本發(fā)明專利技術(shù)公開了機(jī)動(dòng)車駕駛行為模擬技術(shù)領(lǐng)域中的一種基于模糊數(shù)學(xué)的車輛跟馳模擬方法。首先分別繪制前導(dǎo)車輛和跟馳車輛的速度時(shí)間曲線和速度位移曲線；由此得到跟馳車輛行駛特征參數(shù)和前后兩車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)；然后將跟馳車輛特征參數(shù)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)帶入模糊推理系統(tǒng)，得出車輛運(yùn)動(dòng)控制規(guī)則，模擬車輛行駛。本方法考慮了駕駛員的特征差異和車輛的不同特性，能夠更好的反映駕駛員的決策過程，能夠更好的模擬駕駛員的駕駛行為，更有效的再現(xiàn)真實(shí)的交通場景。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于機(jī)動(dòng)車駕駛行為模擬
，尤其涉及一種基于模糊數(shù)學(xué)的車輛跟 馳模擬方法。
技術(shù)介紹
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及土地資源的限制，世界各國已經(jīng)逐漸從主要依靠擴(kuò) 大路網(wǎng)規(guī)模來解決日益增長的交通需求轉(zhuǎn)移到用高新技術(shù)來改造現(xiàn)有道路交通系統(tǒng)及其 管理體系，從而達(dá)到大幅度提高交通運(yùn)輸網(wǎng)的通行能力和服務(wù)質(zhì)量。交通仿真克服了交通 系統(tǒng)現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)代價(jià)大、實(shí)施困難的缺點(diǎn)，為城市交通建設(shè)與研究提供良好的試驗(yàn)平臺(tái)。交通 建模方法研究正是為適應(yīng)新形勢下城市交通控制的要求而提出來的。要建立一個(gè)能盡可能反映真實(shí)狀況的仿真系統(tǒng)，必須有一個(gè)與之匹配的仿真模 型，建立的模型要便于仿真系統(tǒng)逼真地模擬實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)中的各種實(shí)際交通行為，如車輛的跟 馳行駛、車道變換、超車行駛、道路交叉口信號燈的控制等各種變化情況；另外，為了使仿真 系統(tǒng)達(dá)到交通規(guī)劃、評價(jià)的性能，還要求模型的建立要便于仿真系統(tǒng)能夠隨時(shí)反應(yīng)全局路 網(wǎng)的動(dòng)態(tài)特性，以及能記錄路網(wǎng)中任一實(shí)體當(dāng)前的各種狀態(tài)和彼此間的關(guān)系，以便于獲得 各種統(tǒng)計(jì)參數(shù)。所以，交通仿真模型的建立方法就成了交通仿真行為研究的核心內(nèi)容之一。在行駛過程中，車輛運(yùn)動(dòng)受到其前車的影響，駕駛員一方面希望以期望速度行駛， 另一方面又必須與前車保持一定的安全距離。但是這種影響是不對稱的，后車并不能對前 車產(chǎn)生同樣的影響。描述這種關(guān)系的是跟馳模型。本專利技術(shù)就是研究利用模糊數(shù)學(xué)的理論來 建立跟馳模型的方法。跟馳模型的描述方法是交通流研究領(lǐng)域的一個(gè)“古老”課題，早在1950年 ReuschelA.就開始研究車輛在隊(duì)列中的行進(jìn)狀態(tài)。50多年來，國內(nèi)外學(xué)者對車輛跟馳模型 描述方法進(jìn)行了大量的研究工作，發(fā)表了眾多的研究成果，理論模型中比較典型的有刺激 一反應(yīng)模型、安全距離模型、心理一生理學(xué)模型和元胞自動(dòng)機(jī)模型。1.常數(shù)跟馳模型最早的跟馳模型是指前后兩車的車頭時(shí)距保持2秒行程。通過研究模型所反映的 流量、速度和密度三者之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)該模型是一個(gè)定流量模型，即流量為一定值，不會(huì) 隨速度、密度變化而變化。因此，用此模型來描述交通流的整個(gè)狀態(tài)過程是不合適的。2.刺激一反應(yīng)跟馳模型在道路交通中，如后車輛之間存在某種相互關(guān)系。在這個(gè)人一車一路的系統(tǒng)中，駕 駛員始終處于一種積極狀態(tài)，他的心理和感官都在不停地活動(dòng)著。首先是感知，接著是決 定，最后是行動(dòng)。刺激一反應(yīng)跟馳模型的基本原理是駕駛員試圖與前車駕駛行為保持一 致，即只要有前車的刺激，后車就會(huì)對此做出反應(yīng)。該模型重在描述駕駛環(huán)境中各種刺激對 駕駛員行為的影響，刺激一反應(yīng)模型清楚地反映出車輛跟馳行駛的制約性、延遲性和傳遞性。而且刺 激一反應(yīng)模型形式簡單，作為早期的研究成果，具有開創(chuàng)意義。但是這個(gè)模型存在如下缺點(diǎn)，現(xiàn)在已較少使用(1)模型假設(shè)無論前后車相距多遠(yuǎn)，都存在影響關(guān)系。但實(shí)際上車輛跟馳行駛的傳 遞性是有范圍的，顯然，在視距之外前車的行為將不會(huì)被后車所感知。另外，當(dāng)車距很大，駕 駛員認(rèn)為前車的行為對自己不構(gòu)成任何威脅時(shí)，模型也將失效，這時(shí)車輛將處于自由流狀 態(tài)；(2)當(dāng)前后兩車車速相同吋，模型允許兩車的車頭距可以無限減少直至為零，而沒 有引入安全距離的概念；(3)由于大量的研究和試驗(yàn)都是在低速度和停停走走的交通狀態(tài)中進(jìn)行，不能很 好地反映一般跟馳行為，而且跟馳行為非常易于隨著交通條件和交通運(yùn)行狀態(tài)變化，所以 模型的通用性差，模型參數(shù)m與1有多種組合版本，存在爭議；(4)模型中假設(shè)交通狀況性質(zhì)均勻，對所有的車輛類型和所有車道都采用相同的參數(shù)。3.安全距離跟馳模型安全距離模型也稱防撞模型，最初由Kometani和Msaki提出，旨在尋找ー個(gè)特定 的跟馳距離，使得即使在前車駕駛員采取一個(gè)意想不到的操作吋，只要后車與前車間距大 于這個(gè)特定的跟馳距離，就不會(huì)發(fā)生碰撞。在交通微觀模擬中被廣泛應(yīng)用的Gipps跟馳模型就是ー種安全距離模型。該模型 被廣泛采用的ー個(gè)重要原因就是它能夠比較真實(shí)的反應(yīng)車輛在車隊(duì)中的走停行為，同吋， 該模型中的參數(shù)能夠通過道路上實(shí)際觀測的數(shù)據(jù)很容易的進(jìn)行校驗(yàn)。盡管模型考慮了總反應(yīng)時(shí)間和剎車距離，但是由于沒有考慮最小車間距(在車輛 靜止不動(dòng)時(shí)的最小車間距離，是通過觀測阻塞密度得到的)，故計(jì)算的阻塞密度仍然偏大。 而且由該模型計(jì)算的理論通行能力遠(yuǎn)小于實(shí)際測到的最大交通量。但由于所需參數(shù)少，計(jì) 算簡単，安全距離模型在計(jì)算機(jī)仿真中仍然有著廣泛的應(yīng)用，如英國交通部的SISTM，美國 的VARSIM中都應(yīng)用此類模型進(jìn)行仿真。盡管該模型能夠得出可以令人接受的結(jié)果，但仍有 許多問題尚待解決，例如，避免碰撞的假設(shè)與實(shí)際情況存在一定的差距；在實(shí)際行駛中，駕 駛員在很多情況下并沒有按照安全距離行駛。當(dāng)可以看到前方的多輛前導(dǎo)車，或是考慮其 它車輛及前方信號燈等影響，駕駛員認(rèn)為能夠及時(shí)對這些變化因素做出反應(yīng)時(shí)，他就不會(huì) 保持安全距離。因此，當(dāng)利用基于安全距離的車輛跟馳模型進(jìn)行通行能力分析時(shí)，計(jì)算的理 論通行能力遠(yuǎn)小于實(shí)際測到的最大交通量，達(dá)到通行能力時(shí)的最佳速度低于實(shí)際值，且不 能反映通行能力與設(shè)計(jì)車速和自由流密度的關(guān)系。比如一條設(shè)計(jì)車速為120km/h、路面摩擦 系數(shù)y = 0. 7的車道，利用Leutzhch模型計(jì)算得到的理論通行能力為1似4輛/小時(shí)/車 道pcu/h/ln、達(dá)到通行能力的最佳速度為37. 71km/h ；而在美國HCM2000中，該等級對應(yīng)的 道路通行能力應(yīng)為MOO輛/小時(shí)/車道pcu/h/In、最佳速度為85. 71km/h。4.心理一生理學(xué)模型心理一生理學(xué)模型也稱反應(yīng)模型，是用一系列的閥值和期望距離體現(xiàn)人的感覺和 反應(yīng)，這些界限值劃定了不同的值域，在不同的值域，后車與前車存在不同的影響關(guān)系。德 國Karlsruhe大學(xué)的Wiedemann于1974年建立的MISSION模型是這類模型中最為深入、最 符合駕駛員行為的模型。模型通過在八乂/^乂平面上的六個(gè)值ム乂，ム8乂，50乂，50乂，(0^，0卩0￥ 將車輛跟馳狀態(tài)劃分為五個(gè)區(qū)域，即自由行駛區(qū)、脫離前車區(qū)、逼近前車區(qū)、跟馳行駛區(qū)、制動(dòng)避禍區(qū)。在不同區(qū)域內(nèi)，采用不同的模型計(jì)算車輛下一時(shí)刻的狀態(tài)。駕駛員的駕駛行為是受環(huán)境、生理、心理等因素影響的一個(gè)復(fù)雜過程，不能看成是 一種精確的機(jī)械過程。心理一生理學(xué)模型中充分考慮了多種因素對駕駛員行為的影響和制 約，從建模方法上更接近于實(shí)際情況，也更能準(zhǔn)確地描述大多數(shù)的駕駛行為。但是不同的駕 駛員對速度差異以及距離變化的感覺和評價(jià)是不同的，因此導(dǎo)致此模型很難進(jìn)行校驗(yàn)。同 時(shí)該類模型的參數(shù)較多，子模型間的相互關(guān)系復(fù)雜，并且對于各種閥值的調(diào)查和觀測都比 較困難。5.元胞自動(dòng)機(jī)模型元胞自動(dòng)機(jī)模型又稱為微粒跳躍模型，適用于模擬具有離散性和隨機(jī)性的自然現(xiàn) 象，目前已經(jīng)被用于許多領(lǐng)域，如生物學(xué)、物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和社會(huì)學(xué)等。將該模型應(yīng)用于 交通仿真，配以并行計(jì)算機(jī)，可以仿真大型路網(wǎng)的微觀特性。模型將街道分割成一個(gè)個(gè)75 米長的單元，每個(gè)單元要么包含一輛車要么為空。每輛車攜帶非常有限的相關(guān)信息，其中最 重要的是速度，其取值范圍是從零到最大速度之間的整數(shù)。車輛的運(yùn)動(dòng)是以離散方式從一 個(gè)單元跳躍到另一個(gè)單元。最初的元胞自動(dòng)機(jī)單道模型于1996年建立，1999年又產(chǎn)生了多車道、多車型的元 胞自動(dòng)機(jī)模型。由于本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳建平，邁克·麥克唐納，馬克·布拉克斯通，杜怡曼，周楊，
申請(專利權(quán))人：吳建平，
類型：發(fā)明
國別省市：
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