车路协同环境下面向移动瓶颈的高速公路控制研究

发布时间：2020-06-07 22:19

【摘要】：高速公路移动瓶颈是指多车道中的连续流被一辆或多辆慢速行驶的车辆所影响的情形,这种慢速行驶的车辆可能是一辆满载的货车、超大型货车或一个长车队。由于慢车受多方因素的影响,最大车速受到限制,后面的车辆只有两种选择:换道超车,减速跟驰行驶,这种情形相当于一个移动的车道瓶颈。在我国高速公路中,这种情况经常出现,很大程度上限制了高速公路的通行效率,特别是在交通流量较大的情况下,移动瓶颈降低了高速公路运行效率,甚至造成较大面积的交通拥堵。然而,由于移动瓶颈具有随机性和移动性,对其优化管理具有相当大的难度。在已有的研究中,针对固定瓶颈,例如上下匝道交织区、施工路段等研究较多,而对于移动瓶颈的研究较少。因此,本文提出了面向移动瓶颈的高速公路动态管理策略,弥补高速公路静态管理措施的不足,提高道路的通行效率。本课题首先在国内外移动瓶颈研究的基础上,对高速公路的交通流特征进行分析,基于跟驰理论找到移动瓶颈对车辆行驶的具体影响因素,建立移动瓶颈下车头间距模型;在此基础上,研究移动瓶颈下不同车道交通流时间和空间的变化特征,结合相关理论建立适用于高速公路移动瓶颈交通模型,包括延误模型、通行能力模型。其次,对入口匝道控制和路段移动瓶颈之间的相互影响关系进行分析,建立行程时间模型。接下来将行程时间作为控制的优化目标,通过模型求解得到不同交通状态下不同车型对应的车速,基于车路协同技术提出面向移动瓶颈的车速引导、车道引导及入口匝道调节协同控制策略,以获得最佳的高速公路运行状态。最后通过仿真实验,验证控制策略的有效性。本课题的研究为移动瓶颈的动态管控应用提供一定的理论基础,对提升高速公路的运行效率具有重要的实际意义。
【图文】：

临界速度,流量,密度,时对应

图 2- 1 三图中，为极大流量；为临界速度界密度，当流量为极大流量时对应的密度；为 0 时对应的车流密度；是自由流速度，的速度。大量研究与实测表明，以上关系仅在自到拥挤状态时，流量、速度、密度三者之间人选择德国的一段高速公路进行实验，记录论，理论中指出流量与密度不是一种确定的布如下图所示。

示意图,模型验证,示意图,延误模型

2 21 0 1 00( ) ( ) ( ) ( )0 ( ) ( )T t T ta aT TTaq t dxdt q t dxdt q t q tD T Tq t q t ，，(3- 28)3.5.2 延误模型仿真验证当车辆到达率较小时，车辆可自由行驶，即使路段上出现移动瓶颈，快速车辆也能及时变道，受到的影响较小，行驶延误也较小。因此，，在对延误模型进行验证过程中，选单向两车道，其路段长度为 10km，快车速度为 90km/h，慢车速度为 70km/h，慢速车辆占总交通流的比例为 20%，车辆到达率分别是 1000veh/h，1400veh/h，1800veh/h，2200veh/h，2600veh/h，3000veh/h，3400veh/h，3800veh/h，4200veh/h，4600veh/h，共 10组数据进行延误模型的理论值计算，并对不同车辆达到率进行仿真，将模型计算值与仿真值结果比较，验证延误模型的正确性。进行仿真道路建模，见图 3-5。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U495

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