车辆跟驰模型参数标定中的性能指标选择

为揭示性能指标选择对跟驰模型参数标定结果产生的影响,基于美国I-80公路实测数据,针对Gipps,IDM和Newell三个主流跟驰模型,通过选取不同的性能指标参数,以绝对误差RMSE和相对误差U系数作为目标函数分别对上述3个跟驰模型的参数进行标定,并对标定过程中误差产生的原因进行定性及定量的分析。结果表明:在选择性能指标标定跟驰模型参数效果方面,车头间距优于跟驰车速度;此外,在优化求解过程中发现,单个观测间隔内跟驰车行驶过的位移是最基本的物理量;相对于跟驰车速度,选择车头间距作为性能指标参数虽然在一定程度上降低了单个间隔内跟驰车行驶位移的拟合度,但却保证了实测数据从整体上更准确地表征车辆的跟驰过程;因此,车头间距时间序列能够更好地代表跟驰车的跟驰运动行为,以车头间距作为性能指标对跟驰模型参数进行标定能够提高模型的可靠性和准确性。     

基于自然驾驶数据的中国驾驶人城市快速路跟驰模型标定与验证

为了评估既有跟驰模型在仿真中国驾驶人跟驰行为方面的表现,对5种代表性跟驰模型进行参数标定与效果验证。基于"上海自然驾驶研究项目"采集的60位驾驶人、累计超过16万km的实际驾驶行为数据,根据雷达、车辆总线数据自动提取2 100个城市快速路稳定跟驰行为片段;采取5-折交叉验证法划分标定与验证数据集,即将每位驾驶人的50个跟车片段随机划分成5个不相交的子集（每个子集包含10个跟车片段）,其中4个子集作为标定数据集,剩下的1个作为验证数据集,依次轮换标定数据集与验证数据集5次,展开5次模型标定与验证。基于标定数据集,采用遗传算法对Gazis-Herman-Rothery、Gipps、智能驾驶人、全速度差（FVD）以及Wiedemann模型进行参数标定;基于验证数据集,评估5种模型在预测两车间距方面的精度。结果表明：FVD模型在5种模型中表现最佳,具有最小的误差（21%）和误差标准差;相对于微观交通仿真软件VISSIM中所采用的Wiedeman模型,FVD模型具有精度高、易于标定、对不同驾驶人鲁棒性强3个优势,更加适应于仿真中国驾驶人的跟驰行为。研究结果对于开发适合于中国驾驶人与道路交通环境特征的跟驰模型及微观交通仿真系统具有重要价值。     

信号交叉口集聚车辆跟驰模型

为验证优化速度模型和广义力模型在模拟信号交叉口停车跟驰行为方面的适应性,在试验分析基础上提出考虑信号灯作用的跟驰模型,分别基于现有优化速度模型和广义力模型构建模拟系统对信号交叉口的停车跟驰行为进行仿真,分析其存在的问题及原因;采用实测数据标定广义力模型的参数,分析标定后模型的适应性;通过试验分析构建信号交叉口停车跟驰模型需考虑的因素并构建1个新的跟驰模型。结果表明:现有优化速度模型不适合描述信号交叉口的停车跟驰行为;重新标定的广义力模型仍存在倒车问题;新提出的跟驰模型能够避免倒车问题且能够很好地拟合实测数据。     

智能网联环境下基于安全势场理论的车辆跟驰模型

为有效刻画未来智能网联环境下交通流微观跟驰行为，以更加精确地进行车辆的运动决策，建立了基于安全势场理论下的车辆跟驰模型。模型以势场理论为基础，首先阐述了交通环境中安全势场的客观性、普遍性以及可测性，然后通过引入加速度参数对既有安全势场模型进行改进，改进后的安全势场模型能够有效刻画出在不同速度、加速度值下车辆安全势场的变化趋势。在分析安全势场变化基础上，构建的车辆跟驰模型强化了加速度参数对车辆跟驰行为的影响，由于不同速度、加速度信息在智能网联环境下车辆可以实时获取，因此该模型可应用于未来智能网联环境中。此外，在模型参数标定过程中，通过对NGSIM数据进行筛选，得到含有较多减速停车以及启动加速状态的轨迹数据，共筛选得到412组NGSIM真实跟驰车对数据，并最终利用人工蜂群算法对该模型进行参数标定。为评估模型仿真效果，选择OVM模型、IDM模型与本文模型进行比较，并选取均方根误差RMSE和平均绝对百分误差MAPE为参数标定结果评价与验证的指标，结果表明，建立的基于安全势场理论的车辆跟驰模型具有良好的精度，适用于描述考虑加速度参数条件下的跟驰行为，可为今后智能网联环境下车辆微观驾驶安全决策、交通流中观安全势场分布、交通流宏观状态估计等奠定理论基础。     

对智能驾驶员模型的改进及其应用

传统的跟驰模型在自由流附近不能得到车辆以自由流速度行驶的结论,分段描述的模型解决了这个问题,却破坏了模型的统一性和简单性.智能驾驶员模型(IDM)能够以较少的参数和统一的形式描述从自由流到拥堵流的车辆行为.然而IDM模型在期望距离非负和反应时间问题上存在缺陷,改进了这2点不足.并在分析模型特性的基础上采用北京实测数据,标定了该模型,并应用这个模型研究了快速路出口车队遇到下游信号灯路口后排队和拥堵的产生机制.     

对智能驾驶员模型的改进及其应用

传统的跟驰模型在自由流附近不能得到车辆以自由流速度行驶的结论,分段描述的模型解决了这个问题,却破坏了模型的统一性和简单性.智能驾驶员模型（IDM）能够以较少的参数和统一的形式描述从自由流到拥堵流的车辆行为.然而IDM模型在期望距离非负和反应时间问题上存在缺陷,改进了这2点不足.并在分析模型特性的基础上采用北京实测数据,标定了该模型,并应用这个模型研究了快速路出口车队遇到下游信号灯路口后排队和拥堵的产生机制.     

基于分子动力学的跟驰特性及其模型

为更好地研究车辆跟驰特性,缓解道路交通拥堵,在车辆跟驰行为受前导车和道路环境等影响的基础上,将单车道道路虚拟为一维管道,道路上的跟驰车辆抽象成相互作用的分子。考虑需求安全距离和期望速度2个影响因素,基于分子动力学构建车辆相互作用势和分子壁面势函数,并建立基于相互作用势函数的分子跟驰模型,给出跟驰车辆的加速度模型。在实际交通环境中建立视频采集试验路段,采集试验路段不同点位的交通流样本,从视频中获得模型所需数据,并将数据分为两部分,一部分用于参数标定,其余用来模型验证。将车辆运行状态分为常态行驶、起动加速和减速停车3种。根据实测交通数据分别对3种车辆运行状态下的经典GM模型和分子跟驰模型进行参数标定,选取3种不同运行状态下的试验数据各3组,代入标定后的分子跟驰模型与经典GM模型计算模型输出加速度,并与实测加速度进行误差分析对比,结果表明,分子跟驰模型输出加速度与实测加速度之间的误差,总体上比经典GM模型要小,而且根据绝对误差方差显示,分子跟驰模型较经典GM模型稳定性更高。选取有代表性的一组跟驰过程进行数据绘图,对比可以看出分子跟驰模型输出加速度与实测数据变化趋势几乎一致,其拟合效果比经典GM模型更好。     

期望车头间距的混沌模型研究

通过对跟驰车队刺激———反应过程以及人车单元组合的微观特性分析,说明跟驰车队中具有产生混沌现象的必要特征。首先运用数学方法给出4种期望车头间距理想模型,将Rossler混沌吸引子模型分别引入4种模型中,然后选择能更好地描述实际交通流状态的期望车头间距模型,并利用高精度车载GPS设备在城市快速路上采集的实测跟车数据对该模型进行标定和验证后,认为改进的期望车头间距模型能更好地反映实际交通流的跟驰特性。     

小样本下基于迁移学习与LSTM的雾天高速公路车辆跟驰模型

由于在现实生活中能够采集到的不同雾天等级的高速公路车辆跟驰样本有限,导致雾天跟驰模型精度不佳,为此在长短时记忆神经网络（long short-term memory,LSTM）跟驰模型的基础上,采用迁移学习（transfer learning,TL）方法来提升雾天跟驰模型的性能。利用驾驶模拟实验平台搭建高速公路雾天与正常天气2种实验场景进行驾驶模拟实验,获得296组正常天气下（源域）的跟驰样本与100组雾天下（目标域）的跟驰样本。提出了基于最长公共子序列（longest common sequence solution,LCSS）的迁移样本选择方法,从源域中选出100个样本迁移至目标域中,通过扩大训练样本提升LSTM从源域、目标域特征到目标域输出的端对端泛化学习能力,得到雾天高速公路车辆跟驰模型。为对比所提样本迁移方法对LSTM模型的效用,将LSTM-TL模型与训练样本全部来源于源域的LSTM-S模型和训练样本全部来源于目标域的LSTM-T模型进行对比,LSTM-TL模型的均方误差、均方根误差和平均绝对误差比LSTM-S模型分别减小47.5%、27.7%和46.5%,比LSTM-T模型...     

基于车头间距变量的通行能力理论模型

从车头间距构成的理论分析入手,考虑了跟驰时间变量和车速随机分布的特性,建立了跟驰时间模型和车头间距随机项模型,进而建立了改进的车头间距模型,在此基础上建立了改进的通行能力模型,以《HCM2000》中的高速公路临界速度数据作为评定标准标定模型的参数,并计算确定理论通行能力值,该值与《HCM2000》中的通行能力值相差很小,证明该模型能够拟和实际的道路交通流情况,同时分析了最大跟驰时间和速度均方差对通行能力的影响,最后采用城市主干道的调查数据对模型进行了标定和验证,验证结果表明,该模型经过标定后可以拟和城市道路的交通流状况,进一步说明了模型的实用性。     

雾天驾驶人车辆操纵行为特性及其与追尾风险相关性分析

为分析驾驶人在雾天环境下的车辆操纵行为特性及其与追尾风险的内在关系,设计并开展驾驶模拟试验,采用方差分析,混合效应模型等对晴天、雾天2种环境下驾驶人的车辆操纵行为特性进行对比分析,并利用相关性分析及二元Logistics回归模型对避撞过程中行为间的相互作用及其与追尾风险间的关系进行挖掘.结果表明:雾天环境下驾驶人的车道...     

雾环境下高速公路驾驶人跟驰行为研究

雾环境下驾驶人行车与正常天气相比，在低能见度下视觉参照物较少，驾驶人更倾向于跟驰行驶。为研究雾环境下高速公路驾驶人跟驰行为，以真实雾环境下实车试验方式，选择多条高速公路作为试验路段，以Smart Eye眼动仪获取车辆在雾环境下高速公路驾驶人视觉参数，包含驾驶人注视区域、注视角度、注视持续时间、瞳孔直径、扫视速度以及扫视幅度等，以归一化方法对驾驶人注视重心进行分析，研究不同能见度下驾驶人的跟驰需求，并通过对雾环境下上述视觉参数进行规律总结。对雾环境下驾驶人跟驰特性进行统计及分类，将跟驰行为划分为主动、半主动、半被动以及全被动跟驰；通过分析雾区低能见度下驾驶人跟驰行驶条件，引入多维偏好理论及后悔理论，进行驾驶人跟驰决策模型构建，并基于差分法对模型进行参数标定及验证。研究结果表明：驾驶人在1次跟驰动态过程中，正常车道保持时驾驶人扫视速度较低，而当处于车道调整时，驾驶人扫视速度存在较大波动，且平均扫视速度较高，低能见度下驾驶人注视点转移速度27.0 （°）·s^-1明显低于晴好天气的52.0 （°）·s^-1；驾驶人在跟驰过程中，能见度对驾驶人跟驰时的视觉特征有显著影响，通过跟驰模型构建可为后续雾环境下车辆跟驰前后车距及车速预测提供理论支撑。     

基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略研究

为实现车辆自主避撞,改善道路交通安全状况,提出一种基于线性路径跟踪控制的换道避撞控制策略。为实时确定制动和换道时机,获取跟车状态下自车和前车车速、加速度、相对距离以及驾驶人制动反应时间计算制动安全距离和换道安全距离,并在此基础上分别引入制动危险系数B和换道危险系数S评估制动与换道风险,使得车辆发生追尾碰撞的危险程度和主动干预阈值更直观。根据车辆期望横向加速度和期望横向位移的变化特性,采用5次多项式法规划符合驾驶人换道避撞特性的避撞路径。为保证换道避撞过程中驾驶人的安全舒适,采用最大横向加速度约束换道避撞轨迹。为实现对换道避撞路径的线性跟踪控制,保证车辆的操纵稳定性和横摆稳定性,基于车辆稳态动力学模型建立前馈控制,结合线性反馈控制消除换道路径的位置和横摆角偏差,修正参考路径实现直车道场景追尾避撞控制。仿真和实车交叉验证试验表明：根据车辆期望横向加速度和期望横向位移建立的符合驾驶人换道避撞特性的五次多项式换道路径与驾驶人实际换道避撞路径基本吻合,结合碰撞时间和车间时距的制动避撞控制策略能够在保证车辆行驶安全舒适性的同时有效避免车辆追尾碰撞,减少交通事故的发生。     

网联车对抗神经网络跟驰模型

针对当前混行交通流场景下网联车对前车速度变化的实时性、安全性和车队稳定性较差的状况,提出一种由生成模型和辨别模型构成的网联车生成式对抗网络车辆跟驰模型(GANVFM).其中,生成模型提取跟驰参数中的前车速度、跟驰车速和相对车距计算生成加速度;辨别模型对生成模型生成的加速度参数进行相似度计算,并通过更新函数加以更新.采用...     

智能网联车辆交通流优化对交通安全的改善

为改善常规驾驶车辆交通流追尾碰撞交通安全状况,提出智能网联车辆（Connected and Automated Vehicles,CAV）与常规车辆构成的混合交通流车队稳定性优化控制方法。基于全速度差模型,应用集成速度与加速度的多前车反馈构建CAV跟驰模型,考虑CAV混合交通流车辆空间分布的随机性,将各类型局部车队稳定性作为优化目标,以局部车队头车速度扰动为系统输入,以尾车速度扰动为系统输出,应用经典控制理论领域的传递函数法推导局部车队稳定性约束条件;分析关于平衡态速度与CAV反馈系数的车队稳定域,以各类型局部车队能够在任意平衡态速度下均稳定为控制目标,对CAV反馈系数输出进行优化控制;设计高速公路上匝道交通瓶颈数值仿真试验,在不同CAV比例等多种条件下,分析CAV混合交通流优化控制对交通流车辆追尾碰撞风险的影响。研究结果表明：CAV混合交通流优化控制可降低车辆追尾碰撞风险,在碰撞时间阈值小于2 s时,100%比例的CAV交通流可将交通流的车辆追尾碰撞风险降低85.81%以上;在碰撞时间阈值大于2 s时,追尾碰撞风险可降低48.22%～78.80%。所提优化控制方法可有效降低CAV车队优化控制的复杂性,为大规模CAV背景下的混合交通流优化控制以及车辆追尾碰撞交通安全提升策略提供直接理论参考。