智能网联环境下高速公路混合交通流建模与仿真分析

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如今的自动驾驶技术与车联网技术已愈发成熟,已有部分智能网联汽车开始在路上测试行驶,可以预见在将来几十年里,智能网联汽车的市场占有率必将不断提高。而高速公路是交通运输的动脉,在未来的高速公路上,智能网联汽车也会日益增多。目前,我国的高速公路处于小客车与货车混合行驶的状况,智能网联汽车的加入势必会对现有的高速公路产生较大的影响,因此研究在智能网联环境下,高速公路各车型混合行驶状况下的交通流特征就十分有必要。论文以智能网联环境下的混合交通流特性为研究目的,把元胞自动机运用到高速公路的双车道交通环境中,提出了两种混合交通流模型:一是人工驾驶汽车与智能网联汽车形成的混合交通流模型,包括小客车和货车两种车型;二是人工驾驶汽车与智能网联货车车队形成的混合交通流模型。之后应用Mat Lab软件对两种模型分别进行了仿真模拟,通过数值分析对两种智能网联混合交通流模型进行研究。其中,在充分考虑小客车、货车以及智能网联化后这两种车型的特征后,改进了经典的Na Sch模型,以适应不同类型的车辆以及不同的跟车组合,提出了分车型的换道模型,建立了智能网联环境下,人工驾驶汽车-智能网联汽车混合交通流模型。同时,对经典Na Sch模型的随机慢化步骤进行了改进,使人工驾驶汽车适应智能网联货车车队的加入,优化了人工驾驶车辆的换道模型,并且细化了元胞单位长度,提出了智能网联货车的跟驰规则和组队规则,建立了人工驾驶汽车与智能网联货车车队的混合交通流模型。通过模拟仿真分析得到:在人工驾驶汽车-智能网联汽车的混合交通流中,道路交通的流量会随着智能网联汽车市场占有率的提高而不断提高,当市场占有率达100%时,道路流量可以提高近1.64倍,且这种影响与道路中小客车与货车的比例无关,同时,智能网联汽车市场占有率的提高还可以降低车辆换道频率,减少系统中车辆间的速度差。在此混合交通流中货车的占比越大,系统的平均速度就会越小,且阻塞密度到来的越早,而智能网联汽车占有率的提高有助于提升系统的平均速度;人工驾驶汽车与智能网联货车车队混合行驶,在密度一定的情况下,智能网联货车的比例r越大其交通流的通行能力就越小,所以相比于智能网联货车独自行驶,进行车队组合可以有效提高系统中道路的通行能力,同时,可有效降低系统中人工驾驶汽车的换道频率。
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