[发明专利]一种基于元胞自动机的混入ACC和CACC车辆的交通流特性仿真方法

权利要求书

1.一种基于元胞自动机的混入ACC和CACC车辆的交通流特性仿真方法；其特征在于：分别建立手动驾驶、ACC和CACC车辆的动力学模型，分析不同渗透率的ACC和CACC车辆对混合交通流行驶速度、行车间距、拥堵状况和道路通行能力运行特性的影响，手动驾驶车辆采用Gipps安全距离模型，自动驾驶车辆采用通过实车标定的ACC和CACC模型；

根据Gipps安全距离模型，考虑驾驶员的反应时间，为保证行驶安全，车辆n在跟随前车的过程中所需要的最小安全距离和最大安全速度由式(1)和(2)求得；

式中:d_n,safe、v_n,safe(t)分别为车辆n跟随前车所需要的安全间距和速度；x_n(t)、v_n(t)分别为t时刻车辆n所在的位置和行驶速度；x_n-1(t)、v_n-1(t)分别为t时刻车辆n的前车所在的位置和行驶速度；l_n-1为车辆n的前车车长；b为车辆的最大减速度；τ_n为车辆n驾驶员的反应时间；

参考Nasch模型加速、减速、随机慢化、位置更新四步规则，构建考虑Gipps安全距离的元胞自动机模型；

(1)加速；

当d_n＞d_n,safe时，为追求更高的行驶速度，车辆n会加速；

v_n(t+1)＝min(v_n(t)+a_n(t),v_max,d_n,v_n,safe(t)) (3)

式中：v_n(t+1)为车辆n下一时刻的速度；a_n(t)为车辆的加速度；v_max为车辆的最大速度；d_n＝x_n-1-x_n-l_n-1为车辆n车头至前车车尾的距离；对于手动驾驶车辆，a_n(t)＝a_max，a_max为车辆的最大加速度；对于ACC车辆，a_n(t)＝min(a,a_max)，a由式(4)求得；

a₁＝k₁(x_n-1(t)-x_n(t)-t_hwv_n(t))+k₂(v_n-1(t)-v_n(t)) (4)

式中k₁和k₂为模型控制参数，t_hw为期望车间时距；对于CACC车辆，若其前车为手动驾驶或ACC车辆，则通信功能发生退化，速度更新规则与ACC车辆相同，否则，与前车可实时共享行车数据，加速规则遵循公式(5)；

式中：e_n(t)为t时刻车辆n实际式中：e_n(t)为t时刻车辆n实际车间距和期望车间距的差值，为e_n(t)的微分，k_p和k_d为模型控制参数车间距和期望车间距的差值，为e_n(t)的微分，k_p和k_d为模型控制参数；

(2)减速；

当d_n＜d_n,safe时，为避免发生追尾，车辆n会减速；当前车减速至停止，即v_n(t)＝0时，为保证两车停止时的间距不小于1m，车辆n采取安全减速规则，否则，按照确定性减速规则进行减速；当d_n＝d_n,safe时，车辆n将保持匀速行驶状态；

安全减速：

v_n(t+1)＝max[min(v_n,safe(t),d_n-1),0] (6)

确定性减速：

v_n(t+1)＝max[min(v_n,safe(t),d_n),0] (7)

匀速行驶：

v_n(t+1)＝min(v_n(t),d_n) (8)

(3)随机慢化；

对手动驾驶车辆，引入慢化概率r，模拟随机减速过程；对ACC和CACC车辆，不受人为因素的影响，无随机慢化；

v_n(t+1)＝max(v_n(t)-b,0)，rand(1)＜r (9)

(4)位置更新；

车辆完成速度更新后，更新下一时刻的位置；

x_n(t+1)＝x_n(t)+v_n(t+1) (10)

式中：x_n(t+1)为车辆n下一时刻的位置。