基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于元胞自动机的手动‑CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其包括以下步骤：步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC自动驾驶车辆的安全距离；步骤2、建立手动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤3、建立CACC自动驾驶车辆的元胞自动机模型；步骤4、将需仿真交通流数值输入步骤2和步骤3模型，对车辆混合的交通流进行仿真。本发明专利技术提供了结合CACC自动驾驶跟驰模型与元胞自动机模型对手动驾驶‑CACC自动驾驶车辆混合交通流进行建模的方法，并考虑到CACC自动驾驶车辆的出现对手动驾驶者的影响造成对混合交通流特性的影响，对车辆混合流进行了合理仿真。

【技术实现步骤摘要】
基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法
本专利技术属于交通流仿真领域，尤其涉及一种基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法。
技术介绍
随着中国经济的快速发展，家用车辆保有量快速上升，从而使城市以及高速公路的交通系统出现越来越多的问题，传统交通系统，手动驾驶者对交通环境与前方车辆行驶状态反应能力与判断能力的局限性，以及不同驾驶者驾驶的差异性，是造成交通流不稳定、产生时走时停现象、交通拥堵、交通安全等问题的根本原因。因此传统交通系统逐渐迈向智能交通系统，具有智能辅助驾驶以及完全自动驾驶系统的车辆将不可避免出现在未来的交通系统之中，所以急需讨论和研究在智能交通系统下智能辅助与自动驾驶车辆组成的交通流特性、安全、通行效率等问题。对自动驾驶车辆的研究，是当下和未来构建智能交通重要的一部分，因为其可以通过车联网通信技术实时的获取前车的运动状态，比普通驾驶者更及时、更准确地感知周围的交通状况，以及更稳定、更快速、更安全地做出控制速度的决策判断，有望从微观车辆层次改进传统交通流特性，进而减缓交通堵塞与交通安全等问题。CACC自动驾驶车辆技术尚不成熟，国外研究机构进行小规模车队的真车试验大规模的真车试验的条件尚不具备。目前，国内外研究CACC自动驾驶车辆交通流的方法主要有：真车测试、基于交通软件构建实验平台模拟、数值仿真等。第一种方法的成本太大，实验条件要求较高，且社会对自动驾驶真车尚有顾虑；第二种方法，实验平台搭建较为困难，成本也高于数值仿真；随着计算机技术的提升，数值模拟这一研究手段在交通领域快速的发展，它可以模拟各类交通状况以及各类车辆组成的交通流问题，并且实验时间和实验成本方面的优势是其他方法无法比拟的。目前，交通领域已采用数值仿真的方法研究了普通车辆以及各类自动驾驶车辆的交通问题，预测交通流在交通流量、平均速度、通行效率、燃油消耗、气体排放等方面。本专利技术提供一种结合CACC自动驾驶跟驰模型与元胞自动机模型对手动驾驶-CACC自动驾驶车辆混合交通流进行建模的方法。并考虑到CACC自动驾驶车辆的出现对手动驾驶者的影响造成对混合交通流特性的影响。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术建立基于安全车间距的CACC自动驾驶与传统手动驾驶车辆混合交通元胞自动机模型，并进行数值仿真。通过对混合交通流数值仿真结果分析，研究含有不同比例CACC自动驾驶车辆的混合交通流特性。同时针对混合交通流环境中传统手动驾驶车辆的前车为CACC自动驾驶车辆时，驾驶员会在心理作用下造成车间距增大的情况，研究手动驾驶车辆与自动驾驶车辆交互过程中对混合交通流特性的影响。为了实现上述目的，本专利技术的一个实施方式的一种基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其包括以下步骤：步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC无人驾驶车辆的安全距离表达式为：Gapsafe,n,i(t)＝vn(t)×ht-ln+dD-value(1)其中，Gapsafe,n,i(t)为车辆n在t时刻的安全车距；ht是常量，表示车辆的车头时距；vn(t)表示车辆n在t时刻的速度；ln表示前车的车身长度，dD-value为前车为CACC自动驾驶车辆手动驾驶员心理影响因素影响对原来的安全间距所增加的差值；步骤2、建立手动驾驶车辆的元胞自动机模型，其演化规则如下：加速过程以概率P随机减速过程确定性减速过程dn(t)＜Gapsafe,n,i(t)时，车辆进行确定性安全减速但是不应小于0：dn(t)≥Gapsafe,n,i(t)时，车辆确定性减速更新位置xn(t+1)＝xn+vn(t+1)(6)其中，vn(t)为第n辆车在t时刻的速度，vmax为车辆行驶时最大速度，P为手动驾驶车辆因外界因素而产生的随机减速概率，dn(t)表示车辆n在t时刻车头与前车车头之间的距离，xn(t)和xn(t+1)为车辆n在t与t+1时刻的物理位置；步骤3、建立CACC无人驾驶车辆的元胞自动机模型；其演化规则如下：确定速度变化量en(t)＝dn(t)-Gapsafe,n,i(t)(7)dvn(t)＝k0dvn+1(t)+k1en(t)+k2(vn+1(t)-vn(t))(8)加减速过程dn(t)＞Gapsafe,n,i(t)时，车辆加速，[dvn(t)]为不小于dvn(t)的最小整数：vn(t+1)＝min(vn(t)+[dvn(t)],vmax)(9)dn(t)＝Gapsafe,n,i(t)时，车间距等于安全距离，车辆匀速行驶：vn(t+1)＝min(vn(t),dn(t))(10)dn(t)＜Gapsafe,n,i(t)时，车间距小于安全距离，车辆减速，[dvn(t)]为不小于dvn(t)的最小整数：vn(t+1)＝max(min(vn(t)+[dvn(t)],dn(t)),0)(11)更新位置xn(t+1)＝xn+vn(t+1)(12)其中，en(t)为第n辆车在t时刻与前车的车间距与应该保持的安全距离误差值；dn(t)为第n辆车在t时刻与前车的车间距；Gapsafe,n,i(t)为安全距离；dvn(t)和dvn+1(t)为第n辆车在t时刻的加速度；k0，k1，k2为模型参数；步骤4、将需仿真交通流数值输入所述步骤2和步骤3模型，对车辆混合的交通流进行仿真。进一步地，所述步骤2中的手动驾驶车辆的元胞自动机模型为对确定性减速过程进行改进的NaSch模型。进一步地，所述步骤2中P＝0.2。进一步地，所述步骤3中的模型参数取值为k0＝1.1，k1＝0.23，k2＝0.07。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术建立了基于安全车间距的CACC自动驾驶与传统手动驾驶车辆混合交通元胞自动机模型，并进行数值仿真；2、本专利技术通过对混合交通流数值仿真结果分析，研究含有不同比例CACC自动驾驶车辆的混合交通流特性；3、本专利技术同时针对混合交通流环境中传统手动驾驶车辆的前车为CACC自动驾驶车辆时，驾驶员会在心理作用下造成车间距增大的情况，研究手动驾驶车辆与自动驾驶车辆交互过程中对混合交通流特性的影响。附图说明图1为本专利技术的基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法的流程图；图2为本专利技术实施例中手动驾驶车辆车间距说明图；图3为本专利技术实施例中手动驾驶车辆前车为CACC自动驾驶车辆时车间距说明图；图4为本专利技术实施例中混合交通流数值仿真界面图；图5为本专利技术实施例中不同比例CACC车辆混合交通流的密度-流量基本图；图6为本专利技术实施例中不同比例CACC车辆混合交通流的密度-平均速度图；图7为本专利技术实施例中手动驾驶员在对CACC车辆顾虑导致车间距增加时，不同车间距差值混合交通流的密度-流量基本图；图8为本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC自动驾驶车辆的安全距离表达式为：/nGap

【技术特征摘要】
1.一种基于元胞自动机的手动-CACC自动驾驶车辆混合流仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：
步骤1、确定手动驾驶车辆与CACC自动驾驶车辆的安全距离表达式为：
Gapsafe,n,i(t)＝vn(t)×ht-ln+dD-value(1)
其中，Gapsafe,n,i(t)为车辆n在t时刻的安全车距；ht是常量，表示车辆的车头时距；vn(t)表示车辆n在t时刻的速度；ln表示前车的车身长度，dD-value为前车为CACC自动驾驶车辆手动驾驶员心理影响因素影响对原来的安全间距所增加的差值；
步骤2、建立手动驾驶车辆的元胞自动机模型，其演化规则如下：
加速过程



以概率P随机减速过程



确定性减速过程
dn(t)＜Gapsafe,n,i(t)时，车辆进行确定性安全减速但是不应小于0：



dn(t)≥Gapsafe,n,i(t)时，车辆确定性减速



更新位置
xn(t+1)＝xn+vn(t+1)(6)
其中，vn(t)为第n辆车在t时刻的速度，vmax为车辆行驶时最大速度，P为手动驾驶车辆因外界因素而产生的随机减速概率，dn(t)表示车辆n在t时刻车头与前车车头之间的距离，xn(t)和xn(t+1)为车辆n在t与t+1时刻的物理位置；
步骤3、建立CACC自动驾驶车辆的元胞自动机模型；其演化规则如下：
确定速度变化量
en(t)＝dn(t)-Gapsafe,n,i(t)(7)
dvn(t)＝k0dvn+1(t)+k1en(t)+k2(vn+1(t)-vn(t))(8)
加减速过程
dn...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯培国，曹军，刘晨阳，张小贺，田昊伟，张帅，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13