一种混合交通流变道模型及变道仿真方法技术

本发明专利技术为一种混合交通流变道模型及变道仿真方法,该混合交通流变道模型包括人机混驾交通流下的手动驾驶车辆变道模型和自动驾驶车辆变道模型；手动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件和变道概率，自动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件、速度条件和变道概率。在建模时考虑两种类型车辆相互作用对变道条件、变道选择的影响，针对不同变道情形得到不同的安全条件和车辆动态变道概率计算方法；当目标车道后方车辆为自动驾驶车辆时，引入参数“熟悉度”，量化描述人类驾驶员对自动驾驶车辆认知和对人机混驾交通流环境感知产生的心理反应，并将该参数运用到手动驾驶车辆变道安全条件、变道概率计算中。中。中。

【技术实现步骤摘要】
一种混合交通流变道模型及变道仿真方法


[0001]本专利技术涉及变道仿真
，特别是一种混合交通流变道模型及变道仿真方法。

技术介绍

[0002]随着汽车产业向智能化和网联化方向发展，道路交通流将变为由自动驾驶车辆(Autonomous vehicle，AV)和手动驾驶车辆(Human
‑
driving vehicle，HV)组成的混合交通流(简称人机混驾交通流)，车辆变道行为也更具多样性和复杂性。现有的自动驾驶车辆
‑
手动驾驶车辆混合交通流变道模型能够在变道意图、变道条件等方面对两类车辆进行区分，但仍存在以下问题：1)现有研究对于人类驾驶员的行为特性表征不够充分，没有考虑实际路况中人类驾驶员对自动驾驶车辆产生的心理
‑
生理反应对变道行为造成的影响；2)对人机混驾交通流中两类车辆的相互作用研究不够深入，自动驾驶车辆对手动驾驶车辆在变道意图和变道选择方面的影响，自动驾驶车辆对手动驾驶车辆驾驶行为的主观性、随机性和无法实现信息交互的技术短板等缺陷的应对，均未能够在现有的建模思路中得到充分体现。
[0003]元胞自动机模型具有时间和空间的离散特征，每个元胞通过设定的规则独立发生演化，同时又受到周围元胞行为的影响，这与实际交通流的空间时间离散、不同车辆之间驾驶行为相互影响的现象十分相似。因此，国内外学者常选用元胞自动机模型进行人机混驾交通流变道模型建立并进行仿真模拟。该模型可根据模拟需求改变或增减演化规则，使得仿真结果能更为准确地反映实际路况中车辆的动态行进过程。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种混合交通流变道模型及变道仿真方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种混合交通流变道模型，其特征在于，该混合交通流变道模型包括人机混驾交通流下的手动驾驶车辆变道模型和自动驾驶车辆变道模型；手动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件和变道概率，自动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件、速度条件和变道概率。
[0007]手动驾驶车辆变道模型具体为：
[0008]1)变道意图为本车道无法满足车辆行驶需求时，所产生的变道动机，即：
[0009]Gap
n,n
‑1<v
n
(t+1)
ꢀꢀꢀ
(1)
[0010]式(1)中，Gap
n,n
‑1为变道车辆与本车道前方车辆的距离；v
n
(t+1)为变道车辆在t+1时刻的期望行驶速度，当本车道前方车辆为手动驾驶车辆时，v
n
(t+1)利用HV
‑
HV跟驰模型计算；当本车道前方车辆为自动驾驶车辆时，v
n
(t+1)利用AV
‑
HV跟驰模型计算；
[0011]2)车道条件需保证目标车道的行驶条件优于本车道，即：
[0012]Gap
n,fro1t car
>Gap
n,n
‑1ꢀꢀꢀ
(2)
[0013]式(2)中，Gap
n,front car
为变道车辆与目标车道前方车辆的距离；
[0014]3)安全条件受目标车道后方车辆类型影响，需确保变道车辆变道后与目标车道后方车辆保持一定的安全距离，避免发生碰撞，即：
[0015]Gap
n,back car
>α
·
Gap
back safe
ꢀꢀꢀ
(3)
[0016]式(3)中，Gap
n,back car
为变道车辆与目标车道后方车辆的距离；α为安全距离修正系数；Gap
back safe
为变道车辆变道后避免与目标车道后方紧邻车辆发生碰撞所需的安全距离，其取值与目标车道后方车辆类型有关，具体为：
[0017]①
目标车道后方车辆为手动驾驶车辆
[0018]假定t时刻变道车辆在本车道行驶，在t+1时刻完成变道，由变道车辆变道前后位置关系可知：
[0019]Gap
back safe
＝x
n
(t)
‑
x
back car
(t)
‑
S＝Δx
back car,change
‑
Gap
change1
ꢀꢀꢀ
(4)
[0020]Δx
back car,change
＝x
back car
(t+1)
‑
x
back car
(t)＝v
back car
(t)τ
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀ
(5)
[0021]Gap
change1
＝x
n
(t+1)
‑
x
n
(t)＝[v
n
(t)+v
n
(t+τ)]τ/2
‑
v
n
(t+τ)2/2b
n
ꢀꢀꢀ
(6)
[0022]经过推导可得：
[0023][0024]Gap
back safe
＝
‑
v
n
(t)τ/2
‑
v
safe,change
τ/2+v
safe,change2
/2b
n
+v
back car
(t)τ
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀ
(8)
[0025]其中，x
n
(t)、x
n
(t+1)分别表示变道车辆在t时刻和t+1时刻的位置；x
back car
(t)、x
back car
(t+1)分别表示目标车道后方车辆在t时刻和t+1时刻的位置；S为变道车辆的有效长度；v
n
(t)、v
back car
(t)分别表示变道车辆和目标车道后方车辆在t时刻的速度；τ表示手动驾驶车辆的反应时间；Δx
back car,change
表示目标车道后方车辆在变道车辆变道期间的行驶距离，Gap
change1
表示目标车道后方车辆为手动驾驶车辆时，变道车辆变道前后的间距；b
back car
表示目标车道后方车辆的减速度；v
safe,change
表示变道车辆与目标车道后方车辆保持安全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合交通流变道模型，其特征在于，该混合交通流变道模型包括人机混驾交通流下的手动驾驶车辆变道模型和自动驾驶车辆变道模型；手动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件和变道概率，自动驾驶车辆变道模型包括变道意图、车道条件、安全条件、速度条件和变道概率。2.根据权利要求1所述的混合交通流变道模型，其特征在于，手动驾驶车辆变道模型具体为：1)变道意图为本车道无法满足车辆行驶需求时，所产生的变道动机，即：Gap
n,n
‑1<v
n
(t+1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式(1)中，Gap
n,n
‑1为变道车辆与本车道前方车辆的距离；v
n
(t+1)为变道车辆在t+1时刻的期望行驶速度，当本车道前方车辆为手动驾驶车辆时，v
n
(t+1)利用HV
‑
HV跟驰模型计算；当本车道前方车辆为自动驾驶车辆时，v
n
(t+1)利用AV
‑
HV跟驰模型计算；2)车道条件需保证目标车道的行驶条件优于本车道，即：Gap
n,front car
>Gap
n,n
‑1ꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中，Gap
n,front car
为变道车辆与目标车道前方车辆的距离；3)安全条件受目标车道后方车辆类型影响，需确保变道车辆变道后与目标车道后方车辆保持一定的安全距离，避免发生碰撞，即：Gap
n,back car
>α
·
Gap
back safe
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式(3)中，Gap
n,back car
为变道车辆与目标车道后方车辆的距离；α为安全距离修正系数；Gap
back safe
为变道车辆变道后避免与目标车道后方紧邻车辆发生碰撞所需的安全距离，其取值与目标车道后方车辆类型有关，具体为：
①
目标车道后方车辆为手动驾驶车辆假定t时刻变道车辆在本车道行驶，在t+1时刻完成变道，由变道车辆变道前后位置关系可知：Gap
back safe
＝x
n
(t)
‑
x
back car
(t)
‑
S＝Δx
back car,change
‑
Gap
change1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)Δx
back car,change
＝x
back car
(t+1)
‑
x
back car
(t)＝v
back car
(t)τ
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)Gap
change1
＝x
n
(t+1)
‑
x
n
(t)＝[v
n
(t)+v
n
(t+τ)]τ/2
‑
v
n
(t+τ)2/2b
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)经过推导可得：Gap
back safe
＝
‑
v
n
(t)τ/2
‑
v
safe,change
τ/2+v
safe,change2
/2b
n
+v
back car
(t)τ
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，x
n
(t)、x
n
(t+1)分别表示变道车辆在t时刻和t+1时刻的位置；x
back car
(t)、x
back car
(t+1)分别表示目标车道后方车辆在t时刻和t+1时刻的位置；S为变道车辆的有效长度；v
n
(t)、v
back car
(t)分别表示变道车辆和目标车道后方车辆在t时刻的速度；τ表示手动驾驶车辆的反应时间；Δx
back car,change
表示目标车道后方车辆在变道车辆变道期间的行驶距离，Gap
change1
表示目标车道后方车辆为手动驾驶车辆时，变道车辆变道前后的间距；b
back car
表示目标车道后方车辆的减速度；v
safe,change
表示变道车辆与目标车道后方车辆保持安全距离所需的安全速度；b
n
表示变道车辆的期望最大减速度；
②
目标车道后方车辆为自动驾驶车辆时，变道车辆变道前后的间距Gap
change2
的表达式为：
Gap
change2
＝Gap
change1
+d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)式(9)中，d表示增加的安全距离，与人类驾驶员对自动驾驶车辆的熟悉程度有关，按照公式(10)进行计算；d＝[(
‑
h2+h)+(
‑
u2+u)]
·
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式(10)中，h表示人类驾驶员的视听信息，u表示人类驾驶员的实践信息，ε为距离参数；假定行驶于目标车道后方的自动驾驶车辆可快速判断道路状况并作出反应，其反应时间忽略不计，则τ＝0，将τ＝0代入式(5)，得到式(11)；Δx
back car,change
＝x
back car
(t+1)
‑
x
back car
(t)＝
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀ
(11)此时变道车辆与目标车道后方车辆保持安全距离所需的安全速度与安全距离分别满足式(12)、(13)：Gap
back safe
＝
‑
v
n
(t)τ/2
‑
v
safe,n
τ/2+v
safe,n2
/2b
n
‑
v
back car
(t)2/2b
back car
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)4)变道概率表示变道车辆在变道条件均满足时的变道选择，需考虑驾驶人对目标车道前后方车辆间距的满意程度和目标车道前方车辆类型；
①
目标车道前方车辆为手动驾驶车辆
②
目标车道前方车辆为自动驾驶车辆γ＝1
‑2·
η
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)其中，p
change
表示变道概率，γ表示目标车道前方车辆类型的影响参数，η表示人类驾驶员对自动驾驶车辆的熟悉度；自动驾驶车辆变道模型具体为：1)自动驾驶车辆变道模型的变道意图和车道条件的表达式与手动驾驶车辆变道模型相同，其中，当本车道前方车辆为手动驾驶车辆时，v
n
(t+1)按照HV
‑
AV跟驰模型计算；当本车道前方车辆为自动驾驶车辆时，v
n
(t+1)按照AV
‑
AV跟驰模型计算；2)安全条件的表达式为：Gap
n,back car
>Gap
back safe
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)Gap
back safe
的取值与目标车道后方车辆类型有关，具体为：
①
目标车道后方车辆为手动驾驶车辆目标车道后方车辆在变道车辆变道期间的行驶距离Δx
back car,change
按式(5)计算；由于自动驾驶车辆的反应时间忽略不计，故τ＝0，则当目标车道后方车辆为手动驾驶车辆时，变道车辆变道前后的间距Gap
change
为：Gap
change
＝x
n
(t+1)
‑
x
n
(t)＝
‑
v
n
(t)2/2b
n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)此时变道车辆与目标车道后方车辆保持安全距离所需的安全速度与安全距离分别满足式(19)、(20)：
Gap
back safe
＝v
safe,n2
/2b
n
+v
back car
(t)τ
‑
v
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霞，高慧心，王欣桐，刘怡美，闵雪峰，崔洪军，朱敏清，马新卫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：