智能网联环境下高速公路出口匝道车辆控制策略研究

智能网联环境下高速公路出口匝道车辆控制策略研究(论文26000字)
摘  要
近年来，我国高速公路系统逐渐完善，但交通拥堵现象日益严重，事故率居高不下，高速公路系统面临新的挑战。将智能网联汽车作为先进技术引入高速公路系统，对高速公路出口匝道分流区车辆的跟驰与换道行为进行合理控制，缓解交通拥堵、提升高速公路整体运行效率正受到越来越多的关注。
本文基于智能网联高速公路环境，研究高速公路出口匝道分流区车辆的控制策略。首先，对于高速公路出口匝道分流区处非下匝车辆的跟驰行为，结合智能驾驶模型对其进行控制；其次，对于高速公路出口匝道分流区处下匝车辆的强制性换道行为进行重点研究，依据特定换道场景，分别构建车辆加速、减速换道模型对车辆的换道行为进行合理控制；然后，提出高速公路出口匝道分流区车辆的协同控制策略， 即“分区域阶梯控制策略”对出口匝道分流区车辆进行协同控制；最后，使用MATLAB对车辆跟驰与换道模型进行仿真，并对仿真结果进行综合评价。
 通过对高速公路出口匝道分流区车辆的跟驰行为、换道行为以及协同控制策略的研究可知，在跟驰行为中，跟驰车如何调整自身加速度来应对前车运行状态的改变；在换道行为中，换道车辆如何通过调整自身速度、加速度以及加减速时长顺利安全完成换道；“分区域阶梯控制策略”有利于促进高速公路出口匝道分流区车辆的协同控制，运行安全，进而提高高速公路的整体运行效率。
关键词：智能网联车辆  出口匝道  跟驰  强制性换道  协同控制
Study on control strategy of off-ramp vehicles on expressway under intelligent network environment
Abstract
In recent years,china's highway system has gradually improved,but traffic congestion has become increasing serious and the rate of traffic accident is still high,so the highway system faces new challenges.taking connected autonomous vehicles as advanced technology to control the car-following and lane-changing behavior of the expressway is receiving more and more attention.
In this paper,we study the control strategy of off-ramp vehicles on expressway under intelligent network environment.firstly,we use intelligent driver model to control the car following behaviour of non-off-ramp vehicles on freeway.secondly,we attach more importance to controlling the lane-changing behaviour of off-ramp vehicles on freeway,according to the different lane-changing environment,we apply the connected autonomous vehicles to establish accelerated lane-changing model and decelerated lane-changing model.thirdly,we divide the off-ramp diversion of expressway into three areas to control the car-following behavior of non-off-ramp vehicles and lane-changing behavior of off-ramp vehicles.at last,we use simulation software to simulate the car-following behavior and lane-changing behavior of vehicles on expressway,and evaluate the simulation results comprehensively.
According to the study of the control strategy of off-ramp vehicles on expressway,we has known the following car can adjust its acceleration to face the changes the front car.also,lane-changing car can control its speed and acceleration to ensure the safety of lane-changing.the control strategy of off-ramp and non-off-ramp vehicles can improve the safety of cars and the overall efficiency of the expressway.
Key words: CAV; Off-ramp; Car-following behavior; Mandatory lane changing behavior; Cooperative control strategy     
目录
摘要........................................................................................................................................ I
Abstract    II
第一章 绪论    1
1.1研究背景及意义    1
1.2国内外研究现状    1
1.2.1车辆跟驰模型概述    2
1.2.2车辆换道模型概述    2
1.2.3智能网联的影响    3
1.2.4研究现状分析    4
1.3主要研究内容及技术路线    4
1.3.1研究内容    4
1.3.2技术路线    5
第二章 智能网联高速公路环境概述    7
2.1出口匝道分流区影响范围划分    7
2.1.1选取出口匝道的研究类型    7
2.1.2确定出口匝道分流区的影响范围    7
2.2智能网联技术对出口匝道交通流的影响    8
2.2.1人工驾驶车辆运行特性    8
2.2.2智能网联汽车的特性    9
2.2.3智能网联对交通流的影响    10
第三章 出口匝道车辆微观模型构建及控制策略    12
3.1车辆跟驰模型构建    12
3.1.1应用场景    12
3.1.2模型选取    12
3.1.3参数取值    13
3.2车辆强制性换道模型构建    13
3.2.1建模的前提假设    14
3.2.2换道场景的选择    14
3.3构建车辆加速换道模型    17
3.3.1模型构建    18
3.3.2约束条件    19
3.3.3安全间距    20
3.4构建车辆减速换道模型    20
3.4.1 模型构建    21
3.4.2约束条件    22
3.4.3安全间距    23
3.5出口匝道分流区车辆的协同控制策略    23
3.5.1 a-b区域内车辆的控制策略    24
3.5.2 b-c区域内车辆的控制策略    25
3.5.3 c-d区域内车辆的控制策略    25
第四章 出口匝道车辆的仿真运行    26
4.1仿真场景构建    26
4.1.1 IDM的仿真场景    26
4.1.2换道模型的仿真场景    27
4.2跟驰模型的仿真结果与评价    28
4.2.1 IDM的仿真结果    28
4.2.2 IDM的仿真评价    29
4.3 换道模型的仿真结果与评价    30
4.3.1换道模型的仿真结果分析    30
4.3.2换道模型的综合评价    35
4.3.3换道模型的轨迹曲线    36
第五章 结论与展望    40
5.1研究总结    40
        5.1.1 出口匝道分流区车辆跟行为的控制.........................................................40
        5.1.2 出口匝道分流区车辆换道行为的控制.....................................................40
        5.1.3出口匝道分流区车辆的协同控制策略....................................................40
5.2创新点    41
5.3未来展望    41
参考文献    42
致谢    44