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原文传递异质交通流环境下高速公路合流区车辆换道行为研究

论文题名：	异质交通流环境下高速公路合流区车辆换道行为研究
关键词：	高速公路合流区;车辆换道行为;异质交通流;通行效率
摘要：	高速公路匝道合流固有的混沌性被认为是交通事故和拥堵的主要成因之一。随着自动驾驶技术和通信技术的快速发展，未来网联自动驾驶车辆（Connected and Autonomous Vehicle, CAV）在完成全面部署之前，将和人工驾驶车辆（Human- Driven Vehicles, HDV）长期并存，深入探索其异质交通流的跟驰和换道等微观交通行为特性和机理对提高混行交通系统的交通安全和通行效率至关重要。　　论文结合自然驾驶数据，重点研究异质交通流环境下高速公路合流区车辆换道行为。首先，在分别构建CAV和HDV的车辆场模型基础上，结合行车环境场模型，叠加形成异质交通流环境下的安全场模型。具体地，基于合流区交通环境的物理属性与 CAV 车辆的动力学特征，构建了物理学意义上的环境场模型与CAV车辆场模型，基于驾驶员个性与心理特征构建了心理学意义上的HDV车辆场模型。进而，结合安全场模型，针对合流区匝道合流可能造成的换道冲突与拥堵问题，对环境与车辆的状态进行了量化分析与可视化表征；提出了预合流区早期换道模型与合流区多场景强制换道控制策略，旨在为车辆交互、行车安全和动态换道提供安全评价与风险提醒。同时，利用 SUMO 仿真工具，构建了自由换道和强制换道场景实验，仿真分析了车辆换道模型和控制策略对合流区安全冲突和通行效率的改善效果。　　本论文的主要研究结论总结如下：　　（1）针对现有行车安全场对异质交通流的无差别建模问题，考虑CAV车辆与 HDV 车辆的感知、作用力等差异，分别构建了车辆场模型并完善了 CAV 车辆场的作用范围约束，利用差分进化算法优化了模型性能参数。考虑HDV驾驶员个性差异与驾驶环境对行车安全的影响，构建了驾驶员安全心理承受度综合指标，借助心理场的概念推导了混行驾驶中 HDV 驾驶员的心理作用力，确立了HDV传统车的车辆场模型。　　进而，将所确定的车辆场模型与表征道路边界与标线等要素的环境场模型相结合，形成共同描述异质交通流行驶状态与安全性的安全场模型。情境分析表明，该模型能够定量分析车辆的行车风险，其等值线能够可视化车辆的场强分布，表征车辆的行车安全空间。　　（2）为将异质交通流安全场模型扩展至高速公路合流区换道场景，针对主动安全措施——早期换道，考虑到换道时的驾驶盲区与易产生的侧向碰撞冲突，为提高CAV车辆与HDV车辆的安全裕度，基于安全场模型修正了CAV车辆的换道最小安全距离，以此作为换道约束；进而构建以提高CAV队列强度为目标的早期换道模型。仿真实验表明，该模型作为减少合流区交织冲突的主动安全防控措施之一，能够有效提高换道车辆的车速和预合流区交通流的通行效率。　　（3）针对主动安全措施——合流区多车组合换道控制策略，以安全势能及势能变化率等标量测度换道目标位置风险，构建了以行车安全指数换道安全评价指标为核心的多车组合换道控制策略，以此判断安全换道时机，优化换道后各车辆行驶速度。仿真实验表明，该策略在通行效率与安全效果方面均表现良好，加强了异质交通流安全场模型的可解释性，为合流区车辆换道提供决策支持。
作者：	宋佳
专业：	交通运输
导师：	王薇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023