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一种考虑混合流理论通行能力的智能网联专用车道设计方法 

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申请/专利权人:东南大学

摘要:本发明公开了一种考虑混合流理论通行能力的智能网联专用车道设计方法,包括:确定需要布设智能网联专用车道的道路场景的交通需求、市场渗透率等基本交通参数范围,从车道数量、车道位置、路权规则组合设计智能网联专用车道布设方案,分析单车道和多车道混合交通流通行能力,综合计算出道路总流量,以实现流量最高为目标记录每个交通参数组合下智能网联专用车道最佳布设形式,根据当前交通需求和市场渗透率等交通参数,动态调整专用车道布设方案。本发明可以保证混合交通流的高效运行,通过理论分析方法缩短实际交通环境的数据收集过程,实现车道管理措施的动态持续更新。

主权项:1.一种考虑混合流理论通行能力的智能网联专用车道设计方法,其特征在于,包括如下步骤S1-步骤S6,针对智能网联车辆和人工驾驶车辆通行的目标道路场景,完成专用车道的布设方案设计:步骤S1:针对需要布设智能网联车辆专用车道的目标道路场景,采集目标道路场景各项基本交通参数,并确定各项基本交通参数的范围,各项基本交通参数包括车道数量、交通需求流量、智能网联车辆的市场渗透率;步骤S1中基本交通参数包括车道数量N、交通需求流量D,其范围为[Dmin,Dmax]、智能网联车辆的市场渗透率p,其范围为[pmin,pmax],还包括车辆长度l、自由流速度v0;步骤S2:根据通用车道、智能网联车辆专用车道、人工驾驶专用车道三者的车道数量组合、车道位置设置、通行路权规则,设计各组智能网联车辆专用车道的布设方案;步骤S2的具体步骤如下:步骤S2.1:确定不同车道类型的数量组合,包括通用车道、智能网联专用车道、人工驾驶专用车道三种类型车道;步骤S2.2:确定智能网联专用车道布设位置,包括沿外侧车道设置、沿中间车道设置、沿内侧车道设置三种方式;步骤S2.3:设定车辆通行路权,针对智能网联车辆,通行规则分为:智能网联车辆只能在其专用车道行驶;智能网联车辆在通用车道上行驶,但需退化到人工驾驶状态;智能网联车辆自由选择在其专用车道或通用车道上行驶,且在通用车道上允许保持智能网联驾驶状态;步骤S2.4:根据车道数量组合、车道位置设置、通行路权规则组合得到各智能网联专用车道布设方案;步骤S3:分别针对通用车道、智能网联车辆专用车道、人工驾驶专用车道,计算三种车道类型的单车道混合交通流通行能力;步骤S3的具体步骤如下:步骤S3.1:构建车辆跟驰模型,针对人工驾驶车辆采用智能驾驶员模型,计算公式如下: 式中,vt表示车辆速度,v0表示自由流速度,s0表示最小停车间距,T表示安全车头时距,Δv表示前后车速度差,a表示最大加速度,b表示舒适减速度,st表示车头间距,l表示车辆长度;针对智能网联车辆构建的车辆跟驰模型采用协同自适应巡航控制模型,计算公式如下: 式中,vprev表示车辆上一时刻速度,e表示车间距误差,te表示期望车头时距,kp和kd表示控制系数;当智能网联车辆跟随在人工驾驶车辆后方行驶时,将退化为智能车辆,针对智能车辆构建的车辆跟驰模型为自适应巡航控制模型,计算公式如下: 其中,ta表示期望车头时距,k1和k2表示控制系数;步骤S3.2:根据步骤S3.1所构建的各车辆跟驰模型,在加速度为0的状态下,各种类型车辆的平均车头间距计算公式如下: sCAV=s0+l+tevsAV=s0+l+tav式中,sHV表示人工驾驶车辆车头时距,sCAV表示智能网联车辆车头时距,sAV表示智能车辆车头时距;步骤S3.3:推导通用车道上智能网联车辆退化为智能车辆比例,通用车道上不同类型车辆的实际比例如下式:pHV=1-ppCAV=p-1-pp=p2pAV=1-p2-1-p=p1-p式中,p为智能网联车辆的市场渗透率,pHV、pCAV、pAV分别为通用车道上人工驾驶车辆、智能网联车辆、智能车辆的实际比例;步骤S3.4:根据不同类型车辆的实际比例与对应的车头时距,得到在智能网联车辆的市场渗透率p下的混合交通流量为: 式中,表示平均车头间距;计算通用车道通行能力Cmix,1,计算公式如下式:Cmix,1=Qmix,1max=Cmix,1p步骤S3.5:根据通用车道通行能力计算公式,计算专用车道通行能力,具体为当智能网联车辆的市场渗透率p=0时,即为纯人工驾驶车辆交通流通行能力CHV=Cmix,10,当p=1时即为纯智能网联车辆交通流通行能力CCAV=Cmix,11;步骤S4:确定各车道类型中车辆的分布情况,结合通用车道、智能网联车辆专用车道、人工驾驶专用车道三种车道的单车道混合交通流通行能力,计算多车道混合交通流通行能力,进一步计算出道路总流量;步骤S5:基于不同基本交通参数组合,计算各组智能网联车辆专用车道的布设方案下的道路总流量,道路总流量最高的智能网联车辆专用车道的布设方案作为最佳布设方案;步骤S4的具体步骤如下:步骤S4.1:确定车辆分布情况,在设有专用车道的多车道高速公路上,车辆优先选择使用其对应的专用车道,当专用车道上车流量达到预设的通行能力阈值时,剩余车辆分配到与专用车道相邻的通用车道;步骤S4.2:分配专用车道交通流量,交通需求流量D分配给专用车道的流量不超过其通行能力: 其中qCAV和m分别表示智能网联专用车道平均流量和车道数量,qHV和n分别表示人工驾驶专用车道平均流量和车道数量;步骤S4.3:计算通用车道交通流量,经过分配后,通用车道上各类型车辆比例将发生变化,其中智能网联车辆理论所占比例pg为: 通用车道的平均流量为: 其中qmix和N-m-n分别表示通用车道的平均流量和车道数量;步骤S4.4:根据不同类型车道的平均流量,计算道路总流量如下式: 式中,Qmix,N为道路总流量,N为车道数量;步骤S6:根据目标道路场景当前的各项基本交通参数,调整并应用最佳布设方案,完成专用车道的布设方案设计。

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