高速公路車輛自主性換道行為建模研究.pdf

1、換道作為車輛最基礎(chǔ)的微觀駕駛行為之一，會(huì)對(duì)交通流的正常運(yùn)行產(chǎn)生擾動(dòng)，進(jìn)而可能導(dǎo)致交通擁堵。因此，探究車輛的換道行為有助于交通流管理和擁堵緩解。同時(shí)，構(gòu)建車輛換道模型又對(duì)準(zhǔn)確真實(shí)地模擬仿真車輛換道行為具有重要意義。換道行為主要?jiǎng)澐譃樽灾餍該Q道行為和強(qiáng)制性換道行為。高速公路是當(dāng)前最主要的車輛駕駛環(huán)境。目前已有的基于高速公路車輛的換道研究多聚焦于強(qiáng)制性換道場(chǎng)景，較少關(guān)注自主性換道場(chǎng)景。然而，自主性換道行為同樣對(duì)高速公路交通流具有重要影響。因此

2、，本文圍繞高速公路車輛的自主性換道決策行為進(jìn)行研究，分別以人工駕駛車輛和網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛為研究對(duì)象。人工駕駛車輛換道研究針對(duì)的是當(dāng)下，網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛換道研究著眼的是未來。
　　首先，以NGSIM項(xiàng)目中的US101和I80觀測(cè)路段車輛軌跡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提出了高速公路人工駕駛車輛自主性換道過程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)識(shí)別方法，更進(jìn)一步分析了高速公路人工駕駛車輛在自主性換道過程中的行為特征。
　　然后，針對(duì)現(xiàn)有人工駕駛車輛換道決策模型忽略整合換

3、道準(zhǔn)備過程和公式化模型的主觀經(jīng)驗(yàn)性導(dǎo)致通用性不強(qiáng)的問題，論文提出一種適用性更強(qiáng)的以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為基礎(chǔ)的基于深度學(xué)習(xí)和集成學(xué)習(xí)的高速公路人工駕駛車輛自主性換道決策模型。模型適用場(chǎng)景假設(shè)高速公路車輛全部為人工駕駛車輛。該模型將高速公路人工駕駛車輛的自主性換道決策過程分解成目標(biāo)車道選擇、目標(biāo)間隙選擇、目標(biāo)間隙可接受判別和換道準(zhǔn)備四個(gè)子過程。目標(biāo)車道選擇問題轉(zhuǎn)化為三分類問題，即目標(biāo)車輛根據(jù)過去連續(xù)多個(gè)時(shí)刻自身和其周圍車輛的行駛狀態(tài)從當(dāng)前車道、左側(cè)車

4、道和右側(cè)車道中選擇下一個(gè)時(shí)刻的目標(biāo)車道。因此，提出采用深度循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)器集成方法對(duì)目標(biāo)車道選擇問題建模。目標(biāo)間隙選擇問題的實(shí)質(zhì)是從目標(biāo)車輛從選定的目標(biāo)車道上的當(dāng)前相鄰間隙及其后邊間隙中選擇目標(biāo)間隙，可以理解成二分類問題。目標(biāo)間隙可接受判別問題的實(shí)質(zhì)是判別選定的目標(biāo)間隙是否可以立即執(zhí)行換道插入動(dòng)作，同樣可以轉(zhuǎn)化成二分類問題。目標(biāo)間隙選擇問題和目標(biāo)間隙可接受判別問題均采用深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)集成方法建模。換道準(zhǔn)備過程建模的核心是對(duì)目標(biāo)車輛縱

5、向加速度的預(yù)測(cè)，論文采用深度前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)器集成方法進(jìn)行回歸建模。
　　最后，基于網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛在信息感知、決策制定和駕駛操作等方面與傳統(tǒng)的人工駕駛車輛的差異性，人工駕駛車輛自主性換道決策模型不能較好地描述網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛的自主性換道決策行為。本文結(jié)合網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛的特征和功能優(yōu)勢(shì)提出一種適用于高速公路的分布式自主性換道決策模型。該模型框架由期望換道決策模型和協(xié)同換道決策模型構(gòu)成。通過引入網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛實(shí)時(shí)車-車信息交互的

6、特征對(duì)傳統(tǒng)換道模型MOBIL進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上提出基于MOBIL改進(jìn)的單車期望換道決策模型。根據(jù)期望換道決策可能存在的相互直接干擾或影響，將網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛協(xié)同換道的情形劃分為四類。針對(duì)四類協(xié)同換道情形，利用雙矩陣法分別構(gòu)建基于博弈論的兩車協(xié)同換道決策模型。最后，結(jié)合IDM改進(jìn)模型利用Matlab數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)分布式高速公路網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛自主性換道決策模型進(jìn)行評(píng)價(jià)。為分析本文提出的網(wǎng)聯(lián)自動(dòng)駕駛車輛自主性換道決策模型對(duì)交通流的影響，本