多车协同快速通过道路瓶颈口的方法

摘要

本发明公开了一种多车协同快速通过道路瓶颈口的方法，用于解决现有车辆通过道路瓶颈口方法缺乏预知性的技术问题。技术方案是采用车载Ad-Hoc无线自组织通信网络建立瓶颈口区域车辆的信息交换共享网络，车辆利用传感器设备测量自身位置坐标和与邻居车辆的相对信息，并将信息发送给邻居车辆；车辆根据自身状态、邻居车辆状态、目标点等信息建立空间势场受力模型，并根据所受合力控制车辆运动的即时速度和方向、轨迹，使车辆快速、安全通过道路瓶颈口。本方法通过建立车辆信息共享网络的方式，使得车辆提前预知瓶颈口的拥堵状态，避免了拥堵的发生；通过建立车辆受力运动模型避免了拥挤环境下车辆碰撞事故的发生，提高了车辆通过效率和安全性。

主权项

一种多车协同快速通过道路瓶颈口的方法，其特征在于包括以下步骤：(a)为拥堵瓶颈口路段中行驶的车辆建立车载Ad‑Hoc无线自组织信息共享网络；(b)每个车辆根据自身装备的定位装置、传感器设备确定自己的位置坐标，以及与相邻车辆间的相对距离和相对角度；每个车辆根据自身定位装置确定自己位置坐标，当定位设备发生故障时，每个车辆根据信息共享网络中得到的邻居车辆位置坐标和测得的相对距离来计算自身的位置坐标；其定位模型为：$\left\{\begin{array}{c}{[\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}-\sqrt{{(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2}]}^2-d_{21}=0\\ .\\ .\\ .\\ {[\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}-\sqrt{{(x_i-x)}^2+{(y_i-y)}^2}]}^2-d_{i1}=0\\ {[\sqrt{{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2}-\sqrt{{(x_n-x)}^2+{(y_n-y)}^2}]}^2-d_{n1}=0\end{array}\right.---\left(1\right)$式中，(x,y)为需要定位车辆的坐标，(x_i,y_i)为第i个相邻车辆的坐标，d_i1为第i个车辆至需定位车辆的相对距离与第1个车辆至需定位车辆的相对距离的差值，n为车辆总数；(c)每个车辆通过车载Ad‑Hoc无线信息共享网络向瓶颈口路段区域的其他邻居车辆发送数据包，其数据包中含有自身的位置坐标、目的地坐标和自身状态信息；其数据包为{C_ID,x_i,y_i；x_id,y_id；x_p,y_p；S}，其中C_ID为车辆i在通信网络里的编号，(x_i,y_i)为车辆i所处的位置坐标，(x_id,y_id)为车辆i所到目的地坐标，(x_p,y_p)为道路瓶颈口坐标，S为车辆i通过瓶颈口的状态，0表示尚未通过，1表示已经通过；(d)构建各个车辆的空间势场合力模型；车辆以道路边界线、邻居车辆和目的地为中心建立空间受力场；1)计算车辆i受到道路边界的斥力势场U_ir1和斥力F_ir1；$U_{\mathrm{ir}1}\left(d_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{K}_r{[\frac{1}{d_i}-\frac{1}{d_0}]}^2+K_{\mathrm{rv}}\left|v_i\right|,& d_i\le d_0\\ 0,& d_i>d_0\end{array}\right.---\left(2\right)$式中，d_i为车辆i到道路边界的最短距离，K_r、K_rv为比例因子，v_i为车辆i的行驶速度，d₀为距离阈值；车辆_i受到道路边界的斥力为$F_{\mathrm{ir}1}=-\mathrm{grad}\left|U_{\mathrm{ir}1}\left(d_i\right)\right|=\left\{\begin{array}{cc}{K}_r[\frac{1}{d_i}-\frac{1}{d_0}]·\frac{{\mathrm{\theta d}}_i}{d_i}-K_{\mathrm{rv}}|v_i-v|,& d_i\le d_0\\ 0,& d_i>d_0\end{array}\right.---\left(3\right)$2)计算车辆i受到邻居车辆j的斥力势场为U_ijr2和斥力F_ijr2；$U_{\mathrm{ijr}2}\left(d_{\mathrm{ij}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{2}{K}_r{[\frac{1}{d_{\mathrm{ij}}}-\frac{1}{d_0}]}^2+K_{\mathrm{rv}}|v_i-v_j|,& d_{\mathrm{ij}}\le d_0\\ 0,& d_{\mathrm{ij}}>d_0\end{array}\right.---\left(4\right)$式中，d_ij为车辆i与车辆j间的相对距离，v_i和v_j分别为车辆i和j的行驶速度；则车辆i受到邻居车辆j的斥力F_ijr2为$F_{\mathrm{ijr}2}=-\mathrm{grad}\left|U_{\mathrm{ijr}2}\left(d_{\mathrm{ij}}\right)\right|=\left\{\begin{array}{cc}{K}_r[\frac{1}{d_{\mathrm{ij}}}-\frac{1}{d_0}]·\frac{{\mathrm{\theta d}}_{\mathrm{ij}}}{d_{\mathrm{ij}}}-K_{\mathrm{rv}}|v_i-v_j|,& d_{\mathrm{ij}}\le d_0\\ 0,& d_{\mathrm{ij}}>d_0\end{array}\right.---\left(5\right)$车辆受到邻居车辆的总斥力$F_{\mathrm{ir}2}=\underset{j=\mathrm{1,2},...,n,j\ne i}{\Sigma }{F}_{\mathrm{ijr}2}---\left(6\right)$3)根据车辆目的地坐标和目前位置坐标来计算所受引力势场U_ia吸引力F_ia；车辆i与目的地产生的引力势场U_ia为$U_{\mathrm{ia}}\left(d_{\mathrm{id}}\right)=\frac{1}{2}{K}_a{\left|d_{\mathrm{id}}\right|}^2+\frac{1}{2}{K}_{\mathrm{av}}{\left|v_i\right|}^2---\left(7\right)$式中：d_id为车辆i到目的地的距离，K_a、K_av为比例因子；车辆i受到目的地的引力F_ia为F_ia＝‑grad|U_ia(d_id)|＝‑K_a|d_id|‑K_av|v_i|            (8)4)计算车辆i所受合力F_iF_i＝F_ia+F_ir1+F_ir2         (9)(e)建立车辆运动模型，车辆运动方向为合力F_i所指方向，运动速度与合力F_i的大小成正比，车辆的运动轨迹根据F_i不断进行调整。