车辆跟驰运动的加速度控制方法技术

一种用于车辆工程技术领域的车辆跟驰运动的加速度控制方法。具体步骤如下：（１）交通情形设定；（２）选取参数值；（３）获取所有车辆的初始状态，（４）考察ｔ＞０时车辆队列的运动状态，所述的加速度控制方法，其运动方程：ａ↓［ｎ］（ｔ）＝α（Ｖ（ｘ↓［ｎ－１］（ｔ－τ）－ｘ↓［ｎ］（ｔ－τ））－ｖ↓［ｎ］（ｔ－τ））＋βＧ（ｖ↓［ｎ－１］（ｔ－τ↓［１］）－ｖ↓［ｎ］（ｔ－τ↓［１］），ｘ↓［ｎ－１］（ｔ－τ↓［１］）－ｘ↓［ｎ］（ｔ－τ↓［１］））。其中：ｎ＝２，…，Ｎ；α为速度松弛时间－指驾驶员将速度变化到某个确定的速度所用的时间，Ｔ↓［ｒ］的倒数；Ｖ为优化速度函数；β为正常数，表示驾驶员为适应当前交通状况而进行的调节系数；Ｇ加速度调节函数；τ↓［１］为加速度调节时间。本发明专利技术避免运动过程中出现车速振荡甚至车辆碰撞的现象，因此在模拟类似交通情形时可以取到符合实际的反应时间值同时不会出现车速震荡的现象。

Acceleration control method for vehicle following motion

Acceleration control method for vehicle following motion used in vehicle engineering technology field. The specific steps are as follows: (1) setting the traffic situation; (2) selecting the parameter value; (3) obtaining the original state of all vehicles, (4) the motion state investigation T > vehicle queue 0, acceleration of the control method, the equation of motion: A: n (T) = alpha (V (X: n - 1 (T - t) - X: n (t tau)) - V: n (T) + G (beta tau) V: n - 1 (T - 1 - tau: V: n) (T: 1, tau) x: n - 1 (T - 1 - tau: x): n (T - 1): tau). Where: n = 2,... N, a speed; relaxation time to the driver will speed change to with a certain speed, the reciprocal T down R; V is the optimal velocity function; beta normal number, said the driver in order to adapt to the current traffic conditions and the adjustment coefficient; G acceleration adjustment function; R 1: adjust the time of acceleration. The invention avoids the phenomenon of vehicle speed oscillation and even vehicle collision in the course of moving, so when the similar traffic situation is simulated, the actual reaction time value can be taken, and the phenomenon of vehicle speed oscillation can not occur at the same time.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种用于车辆工程
的车辆跟驰运动的控制方法，特别是一种。
技术介绍
一直以来，车辆跟驰研究就是以研究车辆队列中个体车辆的驾驶行为为主的。通常，当一个驾驶员发现其相邻前车比他快时，总是希望加快自己的速度，并且两车间的距离越大，对加速度(或减速度)的调整越大；反之当驾驶员发现其前车速度比他慢时，会减慢速度以避免碰撞，这时，两车间的距离越小，对加速度(或减速度)的调整越大。假定属性一致的车辆在一条封闭且足够长的单行车道上列队行驶，相互间不能超车，传统的车辆跟驰理论认为每个驾驶员以某种方式对来自于其前方车辆的刺激进行反应，这种反应往往被描述成车辆加速度的形式；其他的，如前方车辆的刺激等，则被描述为是两车间的速度差，或车头间距(车辆队列中相邻两车头之间的距离)等变量的函数。通常，这种后车跟随前车的运动由一个描述后车加速度变化的运动方程来决定。经对现有技术文献的检索发现，M.Bando，K.Hasebe，A.Nakayama，Dynamicalmodel of traffic congestion and numerical simulation(“交通拥塞动态模型及数值仿真”)，Physical ReviewE，1995，511035-1042。作为描述车辆跟驰运动的一个有效方法，优化速度车辆跟驰模型OVM，用在t时刻车辆的实际速度与其优化速度之间的差来控制其在t+τ时刻的加速度变化(τ为驾驶员反应时间)，该方法不仅表达的形式简单，易于理解和处理，而且也融合了传统跟驰模型的优点。然而OVM在模拟一些特殊的交通情形(例如匀速行驶的车辆队列前方出现一辆慢车)，当τ大于一定值时，会出现车速急剧震荡甚至车辆碰撞的现象。根据调查，驾驶员实际的反应时间至少为0.75s，而OVM中所能取到的驾驶员反应时间(小于0.3s)远小于这个取值。OVM的这一不足之处在Davis提出的MOV模型中得到了改善(LC.Davis，Modifications of the optimal velocity traffic model to include delaydue to driver reaction time(“考虑了驾驶员反应时间的优化速度交通模型的改进”)。Physica A，2003，319557-567)。在描述相同的交通情形时，MOV可以取到符合实际的驾驶员反应时间值(1s左右)，但是仍会出现十分严重的车速震荡现象。
技术实现思路
针对以上技术中的不足，我们给出了一种改良的车辆跟驰运动加速度控制方法。使其避免运动过程中出现车速振荡甚至车辆碰撞的现象，因此主要的考察对象是车速vn(t)，要保证运动过程车速不会出现负值，在模拟类似交通情形时可以取到符合实际的反应时间值同时不会出现车速震荡的现象。本专利技术通过以下技术方案实现，本专利技术的方法步骤如下(1)交通情形设定，通过运动可控的干扰车来设定需要模拟的交通情形；(2)选取参数值，根据设定的交通情形选取描述加速度控制方法的运动方程中未知参数的取值，包括参数速度松弛时间的倒数α、调节系数β、驾驶员反应时间τ、加速度调节时间τ1以及优化速度函数V和加速度调节函数G的表达形式；(3)获取所有车辆的初始状态，车辆n在时刻t(t≥0)的状态由其所在位置xn(t)、速度vn(t)以及加速度an(t)共同定义，n＝1，…，N，N为所有车辆的总数。在这一步骤中t＝0，即确定xn(0)、vn(0)和an(0)，n＝1，…，N；(4)考察t＞0时车辆队列的运动状态，假定干扰车按照预先指定的方案运动，而车辆队列中的车辆按照本专利技术中提出的加速度控制方法进行跟驰运动，考察t＞0时所有车辆的运动状态车辆的速度与位置xn(t)、vn(t)和an(t)，n＝1，…，N。所述的加速度控制方法，其运动方程an(t)＝α(V(xn-1(t-τ)-xn(t-τ))-vn(t-τ))+βG(vn-1(t-τ1)-vn(t-τ1)，xn-1(t-τ1)-xn(t-τ1))其中n＝2，…，N；α为速度松弛时间—指驾驶员将速度变化到某个确定的速度所用的时间，Tr的倒数；V为优化速度函数；β为正常数，表示驾驶员为适应当前交通状况而进行的调节系数；G加速度调节函数；τ1为加速度调节时间。所述的所有车辆的速度与位置，其计算公式速度vn(t)＝vn(t-Δt)+an(t-Δt)×Δt，n＝1，…，N；位置xn(t)＝xn(t-Δt)+vn(t-Δt)×Δt+1/2×an(t-Δt)×(Δt)2，n＝1，…，N。相较于OVM，本专利技术中车辆跟驰运动加速度控制方法的运动方程加入了调节项(即运动方程右面第二项)，并引入了加速度调节时间的概念。调节函数G(x，y)满足与x具有相同的正负且分别关于x和y是单调递增的，G的加入表示当驾驶员发现其相邻前车比他快时，他总是希望加快自己的速度，并且车头间距越大，G的值越大以获得较大的加速度(或较小的减速度)；反之当驾驶员发现其前车速度比他慢时，他会减慢速度以避免碰撞，这时，车头间距越小，G的值越小以获得较小的加速度(或较大的减速度)。加速度调节时间τ1的加入表示驾驶员根据t-τ时刻的刺激和t-τ1时刻的调节来决定时刻t的行为。实际上，在时刻t-τ1，若前车速度大于跟车速度，则函数G的取值在时刻t应该为正以得到更大的加速度或更小的减速度，并且在时刻t-τ1的车头间距越大，G值也应该越大；反之，在时刻t-τ1，若前车速度小于跟车速度，则G值在时刻t应该为负以得到更小的加速度或更大的减速度，同样在时刻t-τ1的车头间距越大，G值也应该越大。本专利技术方法使得在模拟类似交通情形时可以取到符合实际的反应时间值同时不会出现车速震荡甚至车辆碰撞的现象，并且易于理解和处理。附图说明图1.本专利技术中车辆队列跟驰运动示意2.本专利技术实施例1中应用反应时间为1s时部分跟车的速度曲线图其中β＝3.5s-1，Tr＝40s。图3.实施例1中应用反应时间为1s时本专利技术方法与OVM部分跟车的速度曲线比较图其中β＝3.5s-1，Tr＝10s。图4.本专利技术实施例2中应用反应时间为1s时部分跟车的速度曲线图其中β＝1.5s-1，Tr＝10s。图5.实施例2中应用反应时间为1s时本专利技术方法与OVM部分跟车的速度曲线比较图其中β＝1.5s-1，Tr＝10s。具体实施例方式为了更好地理解本专利技术提出的方法，选取两种典型的交通状况来进行模拟，结合附图1、2、3、4、5与实施例作进一步详细的叙述。实施例1匀速行驶的车辆队列前方出现一辆慢车。(1)交通情形设定选取一列正匀速行驶的车辆队列，车间距均为h0＝25m；设定零时刻(初始时刻)时在车辆队列的前方距离为25m处出现慢车，慢车将一直保持较低速的匀速运动状态。车辆总数为N＝500，慢车编号为1，按行驶方向依次为车辆编号。(2)选取参数值根据以上设定，选取α＝1/40s-1、β＝3.5s-1、τ＝1s、τ1＝0.1s以及V(Δxn(t-τ))＝16.8(tanh(0.0860(Δxn(t-τ)-25))+0.913)G(Δvn(t-τ1),Δxn(t-τ1))=Δvn(t-τ1)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车辆跟驰运动的加速度控制方法，其特征在于，具体步骤如下：（１）交通情形设定；　（２）选取参数值；（３）获取所有车辆的初始状态，车辆ｎ在时刻ｔ（ｔ≥０）的状态由其所在位置ｘ↓［ｎ］（ｔ）、速度ｖ↓［ｎ］（ｔ）以及加 速度ａ↓［ｎ］（ｔ）共同定义，ｎ＝１，…，Ｎ，Ｎ为所有车辆的总数，在这一步骤中ｔ＝０，即确定ｘ↓［ｎ］（０）、ｖ↓［ｎ］（０）和ａ↓［ｎ］（０），ｎ＝１，…，Ｎ；（４）考察ｔ＞０时车辆队列的运动状态，设定干扰车按照预先指定的方案运动 ，而车辆队列中的车辆按照本专利技术中提出的加速度控制方法进行跟驰运动，考察ｔ＞０时所有车辆的运动状态车辆的速度与位置：ｘ↓［ｎ］（ｔ）、ｖ↓［ｎ］（ｔ）和ａ↓［ｎ］（ｔ），ｎ＝１，…，Ｎ；所述的加速度控制方法，其运动方程：ａ↓［ ｎ］（ｔ）＝α（Ｖ（ｘ↓［ｎ－１］（ｔ－τ）－ｘ↓［ｎ］（ｔ－τ））－ｖ↓［ｎ］（ｔ－τ））＋βＧ（ｖ↓［ｎ－１］（ｔ－τ↓［１］）－ｖ↓［ｎ］（ｔ－τ↓［１］），ｘ↓［ｎ－１］（ｔ－τ↓［１］）－ｘ↓［ｎ］（ｔ－τ↓［１］））其中 ：ｎ＝２，…，Ｎ；α为速度松弛时间－指驾驶员将速度变化到某个确定的速度所用的时间，Ｔ↓［ｒ］的倒数；Ｖ为优化速度函数；β为正常数，表示驾驶员为适应当前交通状况而进行的调节系数；Ｇ加速度调节函数；τ↓［１］为加速度调节时间。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，施鹏飞，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]