建立安全换道域的换道决策与规划

局部路径规划强调在微观交通场景中输出一条可行驶路径,对每一离散时刻的路径点都要求有极高的安全性和舒适性。现有的局部路径规划方法中鲜有考虑路径曲率是否连续、路径起讫点约束等物理特性的基于安全换道域的换道决策与规划方法。本研究中对典型的换道场景建立了临界安全换道角模型,对无法演变为单障碍车换道场景的双障碍车换道场景建立了安全换道域。对比了几种常用换道路径,筛选出B样条曲线法作为局部路径规划方法,利用换道时间和换道路径平均曲率确定基于安全换道域的最优换道路径,并提出了基于安全换道域的换道决策,联合Simulink和PreScan计算平台在典型换道场景下实现了所提出的换道策略的仿真验证。结果表明,所提出的换道决策和换道路径规划能够实现本车的安全换道。

高速公路养护工程安全变道控制距离研究

为探究高速公路养护工程安全变道概率条件下车辆行驶的控制距离,对变道过程中车辆跟驰行驶安全约束条件进行分析,并运用概率论与交通流理论研究车辆变道概率组合特性,推导出安全变道控制距离与成功变道概率之间的关系。结合实例计算,对推导模型与规范中的建议值和计算值进行吻合性验证。

基于轨迹预测的安全强化学习自动变道决策方法

深度强化学习在自动变道决策问题中由于它的试错学习的特性,易在训练过程中导致不安全的行为。为此,提出一种基于轨迹预测的安全强化学习自动变道决策方法。首先,通过最大似然估计的概率建模并预测车辆的未来行驶轨迹;其次,利用得到的预测轨迹和安全距离指标进行驾驶风险评估,并且根据驾驶风险评估结果进行安全动作约束,将动作空间裁剪为安全动作空间,指导智能车辆避免危险动作。在仿真平台的高速公路场景中,将所提方法与深度Q网络(DQN)及其改进方法进行测试比较。实验结果表明,在智能车辆训练过程中,所提方法在保证快速收敛的同时,使碰撞发生的次数相较于对比方法降低了47%~57%,有效提高了训练过程中的安全性。

基于风险势场的网联自主车辆换道行为建模

为提高智能网联环境下网联自主车辆的换道安全,针对网联自主车辆环境感知及实时通讯的特点,以势场理论为基础,分析车辆不同方向所面临风险变的差异性,对动态车间距进行修正,构建车辆风险势场模型,将网联自主车辆驾驶过程中所面临的风险进行量化,以此为基础建立网联自主车辆安全换道距离模型,反映不同运动状态的换道车辆所需要的安全换道距离的变化趋势。对模型进行数值模拟分析,结果表明:当前车道和目标车道上车辆的运动状态直接影响换道时所需要的安全距离的大小。可见车辆进行换道操作时需调整自身的运动状态来改变风险势场的分布情况,避免与其他车辆的风险势场发生冲突,影响行车安全性。

互通式立交最小安全净距和变速车道研究

互通立交是在公路沿线实现交通转换、为区域交通服务的重要构造物。为了保证互通立交的设计质量,文章基于车道变换理论,分析相邻互通立交之间的最小净距、互通立交与隧道出口的最小净距,探讨互通立交变速车道的形式选择及变速车道长度计算,研究成果可为互通立交设计提供理论参考。

基于可达性分析的网联自主车辆换道安全轨迹规划与仿真

为解决网联自主车辆在换道时前车向目标车道紧急变道所引发的交通安全问题。通过考虑车道线与道路边界约束以及网联自主车辆与障碍车辆的碰撞风险,建立了换道临界碰撞模型。综合考虑换道临界模型与多项式规划方法,规划带安全约束的换道轨迹。进一步为降低网联车辆紧急避障的反应时间,提高避让轨迹的动态响应效果,采用可达性分析方法搜索出安全区域,使用多项式规划安全避让轨迹。最后针对具体的实际交通场景,使用MATLAB对规划轨迹进行数值仿真分析,仿真结果表明换道轨迹满足安全性、舒适性以及换道效率的约束,所规划的避让轨迹在牺牲部分舒适性的前提下能够满足安全性的要求,降低车辆面对突发情况的安全风险。

高速公路网联自动驾驶专用车道物理基础设施设计方法研究综述

为深入探究网联自动驾驶专用车道的物理基础设施设计对交通性能的影响,从专用车道的部署条件、专用车道的接入方式、以及专用车道与普通车道的分隔方式等3个方面进行梳理,明确了现有研究的理论基础与实践进展,构建了这些方面对交通系统性能的影响关系框架,并指出了当前研究中存在的空白和未来研究的发展方向。结果表明:目前对网联自动驾驶专用车道部署条件的研究主要聚焦在交通效率上,缺少对交通安全的评估,且不同的研究假设导致了研究结果的差异,在未来研究中需要对部署条件进行精确评估;有关接入方式的研究则显示常规的自由接入和有限接入各有优势,但2种接入方式的优势条件有待进一步检验,建议借鉴高载客率车辆(high occupancy vehicle,HOV)专用车道接入方式的设计,在网联自动驾驶专用车道场景下对其进行重新评估;有关分隔方式的研究显示需要确认网联自动驾驶专用车道与普通车道的分隔方式对人类驾驶员适应性行为的影响,以确保驾驶者能够有效适应专用车道的部署。总体而言,目前研究虽有一定进展,但由于缺乏实际的道路案例与部署效果验证,基于仿真的方法由于假设等方面的差异使得研究结论有较大的分歧。未来的研究应重点聚焦在网联自动驾驶行为的精确化、横纵向对比研究、以及量化网联自动驾驶专用车道设计对安全效率的影响等方向进行改进。

基于弹性安全换道间距的元胞自动机交通流模型

实际交通中,换道车辆的行驶速度不同,其所需要的安全换道间距也不尽相同。具体表是,高速行驶的车辆换道迅速、敏捷,而低速行驶车辆换道踌躇、犹豫。因而,对所有换道车均设定一个固定的安全换道间距是不恰当的,前人很少在这方面进行研究;结合现实提出的弹的安全换道间距规则,在改进前人模型仿真质量的同时,也提高了车辆的换道频率。模拟结果显示较以前模型,提出的元胞自动机模型将可改善道路的通行能力、提高道路资源的利用效率。

基于集散决策体系结构的智能车辆自主导航

智能车辆的体系结构作为智能车辆系统的基础,在构建智能车辆前必须得到合理的设计。为保证智能车辆系统的实时性和智能性,提出了基于集散决策的智能车辆体系结构。该结构由信息感知、规划决策、执行3个基本模块组成,其中规划决策分为低层次的分散决策和高层次的集中决策;分散决策对各种环境信息进行并行处理以得到各局部决策结果,集中决策对各分散决策结果进行综合判断并做出最终决策。按照以上设计思想,对道路环境下的智能车辆体系结构进行了仿真,同时实际构建了智能车辆车道识别及跟踪系统的体系结构。并进行了系统设计及实车试验。仿真结果表明,智能车辆能够根据实际环境信息做出合理决策,顺利完成车道跟踪、车距保持、换道行驶等任务。试验结果表明,在该体系结构控制下的智能车辆系统能够准确、可靠地完成车道识别、车道跟踪及车速保持任务。

一种基于改进的弹性安全换道间距规则的元胞自动机模型

基于对STCA模型与F STCA模型的分析研究,结合车辆换道的实际状况,重新定义了换道风险度的概念,提出了一种更符合实际情况的改进的弹性安全换道间距规则,并进一步提出了基于该规则的双车道元胞自动机交通流模型.实验结果表明,该模型有益于提高道路资源利用率,同时在安全方面能够降低事故发生的可能性.

车辆换道交互行为分析和建模

运用运动学理论与方法,以换道过程中目标车道上的跟随车为研究对象,对跟随车与换道车之间的交互行为进行分析,建立了自由换道、强制换道和协作换道过程中跟随车与换道车之间的最小安全距离模型。利用汽车驾驶电子学习室对不同状态的交通进行了仿真分析,并进行了数理统计分析。结果表明:所建模型可以对实际交通车辆换道进行合理描述;在试验与实际道路交通场景中,车辆换道需求间距存在一定的误差,主要原因是在实际交通场景下,驾驶行为是综合考虑多种因素后的结果;在交通流密度较高的道路上,协作换道可以大大地提高车辆行驶安全性、交通流稳定性及道路通行效率。

山区高速公路长大下坡路段避险车道设置位置研究

本文在分析了避险车道现状问题和安全影响因素的基础上,通过货车在雅西高速公路上的制动鼓温度变化实车试验,建立货车在山区高速公路长大下坡路段行驶时的制动鼓温度变化模型,然后在试验的基础上建立一套适用于山区高速公路的避险车道设置位置理论计算方法,以此来确定避险车道的设置位置和设置间距。

入匝道系统元胞自动机模型的换道规则研究

基于入匝道系统的元胞自动机交通流模型,从安全距离的角度提出四种换道规则,探讨四种换道规则对匝道系统的影响。模拟计算结果表明,匝道上的不同换道行为对匝道交通流模型有重大影响。安全距离为零的换道行为,能使匝道路段的流量获得最大值,但是却会抑制主道上游路段和下游路段的车辆流量;同时考虑了与前后车有安全距离的换道行为,不仅能让主道上下游路段的流量达到最大值,还能使整个匝道系统的流量达到最大值。

基于最小安全距离的车辆交叉换道模型研究

为提高道路通行能力,减少交通事故发生率,在常规换道基础上提出新的换道形式,即为交叉换道;基于车路协同技术,建立数学模型研究交叉换道最小安全距离,确定最小安全距离公式,并考虑通信延迟因素修正最小安全距离;对模型进行仿真分析,在此基础上界定安全区域和非安全区域.仿真结果表明在车辆换道过程中,最小安全换道距离与换道车辆的加速度、换道时间和换道车辆与周围车辆间的相对速度等有关.

一种基于安全换道距离规则的对称同向双车道交通流模型

基于对元胞自动机交通流模型STCA与F-STCA的深入研究,结合对称同向双车道车辆驾驶安全换道的实际状况,完善了车辆驾驶过程中的换道风险描述,提出更符合实际情况的对称同向双车道车辆安全换道距离规则及基于该规则的对称同向双车道元胞自动机交通流模型X-STCA.利用MATLAB模拟环境进行仿真实验,结果表明该模型在保证对称同向双车道车辆换道安全的前提下,大大增加了车辆加速换道次数,从而有益于提高车流速度、降低车流密度和减少道路拥堵.从换道安全和改善交通环境角度考虑,该模型更符合对称同向双车道交通流实际情况.

汽车安全辅助驾驶系统中报警装置的设计

采用Multisim软件仿真和试验的方法,设计了一种汽车安全辅助驾驶系统中独立的报警装置,实现了在车道偏离时适时有效的报警,并实现在正常转向和制动工况时报警器不报警的功能。

山区高速公路爬坡车道长度可靠性设计

现有规范对爬坡车道设计仅对起终点位置进行宽泛设置,并没有给出明确的长度及计算方法,文中以20 km/h速度折减量作为设置爬坡车道起点的依据,将爬坡车道分为爬坡段和附加长度段,建立爬坡车道长度与坡度的功能函数.将可靠概率与失效概率作为表征可靠度的指标,采用蒙特卡洛法计算在不同设计坡度坡长组合下,爬坡车道长度设计值的可靠概率.以《工程结构可靠性设计统一标准》为依据,为满足高速公路对应安全等级的可靠度要求,将可靠度概率大于95%的爬坡车道长度设计值作为安全建议值,提出不同坡度范围内爬坡车道长度的限制要求.结果表明:在相同设计坡长条件下,爬坡车道长度设计值可靠度随着坡度的增大而减小;当设计速度分别为100、80 km/h时,坡长分别为800、700 m的条件下,对应最大纵坡坡度为4%、5%的爬坡车道安全建议值为865、895 m.最后运用工程实例从事故率的角度说明了合理设置爬坡车道的必要性,并对事故路段重新布置爬坡车道.

基于可接受安全间距的单车道交通流模拟模型

交通流微观模拟是采用计算机对交通流进行描述及分析的方法。尤其对于复杂的交通流而言,微观模拟具有明显的优势,然而模拟的准确与否,关键在于模型的建立。笔者即是在研究我国单车道交通流特点的基础上,借鉴车道变换理论,基于驾驶员可接受的交通安全间距,分析安全变换车道的各间距之间的关系。

一种矿用本安型人员报警探测器设计

针对煤矿井下工作人员误入盲巷或其他重要地段,容易造成重大事故的安全隐患,设计一种矿用本安型人员报警探测器。该报警探测器采用本质安全设计方式,利用微波多普勒探测原理,探测误入煤矿井下重要地段的工作人员。该探测器具备语音播报功能和RS485通信功能。通过实验验证,该探测器能够对误入人员进行语音告警并上报信息给管理中心,为煤矿井下工作人员的人身安全提供保障。

连续采煤机大断面双巷掘进安全快速过大断层技术实践

为解决连续采煤机大断面双巷掘进过大断层面临的断层控制精度低、变坡位置难以确定,断层走向与顺槽夹角小、落差大、长距离在破碎带掘进的顶板安全问题,以及岩巷掘进粉尘大、影响职工身心健康、掘进速度慢、效率底等难题,以大柳塔煤矿52305运顺、52306回顺连续采煤机掘进过大断层为研究对象,采取了提前巷探和钻探、特殊加强支护、综掘机配合连续采煤机,以及进口高效除尘风机等措施,有效地解决了以上困难,实现了连续采煤机大断面双巷掘进过大断层安全快速的目标。