高速公路中央分隔带开口长度研究

高速公路中央分隔带开口长度影响车辆在开口处的行车安全和通行效率。本文基于5次多项式换道模型对车辆通过中央分隔带开口的行驶轨迹进行研究,通过确定边界条件得到车辆通过中央分隔带的轨迹函数,得到不同限速值和中间带宽度值下的开口长度建议值。根据车辆动力学推导出车辆以限速值通过中央分隔带开口所需最小转弯半径;根据车辆轨迹函数,推导车辆换道轨迹的最小曲率半径;最后将最小转弯半径与最小曲率半径作对比,证明本文给定的中央分隔带开口段长度建议值能够保证车辆行驶稳定性,确保车辆通过高速公路中央分隔带开口时的行车安全。     

基于5次多项式换道模型的高速公路中央分隔带开口长度数值研究

高速公路中央分隔带开口长度影响车辆在开口处的行车安全和通行效率。基于5次多项式换道模型,对车辆通过中央分隔带开口的行驶轨迹进行研究。通过确定边界条件,得到车辆通过中央分隔带的轨迹函数,得到不同限速值和中间带宽度值下的开口长度建议值。根据车辆动力学推导出车辆以限速值通过中央分隔带开口所需最小转弯半径;根据车辆轨迹函数,推导车辆换道轨迹的最小曲率半径;最后将最小转弯半径与最小曲率半径作对比,证明给定的中央分隔带开口段长度建议值能够保证车辆行驶稳定性,确保车辆通过高速公路中央分隔带开口时的行车安全。     

基于驾驶员类型的车辆换道模型

由于传统最小安全距离的换道模型忽视驾驶员个体差异,使其缺乏安全性和灵活性.文中首先对与换道相关联的车辆的运动状态进行了详细的分析,给出了车辆与关联车辆之间各种可能的碰撞形式.在此基础上,针对不同类型司机在不同换道环境下的驾驶特性,结合车辆运动学理论,建立基于不同行驶状态及不同司机类型的椭圆最小安全距离换道模型,能够较好地解决传统换道模型存在的缺陷.最后通过Matlab仿真对比发现,文中提出的模型由于考虑驾驶员因素,仿真结果与实际交通更为相符.     

基于最小安全距离的车辆换道模型研究

通过对车辆换道时车辆的运动轨迹的分析,以最小安全距离MSD(minimum safety distance)作为安全换道的目标,以避免车辆发生碰撞的临界条件为前提,分别建立了双车道环境下换道车辆与其周围车辆之间的最小安全距离换道模型.在车辆换道过程中,对与换道相关联车辆的运动状态进行了详细的分析,给出了换道车辆与关联车辆之间各种可能的碰撞形式,并充分考虑了换道车辆完成换道后的跟驰安全性,既能够较好地保障车辆换道的安全性,又能提高道路的使用效率.最后,借助Matlab仿真软件,以最小安全距离换道模型为理论基础,结合实际例子进行仿真分析,仿真结果表明在车辆换道过程中,最小安全换道距离与换道车辆的加速度、换道时间和换道车辆与周围车辆间的相对速度等有关.     

含水弱胶结外排土场边坡稳定性研究

弱胶结软岩物料具有强度低、胶结差的特点,对边坡稳定性具有重要影响。为了分析含水弱胶结软岩对排土场边坡稳定性的影响,依据五林油页岩露天矿地质及实际生产情况,结合边坡稳定性计算的Bishop方法,分析了台阶坡面角、含水率、平盘宽度和台阶高度4个主要因素对含水弱胶结软岩排土场边坡稳定性的影响,并采用正交试验方法建立了4因素3水平正交试验模型,通过数值模拟确定了不同因素对边坡稳定性的影响程度,最后对排土参数进行了优化。结果表明:台阶坡面角、含水率、台阶高度与边坡稳定系数呈负相关,平盘宽度与边坡稳定系数成正相关,且平盘宽度对弱胶结外排土场边坡稳定性影响的敏感程度最高,其余依次为台阶高度、台阶坡面角、含水率,确定最佳排土参数为:台阶高度18 m,台阶坡面角23°,平盘宽度15 m.     

基于V2V的高速换道轨迹多目标规划

为了解决传感器式智能车辆换道灵活性差和安全性低等问题,提出一种V2V模式下的高速换道模型.在换道起始时刻,通过V2V获取周围交通车的状况,确定与周围交通车在换道前应该保持最小的安全换道距离,判断换道的可行性.换道条件允许的情况下,采用多项式函数对车辆的换道轨迹进行描述.并建立了权衡换道舒适性和效率的目标函数对轨迹进行多目标规划,为车辆规划出该交通环境下的最优换道轨迹.结果表明:与非V2V换道模型相比,在换道空间不够充裕的情况下,通过V2V规划出来的轨迹,在换道过程中与周围车辆保持着更大的安全车距;CarSim仿真中车辆轨迹跟踪误差和动力学参数都控制在合理的范围内,进一步说明多目标优化的轨迹可以综合提升换道的效果,使得车辆能够适应不同交通环境.     

八车道高速公路互通式立交最小净距计算模型

为解决目前路线设计规范中互通式立交最小净距规定值不适应八车道高速公路的问题,避免因互通式立交间距设置过近造成的交通紊乱和交通安全问题,通过分析八车道高速公路小间距互通式立交间车辆的运行特征和变道行为,构建了八车道高速公路互通式立交最小净距计算模型;运用概率论、微积分、可接受间隙理论及运动学相结合的方法,从等待和追赶可插入间隙角度分析了车辆从外侧车道换道至内侧车道、从内侧车道换道至外侧车道所需的长度,并结合现场调查数据对模型的关键参数进行了界定。结果表明：八车道高速公路互通式立交最小净距值宜为2.2km。     

融合改善型可行性检验模型的换道跟踪方法

现有的最小安全距离换道可行性检验模型通常默认周围车辆处于车道保持状态,且只考虑本车道和目标车道车辆对本车换道的影响,未讨论周围车辆处于车道变换状态或者相间车道车辆变道的影响。为建立更加安全、全面的换道可行性检验模型,实现安全自主换道,分析了车道变换的逻辑架构,重点研究了一种全面考虑周围（包括相邻车道和相间车道）车辆处于车道变换和车道保持状态的改善型换道可行性检验模型,保障车辆换道过程中不与周围车辆发生碰撞。使用基于模型预测控制（MPC）方法实现换道轨迹跟踪控制,设计仿真对比试验,通过PreScan和Simulink联合仿真对所研究的模型和方法进行验证。仿真结果表明提出的改善型换道可行性检验模型比对比模型更加安全高效,MPC控制方法的横向轨迹跟踪误差在1 cm以内,具有很高的跟踪精度。     

网联混合车流车辆换道博弈行为及模型

车联网环境中,交通系统将长期呈现智能网联汽车和传统人工驾驶车辆混合共存的状况.针对智能网联交通环境下的新型混合车流,建立了车辆的换道行为决策模型.对于混合车辆交通流引入最小安全区域模型,自主车辆交通流基于博弈论的思想进行建模.自主车辆之间的换道被看作为1种非合作博弈行为,车辆以自身行驶状态为博弈收益,寻求行驶条件更优的车道.运用SUMO软件对提出的换道模型进行仿真验证分析.仿真结果表明,博弈换道模型相比于传统间隙阈值接受模型具有较高的车道利用率和安全稳定性.     

考虑驾驶风格的车辆换道行为及预测模型

车辆换道过程对交通安全和交通拥堵有重要影响,为了获得不同驾驶人的换道行为特性,考虑了车辆换道过程中驾驶人的因素,利用SPSS对问卷调查的结果进行主成分分析,采用K-均值聚类方法对驾驶风格进行量化,将驾驶人分为激进型和保守型两种类型,再利用时间对数模型提出了驾驶风格值变量。对两组类型驾驶人进行换道试验,获得了不同风格驾驶人换道时间和换道纵向距离等换道特性的试验数据,并建立了考虑驾驶风格的车辆换道时间预测模型;基于预测的换道时间以及换道车辆转向角与驾驶风格值变量、速度之间的关系,结合车辆运动学模型,建立了车辆换道纵向距离预测模型,并将预测结果与实际换道数据进行了对比分析,结果表明,本研究提出的预测模型准确率较高。研究结果表明,激进型驾驶人在换道过程中其行为较为激进,换道时间较短,换道距离较短;所建立的预测模型可以较准确地预测和解释驾驶人的换道行为。     

基于驾驶模拟的紧急避险车道断面宽度设置

在紧急避险车道断面宽度为4.5,7.7,9.0和12.2m条件下,利用UCWin Road Ver.9驾驶模拟仿真平台测试了5名驾驶员48次驶入紧急避险车道的几何运动参数.选取方向盘转速、方向盘转角、横向偏移率指标分别对车辆驶入紧急避险车道的最小转向半径、方向调整时间、转向角幅值、转向角频率和起弯点指标进行提取,采用多因素方差分析,检验断面宽度、驶入速度、断面宽度与驶入速度的交互作用对5个指标影响的显著性,通过多重分析检验不同断面宽度下各指标差异的显著性.研究结果表明:断面宽度4.5m时最小转向半径、转向角频率、转向角幅值与其他3组存在显著性差异,失控车速90km·h~(-1)时车辆即面临侧滑风险,车辆驶入紧急避险车道的难度大,驾驶员心理紧张程度高.仅断面宽度12.2m时起弯点位于渐变点之后,其起弯点与渐变段起点的差值与其他3组存在显著性差异.断面宽度对方向调整时间影响显著且不同断面间的方向调整时间存在显著差异,方向调整时间与断面宽度呈幂函数关系.综合分析,紧急避险车道的设置宽度不宜低于7.7m.     

基于车间通信的换道策略研究

针对道路交通系统中换道行为产生的干扰作用,提出了基于车间通信的两阶段车辆换道策略。基于NGSIM数据对普通车辆换道行为进行分析,建立两阶段换道模型。模型第一阶段考虑影响换道的六个影响因素,构建二元Logit模型,估计车辆换道概率;第二阶段利用安全条件确定车辆换道行为是否实施。对于互联车,在换道模型第一阶段考虑更加精确的实时交通状态信息,设计了对应的换道策略。通过数值模拟,分析不同换道策略对交通流的影响。结果表明,基于车间通信的换道模型考虑了本道和目标车道更多车辆的速度及位置信息,效用函数使得车辆的换道行为考虑了更大范围内平均车速和平均车距的因素,而不仅仅局限于最近邻范围内交通状态的局部效用,从而抑制了换道的频率及其产生的干扰,增加了道路交通系统的通行效率。     

基于微观换道的高速公路双车道出口辅助车道长度研究

为研究辅助车道长度确定的基本原理和合理长度,采用无人机航拍视频及YOLOv3目标检测算法提取双车道出口辅助车道路段车辆的原始轨迹数据,通过卡尔曼滤波和Frenet坐标系转换,得到了车辆微观换道特性和速度分布特征。以修正双曲正切函数换道模型拟合换道轨迹,左、右换道拟合优度分别为97.48 %、97.62 %。根据路段车辆运行和微观换道特性,建立了双车道出口辅助车道长度计算模型,将辅助车道划分为右换道段、反应段、等待段和左换道段4个组成部分。研究表明：出口辅助车道长度中最主要的影响因素是换道长度,其与行驶速度正相关,和《路线规范》相比,明确了辅助车道最小长度的计算原理,界定了辅助车道的范围,为设计中灵活运用提供了参考。     

信号交叉口上游路段网联车换道博弈特性及模型

为提高网联驾驶车辆在信号交叉口上游路段与驾驶员车辆换道博弈的主动性,以左转网联驾驶车辆为研究对象分析该路段的强制换道博弈特性。首先,通过分析信号交叉口上游路段车辆的行驶意图和换道行为,设定驾驶人期望函数来客观反映车辆的行驶需求,以车辆的安全和行驶效率为收益并进行量化,在完全信息的假设下通过博弈均衡解得到最优换道决策来实现换道收益最大化;其次,为提高换道的舒适性,以五次多项式规划换道轨迹并实现网联驾驶车辆对驾驶员车辆博弈换道的过程;最后,利用仿真试验对模型进行验证,分析不同换道位置和绿灯剩余时间等因素对网联驾驶车辆决策的影响。研究结果表明,在信号交叉口上游非合作博弈强制换道过程中,随单位换道位置增加换道概率平均增加0.69%,随单位绿灯剩余时间增加车辆换道概率平均降低0.82%。通过仿真分析信号交叉口上游路段车辆的博弈换道特性和决策倾向,有利于为网联驾驶车辆换道提供决策引导。     

基于路由选择的城市道路车辆转向换道区域设置

为了减少因随机换道产生的延误,提出基于路由选择的车辆换道区域设置,即通过设置城市路段固定换道区域及制定车辆可变限速策略,将其转化为基于路由选择的车辆静态路径规划问题.利用VISSIM仿真软件,初建车辆换道场景,设计试验分析换道区域设置对城市道路车辆运行情况的影响;汇总数据并借助MATLAB进行数据拟合,得出在不同速度、流量及转向比例条件下的最佳换道区域设置长度.进行了有、无控制策略对比试验.结果表明:在565 m的仿真路段中,设置车辆换道区域、制定路径引导策略后,车辆换道次数减少了106次,车辆平均行程速度增加了12.13％,平均行程时间减少了10.80％,降低了因随机换道造成的延误,有效提高了区域路网的运行效率.     

面向出口匝道分流的协同换道策略研究

【目的】提高网联高速出口匝道路段通行效率,降低交通事故风险,保障分流车辆通行秩序。【方法】针对出口匝道上游智能网联车辆（connected automated vehicle,CAV）的换道行为所导致的交通紊乱问题,提出一种协同换道策略。兼顾通行效率和舒适度,以研究时段内所有CAV平均速度、平均加速度变化率的加权和最小为目标,以速度、加速度、加速度振动、换道起点与分流点的纵向距离等为约束,构建CAV动态速度协同优化模型,有计划地优化每个时段每辆CAV的速度。采用Gurobi优化器求解协同控制模型,并使用SUMO软件建立仿真场景评估协同控制效果。【结果】与无控制情形相比,所提出的协同方法在不同总流量和分流比例下能使车辆平均速度最高提高17.7%,总延误降低75.9%以上,平均加速度变化率改善9.3%以上;当分流比例一定时,一定总流量情况下,总流量越高平均速度、平均加速度变化率改善效果越好;在安全换道所要求的最小纵向距离约束下,出口匝道路段通行效率最高。【结论】在不同总流量和分流比例下,协同策略可为换道车辆创造换道间隙,改善通行效率,提高乘客舒适度。     

基于元胞自动机的施工区道路车辆换道点研究

为了研究城市道路施工区车辆的运行状态,结合施工区的特点,以元胞自动机NaSch模型为基础,加入跟驰规则及换道模型,模拟车辆在城市道路上行驶遇到施工区之后的换道行为,分析车辆在不同换道点换道所引起的施工区道路交通状况变化,以及高、低峰时段车辆对换道点的最佳选择。Matlab仿真结果表明,低峰时段车辆总密度较低,此时换道成功率高,车辆换道不宜过早;车流密度达到一定程度后,车辆的最佳换道点应随着车流密度的增加而逐渐提前,这可在一定程度上减少车辆拥堵时间;高峰时段车辆密集,车辆总密度过高,此时换道成功率低,换道点提前已无法缓解拥堵,车辆需绕道而行。     

恶劣天气条件下车辆换车道的安全模型

考虑雾天对驾驶员能见度的影响,提出雾天驾驶反应延迟时间模型.依据车辆换车道的行车特征,提出基于连续反向圆曲线的换车道几何描述模型.结合车辆跟车行驶模型,建立恶劣气象条件影响下车辆换车道的安全模型,制定了不同天气条件和能见度范围下禁止换车道的车道流量控制标准.采用历史事故资料分析和现场实验的方式,验证了换车道时距比与事故比之间的良好关系.     

考虑操纵稳定性的自动驾驶汽车轨迹综合优化方法

针对自动驾驶汽车在局部轨迹规划上对车辆操纵稳定性考虑不足、对车辆模型过度简化和缺少对车辆舒适性客观评价的问题,建立了考虑车辆操纵稳定性的车辆三自由度模型,模拟自动驾驶汽车换道场景,根据输入车轮转角得到输出的换道轨迹,运算得到车辆换道行驶参数化方程和行驶轨迹特征.运用BP神经网络对行驶轨迹特征进行识别,得到自动驾驶汽车换道持续时间和横向偏移距离所对应的车轮转角变化关系.在不同换道车速下,根据不同换道持续时间和横向偏移距离,输入车轮转角得到换道优化轨迹簇和操纵稳定性参数.在只考虑行驶效率和安全的常规轨迹优化方法的基础上,构建轨迹综合优化目标函数,考虑表征车辆换道过程舒适性和操纵稳定性的(横摆、侧倾、侧向)加速度变化率均值,提出一种基于行驶效率、安全性、舒适性和操纵稳定性的轨迹综合优化方法.对轨迹综合优化目标函数进行求解得到最优换道行驶轨迹,联合仿真结果表明该方法优于常规轨迹优化方法且舒适性、操纵稳定性改善达20%以上.     

基于双车驾驶模拟的城市快速路驾驶人换道交互行为特征

为研究换道情境下换道车辆与目标车道后方车辆驾驶人间的交互行为,设计了城市快速路换道场景,搭建出双车驾驶模拟实验平台,招募40名驾驶人,开展了8种换道场景下的双车实验并进行驾驶风格问卷调查.基于换道阶段实验数据,分析对比了单、双车实验中两车驾驶人的交互行为特征和差异.利用多元Logistic回归模型,分析不同因素对换道交互决策的影响.结果表明：单、双车实验中,换道车辆和目标车道后方车辆的行为特征具有明显差异,从而验证了开展双车实验的必要性;不同的道路限速、换道方向、驾驶风格等因素下,两车驾驶人关键行为变量呈现差异性;道路限速、车辆初始速度、两车纵向位置差、横/纵速度差、纵向速度乘积等均对两车换道交互决策产生显著影响.