基于强化协作博弈方法的双车道混合交通流特性

对元胞自动机引入Gipps跟驰模型,并结合改进的Q强化学习方法分别建立普通车辆及智能网联车的微观行驶策略,提出了一种新型的混合交通流演化仿真方法.然后,利用数值模拟方式对双车道交通环境进行仿真,探索智能网联车对混合交通流的动态影响.结果表明,相比于元胞自动机构建的普通车辆智能体,改进的Q强化学习方法训练的智能网联车智能体具备更强的连续时空环境适应能力,双车道环境下道路通行能力随着智能网联车渗透率的提升而增大,最高可提升45.34%.此外,智能网联车渗透率的提高会降低车群低效的换道行为,拓宽高通行能力水平下的车辆密度范围,有利于改善交通拥堵.     

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。     

速度差影响下混合驾驶交通流动态特性分析

为分析自动驾驶车辆(AV)与人工驾驶车辆(HV)之间存在速度差时对混合驾驶交通流动态特性的影响,选取智能驾驶员模型(IDM)和协同自适应巡航控制(CACC)模型分别对HV和AV跟驰行为进行建模,采用MOBIL换道模型对换道行为进行建模.以单向两车道路段为场景,仿真分析了不同AV渗透率下速度差对混合驾驶环境交通流基本图的...     

基于效用理论的车辆换道交互行为及决策模型

研究分析道路交通环境下的车辆换道交互行为,客观反映车辆微观行为特性及宏观车流运行规律。通过分析车辆换道微观驾驶行为,构建Logit模型定量分析驾驶人换道行为决策过程,基于“效用理论”思想,实现驾驶人决策效用最大化。选取青岛市杭鞍快速路实际交通流为研究背景,标定模型相关参数;进一步仿真验证了分层Logit模型的准确性。研究成果可为智能网联交通环境下的车车交互、车路协同和自动驾驶系统提供理论支撑和方法依据。     

基于自然驾驶数据的高速公路出口换道决策模型

为研究高速公路出口换道行为特性,分析驾驶员换道决策机理,依托上海自然驾驶实验所采集的驾驶行为样本和车辆运行参数,采用Google Earth标定行驶路径及高速公路出口范围以筛选出口样本,并根据车道偏移参数和方向盘转角识别换道行为;以单向4车道高速公路为例,综合考虑行驶路径信息和交通流环境,基于随机效用理论,采用Binary Logit(BL)模型拟合构建换道决策模型,得到车道效用函数;基于效用函数作出高速公路出口范围内在自由流、稳定流和拥挤流水平下的分车道效用分布图,并进行同质性和异质性分析.结果表明,换道决策模型准确率达到86.21%,各变量影响均可得到合理解释;根据效用分析,出匝车辆的换道行为是出匝意愿与通行环境改善需求两方面平衡的结果,兼有强制性换道与自由性换道的行为特性,且随着交通流状态由自由流过渡到拥挤流,后者影响逐渐增强,表现为上游向左换道行为趋于活跃、下游向右换道位置接近出口.     

考虑双前导车的跟驰与换道联合模型

针对现有跟驰与换道模型没有同时考虑驾驶者决策过程中前瞻性的问题,在全速差跟驰模型及概率式换道模型的基础上,提出了一种考虑双前导车的跟驰与换道联合模型,并给出了模型参数的辨识方法.应用美国NGSIM开源交通流数据库中美国I80高速公路Emeryville路段的车辆行驶轨迹数据,分别采用轨迹标定法和极大似然法对所提模型中的跟驰模型和换道模型进行了参数标定,并参照NGSIM数据库中的交通环境设计了数值仿真实验.仿真实验结果显示,交通流平均速度、车速离散度与实测数据的误差均在5.0%左右,换道次数和换道率的误差均小于20%.所提出的模型能够准确描述多车道高速公路交通流的微观特性,适合用于模拟实际多车道高速公路交通流的动态特征.     

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。     

混合网联环境快速路交织区交通流特性分析

在混合人工驾驶车辆(human-driven vehicle, HV)与网联自动驾驶车辆(connected and autonomous vehicle, CAV)的交通流环境下，为提升快速路交织区的通行效率与行车安全性，深入分析了混合交通流的基本特性.首先，结合交织区通行能力计算模型，研究交织区域长度、交织交通量比和CAV渗透率等因素对交织区通行能力的影响；其次，推导混合交通流基本图模型，并在不同期望车头时距和CAV渗透率下对混合交通流基本图参数进行分析；最后，通过数值仿真实验，分别探讨在由车辆换道行为所产生的单一扰动和频繁扰动条件下，混合交通流行驶速度与车头间距的时空演化规律及交通流稳定性.结果表明：CAV渗透率的提升可以提高交织区通行能力以及混合交通流交通效率；交织交通量比的减小和交织区域长度的增大可提高交织区通行能力；提升CAV渗透率可以有效提高混合交通流的稳定性，但较小的车头间距也会造成一定的安全隐患.     

考虑时延的网联车混合交通流基本图模型

由于智能网联车的不断发展,未来将出现智能网联车和人工驾驶车共同存在的混合交通流,因此,研究道路上的混合交通有助于解决交通拥堵等问题,具有一定的现实意义。为探究这类混合交通流的流量、密度和速度之间的关系,文中综合考虑智能网联车辆退化和车辆时延,建立了自动驾驶环境下混合交通流的基本图模型。首先,确定交通流中的车辆类型和不同类型车辆的比例,并考虑联网智能车辆跟随人工车辆时发生的车辆功能退化;然后,确定3种车辆的延迟时间并改进每种车辆的跟驰模型;在此基础上,同时考虑车辆时延和车辆功能退化两种因素,推导出交通流平衡时的基本图模型,并对模型中的自由流速度参数进行敏感度分析。研究结果表明,智能网联车对混合交通流的最大流量和最佳密度有积极影响,车辆时延有消极影响,自由流速度则对混合交通流的最大流量有积极影响,对最佳密度有消极影响。SUMO仿真结果表明,在不同场景下仿真得到的流量–密度分布点符合理论曲线,验证了文中理论模型的准确性。     

基于模糊推理的驾驶员换道模型

以换道过程中目标车道跟随车为研究对象,对跟随车与换道车之间的交互行为进行分析,采用模糊推理技术进行建模;选取相对间距、相对速度、最迟换道距离、驾驶员性格等作为模糊推理系统输入变量,换道支持度为输出,构造3类不同换道方式的模糊规则,建立基于模糊推理的车辆换道模型。结果表明:根据模糊推理的特点设计的换道模型能够反映车辆驾驶行为的自主特性;通过改变交通流密度进行数值模拟分析发现,相比于强制换道和对称双车道元胞自动机模型,协作换道模糊推理模型提高了整个路段的交通流平均速度,减少了路段交通拥挤。     

基于视觉的缩微智能车车道检测与控制

针对智能车辆自主驾驶行为研究,提出并实现了一种基于视觉导航的缩微智能车系统.从软硬件架构、数据通信方式上介绍了缩微智能车系统的整体设计,并针对缩微道路交通环境中传统车道线检测技术易受光照变化影响的问题,提出一种灰度形态学Top-Hat变换与亮度轮廓扫描方法相结合的车道线检测算法.为分析智能车在缩微交通环境下的自主驾驶表现,设计了一种模拟驾驶员转向行为的舵机模糊控制算法.实验结果表明,该方法可以有效模拟车辆在真实道路交通环境中的自主驾驶行为,为智能交通系统研究提供了一种新思路.     

通行规则对道路状况的影响分析

针对通行规则对不同道路状况的影响问题,使用非线性拟合、相关性分析、碰撞临界值法等方法,分别建立了等速超车模型、变速超车模型、变道临界距离模型等模型,计算得到了在右行通行规则下,不同的道路负荷。分析了不同的道路通行规则对驾驶员的反应时间、车道变道时间的影响,通过智能系统模拟计算得到车辆在发生碰撞临界条件下的最小行车距离。     

山区高速公路紧急避险车道辅助车道设置

通过对8处紧急避险车道主线外侧车道车头时距的收集与分析,运用拟合分析和卡方检验,发现当外侧车道交通流小于500veh·h-1时,车头时距符合负指数分布.考虑主线外侧车道交通流量、失控车辆的速度与失控车辆汇入的临界间隙,应用微分法求导得到失控车辆汇入主线外侧车道的汇入概率模型.通过分析失控车辆汇入主线外侧车道的换车道驾驶行为,得到了不同路面状况下车辆汇入临界间隙.在保证失控车辆95%的汇入成功率条件下,计算不同路面状况、主线外侧交通流量与驶入速度下的辅助车道长度设置值.     

基于鲁棒比例-积分-微分控制的智能汽车自主换道轨迹跟踪控制

为了解决智能汽车自主换道轨迹跟踪所使用的比例-积分-微分(proportion-integral-derivative,PID)控制器参数难以整定的问题,提出应用于自主换道轨迹跟踪控制的鲁棒PID控制器设计方法。首先,构建车辆-道路系统动力学模型,将转向执行机构看作一阶惯性环节,搭建包括转向执行机构动力学模型在内的系统动力学模型;然后,基于分段多项式表达求解自主换道轨迹模型,并基于时间与误差绝对值乘积积分构建鲁棒PID控制器,确定控制参数,形成闭环系统的传递函数;最后,进行仿真及实车试验,结果表明,所设计的控制器具有较强的鲁棒性,能在保证换道工况下智能车辆较好的轨迹跟踪能力的同时,有效地提高乘员舒适性。     

考虑侧向偏移的车辆行为特性及优化速度模型

针对车流优化速度模型在侧向偏移方面的尚存缺陷,提出了考虑侧向车影响及侧向偏移的优化速度模型。综合考虑了车辆侧向偏移的影响因素,基于刺激-反应机制和车辆跟驰理论,系统分析车速优化模型,协同考虑换道车辆侧向偏移的影响因素,建立车辆行为特性的优化速度模型,并在典型的减速换道场景中进行仿真分析。结果表明,考虑侧向偏移的优化速度模型能够更加贴合实际交通状况,切实体现车辆驾驶行为特性规律,研究成果为车辆平稳运行和安全换道提供理论依据。     

有人与无人驾驶车辆交叉口驾驶博弈模型

针对有人与无人驾驶车辆在交叉口存在冲突时的协调控制问题,引入智能网联车辆的设计思想,将交叉口存在交互行为的决策个体建模为博弈中的参与者,以冲突车辆的速度改变方案为博弈策略,构建双方的收益矩阵,而驾驶收益采用行车安全收益、行车效率收益和行车舒适性收益来计算,求解博弈模型的纳什均衡,作为双方的最优驾驶策略组合,完成交叉口多车冲突的协作优化.模型加入驾驶员类型的多样性模拟,基于Matlab对提出的算法进行验证,结果表明无人驾驶车辆会根据对方驾驶员行为调整自身的行为策略,与基于冲突表的协作算法对比,本算法的冲突消解所用时间更短,在确保安全的同时提高了冲突车辆通过路口的效率.      

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。     

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。