高速公路加速车道上车辆的汇入模型

为了揭示高速公路合流区加速车道上车辆的运行规律，利用摄像机等观测仪器对中国许多省市高速公路合流区匝道车辆的汇入特征数据进行了大量调查。在对大量调查数据进行分析处理的基础上运用微分法建立了匝道车辆的汇入模型和行驶距离模型。该模型不但解释了调查结果，而且对高速公路规划设计、控制管理等工程实践有重要的指导意义。     

考虑服务交通量的加速车道长度设置方法

高速公路加速车道的设置长度不仅取决于主路及匝道的设计速度,还与主路及匝道的交通量有关。本文给出了不同主路服务交通量下的匝道通行能力,建立了在主路不同交通负荷下的匝道车辆可直接汇入的概率计算模型。最后给出了在一定的匝道车辆汇入概率和主路服务交通量下的加速车道长度设置方法,以及不同主路、匝道设计速度和服务交通量下的加速车道长度的推荐值。     

可变临界间隙条件下的加速车道车辆汇入模型

考虑驾驶员在入口匝道加速车道上行驶过程中车辆汇入的临界间隙变化的情况,应用微分法推导求得加速车道上车辆的汇入概率模型。该模型更好地考虑了道路物理特征和主路交通状况对驾驶员汇入行为的影响,并揭示了加速车道长度、主路外侧车道车流量对于车辆汇入概率的影响规律。结果表明:当主路外侧车道流量较低时,车辆在加速车道始端较近距离内就可以寻找到可汇入间隙;而当主路流量较大时,车辆在加速车道始端汇入主路的概率大大降低。另外,随着加速车道长度的增加,驾驶员在加速车道上的汇入紧迫感下降,会导致相同位置汇入概率的降低。     

基于模型预测控制的智能车辆纵向控制研究

在ADAS的控制算法中，普遍的控制算法只能在本车道跟车，据此提出一种新方法，不仅能使车辆在本车道内跟车，还能在本车道无车的情况下，进行跨车道跟车。首先在考虑前后车辆制动距离的情况下，对车距算法进行了优化，并把其他车道的车辆通过算法投影至本车道；其次搭建了基于模型预测控制（MPC）算法的车辆离散化模型系统，对其控制参数施加约束；最后通过设置前车不同的车速和车况，在CarSim搭建车辆模型并与Matlab/Simulink联合仿真，针对车辆的纵向加速度变化的研究。     

高密度瓶颈交通流主动-回应汇入行为定义与建模

汇入行为是导致高速公路、快速路汇入区瓶颈失效的根本原因,也是引发车辆冲突、交通事故的重要诱因。基于上海虹许路汇入区高精度轨迹数据,在经典的3类汇入行为(自由、协作、压迫)分类基础上发现并定义了一类新的汇入行为:主动-回应汇入,即在目标车道插车间隙不足的条件下,汇入车辆通过横向偏移主动表达汇入意图,引发后车合作让行,从而实现汇入。由于传统的换道类型划分方法已不适用于描述瓶颈区汇入过程的复杂交互现象,因此根据汇入车辆的横向位置将汇入过程划分为4个时段,以目标车道后车让行的时段不同对4类汇入行为进行了重新划分。基于此对虹许路汇入区轨迹数据中的汇入行为进行分类,并比较主动-回应汇入行为与经典的3类汇入在汇入位置与汇入间隙变化分布的差异。进一步,采用风险空间理论判断目标车道间隙的可汇入程度,并结合混合高斯-隐马尔可夫模型实现对后车的让行意图识别,建立了主动-回应汇入模型。最后构建了瓶颈交通流仿真原型系统以验证模型有效性。结果表明:在宏观交通流层面,主动-回应汇入行为在汇入位置、速度和间隙的分布上与实证数据一致,均值没有显著差异;在个体行为层面,也能再现定义描述的"主动试探-两车博弈-回应让行"的过程。该研究成果对解析瓶颈交通流早发性失效机理、揭示汇入风险变化过程以及设计符合人类驾驶人交互特征的自动驾驶汇入策略均具有重要的指导意义。     

高速公路主线同侧连续入口最小间距研究

以高速公路互通式立交主线同侧连续合流形式为研究对象,通过对大小型车的加速特性进行分析,并基于可插入间隙理论,确定了不同匝道车道数车辆汇入主线的加速车道模型;然后通过分析驾驶员操作规律,考虑反应距离、决策距离、换道或减速距离3个方面的需求,建立了主线车辆与下游匝道汇入车辆间安全视距模型;最后确定以小型车为研究对象的加速车道长度值与换道模型确定的安全视距值之和,建立高速公路主线同侧连续入口最小间距计算模型,并提出了基于主线和匝道设计速度、入口匝道车道数的高速公路主线同侧连续入口最小间距指标值。研究成果是对我国有关规范和设计细则的完善和补充。     

高速公路加速车道长度设计与车辆汇入模型研究

为了探讨加速车道长度对高速公路主线交通流的影响,利用可接受间隙理论,分析上匝道合流区通行特性和通行能力;基于最小车头时距,研究了加速车道上车辆汇入高速公路主线的概率;以高速公路主线和加速车道的车流量、最小车头时距等参数为基础,优化了高速公路加速车道长度设计方法,获得了入口匝道交通流控制模型.结果表明:运用该方法设计高速公路加速车道长度,控制入口匝道交通流,在高速公路主线车流量不变的情况下,入口匝道车流量比传统方法增加了近1倍.     

不同渗透率下非信控交叉路口混合预约多车协同控制EI北大核心CSCD

预约式方法是解决非信控交叉路口多车协同控制问题的经典方法。传统预约式方法通常假设路口中仅存在智能网联车辆(intelligent and connected vehicle,ICV),缺少对人类驾驶车辆(human-driven vehicle,HDV)和ICV并存情况的讨论。本文基于预约式方法,针对ICV与HDV混行的非信控交叉路口协同控制方法展开研究,并探究ICV渗透率变化对非信控交叉路口通行效率的影响。首先,对混合交通流下非信控交叉路口进行功能区域划分,并提出混合预约多车协同控制架构;其次,基于预约式方法制定考虑HDV驾驶行为特性的混合预约多车协同控制策略,包括ICV单元格预约策略和ICV速度控制策略;最后,基于SUMO/Python搭建非信控交叉路口混合交通联合仿真平台,以路口通过率和路段平均速度为评价指标,在ICV渗透率分别为100%、90%、60%和30%的情况下进行不同交通流量下的仿真验证。结果表明,所提出的控制策略能保证所有车辆安全通过交叉路口,且非信控路口通行效率随ICV渗透率的提高而提高。     

高速公路施工区信号汇入控制研究

为减少高速公路施工区由于车道封闭而形成的局部瓶颈路段,使得行驶车辆安全平稳通过施工区,在国内外高速公路施工区汇入控制策略研究的基础上,结合交通流理论对信号汇入控制进行分析和优化,并利用交通仿真技术对比分析常规汇入控制和信号汇入控制效果,研究发现信号汇入控制可以显著提高施工区单位时间的交通通过量,降低每辆车的平均延误和平...     

基于线性自抗扰控制的自动驾驶车辆纵向加速度控制算法研究

为提高自动驾驶车辆纵向加速度控制算法的鲁棒性,基于电动汽车纵向加速度系统仿射模型,提出了具有双观测器结构的线性自抗扰加速度跟踪控制算法,并通过带有遗忘因子的递归最小二乘法对阻力模型进行在线辨识,实现了驱动电机与制动系统之间的协调切换。通过搭建硬件在环(HIL)仿真平台对设计的控制算法进行了鲁棒性和实时性验证,结果表明,所提出的控制算法能够实现对加速度信号快速、稳定跟踪,能够在车辆纵向动力学模型未准确建模状态下对纵向加速度进行有效控制。     

混合交通下非信控交叉口队列预约式控制

目前针对非信控城市交叉路口场景进行智能网联汽车（ICV）协同控制的研究中,多假设100%的ICV市场渗透率条件,较少考虑人类驾驶车辆（HDV）对系统的影响。本文旨在解决HDV和ICV并存的混合交通条件下非信控交叉口协同控制问题,并探究渗透率对系统性能的影响。首先,提出了适用于混合交通条件的队列预约式分层控制架构,其上层分配各车辆通过路口的时刻,下层负责执行,并进行速度轨迹规划。接着,基于队列预约方法分别制定ICV和HDV的控制和调度策略。最后,在不同ICV渗透率和车流量下进行仿真对比。结果表明,在10%～100%渗透率和每车道车流量400～1 000 h-1的工况下,与感应式信号灯控制方法相比,所提出的方法可有效提升交叉口的通行效率,降低车辆平均油耗。     

基于蒙特卡罗模拟的平行式加速车道长度模型

为了研究车辆合流过程需要的平行式加速车道长度问题,在分析车辆合流过程的基础上,考虑道路运行和设计属性、驾驶员属性、车辆属性及合流车辆汇入过程随机属性,结合运动学模型和可接受间隙理论模型,以汇入过程随机属性为突破口,根据合流车辆的相对位置,建立了基于动态汇入过程的平行式加速车道长度计算模型。通过蒙特卡罗模拟进行仿真,将适宜百分位数的长度确定为加速车道长度,实现了模型的求解。最后通过案例分析介绍了模型的使用方法,案例结果大于规范推荐值,证明模型具有一定的适用性。     

快速路入口匝道车辆汇入决策模型研究

快速路合流区交通行为复杂,车辆行驶轨迹不固定,导致车辆行为难以预测.为了深入研究入口匝道车辆汇入决策发生条件,在不做任何理想化假设的情况下,对平峰、高峰期间快速路合流区汇入车辆行驶数据进行全区域采集.通过统计合流区车辆汇入间隙频率分布来分析汇入行为发生条件.发现高峰与平峰汇入间隙差别明显,初步判断外侧车道高峰临界间隙约为3s,平峰临界间隙约为2s.在此基础上,梳理高峰期间数据,筛选出对车辆汇入决策影响较重要的变量,建立高峰匝道车辆汇入决策Fisher判别[1]模型.最后,对所建立模型进行交叉验证,发现模型准确率可达87％.     

考虑道路因素的智能车辆纵向运动决策与控制研究

针对智能车辆纵向运动时的交通道路适应性问题,考虑路面附着系数和前车运动速度等因素,研究了智能车辆纵向运动决策与控制方法。论文研究了基于车头时距的纵向运动决策方法并建立不同驾驶行为的目标车速模型,运用变论域模糊推理算法设计了目标加速度模型。基于纵向动力学模型,运用自适应反演滑模控制算法建立了驱动控制器和制动控制器。对高附着系数路面和低附着系数路面的行驶工况进行仿真试验验证,结果表明,在不同的附着系数路面和前车变速行驶条件下,智能车辆能实时、合理地决策目标车速、目标加速度,实现安全、高效、稳定的跟驰。     

智能网联汽车运动规划方法研究综述

分析了近年来智能网联汽车(Intelligent Connected Vehicle, ICV)运动规划方法的研究,根据规划时空尺度和任务目标,将ICV运动规划细分为路径规划、路线规划、动作规划和轨迹规划4级子任务,回顾了各级子任务中智能网联技术的研究和应用现状;探讨了ICV中驾驶人行为特性及其对运动规划结果的影响;从技术背景、研究场景、算法流程和应用理论4个方面,提出ICV运动规划方法研究的未来发展方向。结果表明:由于ICV主要依赖车辆网联信息规划运动路径,而路网中同时存在不同网联等级的ICV,这将增加路径规划问题的求解难度;现有ICV路线规划模型较少考虑周边多车运动状态以及路段车道设置情况,将现有算法与微观交通流模型相结合有助于解决此问题;ICV中人机协同及任务切换领域已出现诸多研究热点,如城市道路上换道与转弯动作规划、ICV引导非网联车辆行驶等问题;借鉴驾驶人行为模式规划ICV运动轨迹已成为研究共识,但是车-车、车-路网联信息在此领域的应用仍然有限;采用反馈-迭代的方法进行ICV运动路线和动作协同规划、运动规划和轨迹跟踪控制有助于获得全局最优的运动规划结果和车辆控制策略;根据具体规划任务特点选择构建ICV运动规划模型的基础理论,有助于发挥各类理论的优势,提升规划算法的灵活性和适用性。     

高速公路车道分配与入口多匝道协同控制方法

为提升多车道高速公路主线合流区通行效率，由于主线合流区各车道交通特征差异，针对多条匝道相互合流再一同汇入主线的情况，分析了主线合流区流量均衡状态、各车道饱和状态和匝道流量对通行效率的影响，提出了多车道高速公路车道分配与入口多匝道协同控制模型，主要通过主线车道控制引导上游主线车辆提前选择合适车道行驶，同时采用入口多匝道控制协调匝道合流区各汇入匝道车辆的驶入，实现主线和匝道的通行效率最大化提升。仿真验证及工程应用结果表明：通过主线车道控制引导上游主线车辆尽量选择内侧车道行驶，尽管会增加内侧车道行驶车辆的车均延误，但明显降低了主线和匝道的整体车均延误，说明主线车道控制与入口多匝道控制相结合对合流区通行效率提升优势明显，且主线合流区各车道流量均衡有助于提升入口匝道汇入效率。     

高速公路作业区汇入提示标志设置研究

考虑驾驶员在作业区上游过渡车道上行驶的过程中,车辆可汇入相邻车道的临界间隙的变化情况,减少作业区警告区末端由于汇入产生的冲突,提出设置汇入提示标志。利用M3分布模型与间隙接受理论,通过微分方法得到次车道上车辆的汇入概率模型。利用该概率模型,得到了在不同交通流状态下的汇入提示标志设置距离,同时对影响汇入概率的交通流参数进行了分析。计算结果表明：当自由流比例及车速均相同时,设置距离随交通流量增大而增大;而当车速与交通流量均相同时,设置距离随自由流比例增大而减小;当自由流比例与交通流量均相同时,设置距离随车速增大而增大。因此应结合作业区的限速值进行汇入提示标志的设置。     

基于中心差分卡尔曼滤波的车速估计研究

针对车辆行驶过程中车速估计问题,论文基于中心差分卡尔曼滤波理论设计了车速的估计算法。建立了非线性三自由度车辆估算模型,根据纵向加速度、侧向加速度和方向盘转角低成本传感器信号的信息融合,实现对车速的准确估计,应用CarSim与Matl ab/Simulink联合仿真实验对算法进行验证。结果表明:估计算法能够准确估计车辆行驶过程中的纵向车速、侧向车速和质心侧偏角。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。     

高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法

为解决两侧新建模式下高速公路枢纽互通改扩建期间形成的匝道左入导改点，存在的合流区车辆速度离散程度高、匝道车辆左入汇入主线风险隐患突出、S型切换车辆加速条件受限等问题，通过分析左入导改点车辆运行特征，提出了高速公路改扩建分离式立交左入导改匝道控制方法，包括入口匝道控制、速度引导、碰撞预警等主动交通控制策略，以确保在左入汇入合流区处匝道上车辆行驶速度与主线内侧车道上车辆接近，提升匝道左入汇入行车安全水平。甬台温高速公路改扩建工程(三门麻岙岭至临海青岭段)的吴岙枢纽互通实践效果表明，在枢纽互通改扩建期左入导改点实施主动交通控制，有利于保障行车秩序、降低合流区速度离散性、提升交通安全水平。