基于有限状态机的车辆自动驾驶行为决策分析

将智能车辆的自动驾驶运动过程分解为车道保持、车辆跟随、车道变换和制动避撞4种典型驾驶行为,基于有限状态机方法建立各驾驶行为间的逻辑关系及状态切换过程,同时,构建了面向自动驾驶的虚拟危险势能场,并对其结构关键参数和驾驶行为决策触发阈值进行分析。利用MATLAB/CarSim软件对不同道路工况下的自动驾驶行为决策过程进行联合仿真,并利用比例车辆模型和机器视觉系统对提出的方法进行试验验证。仿真和试验结果表明,虚拟危险势能场与有限状态机相结合的方法能够满足智能车辆的驾驶行为决策需求并实现主要的自动驾驶功能。     

不按规定使用应急车道的危害

<正>占用应急车道多发生在高速公路,高速公路违反规定占用应急车道,是指除遇有障碍、车辆发生故障或者车辆发生交通事故等必须停车的情况外,不得在高速公路应急车道停车或者行驶的行为。违反规定占用应急车道,其表现形式主要有两种:一是非紧急情况下在高速公路应急车道上行驶;二是非紧急情况下在高速公路应急车道上停车。一、驾驶员违法占用应急车道的原因(一)客观原因一是我国修建高速公路的历史很短,大约二十年。用二十年培养一个好的习惯比较     

车路协同下车队避让紧急车辆的换道引导方法

为保证紧急车辆更安全、高效地到达紧急事故现场,基于车路协同系统,提出车队避让紧急车辆的换道引导策略。针对目标车道无车辆、有车辆和有车队3种不同场景,分别提出确保紧急车辆快速通过的协同换道策略。通过协同换道策略引导紧急车辆前方行驶的车队和目标车道的车辆改变速度以调整车辆间距,使其满足换道安全距离,依据换道轨迹规划使车队完成换道,并提出紧急车辆发送紧急避让信号的位置方法,计算当不影响紧急车辆的速度情况下,其发送紧急避让信号时与车队尾车的最短距离。利用SUMO交通仿真软件,实现车路协同环境下3种不同场景车队避让紧急车辆的换道引导,并比较目标车道为车队的场景下,车队换道至目标车队的每个空档中（方式A）和车队换道至目标车队的同一个空档中（方式B）2种不同的换道引导策略。研究结果表明：目标车道有车队的场景下,方式B的协同换道时间更短,发送紧急信号的位置距车队尾车82 m,较方式A的87 m更近,对周围车辆影响更小,因此此场景采用方式B的协同换道策略;在目标车道无车辆、有车辆和有车队3种场景下,紧急车辆分别距车队尾车71,71,82 m时发送紧急避让信号,其可以维持期望速度,验证了最短距离与车辆速度的关系式;与未使用换道引导策略的情况相比,紧急车辆的速度提高,延误减少。     

基于最小延误费用的可变车道数调整模型

考虑在“潮汐式”车流条件下道路的双向流量不平衡,研究以用户最小延误费用为目标的可变车道变换调整方案。将可变车道数作为决策变量建立模型,并给出模型的求解步骤。利用交通仿真软件Vissim结合具体算例进行分析,验证模型的可行性与可用性,并计算出合理的可变车道数。结果证明当方向分布系数大于等于2／3、道路交通条件允许时,设置可变车道可降低所有车辆的延误时间和延误费用。     

自动驾驶环境下面向交叉口自由转向车道的交通控制模型

在未来自动驾驶环境下，自动驾驶车辆之间能相互配合、相互穿插地通过交叉口，而无需信号灯控制。因此，有必要研究新一代的能保障自动驾驶车辆安全高效通行的交叉口控制模型。已有控制模型可分为基于交叉口空间离散的控制模型和基于交叉口冲突点分析的控制模型，目前主要存在控制方式和模型非线性等方面的不足。建立了基于混合整数线性规划（MILP）的自动驾驶交叉口控制（Autonomous Intersection Control，AIC）模型，设计交叉口自由转向车道，允许交叉口所有进口道都能"左直右"通行，将交叉口空间离散为等距网格并建立网格坐标方程，考虑车辆在交叉口内部的行驶轨迹，建立车辆轨迹的上边界和下边界方程，确定行驶轨迹压过的交叉口网格，并建立网格被车辆路径占用的时间方程，使用同一网格同一时间只能被一台车辆占用的冲突点约束保障交叉口安全通行。模型以所有车辆通过交叉口的总延误最低为目标函数，通过将约束条件线性化处理，使用AMPL （A Mathematical Programming Language）并调用Gurobi数学规划优化器对模型进行求解。最后对模型效益进行了案例分析。结果表明：所提模型能有效处理自由转向车道的交通流到达模式，对比已有模型经常采用的先到先服务控制策略，该模型能整体优化车辆通行方案，降低车均延误50.51%，降低最大车辆延误29.12%，同时交叉口空间利用率提高了66.17%。     

车联网环境下自动驾驶车辆车道选择决策模型

试验车道选择行为是自动驾驶车辆最基本的决策行为之一,利用车联网技术可以使车道选择结果更加全面、合理.首先,对高速公路自动驾驶车辆车道选择决策过程进行分析,并以车联网感知通信范围内的车辆的平均速度、重车比例及前往车道的理想换道时间为主要指标创建成本函数,根据计算结果输出最优车道序列;然后,以Gipps安全驾驶模型为基础,...     

车辆离散特性仿真研究

随着目前城市交通中道路使用功能的细化,逐步提出了按车型分车道行驶的措施。本文通过对重庆市某段典型的主干道上车辆的行使速度进行调查分析,结合车辆之间的跟驰模型,并考虑不同车辆行驶状况下的安全时距,分析对比了车辆分车道行驶前和分车道行驶后的行驶速度和延误特性。课题使用vissum软件对不分车道行驶和分车道行驶两种情况下的车辆运行状况进行了仿真。仿真结果表明,使用分车道行驶的方案,能够有效的提高车辆行驶的速度,减小行车延误。该论文的研究成果为当前公交优先通行提供了较好的支撑依据。     

占用应急车道:请让开生命通道

<正>案例1 2012年12月24日,广东东莞广深高速公路发生一起严重车祸,4辆救护车赶赴现场,但其中3辆救护车被违法占用应急车道的车辆堵住,医护人员不得不在离事故现场近3公里外的地方下车跑步前往,车上有2名乘客因救援时间延误而死亡。2 2013年9月15日,在长深高速山东东营境内,一辆重型半挂车与一辆因故障在应急车道低速行驶的油罐     

不同微观驾驶行为对基本路段交通流运行特征的影响

为了提高道路服务水平,减少道路交通事故,改善车辆设计,开发车载安全装置通过驾驶模拟器和交通仿真相结合的方法,深入探讨个体驾驶行为交通流特征的影响.首先,选取反映驾驶员特征的静态驾驶适性和动态驾驶适性2类指标,通过因子分析、主成份分析及聚类分析方法对驾驶行为特征进行提取,构建不同类型的驾驶行为特征分类.其次,利用驾驶模拟器采集到的实验数据,对不同类型驾驶行为的仿真模型参数进行校准.最后,通过交通仿真技术对不同类型的驾驶行为下交通流特征研究,主要集中在不同车道位置、不同行为下的交通流特征差异.研究结果表明,激进的驾驶行为仿真产生的最大交通量(2200 pcu/h)中等驾驶行为(1800 pcu/h)保守驾驶行为(1700 pcu/h),但激进驾驶行为下的交通流较其他行为显得更加不稳定.因此,提高道路安全水平,需针对呈现此类驾驶行为特征的驾驶员进行重点教育及培训.     

基于事故特征耦合影响的城市道路交通事故影响分析

城市道路交通事故发生后,由于事故车辆占用车道,使得车辆通行的车道数目减少,道路的通行能力降低,造成排队和交通拥堵,对交通运行产生一定的影响。以双向6车道的城市道路为例,运用Vissim仿真软件模拟交通事故下的交通运行,分析车流量、占道类型、事故持续时间以及借道超车4种因素下的交通影响。结果表明,流量越大、事故持续时间越长、占道数目越多,事故对交通的影响越大。当流量达到3 400 veh/h（D级服务水平）,占1个车道的车辆延误显著增加,直至流量达到4 000 veh/h时才逐渐趋于平稳,且占据车道2比占据车道1和占据车道3的延误要大;当流量达到1 900 veh/h（B级服务水平）,占2条车道的车辆延误显著增加直至流量达到2 700 veh/h时才逐渐趋于平稳,占据车道1和3的车辆延误要小于占据车道1和2以及占据车道2和3的延误;在相同占道情况下,不同事故持续时间下的车辆延误随流量变化的趋势大体是一致的;当事故道路服务水平为D/E/F级,对向道路服务水平在A/B/C/D级时（事故占用内侧1个车道）,以及当对向道路服务水平在A/B/C级时（事故占据内侧2个车道）,进行借道超车均能有效减少事故路段车辆延误。      

公交与右转混合型专用道仿真分析及效益评价

为解决设置公交专用道所带来的道路资源利用率低，相邻车道交通压力增大，专用道分时段开启致使社会车辆行驶混乱等问题，基于车种分离思想，提出一种公交车辆与右转车辆混合专用道的组织方式，允许公交车辆与右转社会车辆共用一条车道，以寻求保持公交优先与减少对社会车辆影响的平衡点。为论证该方案的可行性，首先，针对所研究的道路环境，提出了基于流量生成模型与配时优化模型的车道组仿真流程；随后，在考虑红灯时右转车辆行驶特性的前提下，建立了人均延误和车均延误的双指标评价矩阵模型；最后，分别在MATLAB和VISSIM仿真平台上，实现了对传统车道组、公交与右转混合型专用道车道组和公交专用道车道组3种方案的效益评价，并对其中的关键影响因素进行分析。仿真结果表明：所提出的公交与右转混合型专用道车道组的总体车均延误与人均延误在大多情况下处于较低水平，而公交专用道车道组和普通车道组也具有各自的优势区域；公交与右转混合型专用道的车道组织方式可以在保证社会车辆延误不明显增加的情况下，有效确保公交车辆的优先性，在一定条件下具有适用性，在工程实践中可作为公交专用道的过渡或替代方案。     

融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型

紧急避障工况下的驾驶人操作具有响应快且动作幅值较大的特点，传统预瞄驾驶人模型已不能适应紧急避障工况的需求，故考虑实际避撞场景开发相应的驾驶人模型就显得尤为必要。针对此种状况，基于驾驶模拟器，结合紧急避撞工况实际驾驶人操纵数据，提出了一种融合预瞄与势场栅格法的紧急避撞驾驶人模型。首先针对紧急避撞工况下车辆运动特点，建立车辆横、纵向耦合非线性动力学模型，并给出其状态空间方程描述；其次，离线仿真分析紧急避撞系统特征，并结合线性二次型最优控制，建立最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型；再者，基于紧急避撞工况下真实驾驶人经验转向行为数据，开发基于势场栅格法的驾驶人模型，为进一步提高驾驶人模型对避障行驶工况的适应性，将基于势场栅格法的驾驶人模型与最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型进行融合，并基于Sigmoid函数实现两者输出的权重分配；最后，针对所提出的融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型，开展基于避撞台架的驾驶人在环仿真试验以及实车试验。研究结果表明：在紧急避撞工况下，对比最优曲率预瞄+跟踪误差反馈驾驶人模型，融合预瞄与势场栅格法的驾驶人模型输出的转向动作与实际驾驶人行为较为接近，可在保证避障安全性的前提下，兼顾避障路径跟踪精度与车辆行驶的稳定性。     

大型综合客运枢纽送站坪的车辆延误（双语出版）

为了准确评估大型综合客运枢纽送站坪的服务水平,改善其交通秩序,提高管理水平,针对送站坪车辆的常规落客行为和违规行为造成的延误,进行了量化分析研究。在大量调研数据的基础上,提取车辆轨迹,通过虚拟线圈的方法获取车辆的运动参数和交通流信息,基于车辆运行特征和车流波动理论,提出了落客车辆汇入行车道时等待可穿插间隙的延误模型、行车道车辆受穿插车辆影响的延误模型以及违规行为造成的行车道车辆延误模型等,验证结果表明,延误模型计算结果与实测结果近似。针对客运枢纽常见的两车道送站坪的交通特性,将车辆在落客车道的行驶距离、落客时长、速度、加减速度等参数作为自变量,基于高峰期间车辆到达分布推导出了送站坪车辆的平均延误,在此基础上给出了送站坪车辆行程时间的理论推导模型和多元线性回归模型。实例验证结果显示：2个行程时间模型计算结果与实测数据基本吻合,平均误差均为13%,回归模型的拟合优度为0.868;减少模型变量,以车辆在落客车道的行驶距离和落客时长为自变量,拟合优度也达到了0.853,表明这2个变量对车辆在送站坪系统的总延误影响最大,它们的值可以基本反映出车辆在送站坪系统的总延误,研究结果可为仿真模型的构建及通行能力的研究提供理论基础。     

制动与转向协调动作的车辆避撞控制研究（双语出版）

为了弥补现有汽车避撞控制策略以及碰撞风险评价指标单一的不足，提出转向和制动协调的主动避撞控制系统。首先规划了五次多项式换道路径，在对其理论分析的基础上得到转向临界避撞距离和与目标车道车辆的安全距离约束。其次，考虑道路附着系数和系统延迟的影响，基于制动过程给出制动临界避撞距离，并以纵向行驶安全系数ξ和碰撞时间倒数T^-1_TC划分安全行驶区域，利用驾驶人实车跟车数据标定稳态跟随/定速巡航区域的阈值。随后，通过转向/制动临界避撞距离的对比给出2种避撞方式的安全收益范围。最后搭建Simulink/CarSim联合仿真模型，并对其进行不同初始条件下的避撞仿真试验。研究结果表明：转向操作在制动距离不足时仍是有效的；当主车高速近距离接近静止前车时，主车可以顺利采取转向换道动作，而常规ACC系统在2.5 s处的车间相对距离为-0.76 m，事实上已经发生了碰撞；当相邻车道前车与主车纵向间距不满足换道安全距离约束时，避撞控制系统进入紧急制动模式，最大制动减速度达到-0.8g（g为重力加速度），实际最小车间距为5.1 m；通过转向和制动的协调动作，充分发挥了车辆的避撞潜力；ξ和T^-1_TC指标的融合，可以更好地评估碰撞风险并实现不同控制模式的转换，在保证行车安全的同时可避免过分制动给乘客造成的紧张感。     

基于无人机视频拍摄的高速公路小型车换道行为特性

为了研究高速公路小型车的换道行为特性，采用2台无人机同时在200 m的高空对交通流进行拍摄，获取交通流运行状态。构建拍摄路段的高精度地图，获取每一时刻车辆的精确运行状态数据，在此基础上对2个视频进行拼接，最终获得车道位置、速度、车辆编号等8项关键指标，共提取换道行为1 520条，筛选后得到完整的自由换道数据942条。采用车辆轨迹是否持续偏移作为判断换道行为起终点的依据，在此基础上分析换道的时间长度、空间长度、与周边车辆的相互状态以及换道行为的安全性等16个特征参数。得出平均换道时间长度为6.09 s，平均换道空间距离为148.08 m，换道时间与空间长度均符合对数正态分布。换道车辆与目标车道后方车辆的平均距离最小（34.29 m），其相对距离在10 m以内的占28.24%，驾驶人为了加快行驶，在与目标车道后方车辆相对距离较小的情况下，依然采取换道措施。与正前方车辆的相对速度差最大，平均值为10.2 km·h^-1，并且在83%的情况下，本车的速度大于前车，说明车辆自由换道是由于前方车辆行驶速度较慢所引起。采用TTC，MTC分别对换道起始时刻的安全性进行分析，并将安全状态划分为4种类型：严重-紧急状态、严重-非紧急状态、非严重-紧急状态、非严重-非紧急状态。其中严重-非紧急，非严重-非紧急这2种状态占比最高。该研究成果对了解中国驾驶人在高速公路上的换道行为特性，以及对建立适用于中国实际交通环境特征的换道行为模型具有一定参考意义。     

小型突发事件场景下的应急车辆优先通行策略研究

对于高峰期发生的小型突发事件, 应急车辆优先通行可能对路网造成强负外部性, 同时为保证应急车辆优先通行而采取的信号协调策略可能导致路径选择不可靠。因此, 提出1种基于双层规划模型的应急车辆优先通行策略, 综合考虑应急车辆的时效性以及交通系统的运行效率。路径选择受路径长度等物理条件以及交通状态的影响, 信号控制改变车道通行能力和上下游流量, 进而改变路网状态。以车道组饱和度作为表征路网状态的参数, 并以此联系路径选择与信号控制, 进而构建应急车辆优先通行的双层规划模型。具体地, 上层目标为应急车辆行程时间最短以保证应急车辆出行的时效性, 下层目标为信号控制对交通系统的社会车辆效益最大, 采用改进的前N条最短路径多重标号算法求解。算例结果表明: 相较于传统方案, 应急车辆行程时间增加8.7%, 对社会车辆的延误降低261%, 即应急车辆每降低1%的行程时间以交通系统增加30%的延误为代价。该方案能够以较小的应急车辆延误为代价降低高峰期交通系统较大的延误。      

基于注意力Seq2Seq网络的高速公路交织区车辆变道轨迹预测

针对交通状态复杂的高速公路交织区域，经验丰富的驾驶人能够通过正确地推断周围车辆的未来运动进行及时的车道变换，这对于实现安全高效的自动驾驶至关重要，然而目前的自动驾驶车辆往往缺乏这种预测能力。为此，基于深度学习理论，提出了一种结合注意力机制和编-解码器结构的交织区车辆强制性变道轨迹预测方法，利用Next Generation Simulation（NGSIM）数据集提取车辆变道过程中的关键特征，并引入碰撞时间（Time to Collision，TTC）和避免碰撞减速度（Deceleration Rate to Avoid a Crash，DRAC）2种风险指标，将变道车辆及其周围车辆视为一个整体状态单元，同时补全状态单元内部不同车辆在横向和纵向上的时空状态特征，从而更有效地刻画车辆间的动态交互行为；然后将不同观测车辆的连续窗口序列输入基于长短期记忆网络（Long Short-term Memory，LSTM）的编-解码器，预测交织区车辆变道的未来运动轨迹，通过添加软注意力模块，使模型能够集中聚焦于影响车辆在不同时刻下位置变化的关键信息，再现了真实交通场景下车辆的变道行为。试验验证表明：基于注意力机制的编-解码器模型与当前流行的卷积长短期记忆网络、极限梯度提升树等模型相比具有更高的轨迹预测精度，在长时域的变道轨迹拟合上有显著的优越性，为辅助和自动驾驶领域的发展提供了新思路。     

考虑驾驶人风格的换道轨迹规划与控制（双语出版）

基于自动换道控制技术中融合个性化驾驶人风格的研究，建立考虑驾驶人风格的车辆换道轨迹规划及控制模型以提高换道规划控制模型对不同风格驾驶人的适用性，在保证安全性的基础上进一步满足驾驶人的个性化需求。首先通过问卷调查的方式采集得到了212份驾驶人风格量表数据，采用主成分分析法和K均值（K-means）聚类分析法将驾驶人按驾驶风格分为激进型、普通型和谨慎型，并通过驾驶模拟器试验采集不同风格驾驶人分别在自车道前车、目标车道前车和目标车道后车影响下的换道行为数据。然后对椭圆车辆模型进行改进，以描述不同风格驾驶人的行车安全区域，并据此构建3种典型工况下不同风格驾驶人的换道最小安全距离模型，结合驾驶舒适性约束、车辆几何位置约束以及不同风格驾驶人的换道行为数据，以换道纵向位移最短为目标，实现适应驾驶人风格的换道轨迹规划。最后以基于预瞄的路径跟踪模型作为前馈量，设计基于动力学的线性二次型最优（LQR）反馈控制器，通过调节控制权重矩阵实现3种工况下不同驾驶人风格的换道轨迹跟踪。PreScan和MATLAB/Simulink联合仿真结果表明：所设计的考虑驾驶人风格的换道轨迹规划及跟踪控制模型能够实现不同驾驶风格的自动换道轨迹规划及跟踪控制，可满足驾驶人个性化换道需求。     

智能网联环境下基于安全势场理论的车辆换道模型

为有效刻画未来智能网联环境下车辆在换道过程中面临的驾驶风险,保证车辆执行更加安全的换道决策,建立基于安全势场理论的车辆换道模型。首先针对车辆换道过程中所遇到的驾驶风险进行评估,利用势场理论给出车辆行驶过程中不同运动状态下安全势场的空间分布。其次根据换道过程中相关车辆不同安全势场分布情况计算出换道结束时的车间临界距离,相比于传统的车间临界距离计算模型,提出方法能够动态刻画出车辆在不同速度、加速度条件下临界距离的变化趋势,并且能够根据车辆不同的运动状态,动态表达出车辆间临界距离的变化。在此基础上,根据智能网联环境下车辆各类运动状态能够被实时感知的特点,总结出车辆各类运动状态下需要的换道安全临界时间,最终建立基于安全势场理论的最小安全距离换道模型。最后,对模型进行数值仿真分析,仿真结果表明：车辆换道所需要的最小纵向安全距离与换道车辆以及其周围车辆的运动状态有着直接关系。在今后趋于成熟的智能网联环境下,该模型可以进一步进行扩展,利用安全势场的分布情况,对车辆换道过程进行动态实时干涉,能够为今后智能网联环境下车辆协同换道、车辆自动驾驶以及车辆群体优化控制等相关研究提供一定的理论支撑。