一種隧道速度預(yù)警的車路協(xié)同控制系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及交通安全和智能交通技術(shù)，具體來(lái)說(shuō)是一種隧道速度預(yù)警的車路協(xié)同 控制系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)于公路建設(shè)的投入不斷增加，導(dǎo)致公路建設(shè)進(jìn)入了空 前的迅猛發(fā)展時(shí)期，公路里程連年增加。且由于公路所經(jīng)過(guò)的地理環(huán)境復(fù)雜多變，特別對(duì)于 是山地、丘陵、高原地形。而隧道自身具有改善道路實(shí)際線形，縮短里程和行車時(shí)間、提高運(yùn) 營(yíng)效率等方面的優(yōu)勢(shì)，所W導(dǎo)致現(xiàn)在許多公路的建設(shè)在適用的地方大量采用了隧道方案， 運(yùn)在客觀上促進(jìn)了隧道的建設(shè)。但與此同時(shí)，普通隧道的常見(jiàn)問(wèn)題也格外凸顯，彎道和光線 昏暗等因素造成視距減小等問(wèn)題都有可能造成車速不合適導(dǎo)致在隧道中發(fā)生交通事故，產(chǎn) 生嚴(yán)重后果。而在某些隧道如螺旋隧道中坡度和風(fēng)速對(duì)車的影響也比較凸顯。車路協(xié)同技 術(shù)是基于通信、傳感探測(cè)等技術(shù)獲取車路信息，通過(guò)車車、車路信息交互和共享，實(shí)現(xiàn)車路 之間，車車之間的智能協(xié)同與配合，達(dá)到優(yōu)化交通的目標(biāo)。
[0003] 目前我國(guó)公路隧道限速管理中還沒(méi)有一套全面、詳實(shí)、有針對(duì)性的合理限速的方 法、規(guī)范。目前我國(guó)針對(duì)隧道限速的理論方法，是在建設(shè)期通過(guò)采用道路設(shè)計(jì)線形參數(shù)計(jì)算 法確定隧道運(yùn)營(yíng)初期的限速值、待公路通車運(yùn)營(yíng)且車輛速度趨于穩(wěn)定之后再W實(shí)際觀測(cè)數(shù) 據(jù)對(duì)隧道限速值予W修正的方法，依據(jù)隧道平縱線形、隧道長(zhǎng)度等因素確定隧道推薦限速 值。但目前的理論方法對(duì)停車視距的計(jì)算考慮因素較少，同時(shí)必須在隧道修成后對(duì)隧道交 通情況進(jìn)行大量觀測(cè)。例如在2012年姜虹等人《不同路面條件下高速公路的停車視距建模 與安全車速分析》和2014年陳瑤等人《基于公路環(huán)境的停車視距模型分析》中，關(guān)于停車視 距的計(jì)算僅考慮了隧道的彎道因素。而在2015年劉建舊等人《基于安全容許速度的雨天公 路可變限速方法》中，雖然考慮了道路環(huán)境、視距、路面狀態(tài)因素對(duì)安全車速的影響，但卻沒(méi) 有給出具體的影響公式，并不能很好地解決實(shí)際問(wèn)題。另外，《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》 中，僅僅考慮了坡度對(duì)停車視距的影響，導(dǎo)致預(yù)測(cè)速度與實(shí)際行車速度相差較大，難于進(jìn)行 視距安全檢驗(yàn)。因而，現(xiàn)有技術(shù)方法并不能很好地解決隧道限速問(wèn)題，費(fèi)時(shí)且效益不好，無(wú) 法適應(yīng)于各種隧道環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出一種隧道速度預(yù)警的車路協(xié)同控 制系統(tǒng)及其方法，W期能給駕駛員提供一個(gè)實(shí)時(shí)安全速度，實(shí)現(xiàn)速度預(yù)警，從而能避免車輛 撞上前方不可規(guī)避物，減少交通事故概率。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明一種隧道速度預(yù)警的車路協(xié)同控制系統(tǒng)的特點(diǎn)包括:車載子系統(tǒng)、路側(cè)子 系統(tǒng)和終端服務(wù)器；
[0007] 所述車載子系統(tǒng)包括n個(gè)車載設(shè)備;所述n個(gè)車載設(shè)備分別設(shè)置在n輛車上;第i個(gè) 車載設(shè)備包括:第i個(gè)數(shù)據(jù)坡度儀、第i個(gè)通訊設(shè)備、第i個(gè)眼動(dòng)儀、第i個(gè)風(fēng)速檢測(cè)儀和第i個(gè) 存儲(chǔ)設(shè)備；<n;
[0008] 所述路側(cè)子系統(tǒng)包括m個(gè)路側(cè)設(shè)備;所述m個(gè)路側(cè)設(shè)備包括m個(gè)測(cè)距儀、m個(gè)環(huán)境采 集器和m個(gè)重力傳感器，并分別設(shè)置在所述n輛車所行駛的道路上；
[0009] 所述終端服務(wù)器中設(shè)置有道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù);所述道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中包含有所述n 輛車所行駛道路的摩擦系數(shù)fi,神日轉(zhuǎn)彎半徑Rj;
[0010] 所述第i個(gè)眼動(dòng)儀獲取第i位駕駛員的視距集以并存入第i輛車的存儲(chǔ)設(shè)備中；第i 個(gè)通訊設(shè)備從第i輛車的存儲(chǔ)設(shè)備中讀取第i位駕駛員的視距集k并發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備 上；
[0011] 所述第i個(gè)數(shù)據(jù)坡度儀檢測(cè)第i輛車所行駛的道路坡度CU并通過(guò)第i個(gè)通訊設(shè)備發(fā) 送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0012] 所述第i個(gè)風(fēng)速檢測(cè)儀檢測(cè)在第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段上的風(fēng)速Vw,并通 過(guò)第i個(gè)通訊設(shè)備發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0013] 所述第i個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中儲(chǔ)存有車輛迎風(fēng)面積Al和風(fēng)阻系數(shù)Cwi,第i個(gè)通訊設(shè)備從第 i個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中讀取車輛迎風(fēng)面積Al和風(fēng)阻系數(shù)Cwi并發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0014] 所述第j個(gè)路側(cè)設(shè)備通過(guò)第j個(gè)重力傳感器獲得人車總質(zhì)量Ml,通過(guò)第j個(gè)測(cè)距儀 獲得第i輛車的行駛軌跡中屯、線與路邊的距離ri,j、通過(guò)第j個(gè)環(huán)境采集器獲得第i輛車行駛 的光線強(qiáng)度，并將所述道路坡度〇1、距離rij、視距集k、光線強(qiáng)度、風(fēng)速vw、車輛迎風(fēng)面積Ai、 風(fēng)阻系數(shù)Cwi、人車總質(zhì)量Mi發(fā)送給所述終端服務(wù)器，用于存儲(chǔ)在所述道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0015] 所述終端服務(wù)器根據(jù)所述光線強(qiáng)度從所述視距集以中提取相應(yīng)環(huán)境下的視距參 數(shù)Ii;并利用所述視距參數(shù)li、道路坡度〇1、距離ri,j、光線強(qiáng)度、風(fēng)速Vw、車輛迎風(fēng)面積Ai、風(fēng) 阻系數(shù)Cwi、人車總質(zhì)量MiW及相應(yīng)行駛道路上的摩擦系數(shù)fi,神日轉(zhuǎn)彎半徑扣判斷第j個(gè)路側(cè) 設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段上第i輛車的最大安全行駛速度，從而實(shí)現(xiàn)隧道速度預(yù)警。
[0016] 本發(fā)明一種螺旋隧道速度預(yù)警的車路協(xié)同控制方法的特點(diǎn)是應(yīng)用于由n個(gè)車載設(shè) 備、m個(gè)路側(cè)設(shè)備和終端服務(wù)器所組成的隧道行駛環(huán)境中，所述n個(gè)車載設(shè)備分別設(shè)置在n輛 車上;第i個(gè)車載設(shè)備包括:第i個(gè)數(shù)據(jù)坡度儀、第i個(gè)通訊設(shè)備、第i個(gè)眼動(dòng)儀、第i個(gè)風(fēng)速檢 測(cè)儀和第i個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備；1 ^ i ^n;所述m個(gè)路側(cè)設(shè)備包括m個(gè)測(cè)距儀、m個(gè)環(huán)境采集器和m個(gè)重 力傳感器，并分別設(shè)置在所述n輛車所行駛的道路上;所述終端服務(wù)器中設(shè)置有道路網(wǎng)絡(luò)數(shù) 據(jù)庫(kù);所述道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中包含有所述n輛車所行駛道路的摩擦系數(shù)fi,神日轉(zhuǎn)彎半徑Rj; 所述車路協(xié)同控制方法按如下步驟進(jìn)行：
[0017] 步驟1、所述第i個(gè)眼動(dòng)儀獲取第i位駕駛員的視距集以并存入第i輛車的存儲(chǔ)設(shè)備 中；
[0018] 步驟2、所述第i個(gè)通訊設(shè)備從第i輛車的存儲(chǔ)設(shè)備中讀取第i位駕駛員的視距集以 并發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0019] 步驟3、所述第i個(gè)數(shù)據(jù)坡度儀檢測(cè)第i輛車所行駛的道路坡度Qi并通過(guò)第i個(gè)通訊 設(shè)備發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0020] 步驟4、所述第i個(gè)風(fēng)速檢測(cè)儀檢測(cè)在第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段上的風(fēng)速 Vwj，并通過(guò)第i個(gè)通訊設(shè)備發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0021] 步驟5、所述第i個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中儲(chǔ)存有車輛迎風(fēng)面積Al和風(fēng)阻系數(shù)Cwi,第i個(gè)通訊設(shè) 備從第i個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備中讀取車輛迎風(fēng)面積Al和風(fēng)阻系數(shù)Cwi并發(fā)送至第j個(gè)路側(cè)設(shè)備上；
[0022] 步驟6、所述第j個(gè)路側(cè)設(shè)備通過(guò)第j個(gè)重力傳感器獲得人車總質(zhì)量Ml,通過(guò)第j個(gè) 測(cè)距儀獲得第i輛車的行駛軌跡中屯、線與路邊的距離ri,j、通過(guò)第j個(gè)環(huán)境采集器獲得第i輛 車行駛路段的光線強(qiáng)度，并將所述道路坡度〇1、距離ri,j、視距集以、光線強(qiáng)度、風(fēng)速vw、車輛 迎風(fēng)面積Ai、風(fēng)阻系數(shù)Cwi、人車總質(zhì)量Mi發(fā)送給所述終端服務(wù)器，用于存儲(chǔ)在所述道路網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)庫(kù)中；
[0023] 步驟7、所述終端服務(wù)器從所述道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取轉(zhuǎn)彎半徑Rj,并根據(jù)所述光 線強(qiáng)度從所述視距集以中提取相應(yīng)環(huán)境下的視距參數(shù)Ii;并利用式（1)計(jì)算第i個(gè)駕駛員的 理想視距
(1)
[0025]式(1)中，的表示第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段上的轉(zhuǎn)彎半徑；
[00%]步驟8、利用式(2)獲得第i個(gè)駕駛員的當(dāng)前視距Li":
[0027] Li"=Min(L'i'j，li) (2)
[0028] 步驟9、所述終端服務(wù)器從所述道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取摩擦系數(shù)fi,j，并利用式(3) 判斷第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段上第i輛車的最大安全行駛速度，從而實(shí)現(xiàn)第i輛車 在第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段內(nèi)的速度預(yù)警Vi,J:
[0030] 式(3)中，ti表示第i位駕駛員的基本反應(yīng)時(shí)間；A t/1,J表示第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè) 范圍的路段內(nèi)的環(huán)境參數(shù)對(duì)第i位駕駛員反應(yīng)時(shí)間的影響值，變化范圍為〇.17s-〇.43s;ti" 表示第i輛車的制動(dòng)力上升的時(shí)間。ai,J表示第i輛車在第j個(gè)路側(cè)設(shè)備所檢測(cè)范圍的路段內(nèi) 的剎車加速度，并有：
[0031] 上坡逆風(fēng)：
[0032] 上坡順風(fēng)：
[0033] 下坡逆風(fēng)：
[0034] 下坡順風(fēng)：
[0035] 式(4)、式(5)、式(6)、式(7)中，g表示重力加速度;fij表示第i輛車在第j個(gè)路側(cè)設(shè) 備所檢測(cè)范圍的路段內(nèi)的摩擦系數(shù)，Ai為汽車的迎風(fēng)面積，Cwi為風(fēng)阻系數(shù)，Vwj為風(fēng)速，Mi為 汽車與駕駛員的總質(zhì)量。
[0036] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體