一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法技术

本发明专利技术提出一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，通过求解最优控制模型，直接以车辆转角和加减速为控制变量，模拟人类的驾驶行为，确定合理的运行的规模；本发明专利技术针对平面交叉口内部车道概念弱化的特征，提出了一种车辆运行轨迹模拟方法，描述车辆在二维空间的运动轨迹；本发明专利技术的方法直接以车辆转角和加减速为控制变量，可较好地模拟驾驶员对转角(方向盘)和加减速(油门/刹车踏板)的控制，确定合理的运行轨迹。本发明专利技术的方法在控制目标中综合了行驶时间、横向加速度和纵向加速度，反映了时间效用和舒适性之间的权衡，可模拟驾驶员的偏好。

【技术实现步骤摘要】
一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法
本专利技术涉及机动车交通模拟
，尤其涉及一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法。
技术介绍
交叉口微观交通流模型是解释影响因素对微观交通运行状态作用机理的重要方法，准确模拟车辆微观运行情况，有助于发现交通流运行规律，并对设计、控制和管理方案进行评价。因此，车辆运行轨迹模拟的准确与否，对于道路交通的设计、控制和管理十分重要。目前的微观交通流模型主要是基于车道的，这对于道路路段十分有效。然而，对于平面交叉口，车道概念弱化，车辆在平面空间内有无数行驶路径的可能性，与路段车辆主要沿车道给定的路径通行有着显著差异，对此未见有针对性的模拟方法，并且也未检索到这类模型的专利技术专利。经对现有技术的文献检索发现，有关描述车辆运行的模型，主要有以下几种：1、跟驰和换道模型。传统微观交通流模型将车辆运行分为跟驰和换道两个模型。其中，车辆跟驰描述了在限制超车的单行道上行驶车队中相邻两车之间的相互作用，主要可分为刺激—反应模型、安全距离模型、驾驶心理模型和基于人工智能的模型。换道指车辆由当前车道变换到相邻车道，其研本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，通过求解最优控制模型，直接以车辆转角和加减速为控制变量，模拟人类的驾驶行为，确定合理的运行的规模。/n

【技术特征摘要】
1.一种平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，通过求解最优控制模型，直接以车辆转角和加减速为控制变量，模拟人类的驾驶行为，确定合理的运行的规模。


2.根据权利要求1所述的平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，所述最优控制模型为：
式中：X定义为车辆行驶距离s的函数，x、y表示位置的平面坐标，单位为m；θ表示转角，单位为rad；p表示速率，单位为s/m；
所述最优控制模型中，车辆运动方程满足牛顿运动定律，其运动方程如下所示：



式中，κ表示曲率控制变量，单位为rad/m；α表示加速度控制变量，单位为s/m2，正值表示减速，负值表示加速；
记上述式中控制变量为U，控制变量U包括曲率控制变量κ和加速度控制变量α；


3.根据权利要求2所述的平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，根据所述最优控制模型，设定车辆初始状态为X0以及终端状态为XD；其公式分别为：


4.根据权利要求2所述的平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，所述最优控制模型的控制目标为最小化车辆总通行成本，所述车辆总通行成本包括车辆运行成本和运行末端成本；公式如下：



式中，终端成本K为实际终端状态(用下标f表示)与期望终端状态(用下标D表示)的偏差导致的成本；公式如下：



运行成本L反映了驾驶员在驾驶过程中考虑的各种成本，将其建模为不同元素的总和；公式如下：
L＝∑βjLj
式中，Lj表示第j类运行成本；βj表示运行成本j的相对权重。


5.根据权利要求4所述的平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，所述Lj包括三个运行成本元素，包括运行时间、车辆横向加速度和纵向加速度；公式如下：
L1＝p；






式中，ac表示车辆横向加速度，单位为m/s2；al表示车辆纵向加速度，单位为m/s2。


6.根据权利要求4所述的平面交叉口车辆运行轨迹模拟方法，其特征在于，所述最优控制模型的约束条件包括，运行速度、运行曲率控制变量和加速度控制变量；
所述运行速度限制最小和最大速度限制范围内；如下式所示：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵靖，殷宇婷，孙思诚，俞汪洋，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31