[发明专利]一种无人驾驶汽车的交通流量建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及无人驾驶领域，更具体地说，涉及一种无人驾驶汽车的交通流量建模方法。

背景技术

目前，关于无人驾驶和人工驾驶的混合交通流的研究还较少，Sunan Huang提出一种关于无人驾驶和人工驾驶共存从而使高速公路自动化成本和基础设施要求减少的技术，Arnab Bose于1999年对相同车道内无人驾驶和人工驾驶一起行驶对交通流特性和环境的影响进行了分析，Arnab Bose于2003提出了无人驾驶模型，并对同比例的自动和人工驾驶的流密图进行了分析研究，同时还分析了冲击波；考虑驾驶员的个体驾驶特性差异和ACC车辆的运行原理，构建了各自的运行规则，提出了一个新的元胞自动机模型，对模拟出混合交通流的变化特性。

元胞自动机模型作为微观交通模拟研究的主要工具，被引入到交通领域后，得到了迅速的发展，1992年Nagel和Schrenberg提出了经典的NaSch模型，虽然模型形式简单，但模型得到的模拟结果和实际交通现象和交通行为非常相似，之后不少学者对NaSch模型规则进行改进，先后提出了TT模型巡航控制模型、FI模型、敏感驾驶模型、安全驾驶模型等，这些改进极大地丰富了交通流元胞自动机模型。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在交通安全和拥堵的问题，本发明的目的在于提供一种无人驾驶汽车的交通流量建模方法，它可以实现引入无人驾驶汽车建立模型的方法改善交通安全及拥堵。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种无人驾驶汽车的交通流量建模方法，其步骤如下：

(1)结合研究地日交通流量的数据，进行问题分析假设，分析假设包括：

一、每日交通量发生在高峰旅行时间的比例，基于人们一天的作息时间，假设高峰期的时间和非高峰期的时间，

二、针对于有很多新手司机和一些不遵守交通规则的司机，根据相关调研，进行比例和反应时间的假设，

三、在计算路口交通流量时，提出的每个车道的车辆数，取平均值，

四、本发明中考虑的车辆都是靠右行驶的，符合世界上大部分国家或地区的交通规则，

五、选取的车辆是以标准车当量数来计算；

(2)建立传统交通模型，

一、通过数据采集，计算交通拥堵经验分布函数，然后绘制交通拥堵经验分布函数图，

二、分析影响道路交通通行因素，

三、通过数据采集及计算，绘制平均时期交通流率与交通量关系图和高峰期车道数与平均每车道通行能力图；

(3)建立无人驾驶汽车介入交通模型，

一、结合经典的Gipps模型思想，引入安全距离对NaSch模型进行改进，建立基于安全距离的自动驾驶元胞自动机交通流模型，

二、进行无人驾驶元胞自动机仿真，

三、数据分析，所述数据分析包括驾驶方式混合比例对交通的影响分析和混合比例对交通拥堵的影响分析；

(4)多车协作，

使用重叠结构分解的方法将车队分解为一系列由三辆车组成的子系统，再使用分散式LQ控制方法得到扩展后系统的最优解，最后将扩展系统收缩回原系统，得到原系统的次优控制率；

(5)灵敏度检验，

将无人驾驶汽车的反应时间由0.1s提高到1s进行灵敏度检验。

优选地，所述建立基于安全距离的自动驾驶元胞自动机交通流模型时进行规格制定：

第一，依据安全距离原理，第n辆车的驾驶员对其前方车辆的最大减速度进行估计，进而确定避免与其前方发生追尾所需保证的安全距离Gap_safe,n，以及行驶的安全速度v_safe,n，τ_n为第n辆车的反应时间，b_n为第n辆车的最大减速度，v_n(t)为第n辆车的速度；

第二，加速规则

车辆在行驶当中，当第n辆车与其前方车辆之间的车间距大于该车行驶时所需要的安全间距时，即Gap_n＞Gap_safe,n时，Gap_n为第n辆车与前面车的间距，为了满足驾驶员对于更高期望速度的行驶，该车则按照如下规则进行加速行驶；

v_n(t)→min(v_n(t)+a_n,V_max,v_safe,n(t),Gap_n)

第三，匀速规则