《车辆跟车模型》PPT课件

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1、第四章车辆跟驰模型制作时间:2007年1月20日目录4.1跟驰模型的建立4.2稳定性分析4.3稳态流分析4.4实验和观察4.4.1跟驰实验4.4.2宏观观测:单车道交通4.5车辆自动跟驰4.6结论本章着重讨论单车道中一辆车紧跟另一辆车行驶的现象（车辆跟驰现象）。研究这个问题有很重要的意义，因为车辆跟驰相对简单，所以该方面的研究较多，而且已成功建立了数学模型。车辆跟驰现象有助于交通流的特性的了解。车辆跟驰现象通常发生在双车道或多车道上，无法超车或车辆被限制在单车道上行驶的情况。跟驰理论所研究的参数之一就是车辆在给定的速度V下跟驰行驶时的平均车头间距S，平均车头间距则可以用来估计单车

2、道的通行能力。在对速度—间距关系的研究中，单车道通行能力的估计基于如下方程：C=1000V/S（4.1）式中，C—单车道的通行能力（辆/小时）V—速度（千米/小时）S—平均车头间距（米）研究表明，速度—间距的关系可由下式表示：S=α+βV+γV2（4.2）式中，系数α，β，γ可取不同的值，其物理意义如下：α——有效的车辆长度β——反应时间γ——跟驰车辆最大减速度的二倍的倒数附加项γV2保证了足够的间距，使得头车在紧急停车的情况下跟驰车辆不与之发生碰撞，γ的经验值可近似取0.023s/ft。γ在非线性条件下的近似计算公式为：（4.3）式中，，分别为跟车和头车的最大减速度。以上提到的

3、速度—间距模型适用于交通流中车辆速度相同或近似相同，各个车辆保持相同的间距（就是所说的稳态交通流）。跟驰模型除了用于计算平均车头间距外，还可用于从微观角度对车辆跟驰现象进行分析，近似得出单车道交通流的宏观特性。总之，跟驰理论是连接车辆个体行为与车队宏观特性及相应流量、稳定性的桥梁。第一节跟驰模型的建立单车道车辆跟驰理论认为，车头间距在100—125m以内时车辆间存在相互影响。该理论认为，在人—车—路的系统中，驾驶员是一个主动的，可预测的控制因素。在直线行驶、无超车的情况下，车辆跟驰行为可归为以下三个过程：感知阶段：在这个阶段，驾驶员通过视觉收集相关信息。信息包括前车车辆的行为和跟

4、车车辆的行为，主要有前车的速度，加速度，车间距离，相对速度和一些变量（如：碰撞时间）等；决策阶段：驾驶员对所获得的信息进行分析，决定驾驶策略，与驾驶员对车辆特性的了解和驾驶技能、经验等有关。控制阶段：驾驶员根据自己的决策和头车及道路的状况等反馈信息，对车辆进行操纵控制。跟车模型认为在人—车单元中存在刺激—反应关系。其关系式为：反应=λ刺激（4.4）其中，λ是驾驶员对刺激的反应系数。驾驶员接受的刺激是指其前导车的加速或减速行为以及随之产生的两车之间的速度差或车间距离的变化；驾驶员的反应是指根据前车所作的加速或减速运动而对后车进行的相应操纵及其效果。一般认为，在跟车模型中，驾驶员有两

5、个任务：a）紧随前面的车辆行驶；b）避免碰撞。这就需要驾驶员在很短的时间δt内保持较小的平均相对速度U，即：(4.5)保持较小的值。从而使得“碰撞”时间：（4.6）很大，车辆间距在时间δt内不会增加。由于相对速度在避免碰撞方面所起的重要作用，因而在刺激—反应关系中，相对速度成为首要的考虑因素。刺激函数也可以表示成如方程(4.15)的形式。即在给定的时间t内，刺激依赖于对相对速度的初始值的加权总数：（4.7）其中，σ(t)是反应驾驶员对早期信息评估和处理的权重函数。驾驶员权衡过去和现在的信息，从而在未来的一定时间内作出反应。图4.1相对速度刺激和时间权重函数图根据以上分析，刺激函数

6、变为：（4.11）反应时间或延误的主要影响因素为驾驶员对刺激的反应。驾驶员得到刺激信息，然后在未来的一段时间内作出反应。通过延迟刺激，驾驶员得到较新的信息。驾驶员通过加速器和制动踏板对车辆进行直接控制，而且可以根据惯性原理得到变量的直接反馈信息，因而可以将反应函数看作跟车的加速度：（4.13）将式(4.11)和式(4.13)代入式(4.4)，该刺激—反应公式转化为：（4.14）或写成：（4.15）方程（4.15）是对跟车理论中刺激—反应问题复杂现象的简单描述。跟车理论的一般形式可用传统控制理论框图表示，见图4.1a。方程（4.15）所示的线性跟驰模型表示为图4.1b。完善的跟车模

7、型应包括一系列以便于建模描述车辆及道路的动态特性、驾驶员的生理心理特性和车辆间的配合。图4.1a)车辆跟驰框架图图4.1b)线形跟驰模型框架图第二节稳定性分析本节讨论方程（4.15）所示的线性跟车模型的两类波动稳定性：局部稳定性和渐进稳定性。局部稳定性：关注跟驰车辆对它前面车辆运行波动的反应，即关注车辆间配合的局部行为。渐进稳定性：关注车队中每一辆车的波动特性在车队中的表现，即车队的整体波动性。如头车的波动在车队中的传播。一、局部稳定性通过第一节的分析，得到线性车辆跟驰模型方程(