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基于元胞自动机的自动-手动驾驶混行交通流特性研究

于建峰  
【摘要】:随着自动驾驶技术的发展自动驾驶车辆上路已经成为现实,可以预见在不久的将来,自动车辆的比例会逐渐提高,自动驾驶车辆的混入对高速公路交通流的运行肯定会产生巨大的影响,因此研究高速公路自动-手动驾驶混行交通流的交通流特性就显得十分重要。论文以研究自动-手动驾驶混行交通流特性为目的,借助元胞自动机理论,构建高速公路自动-手动驾驶混行交通流双车道模型,然后应用Matlab软件进行模拟仿真,对自动-手动驾驶混行交通流运行特点以及安全特性进行了研究。本文主要工作如下:(1)在分析了自动驾驶车辆的运行特点以及混行交通流运行过程中的换道机理,在改进型TSM模型的基础上重新修订了手动驾驶车辆安全速度的计算方法同时引入更加弹性灵活的换道规则,建立新的自动-手动驾驶混行交通流模型。在此基础上研究了自动驾驶车辆不同期望车头时距、不同混行比例以及不同换道概率对交通流的影响。仿真结果表明:在自动驾驶车辆比例一定的条件下,自动驾驶车辆的期望车头时距越小,道路的通行能力越大,如当自动驾驶车辆比例Pauto=1时,自动驾驶车辆期望车头时距T_(acc)=1.3s的道路最大通行能力比自动驾驶车辆期望车头时距T_(acc)=1.5s时提高了大约36%。在自动驾驶车辆期望车头时距一定的条件下,自动驾驶车辆的比列越高,道路的通行能力越大,如自动驾驶车辆期望车头时距等于1.3s时,自动驾驶车辆比例Pauto=1时道路通行能力比自动驾驶车辆比例Pauto=0时提高了大约87%。不同的期望车头时距对于提高道路通行能力的幅度不同;在自由流相时自动驾驶车辆的混入对于交通流的影响较小,而在拥堵相时自动驾驶车辆的引入可以较为明显的改善交通流的拥堵状况,且自动驾驶车辆比例越高改善越显著;与此同时不同的换道概率对于混行交通流的影响较弱。(2)自动驾驶车辆参与的混行交通流运行安全一直是学者关注的问题也是现阶段混行交通流的研究热点。引入安全评价指标交通流平均速度标准差、跟车距离标准差、每公里每小时换道次数以及碰撞时间对混行交通流进行安全评价。仿真结果表明:在自动驾驶车辆期望车头时距T_(acc)=1.5s时,在密度一定的条件下随着自动驾驶车辆的比例的增加速度标准差是在一直变小,说明自动驾驶车辆的引入可以有效减小交通流的速度波动促进混行交通的稳定运行,而在自动驾驶车辆期望车头时距T_(acc)=1.3s或是1.1s时,自动驾驶车辆的增加可以延缓混行交通流速度差的变化趋势;同时自动驾驶车辆的混入可以明显的减少换道次数且自动驾驶车辆比例越高,换道次数减少的幅度越大;从碰撞时间可以看出,自动驾驶车辆的混入能够不断减少交通流中的潜在危险。


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