節(jié)，建立了車車通信網(wǎng)絡，車輛之間存在禪合映射關系，車輛之間 的影響程度隨著距離的不同，通過加權(quán)系數(shù)體現(xiàn)，更能反映真實交通的情形。
[0029] 4、在一定范圍內(nèi)加入車路通信環(huán)節(jié)，節(jié)約了通信成本;通過算法的約束，滿足了跟 馳特性，大大簡化了問題。
【附圖說明】
[0030] 圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0031] 圖2為本發(fā)明提出的車聯(lián)網(wǎng)的超網(wǎng)絡框架圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。
[0033] 實施例1:
[0034] (1) -種基于車車通信和車路通信的車輛協(xié)同駕駛方法，該方法基于車車實時共 享運動狀態(tài)信息，W及信號燈一定范圍內(nèi)向車輛傳遞信息，車輛在不同的路段，采取不同的 駕駛策略，實時準確地優(yōu)化車速，有效提升了交通效率和車輛燃油效率。具體包括W下步 驟：
[0035] a.構(gòu)造一個車車通信網(wǎng)絡、車路通信網(wǎng)絡W及交通網(wǎng)絡相互作用而形成的車聯(lián)網(wǎng) 超網(wǎng)絡框架，在車車通信層，可W相互傳遞信息的車輛為節(jié)點，車輛之間可W相互傳遞信 息，則形成一條邊;在車路通信層，到達車路通信范圍內(nèi)的車輛W及信號燈為節(jié)點，信號燈 向車輛傳遞信息，形成了一條單向的邊;在交通網(wǎng)絡層，每輛車和信號燈均為節(jié)點，車輛之 間行駛?cè)绻嗷ビ绊?，則形成一條邊，信號燈若對車輛行駛有影響，則形成一條單向的邊。
[0036] b.在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的路段上，考慮車輛位置，當在車路通信范圍外時，車輛行駛滿足 車車通信環(huán)境下的車輛跟馳模型，考慮了前方多輛車的前車距。模型的具體描述如下：
[0040]其中，Xi(t)是第i輛車在t時刻的位置，Axi(t) = Xi+i(t)-Xi(t)表示第i輛車在t時 刻的前車距，a為敏感系數(shù)，WU是第j輛車對第i輛車的跟馳影響權(quán)值系數(shù)，隨著車i和車j距 離增大而減小，且一定范圍內(nèi)，鄰近車輛整體相對較遠處車輛，對當前車