基于分子动力学的车辆换道交互行为特性及其模型

传统换道模型中,把前后临界空隙作为参数固定数值,忽视了车辆和车道间的动态交互作用等因素.从分子动力学角度,系统考虑跟驰需求安全特性,从动态的需求安全距离角度研究车辆在“跟驰—换道—跟驰”过程中的行驶状态转换.确保在换道完成时,换道车辆和目标车道后车能以需求安全距离进行跟车行驶,建立了模拟分子动力学的期望安全间距模型,并对模型进行了仿真分析.结果表明,分子动力学特性模型可以把跟驰行为和换道行为很好地结合起来.研究成果为分析车辆运行交互特性,车辆可变限速技术,自适应巡航控制技术等提供理论依据和技术支撑.     

高速公路车辆换道行为风险研究

换道作为车辆的基本驾驶行为之一,对道路上车辆的运行安全有着至关重要的影响.针对高速公路上换道行为导致事故频发的现状,通过对换道车辆及其相邻车辆在换道过程中的运行特征及位置、速度关系进行分析,构建车辆安全换道模型.研究结果表明:通过对不同换道特征的换道行为进行MATLAB仿真,可确定车辆之间的不同速度、加速度情况及驾驶员反应时间下的动态安全距离,以此来确定换道安全和风险的动态临界阈值,为自动驾驶换道预警系统提供理论上的支撑.     

基于运动学的换道安全间距研究

通过建立基于运动学理论的换道模型并分析主车与原车道前车及目标车辆前后车的速度、加（减）速度及安全距离,研究车辆换道行为的安全性。研究结果表明：车辆在进行换道过程中,换道时间由车道及车辆的宽度、驾驶速度、纵向加速度及驾驶员的特性有关系。研究结果可为车辆安全换道决策提供重要依据。     

车辆换道行为建模的回顾与展望

微观交通仿真工具在智能交通领域中发挥着越来越重要的作用,而换道模型则是微观交通仿真工具中最重要的组成部分.本文将换道模型按其应用分为自动巡航控制模型与计算机仿真模型.系统回顾了计算机仿真模型中的换道决策模型与换道执行模型.换道决策模型主要包括:规则模型、离散选择模型、人工智能模型、马尔可夫模型、生理—心理模型及生存模型;换道执行模型主要包括:运动波混合模型和元胞自动机模型.针对各个模型分别阐述了其研究对象、模型结构、参数标定及其模型的应用.最后,展望了换道行为建模未来的研究方向,为建立适合中国的换道模型提供参考.     

基于GMM-CHMM 的城市道路换道行为识别

高级驾驶辅助系统(ADAS)是提高车内乘员安全性的主动安全系统之一,将车载参数和车辆位置参数相结合,提出一种能够应用到ADAS的城市道路换道行为识别模型. 在西安城市道路环境中进行实验,采集18 位驾驶员的9 个车载实时参数数据,以及前后车辆间的相对速度、相对距离、相对角度,提取412 个换道行为单元和824 个车道保持行为单元,共 88 992 条数据. 运用数理统计方法分析表明,方向盘转角、转向角速度、相对安全距离比在换道行为和车道保持行为之间有显著性差异,在这3 个特征参数的基础上,建立混合了高斯混合模型(GMM)和连续型隐马尔可夫模型(CHMM)的识别模型,用部分样本对模型效能评价. 结果表明,混合模型对换道行为的识别精度为93.6%,具有良好的识别效果,可以很好地应用到 ADAS.     

车路协同环境高速公路瓶颈车辆换道引导方法

高速公路由于交通事件的发生,常产生瓶颈区域致使车辆频繁换道.为提高高速公路瓶颈区车辆通行效率与安全性能,讨论车路协同环境的优越性,提出了车路协同环境下高速公路瓶颈车辆换道引导方法,通过建立离散选择模型的形式定义传统车辆与智能车辆的换道考虑因素,根据车辆所处位置定义自由换道与强制换道的效用函数,考虑宏观交通流不同渗透率下的速度密度关系,求解期望换道概率并将其引入考虑横向交通流的元胞传输模型以模拟宏观交通流换道行为,从而对瓶颈上游的智能车辆进行引导.利用车辆换道引导方法对宏观交通流进行数值仿真,并设置5组不同渗透率下的交通流.研究结果表明:车路协同环境下不同渗透率的交通流经过瓶颈区的总行程时间均有所减少,渗透率为1时对应的总行程时间最小,为296.21 s,渗透率为0.4变为0.6时总行程时间减小幅度最显著,为8.3％;渗透率为0.8变为1时总行程时间减小幅度最小,为2.7％,因此利用该引导方法对渗透率为0.6的交通流进行引导,其效果最显著.在使用引导方法后,各车道密度趋于均衡,能有效缓解瓶颈区向上游传播的堵塞波.     

基于元胞自动机的竞争型换道模型

为研究车辆在换道过程中存在的互不相让、相互竞争的现象,运用元胞自动机理论,提出一种竞争型的换道模型。首先,将换道分为换道需求判断和换道实施过程两部分;然后,在需求判断中引入邻车道速度累积优势,在换道实施过程中引入竞争程度定义换道新规则;最后,在不同交通密度下对竞争换道模型进行仿真,并与自由换道和协作换道进行对比分析。结果表明：不同密度下协作换道模型得到的车流量和车辆平均速度均高于其他换道模型;在一定密度范围内,竞争换道得到的车流量和车辆速度比自由换道高;但当密度较高时,竞争换道对车辆的速度以及交通密度可能产生负面影响。这说明协作换道能提高车辆速度,有效缓解交通阻塞;而竞争换道对车辆速度的提升不明显,并且采用竞争换道对交通流有影响,有时可能会降低道路的通行能力。     

基于分子动力学的车流运行动态特性及其模型

车辆跟驰行为受前导车和道路环境等的影响,将车辆抽象成相互作用的分子,基于分子动力学构建相互作用势函数,建立基于相互作用势函数的分子跟驰模型.采集试验路段不同点位的交通流样本,从视频中获得所需数据,并对加速度波动特性进行分析.将车辆运行状态分为常态行驶,起动加速和减速停车3种,根据实测交通数据对3种车辆运行状态进行模型参数标定,同时对分子跟驰模型进行稳定性分析验证,结果表明,相对于经典GM模型,分子跟驰模型稳定性更好,对实际交通状态拟合程度更高.     

基于时域卷积网络与注意力机制的车辆换道轨迹预测模型

精准的车辆轨迹预测模型可以为自动驾驶车辆提供其周围车辆的准确运动状态信息,进而判断本车与周围车辆短期内是否有发生冲突的可能性。本文提出一种基于时域卷积网络与注意力机制(Temporal Convolutional Networks with Attention mechanism,TCN-Attention)的车辆换道轨迹预测模型。该模型以时域卷积网络作为当前输入的特征提取器,利用时间与空间注意力机制使模型在不同时间和空间位置之间建立动态关联,更准确地捕捉车辆之间的动态时空相关性,实现准确预测车辆换道轨迹。与传统单一车辆轨迹特征输入不同,本文通过对输入特征进行多维扩充与融合,进一步提高了轨迹预测准确率。此外,本文提出一种换道执行起止时刻定义方法更准确地确定数据集中的换道起止时刻。实验表明,本文所提模型能以高准确率预测变换车道轨迹,在整体效果上优于其他深度学习模型,与ConvLSTM (Convolution Long Short-Term Memory)相比,TCN-Attention的平均绝对误差(Mean Absolute Error,E_MAE)降低了69.8...     

考虑排队阻滞和换道的改进宏观交通流模型

考虑路段上车辆换道及交叉口处排队阻滞作用,对交通流宏观演化模型进行改进.首先在排队中考虑不同车道的速度、密度差异,建立了换道模型;然后在交叉口内部划分各流向排队车辆的累积路径,分析不同的排队溢出位置对其他车流的阻滞影响;综合考虑车辆换道及交叉口处阻滞影响,建立了改进的车道组宏观交通流模型;最后设计仿真实验对模型进行验证.结果表明,在高流量需求下,本文模型能够模拟出下游的排队溢出对其他车流的阻滞影响;且在低中高3种不同的流量需求下,改进模型计算结果与仿真输出的驶离流量基本相符,与原有模型相比精度更高;由此证实了改进模型的准确性.     

合流区竞争与协作换道判定方法与特性研究

为提高换道模型的精确性,基于接受间距、车头时距和碰撞时间三指标构建了竞争与协作换道行为的定量判定方法。首先,系统阐述了该方法的实施过程;然后,基于快速路合流区的车辆运行轨迹数据,通过实验验证了该方法的适用性;最后,对道路资源有限条件下的竞争与协作换道行为特性进行了统计分析,着重探讨了接受间距与相对速度关系、换道时间、后随车最大速度变化和加加速度等外显特征,并得到了不同接受间距下的竞争与协作换道概率。研究表明：所提竞争与协作行为的判定方法,能有效识别复杂环境中的换道行为类型;竞争与协作换道的接受间距均服从正态分布,在间距小于8m时,竞争换道发生概率随间距增大而增大,之后则随间距增大而减小;间距大于20m时,协作换道概率达到92.4%,竞争换道概率小于10%。     

基于车辆碰撞约束的换车道安全分析

车辆的行驶行为可分为自由行驶、跟车行驶和换车道行驶等三种不同行为。换车道行驶过程中,车辆容易发生侧刮、对向相撞、追尾等交通事故。根据车辆运动规律,提出了换车道过程中三个避免碰撞约束条件,选择运行速度和加速度为安全评价指标,通过二阶加法评价方法计算危险系数,确定了不同换车道危险系数的安全等级,并以某山区高速公路为例,阐述了换车道安全评价的分析与应用。     

交叉口禁止变换车道线长度计算方法

基于排队理论,提出一种以等候信号放行车辆排队的平均长度为依据来计算交叉口进口道禁止变换车道线长度的方法,包括交通数据的采集、交通量的换算、排队车辆数的计算以及平均排队长度的计算,并结合具体实例,与根据现有方法计算得到的结果进行比较.     

四车道高速公路部分占用超车道交通控制区交通特性及通行能力研究

针对四车道高速公路部分占用超车道交通控制区开展研究,得到交通控制区各主要区段行车道和超车道上的流量分布曲线,换道方向与换道率曲线,速度分布曲线,标定 Greenshields 模型并据此确定各主要区段的道路通行能力. 研究结果表明：当交通量处于较低水平时,超车道的利用率较低,只有正常水平的20%左右,此时应对车道划分、车道设置及交通控制方式等进行优化调整;较低交通量水平下,交通控制区的平均车速、运行速度等均较高,宜使用运行速度作为限速值的取值依据;施工作业区段的道路通行能力只有正常路段的 89%左右,在保障交通安全的前提下应着力提高瓶颈路段的道路通行能力,并将瓶颈路段的断面通行能力作为是否进行强制分流的依据.     

基于随机效用理论的城市道路车辆自由换道行为研究

为深入分析城市道路驾驶员换道行为的影响因素,基于大连市西南路路段的车辆运行轨迹 数据,引入随机效用理论,建立了城市道路车辆自由换道模型,并对模型进行了标定和验证,且 应用弹性理论定量分析了换道概率对不同因素的敏感度。结果表明,所建模型可以较好地预测车 辆的自由换道行为;驾驶员换道决策对本车与当前车道前方车辆之间的车头间距最为敏感;相对 于当前车道前方空隙的刺激,相邻车道驾驶环境的诱惑对驾驶员换道决策的影响较小,说明在前 方无不利刺激（狭小的驾驶空间或加速空间） 的情况下,驾驶员在行驶过程中倾向于保持在当前 车道。该研究结果可进一步应用于城市道路换道行为的微观仿真研究中,以提高其仿真精度。