社会变革的深入和经济的发展,为人们的生活带来了翻天覆地的变化,也给道路交通的发展带来了新的机遇与挑战。一方面,道路的延伸和完善给人们的出行带来了前所未有的便利;另一方面,机动车保有量的急剧增加和驾驶人对自身出行质量要求的提高也不断影响着道路驾驶环境,使得道路上惯性鸣笛、混乱行驶和频繁换道等现象已成常态。越来越多源的驾驶环境的出现,使得驾驶人在行车过程中所面临的各种压力是极其复杂和影响巨大的。这使得不同特性的驾驶人在行车过程中可能会出现不同的驾驶行为,进而会对道路驾驶环境及其他驾驶人产生不同的影响,直接或间接地诱导如交通拥堵甚至交通事故等极端交通状况的发生。驾驶人在行车过程中不同的行为特性,因其对道路交通流日趋关键的影响使其逐渐成为了当前微观交通流理论研究的一个重要组成部分。从驾驶人特性的角度来分析和构建微观交通流模型是对目前交通流理论研究的补充和完善。本文针对考虑驾驶人特性的微观交通流建模及其稳定性进行分析和研究;旨在为鸣笛、不均匀车中线、混合交通和可换道情形这几种常见的交通情景下的交通流得以良性运行提供一定的理论指导,并最终为防范道路极端交通状况的出现和改善道路交通问题作出一定的贡献。本文的主要工作和研究内容包括:(一)基于驾驶人性格特性对鸣笛环境下的微观交通流进行了研究。考虑到驾驶人压力的增大会间接导致道路上频繁鸣笛催促行为的增加,而实际上在面对后车鸣笛催促时,谨慎或激进等不同性格类型的驾驶人通常会有不同的反应及驾驶操作决策,从而反过来又会对道路上其他车辆的驾驶行为相应地造成影响,进而影响道路交通流。为此,本文对现有的跟驰模型进行了研究,提出了鸣笛环境下考虑驾驶人性格特性影响的跟驰模型。同时,根据系统稳定性分析理论给出了交通流稳定的条件;通过分析谨慎或激进类型性格特性的驾驶人对交通流运行所产生的影响,发现不同的驾驶人性格特性和鸣笛效应均对交通流的运行有着不同程度的影响,且在鸣笛的环境下谨慎的驾驶人要比激进的驾驶人更有利于交通流稳定。最后,还通过数值模拟对模型和分析结果进行了仿真验证及讨论。(二)基于驾驶人性格特性对大型车和小型车混行的交通环境下混合的微观交通流进行了研究。考虑到大型车的出现会在一定程度上影响后方车辆驾驶人的心理和生理反应从而对其驾驶行为产生影响,进而影响道路交通流的运行。因而在上述研究的基础上引入了前车为大型车的概率,建立了考虑大型车出现在前方的概率的改进跟驰模型;并运用线性稳定性分析理论得到了模型的稳定性条件,分析了在混合交通流情形下驾驶人性格特性对交通流运行的影响;同时还通过非线性稳定性分析方法分析了临界点附近交通流的演化规律。结果发现当前车为大型车的概率越大时,后车上的驾驶人若采取越激进的驾驶行为则会进一步加剧交通流运行的不稳定。最后,通过数值模拟仿真讨论了理论分析的有效性。(三)基于驾驶人视觉特性对不均匀车中线环境下的微观交通流进行了研究。不同的视觉反应会因不同的驾驶人而异,而不同的视觉反应又会令不同性格特性的驾驶人做出不同的行为决策。因此,在上述研究的基础上,本文考虑到在实际交通中,车辆可能会出现行驶轨迹偏离道路中心位置的现象。因而在上述模型的基础上,再综合考虑由于车辆在行驶过程中因偏离道路中心而出现相应的横向间距,从而对驾驶人形成了一定的多车视角的影响,提出了不均匀车中线环境下考虑驾驶人视角影响的跟驰模型;并在此基础上分析了不均匀车中线驾驶情景下驾驶人视角的变化与交通流运行的内在机理。结果发现驾驶人的视角信息不仅对交通流的运行产生了影响,同时还与其他的因素如驾驶人性格特性、鸣笛效应等发生了交互的影响作用。最后,通过数值模拟讨论了理论分析的有效性。(四)在车辆可换道的情形下,基于驾驶人特性对双车道情形下的微观交通流及相应的提高交通流稳定性的方法进行了研究。本文主要考虑了车辆换道的影响,将上述所提出的考虑驾驶人性格特性影响的跟驰模型从单车道推广至双车道的情形,建立了可换道情形下基于驾驶人特性的双车道交通流模型;并根据控制理论的思想对模型进行分析,给出了该双车道交通流系统稳定的一个充分条件;同时,还在该模型的基础上,设计了考虑纵向和横向车辆运动信息接收延迟影响的反馈控制算法以提高该双车道交通流系统的稳定性。最后通过数值模拟对所提出的模型进行了仿真验证及讨论,结果表明双车道交通流的运行状态的稳定与否与驾驶人的性格特性和反应时间以及鸣笛效应均有着关联,且所设计的反馈控制器对增强交通流的稳定性具有一定的有效性;但是,针对不同的延迟时间需要选择不同的控制策略,才可提高交通流的稳定性,从而达到防范道路不良交通状况出现的目的。综上所述,本文主要考虑驾驶人特性,针对道路微观交通流进行了建模并对其稳定性进行了研究。为了分析在不同交通情景下不同的驾驶人性格和视觉等特性与道路微观交通流运行之间的关系,分别建立了鸣笛环境下考虑驾驶人性格特性的跟驰模型、混合交通环境下基于驾驶人性格特性的跟驰模型、不均匀车中线环境下考虑驾驶人视角影响的跟驰模型,以及可换道情形下基于驾驶人特性的双车道交通流模型,并对所提出的模型进行了相应的稳定性分析;同时还针对双车道交通流模型设计了考虑横向和纵向车辆运动信息接收延迟的反馈控制器,以提高交通流系统的稳定性。该文章的研究成果可以使得人们不仅对驾驶人特性有进一步的认识,还可以了解在鸣笛、混合交通、不均匀车中线和可换道这几种常见的交通情景下,驾驶人特性及其对交通流运行的变化和稳定性所产生的影响,同时还能够对道路不良交通状况的防范措施有新的认识;为以往的驾驶人特性及相关的驾驶行为的研究提供一种新的研究思路,也可丰富和完善现有的交通流理论的研究成果。同时本研究中反馈控制器的设计思路也可为先进的智能驾驶系统的设计提供一定的指导作用。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U491.112
【文章目录】：摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及来源
1.2 研究意义
1.3 论文研究内容与结构安排
1.3.1 论文研究内容
1.3.2 论文结构安排
1.4 本章小结
第二章 国内外研究现状综述
2.1 引言
2.2 驾驶人特性研究现状
2.2.1 驾驶人性格特性研究
2.2.2 驾驶人视觉特性研究
2.2.3 驾驶人换道行为研究
2.3 微观交通流模型研究现状
2.3.1 跟驰模型研究现状
2.3.2 换道模型研究现状
2.3.3 交通流稳定性研究
2.4 国内外研究现状评述
2.5 本章小结
第三章 鸣笛环境下考虑驾驶人性格特性的跟驰模型
3.1 引言
3.2 考虑驾驶人性格特性影响的跟驰模型
3.2.1 模型的提出
3.2.2 模型的稳定性分析
3.3 驾驶人不同因素对交通流稳定的影响分析
3.3.1 驾驶人性格特性对交通流的影响分析
3.3.2 驾驶人反应时间对交通流的影响分析
3.3.3 基于不同驾驶人性格特性的鸣笛效应对交通流的影响分析
3.4 数值模拟与讨论
3.5 本章小结
第四章 混合交通环境下基于驾驶人性格特性的跟驰模型
4.1 引言
4.2 基于驾驶人性格特性考虑大型车出现概率的跟驰模型建立
4.3 大型车的出现概率对交通流的稳定性分析
4.3.1 线性稳定性分析
4.3.2 非线性稳定性分析
4.4 数值模拟与讨论
4.5 本章小结
第五章 不均匀车中线环境下考虑驾驶人视角的跟驰模型
5.1 引言
5.2 驾驶人视角影响下的跟驰模型建立
5.3 驾驶人视角因素对交通流的稳定性分析
5.3.1 模型的稳定性分析
5.3.2 内在机理分析
5.4 数值模拟与讨论
5.5 本章小结
第六章 可换道情形下基于驾驶人特性的双车道模型
6.1 前言
6.2 基于驾驶人性格特性的双车道交通流模型
6.2.1 模型的建立
6.2.2 双车道交通流模型的稳定性分析
6.3 提高双车道交通流系统稳定性的反馈控制
6.3.1 反馈控制器的设计
6.3.2 系统稳定性分析
6.4 数值模拟与讨论
6.5 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 本文研究工作总结
7.2 本文研究工作展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】
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本文编号：
2889041
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