Placement distance of freeway exit advance guide sign and its safety impacts

To remedy the empirical pitfalls of current chinese specifications and MUTCD 2009 guidelines in determining the placement distance of freeway exit advance guide signs,the driving maneuver of exiting traffic is analyzed and the factors influencing placement distance are explored.Variables including the number of lanes,lane width,lane-changing time,driver＇s visual characteristics,sign installation methods and operating speeds on both freeway mainlines and exit ramps are found significant in explaining exit safety.Three different installation methods,namely ground installation,overhead installation and median installation,are introduced and their applicable conditions are given.Models,with the same structure among the three installation methods,are developed to compute the placement distance under different roadway geometric and traffic conditions.Taking overhead installation as an example,simulation results in TSIS-CORSIM show that the proposed distance reduces the number of lane changes in the area from the ramp nose to 500 m upstream by 58.93% compared with current Chinese specifications and 27.35% compared with MUTCD 2009 guidelines.Thus,the distances recommended in this paper have a better safety performance.

基于UCWin/Road仿真的高速公路出口预告标志前置距离研究

为了研究高速公路出口预告标志的前置距离,以驾驶心理学原理和驾驶人对标志的响应特性为基础,将驾驶人的驾驶操作行为过程分为5段,并建立了满足安全性和舒适性要求的高速公路出口预告标志前置距离计算模型,模型中采用了等待可插入间隙行驶距离模型和等速偏移正弦曲线车辆换道行驶距离模型。通过对标志牌的设置方式进行分析,提出了在不同道路条件、不同驾驶人特性条件下的出口标志合理设置距离建议值。运用UCWin/Road进行建模,Forum8驾驶模拟器进行仿真。仿真验证结果表明:仅双向四车道高速公路出口预告标志的设置距离与《道路交通标志和标线》规定值相接近,且设置距离较合理,双向六车道及以上,规定的设置距离偏小。

基于VANET环境高速公路车辆换道安全车距研究

高速公路具有车速快、车辆多的特点,由于车辆换道发生追尾的交通事故,造成的经济损失较为惨重。本文基于VANET环境,在典型的换道场景中,利用V2V通信的技术,根据汽车动力学原理,通过对换道的4个阶段的分析研究,提出了车辆从本车道变换到目标车道,与目标车道的前车应保持的换道安全车距模型,最后在NCTUNS网络仿真软件下建立了仿真实验环境。实验结果表明,换道安全车距模型是正确的,具有较好的实用性,可为汽车自动驾驶、辅助驾驶或预警系统的应用奠定基础。

基于ACC车辆的主动换道控制

目的:针对部分自适应巡航系统不能考虑驾驶员意图,在车辆长时间跟随低速行驶的前车情况时,无法满足驾驶员的主观需求。方法:提出一段时间内车辆行驶速度持续低于期望速度作为自适应巡航车辆的换道意图,使用最小临界碰撞距离与目标车道前、后车辆距离来决定换道过程是否危险,采用模型预测控制算法对规划的多项式曲线进行跟踪控制:利用Simulink/CarSim对目标车道有无车辆两种工况进行联合仿真。结果:与传统的自适应巡航车辆相比,既能实现定速巡航与自动跟车,也能进行主动换道。结论:采用基于自适应巡航车辆的主动换道控制策略,能够实现满足驾驶员换道意图的主动换道,且换道轨迹跟踪效果良好。

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。

混合交通条件下公交车与网联车的联合专用道控制方法

文中提出了考虑公交优先的公交车与CAV的联合专用道控制策略.根据CAV的平均车速、公交车的期望车速以及公交站点个数设置公交清空距离模型,根据CAV是否妨碍公交优先设置CAV进入和离开联合专用道的换道控制模型,其中公交车以出行时间最小为优化目标.结果表明:与完全式公交专用道控制方法相比,车均出行时间和人均出行时间分别减少了7.71%和8.19%,且联合专用道的利用率提升了27.16%以上;与不考虑公交优先的控制方法相比,车均出行时间和人均出行时间分别增长了3.25%和2.95%,但公交车的车均出行时间减少了10.35%.且该控制方法在网联车渗透率处于0.3~0.4的区间内得到的控制效果最为显著.

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。

基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型

针对现有的驾驶员不满度模型未考虑驾驶风格而导致换道决策难以适应不同类型驾驶员的问题,改进基于前车车速的驾驶员不满度模型,并结合基于椭圆车辆模型的最小安全距离模型,建立基于驾驶风格和驾驶员不满度的换道决策模型.选取15个问题作为驾驶员行为问卷(driver behavior questionnaire, DBQ)调查内容,利用主成分分析和K-means聚类将驾驶风格分为激进型、谨慎型和普通型3类.设计驾驶模拟器试验,采集不同驾驶风格的驾驶员换道数据,得到不同驾驶风格的驾驶员不满度阈值.通过MATLAB/Simulink和Carsim仿真平台验证换道决策模型的有效性.结果表明:换道决策模型可根据驾驶员不满度正确产生换道意图,保证换道过程的安全性,同时还可以适应不同驾驶风格的驾驶员,使基于驾驶员不满度的换道决策模型更符合驾驶员的实际驾驶习惯.

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。

智能车联网下车辆换道安全距离预警仿真

车辆换道过程中涉及横向、纵向的加减速等控制,若驾驶员没有充分考虑到周围车辆的位置和速度,会导致追尾、刮撞等事故的发生。为了提升车辆换道安全性,提出智能车联网下车辆换道安全性预警方法。通过搭建换道车辆横向速度、位移数学模型,基于车辆行驶运动学理论、位移函数,建立最小纵向安全距离数学模型,计算抛物线、导函数得出后车与目标车道上前车、后车最小安全距离。当自车与后车间距离小于安全距离时,存在追尾风险,系统会发出预警信息;当自车与目标车道前、后车间距小于安全距离时,存在刮碰风险,系统也会发出预警信息。实验结果表明,所提方法能够在实际安全距离内发出预警信息,有效解决车辆换道交通安全问题,并且预警系统响应时长保持在5ms内。

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。

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。

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。

基于最小安全距离的车辆换道模型研究

通过对车辆换道时车辆的运动轨迹的分析,以最小安全距离MSD(minimum safety distance)作为安全换道的目标,以避免车辆发生碰撞的临界条件为前提,分别建立了双车道环境下换道车辆与其周围车辆之间的最小安全距离换道模型。在车辆换道过程中,对与换道相关联车辆的运动状态进行了详细的分析,给出了换道车辆与关联车辆之间各种可能的碰撞形式,并充分考虑了换道车辆完成换道后的跟驰安全性,既能够较好地保障车辆换道的安全性,又能提高道路的使用效率。最后,借助Matlab仿真软件,以最小安全距离换道模型为理论基础,结合实际例子进行仿真分析,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。

基于虚拟现实的车辆换道最小安全距离研究

从换道需求和换道安全两个方面对换道行为进行了分析,结合阅读文献给出了常用的分析模型。在此基础上,以换道车辆为目标,运用车辆运动学理论,对车辆换道过程中目标车辆与周围车辆的安全距离进行了分析,给出了多车道、多车辆情况下相应的换道最小安全距离模型。为使换道时各车辆间的位置关系以及运动安全状态有效、直观的表现出来,利用虚拟现实建模语言VRML和Matlab/Simulink建立了联合动态仿真模型,对给出的最小安全距离模型进行了实验验证。实验结果显示,给出的换道最小安全距离模型能够有效的实施安全换道决策,避免碰撞发生。

考虑换道约束空间的车辆换道模型研究

为进一步提高换道安全性,根据不同换道需求给出四种换道情形。针对不同类型司机在不同换道情形下对安全距离的敏感度不同,提出了一种新的基于不同速度及不同司机类型的最小安全距离模型———动态椭圆最小安全距离模型。在此基础上,运用车辆运动学理论,生成换道约束空间。通过Matlab仿真对比发现,该模型较之传统最小安全距离模型在相应情形下的约束空间具有更高的安全性和灵活性。然后利用摄像机标定方法对北京市朝阳区西大望路的实际换道拍摄的图像进行处理,获取了双车道、低速情况下实际换道轨迹。并在换道约束空间下,以更加适合双车道、低速换道环境的圆弧换道轨迹为基础生成换道轨迹,最后采用回旋曲线解决了圆弧换道模型的侧向加速度过大,曲率不连续等问题。

基于驾驶员类型的车辆换道模型

由于传统最小安全距离的换道模型忽视驾驶员个体差异,使其缺乏安全性和灵活性.文中首先对与换道相关联的车辆的运动状态进行了详细的分析,给出了车辆与关联车辆之间各种可能的碰撞形式.在此基础上,针对不同类型司机在不同换道环境下的驾驶特性,结合车辆运动学理论,建立基于不同行驶状态及不同司机类型的椭圆最小安全距离换道模型,能够较好地解决传统换道模型存在的缺陷.最后通过Matlab仿真对比发现,文中提出的模型由于考虑驾驶员因素,仿真结果与实际交通更为相符.

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。

基于模型预测控制的汽车紧急换道控制研究

针对高速行驶车辆纵向制动避撞的不足,以及传统控制方法难以求解换道过程中的多目标多约束问题,提出了一种基于模型预测控制(MPC)的汽车紧急换道控制策略。该策略以三自由度车辆动力学模型为预测基础模型,规划了期望换道路径曲线,建立了合适的安全距离模型,并以车辆前轮转角为控制变量,以跟踪期望路径为控制目标,将最优控制转化为二次规划问题求解。仿真结果表明,紧急换道控制系统能控制车辆在高速情况下完成期望换道路径规划,重合度高并且具有良好的稳定性。