车联网环境下巡航控制系统对交通流油耗的影响

为研究未来车联网环境下联网巡航控制(CCC)系统对交通流油耗的影响,选取Helly跟驰模型作为手动驾驶车辆跟驰模型,基于CCC车辆跟驰特性,构建多前车反馈的CCC跟驰模型;推导CCC系统的扰动传递函数,计算CCC系统关于反馈系数与平衡态速度的稳定域;针对高速公路上匝道瓶颈,考虑CCC车辆与手动驾驶车辆混合行驶中的随机性,在不同的主路需求与匝道需求情况下设计数值仿真实验,评估CCC车辆对交通流油耗的影响。研究结果表明:当CCC系统稳定时,CCC车辆有利于降低交通流油耗,当CCC车辆比例达到约60%时,油耗降低速度较快,相比于传统手动车辆交通流,CCC车辆交通流油耗降低约35%以上;当CCC系统不稳定时,交通流油耗降低率小于3.59%;CCC系统稳定域能够影响交通流油耗降低。

CACC车头时距与混合交通流稳定性的解析关系

研究协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)车头时距对不同CACC比例下混合交通流稳定性的影响关系,进而为CACC车头时距设计提供参考.应用优化速度模型(Optimal Velocity Model,OVM)作为手动车辆的跟驰模型,PATH真车实验标定的模型作为CACC车辆的跟驰模型.基于传递函数理论,推导混合交通流稳定性判别条件,计算关于CACC比例与平衡态速度的混合交通流稳定域.分析混合交通流在任意速度下稳定所需满足的临界CACC比例与CACC车头时距的解析关系,提出随CACC比例增加的可变CACC车头时距设计策略,并通过数值仿真实验验证所提可变CACC车头时距策略的正确性.研究结果表明:在所提可变CACC车头时距策略下,CACC车头时距随CACC比例增加而逐渐降低,避免取值较大影响混合交通流通行能力的提升;当CACC比例大于35%时,混合交通流在任意速度下稳定.研究结果可为大规模CACC真车实验的实施提供理论设计参考.

车联网环境下自动驾驶交通流建模与分析

在车联网环境下,对原有自动驾驶交通流跟驰模型进行改进,构建新的自动驾驶跟驰模型,并理论推导在不同自动驾驶比例下混合交通流稳定性的解析判别条件,从混合交通流稳定域角度对比分析模型改进前后混合交通流的稳定性。结果表明,相比于原自动驾驶跟驰模型,改进后的模型能有效缩小混合交通流不稳定区域,降低混合交通流全速度范围内稳定时所需的最低自动驾驶比例,从而提升自动驾驶混合交通流的稳定性。

面向预约出行的车路联网与协同交通控制:前沿与展望

预约出行正逐渐成为重要的出行模式,为了确保预约出行在城市道路交通系统的实施,交通控制发挥着至关重要的支撑和保障作用,因此对面向预约出行的车路联网与协同交通控制前沿工作进行综述。以交通控制为研究主线,对面向预约出行的需求适应性交通控制方法、保障预约出行效益的车辆控制,以及控制与服务协同3个方向的前沿研究进行综述。结果表明,相比于传统出行方式,预约出行对于出行时间可靠性要求较高,交通控制需要保障预约出行的行程时间可靠性。同时,还需要构建既有利于提升路网整体运行效益,又能保障预约出行车辆优先通行的控制方法。最后,需要推动交通控制技术和服务型交通管理技术的融合,实现交通控制与出行服务的有机结合。

交叉口混合交通流微观控制模型

为构建智能网联汽车(CAV)和有人驾驶汽车(HDV)混合通行情况下的交叉口通行机制与控制方法,本文提出CAV专用道条件下交叉口协同通行模型.首先,设计CAV专用道条件下的交叉口布置,对交叉口进行网格化处理,将CAV通行时隙和HDV绿灯相位对交叉口某部分网格某时段的占用统一到交叉口时空资源描述框架下;其次,建立兼顾CAV与HDV的交叉口时空网格资源分配模型,构建自适应信号灯控制算法和CAV轨迹规划算法;再次,以车辆最小延误为目标进行自适应信号灯配时优化和CAV轨迹优化;最后,选取广州某典型交叉口建立仿真实验对所提方法的有效性进行了验证.

考虑后视效应和速度差的智能驾驶模型仿真

针对实际跟驰驾驶中驾驶员通过后视镜观察后方车辆来调整本车运动的现象,提出了一种同时考虑后视效应和速度差的智能驾驶模型,应用线性稳定性分析获得了模型的临界稳定性条件。设计仿真实验,分析了车辆加速过程中的跟驰特性,对模型进行了交通安全性评价。采用周期性边界条件下的小扰动仿真实验,验证了模型稳定性理论分析与数值模拟结论的一致性。研究表明:在改进模型中车辆加速度变化更平缓,车辆达到最大速度进入匀速状态的时间更短;考虑后视效应和速度差有助于提高交通流稳定性和交通安全性。

CACC车辆跟驰建模及混合交通流分析

建立协同自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control,CACC)车辆跟驰模型,并分析不同CACC比例下的混合交通流通行能力,尾部碰撞安全及交通排放.考虑车辆期望车头间距随速度动态变化的交通流特性,建立基于非线性动态车头间距策略的CACC跟驰模型,推导不同CACC比例下的混合交通流基本图模型,分析CACC提高通行能力的交通流运行机理.设计高速公路上匝道瓶颈数值仿真实验,评估不同CACC比例下的车辆尾部碰撞安全隐患,以及油耗、CO、HC、NOx的排放.研究结果表明,本文建立的CACC模型能够在交通流速度基本不变的情况下,以较高的交通流密度显著提升通行能力,同时有利于车辆尾部碰撞安全风险及交通排放的降低.

考虑多前车反馈的智能网联车辆跟驰模型

基于智能网联车辆(Connected Autonomous Vehicle,CAV)跟驰特性,本文研究CAV跟驰模型.考虑多前车电子节气门角度反馈,构建CAV跟驰模型,并应用稳定性分析方法,推导所提模型稳定性判别条件.以考虑3辆前导车的CAV跟驰模型为例,设计数值仿真实验,分析不同CAV比例时混合交通流的安全性.模型稳定性分析表明:所提模型相比已有模型(CAV的T-FVD模型及常规车辆FVD模型)具备更优的稳定域,且考虑前车数量越多、多前车反馈权重系数越大,所提模型的稳定性越好;相同取值条件下,距离越远处的前车反馈权重系数对所提模型稳定性的影响越大.数值仿真表明,CAV有利于降低交通流的车辆尾部碰撞安全风险.

高速公路上匝道自动驾驶交通排放影响分析

针对自动驾驶汽车(AVs)大规模实地测试条件尚不成熟的问题,应用计算机数值仿真实验,分析AVs与手动驾驶车辆混合行驶下的交通排放.考虑AVs与手动驾驶车辆在反应延时以及安全跟车时距上的差异性,应用智能驾驶模型分别构建两类车辆的微观跟驰模型;考虑AVs与手动驾驶车辆混合行驶时车辆空间位置的随机性,设计高速公路上匝道计算机数值仿真实验;以数值仿真实验结果为基础,应用交通流排放与油耗评价模型,分析不同AVs比例对交通排放及油耗的影响.研究结果表明:交通排放与油耗随着AVs比例的增加而下降;相比于手动驾驶车辆,100%比例的AVs可将排放与油耗降低73.17%~80.57%,但当AVs比例小于10%时,排放与油耗的降低小于8.22%.

高模量沥青低温抗裂性能的评价指标

为评价高模量沥青的低温抗裂性能,选取弯曲蠕变劲度试验、单边切口弯曲梁试验,比较了蠕变劲度、断裂韧度、断裂能等指标的适用性.结果表明:不同种类高模量沥青的断裂韧度存在较大差异,采用蠕变劲度则无法准确评价其低温抗裂性能;沥青的断裂能排序与沥青混合料的临界弯曲应变能排序一致,因此断裂能适宜作为高模量沥青低温抗裂性能的评价指标.鉴于不同种类高模量沥青的低温抗裂性能差异显著,建议通过沥青试验、沥青混合料试验对其低温抗裂性能进行综合评价,以保证高模量沥青材料的应用效果.

ACC车辆跟驰建模及模型特性分析

针对自适应巡航控制(adaptive cruise control,ACC)车辆跟驰模型存在的不足,提出基于非线性动态车头间距的ACC跟驰模型,并分析模型特性。应用随速度非线性动态变化的车头间距策略,建立基于非线性动态车头间距策略的ACC跟驰模型,从交通流均衡态与非均衡态两个层面,分析所提模型在通行能力提升与跟驰模型稳定性两个方面的特性,并与以往模型进行对比分析。研究结果表明:所提ACC跟驰模型能够有效提升道路通行能力,同时具备良好的模型稳定性,可为ACC建模研究提供模型参考。

基于比功率的自动驾驶交通流油耗分析

鉴于油耗与节约能源和车辆尾气排放直接相关,探究自动驾驶车辆对油耗的影响.以手动驾驶车队与自动驾驶车队为数值仿真对象,在交通震荡环境下设计数值仿真实验.对车队的车辆数量,车队初始速度,以及自动驾驶车辆的车间通信延时做参数敏感性分析.基于机动车比功率的油耗评价模型,对仿真结果进行统计;相比于手动驾驶车队,计算自动驾驶车队平均油耗率的降低.从交通流稳定性角度考察油耗降低与稳定性状态转变之间的内在关联性.研究结果表明,自动驾驶车辆对油耗的降低幅度与车队初始速度有关,与交通流稳定性之间存在定性的影响关系,交通流的平稳性有利于显著改善车辆油耗降低的幅度.研究结果可为大规模自动驾驶背景下的油耗控制策略提供理论参考.

自动驾驶汽车交通流稳定性分析

交通流稳定性分析有利于揭示交通运行效率提升的内在机理。应用自动驾驶汽车与手动驾驶汽车跟驰模型,考虑车辆空间位置的随机性,设计周期性边界条件下的混合交通流稳定性数值仿真实验。分析扰动下的混合交通流车速波动特征,计算不同自动驾驶汽车比例下的扰动消散时间,同时基于交通流油耗评价模型,分析自动驾驶汽车对混合交通流油耗的影响。研究结果表明:自动驾驶汽车能够有效缩减扰动在混合交通流中的消散时间,从而有利于混合交通流稳定性的提升,同时100%比例下的自动驾驶汽车交通流可将手动驾驶汽车交通流油耗降低24.57%以上。研究结果揭示了扰动消散时间是自动驾驶汽车对稳定性影响的内在机理因素。

驾驶员距离差感知度对交通流不稳定性的影响

针对实际交通中驾驶员距离差感知度对交通流不稳定性的重要影响,提出一种考虑驾驶员距离差感知度的跟驰模型,并对紧急交通情形下交通流不稳定性进行研究,得出如下结论:1)当实际车头间距小于感知安全距离时,距离差感知不敏感者的交通流不稳定区域更小;且对于感知不敏感者,驾驶员距离差感知度系数越小,交通流不稳定性越小,反之亦然;2)驾驶员距离差感知度系数越大,驾驶员需要的实际安全距离越小,反之亦然.

无筋混凝土公路桥面板性能优化研究

对交通管理部门来说，他们既希望桥梁工程施工方便．构件耐久性强，同时，又希望投资和后期维护费用低，对于高速公路桥梁，采用预应力混凝土是达到上述目标的一个有效手段。但是．近年来为了提高结构耐久性，预应力混凝土逐渐被采用防腐钢筋和复合材料的新型混凝土代替。于是，本文提出了一种既满足快速施工、改善结构耐久性要求，又能降低造价．并耐盐蚀的无筋桥面板技术。

考虑多车影响的智能网联车跟驰模型

为研究智能网联车(CAV)对交通流的影响,基于智能驾驶人模型(IDM),考虑后车和多前车速度差的影响,构建CAV智能驾驶跟驰模型,推导了CAV跟驰模型的临界稳定性条件。然后以考虑1辆后车和5辆前车速度差的CAV跟驰模型设计数值仿真实验。结果表明:交通流稳定性随考虑后车影响的权重比例变化而变化,即只有当后视权重比例在恰当范围内时才可提高交通流稳定性;考虑后车影响和多前车速度差还可削弱由时延导致的交通流不稳定性。同时,新模型控制下的车辆加速度变化更平稳,更有助于提高交通流稳定性和交通流安全性。

车联网环境下交叉口交通流微观控制模型及其求解与仿真

为缓解城市道路交叉口的交通拥堵状况,在分析车联网环境技术特征的基础上提出交叉口交通流分区控制思想并建立系统优化的数学模型。针对模型的求解提出匀速控制区车辆时空轨迹获取方法和变速控制区车辆动力学参数求解算法,从而实现对进入交叉口的每辆车进行运动过程控制的目的,使各向交通流得以高效无冲突地通过交叉口。为验证模型的正确性和有效性,通过COM接口把车联网交通流控制模型集成到VISSIM交通仿真平台中,并选取广州市某典型交叉口进行仿真分析。结果表明:与现有的信号控制技术相比,所提出的车联网微观控制方法能有效提高交叉口交通流的通行能力,显著降低通行延误并减少停车次数。

大跨径钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑施工控制

分析了拱桥主拱圈斜拉扣锚悬臂浇筑施工体系的结构特点,总结了拱桥悬臂浇筑施工扣、锚索力的确定方法,分析了零位移法、定长扣索法、影响矩阵法与零弯矩法的优缺点与适用性。基于净跨径为180m的钢筋混凝土拱桥——马蹄河大桥的设计与施工方案,分析了大跨径钢筋混凝土拱桥主拱斜拉扣锚悬臂浇筑施工的全过程,采用零弯矩法进行索力求解,并在最大悬臂施工阶段采用以拱圈弯曲能量为目标函数的影响矩阵法对索力进行了优化。分析结果表明:在拱桥斜拉扣锚悬臂浇筑施工中采用零弯矩法是最直接有效的控制方法;整个施工过程中拱圈截面由部分受拉逐渐进入全截面受压,拱圈线形与应力满足设计要求;拱圈上、下缘拉应力不超过1.5MPa,压应力不超过7.0 MPa,拱圈位移不超过10mm;对最大悬臂施工阶段进行索力优化可以进一步调整拱圈线形,并改善主拱圈受力状态,通过调整可以使拱脚接近"零"应力状态;悬臂浇筑施工阶段的稳定性与扣、锚索系统的关系密切,合理的扣、锚索系统同时控制拱圈的内力、线形与施工阶段的稳定性;扣、锚索拆除顺序的不同对合龙后的拱圈应力影响较大,因此,施工时应注意对扣、锚索系统拆除程序进行优化。研究成果成功解决了国内悬臂浇筑施工的最大跨径钢筋混凝土拱桥的施工方案设计与施工控制问题,并可供大跨径拱桥结构设计与施工控制参考,以期推动大跨径钢筋混凝土拱桥悬臂浇筑技术的发展。

拱桥汽车设计荷载标准分析

分析了超载车辆对桥梁的影响与现行规范即《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中的汽车荷载标准对公路上运营车辆荷载的适用性,研究了广深高速公路车辆荷载的动态称重系统(WIM)实测数据,利用Monte Carlo方法模拟随机车辆荷载和随机车辆间距,编制了随机车队加载效应计算程序,计算了无铰拱跨中和拱脚截面的弯矩效应,采用极大值分布原理求得荷载效应在设计基准期内的标准值,给出基于WIM实测数据的汽车荷载标准模型,并与现行规范中的设计荷载标准进行对比。计算结果表明:推荐车道荷载作用效应对实测荷载效应包容性和适用性良好,拱桥跨中弯矩误差小于7%,当跨径为25~65、110、120m时,拱脚弯矩误差为5%~11%,其余跨径时的拱脚弯矩误差小于5%;基于广深高速公路实测荷载推定的荷载标准与现行规范中公路-Ⅰ级车道荷载在无铰拱上产生弯矩效应的比值为1.24~2.18,平均比值为1.80,说明广深高速交通量大,车辆超载超限严重,根据实测车辆荷载推断的荷载标准与现行规范荷载标准出现了较大偏差,广深高速桥梁设计荷载标准应在现有规范基础上适当提高。

手动-自动驾驶混合交通流元胞传输模型

为了分析自动驾驶车辆对交通流宏观特性的影响,以手动驾驶车辆与自动驾驶车辆构成的混合交通流为研究对象,提出了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流元胞传输模型(CTM);应用Newell跟驰模型作为手动驾驶车辆跟驰模型,应用PATH实验室真车测试标定的模型作为自动驾驶车辆跟驰模型;计算了手动驾驶与自动驾驶车辆跟驰模型在均衡态的车头间距-速度函数关系式,推导了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流基本图模型,计算了混合交通流在不同自动驾驶车辆比例下的最大通行能力、最大拥挤密度以及反向波速等特征量,依据同质交通流CTM理论建立了不同自动驾驶车辆比例下的混合交通流CTM;选取移动瓶颈问题进行算例分析,应用混合交通流CTM计算了不同自动驾驶车辆比例下的移动瓶颈影响时间,应用跟驰模型对移动瓶颈问题进行微观数值仿真,分析了混合交通流CTM计算结果与跟驰模型微观仿真结果之间的误差,验证了混合交通流CTM的准确性。研究结果表明:混合交通流CTM能够有效计算移动瓶颈的影响时间,在不同自动驾驶车辆比例下,混合交通流CTM计算结果与跟驰模型微观仿真结果的误差均在52 s以下,相对误差均小于10%,表明了混合交通流CTM在实际应用中的准确性;混合交通流CTM体现了从微观到宏观的研究思路,基于微观跟驰模型与目前逐步开展的小规模自动驾驶真车试验之间的关联性,混合交通流CTM能够较真实地反映未来不同自动驾驶车辆比例下单车道混合交通流演化过程,增加了模型研究的应用价值。