网联车混合交通流渐进稳定性解析方法

针对网联车与普通车构成的混合交通流不稳定性问题,提出一种网联车混合交通流渐进稳定性解析方法.基于传递函数理论,应用跟驰模型推导扰动在交通流中传播时的传递函数,并建立不同网联车比例下的混合交通流渐进稳定性解析框架.选取智能驾驶模型(intelligent driver model, IDM)与优化速度模型(optimal velocity model,OVM)分别作为网联车与普通车的跟驰模型,进行混合交通流渐进稳定性案例分析,并进行小扰动下的数值仿真.研究结果表明:所建立的混合交通流渐进稳定性解析框架可计算得到关于网联车比例与平衡态速度的混合交通流稳定域;当平衡态速度大于21.5 m/s时,混合交通流可在任意网联车比例下稳定,当网联车比例大于0.63时,混合交通流可在任意平衡态速度下稳定;混合交通流稳定性数值仿真实验验证了理论解析的正确性.所建立的网联车混合交通流渐进稳定性解析框架适用于不同跟驰模型的选取,能够用于分析真车实验条件下网联车对交通流稳定性的影响.     

基于分位数回归的随机优化速度跟驰模型

为了研究交通流异质性对车辆跟驰行为的影响,基于分位数回归方法改进优化速度函数.根据实际交通流数据对改进的优化速度函数进行参数标定,并对参数结果进行假设检验,结合改进的优化速度函数和全速度差跟驰模型建立随机优化速度跟驰模型,利用傅里叶变换理论推导跟驰模型的稳定性条件,并搭建环形车道仿真平台对跟驰模型进行数值实验.结果表明：改进的优化速度函数能更好地反映交通流异质性对交通流的影响;单一分位点车队达到稳定状态的时间与分位点呈正相关;多分位点组合车队随着0.5分位点车辆数的增加,达到稳定状态的时间减少.提出的多分位点车队相比于单一分位点车队可以更真实地反映交通流复杂的运行状况.     

考虑前方交通状态的车辆跟驰模型与数值仿真

为了描述复杂环境下多车跟驰的驾驶行为特性,在全速度差模型的基础上引入前方交通状态的影响参数建立车辆跟驰模型.采用交通流密度作为定量衡量前方交通状态的关键指标,通过线性稳定性分析得到模型的临界稳定性条件.提出以加速度干扰指标作为衡量交通运行稳定性和乘客舒适度的定量指标.理论分析和数值仿真结果表明,该模型扩大了交通流的稳定性区间,符合实际驾驶行为并能有效提高交通流的稳定性.     

考虑侧向偏移的车辆跟驰行为建模及仿真

为了描述真实交通环境中车辆交错跟驰的现象,在全速度差模型的基础上引入了视觉角和侧向偏移角的概念,采用侧向偏移角变化率作为衡量车辆横向运动的关键参数并建立了考虑侧向偏移的车辆跟驰模型。通过线性稳定性分析得到了新模型的稳定性条件。理论分析和数值仿真结果表明:改进模型能够有效地描述车辆交错跟驰行为对交通流稳定性的影响,侧向偏移会减少交通流稳定区间,更容易使稳定车流变成时走时停交通流。     

网联车混入条件下混合交通流跟驰稳定性

为描述智能网联车混入下的混合交通流跟驰稳定性,揭示混合交通流稳定性变化过程,解析HDV和CACC交通流稳定性,引入CACC混入率,构建混合交通流跟驰模型,推导混合交通流稳定性判别条件,分析速度、混入率在单一条件和组合条件下对混合交通流稳定性变化规律的影响。研究结果表明：混合交通流的稳定性取决于单一交通流的稳定性和混合流组成,HDV和CACC单一交通流跟驰稳定性的速度临界值分别为19.65 km/h和18.01 km/h,且速度与混合交通流稳定性正相关,混入率对混合交通流稳定性的影响效果与速度条件有关,在两因素共同作用下,混合交通流稳定性变化趋势表现多样化。     

Car-following Model and Its Stability under Ice and Snowfall Conditions

冰雪条件下车辆跟驰模型及稳定性

冷军强^1* , 安 实², 李文翔³, 刘维怡¹, 赵韩涛¹

(1.哈尔滨工业大学（威海）,汽车工程学院,威海 264209,山东;

2.哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院,哈尔滨 150006;

3.道路与交通工程教育部重点实验室,上海 201804)

摘要：为研究冰雪条件下车辆的跟驰规律及稳定性,基于全速度差(FVD)模型,提出一种考虑不同道路条件的交通流跟驰模型。通过线性稳定性分析,得到各种道路条件下模型的临界稳定曲线,道路条件越恶劣,交通流的稳定区域越小。通过非线性分析获得不稳定区域下的扭结-反扭结密度波。最后使用数值仿真技术,模拟验证本文结论：道路条件越差,即路面摩擦系数越小,交通流稳定性越差,遇小扰动时越容易发生拥堵甚至事故。该结论对解决冰雪条件下交通拥堵与安全问题有重要意义。

关键词：车辆跟驰模型;冰雪条件; 稳定性

创新点说明：本文基于全速度差模型构建了一能够应用于不同道路条件下的交通流跟驰模型,并利用该模型对冰雪条件下交通流进行了稳定性分析。

     

智能网联环境下混合交通流稳定性解析

为分析由智能网联车辆(connected and autonomous vehicles,CAV)与人工驾驶车辆构成的混合交通流稳定性能,提出一种理论解析方法.应用泰勒公式对跟驰模型进行线性化处理,并应用传递函数理论推导不同CAV比例下的混合交通流稳定性判别条件,针对CAV前车加速度反馈系数进行参数敏感性分析.考虑开放...     

稳态控制驾驶行为下车辆跟驰模型的稳定性分析

通过考虑驾驶员针对车头间距的自我稳态控制效应,并基于全速度差模型,本文提出了一种改进的车辆跟驰模型。然后利用线性摄动理论,得到了本文改进模型在小扰动下保持稳态的中性稳定性条件;该稳定性条件的解析式表明驾驶员的稳态控制行为可以有效提高交通流系统的稳定性,并且比全速度差模型具有更高的稳定性。最后通过数值模拟研究了不同强度的稳态控制行为对交通流系统车头间距、速度以及迟滞回环的影响;数值结果显示:随着稳态控制系数的增大,交通流系统将变得更加稳定。数值结果和稳定性条件的解析结果完全吻合。     

基于动态反应时间的全速度差模型

为了描述真实路网交通流的跟驰行为,将车辆状态分为强跟驰、弱跟驰和自由行驶3种状态,考虑驾驶员对于不同间距的反应时间的差异性,提出了间距与速度差敏感系数函数,构建了基于动态反应时间的全速度差模型,并通过线性稳定性分析得到模型的临界条件。利用Matlab进行数值仿真,分别验证了模型在车辆启动加速、车辆避险减速和交通流从自由流状态向拥堵状态演变3种环境下的准确性,并与最优速度模型(OVM)和全速度差模型(FVDM)进行对比分析。结果表明:本文模型的启动延迟时间为1.5s,拥堵传播速度为17.76km/h,减速性能比FVDM模型提升了25%,本文模型能更有效地接近交通流的稳定状态。     

城市快速路期望车头间距模型的建立

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,说明了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了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这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,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.     

混有网联车辆的交通流稳定性和最大服务流率分析

针对传统车辆和网联人工驾驶车辆组成的混合交通流,分析不同网联车辆市场占有率对稳定性和最大服务流率的影响。基于传统车辆与网联车辆的跟驰特性,建立混合交通流稳定性分析的一般方法;基于HCM2010宏观交通流分析方法,获得不同网联车辆市场占有率下的最大服务流率。结果表明:市场占有率的增加有利于提高混合交通流的稳定性与最大服务流率;当占有率大于0.51时,混合交通流可在任意平衡态速度下稳定,在高密度、低稳态速度下的稳定性提高更加显著;相比传统交通流,网联车辆交通流的通行能力可提高63.64%;当占有率大于0.5时,混合交通流最大服务流率提升更快,且占有率越高,提高幅度越大。     

多种交通流状态下的交通波模型

为方便描述多种车流状态下的交通波速度传播过程, 基于车辆跟驰的物理机制和车辆运动学特性推导出交通波速度传播统一模型.采用高点视频拍摄和视频车辆轨迹提取的数据采集方法获取实际调查数据, 得到了停车波和起动波的波速计算值.通过与实测数据比较, 结果表明交通波模型的波速计算值与实测值的相对误差为5%左右, 证实了模型的有效性.通过对模型进行分析, 得出车辆速度和车头间距对交通波波速的影响区别, 为城市交通控制与管理提供了理论依据.     

考虑区分车辆运行状态的桥梁车载统计分析及模拟

动态称重系统作为桥梁结构健康系统的重要组成部分之一,能提供丰富的车辆荷载监测数据,在此基础上建立能反映实际交通状况的车辆荷载模型,对桥梁结构的安全评估、车致疲劳分析等具有重要意义。提出一种能考虑区分车辆运行状态的随机车流模拟方法和流程,在车辆荷载统计分析过程中通过各时段的车流量密集程度区分车辆运行状态,针对不同运行状态,引入单峰和多峰概率分布模型,对车重、车速、车间距等车辆荷载统计参数进行概率拟合,通过K-S检验获得车辆荷载参数的最优概率分布;通过Monte Carlo抽样模拟随机车流,进而分解为随机加载流;基于某实际桥梁的车辆荷载监测数据,对车辆荷载模拟方法的合理性进行验证。结果表明：采用区分车辆运行状态模拟的随机车流对桥梁结构进行加载,获得的钢箱梁跨中底板应力幅值和应力循环次数与实际车流加载结果接近。相比之下,如果不考虑区分车辆运行状态,得到的应力幅值和循环次数都明显小于实际车流的加载结果,这对于桥梁结构的车致疲劳分析偏于危险。     

基于元胞自动机的自动驾驶交通流仿真研究

为解决自动驾驶环境下高速公路合流区大型车屏障判别条件不足、交通影响研究较少且多为定性分析的问题,建立了引入车间时距的跟车模型和考虑安全距离的换道模型,形成能够表明合流区交通特性的元胞自动机模型,量化分析了宏观参数(主路和匝道流量及主路大型车比例)与微观参数(车间时距、屏障长度)对大型车屏障形成的影响规律. 宏观层面得出了大型车屏障显现时的主路和匝道流量不同组合情况,且发现当主路和匝道流量满足一定水平后,主路大型车比例0.4是大型车屏障形成的临界值. 大型车屏障的微观判别条件为连续3辆及以上的大型车成队列行驶且车间时距不大于1.5 s. 此外,大型车屏障的交通影响主要表现为入口匝道流量降低、匝道平均延误和交通冲突数增加. 该研究成果可为自动驾驶环境下高速公路针对大型车管控策略的制定提供理论依据.

     

人行过街横道通行能力的研究与应用

本文应用交通流理论,分析了过街人流受机动车和非机动车流干扰的累计延误,给出了在一定车流强度条件下,人行过衔横道通行能力的计算模型,从而为确定人行立交工程建设的适宜交通流量提供了定量分析的方法。文中演示了两个典型算例     

减速跟车状态后车司机反应时间研究

为了定量研究减速跟车状态下后车司机的反应时间,利用基于车载高精度GPS的实时动态车辆跟驰数据采集方法,在特定的道路、交通和司机的条件下,根据得到的减速跟车状态前后车辆速度变化的时间序列数据,准确地获得了后车司机的反应时间;通过分析后车司机反应时间频率直方图的变化趋势,确定减速跟车状态后车司机平均反应时间为0.97 s;在不同的跟车速度下,减速跟车状态下后车司机的反应时间也随之发生变化,得到了后车司机的反应时间与减速时的跟车速度之间的回归关系式,以及司机反应时间和车头时距回归关系式,计算出后车司机的反应时间介于0.83~1.92 s.     

剪切液膜线性化稳定方程

以边界层理论为基础,基于完整的边界条件,建立了切应力作用下沿倾斜壁面下降的液膜表面波的边界层模型,推导了边界层模型的Orr-Sommerfeld方程。利用摄动方法获得了扰动波的行波和扰动量的理论表达式,模型包括切应力、雷诺数、波数、表面张力、倾角等参数对液膜稳定性的影响,为进一步从理论上分析切应力作用下液膜表面波流动的稳定性特征奠定了基础。