摘 要

在未来人工驾驶车辆完全过渡到智能网联车辆的过程中，必将面临着两者混合成流的初级阶段，较之纯人工驾驶车流，混驾交通流中不同驾驶主体的跟驰特征更为复杂。研究混驾交通流中智能网联车辆的跟驰机理，有利于掌握混驾条件下交通流的宏观特征与微观跟驰特性，保证混驾交通流安全、平稳运行。

本文首先考虑智能网联车辆的技术性能与传统车辆的区别，探讨混驾交通流不同状态下的宏观特性，以及智能网联车辆渗透率对其产生的影响。之后研究混驾交通环境中不同前后车辆的组成关系下智能网联车的跟驰机理，并提出了智能网联车列的概念，探讨了车列内部及整体的不同的跟驰模式和规律，分析了混驾交通流微观跟驰特性。最后基于经典改进跟驰模型以及混驾交通流的跟驰特性，建立了混驾交通流下智能网联车辆嵌套跟驰模型；并采用MATLAB R2017a软件建立了混驾交通流仿真模型，设计数值仿真实验，初步探讨和分析了不同智能网联车辆渗透率以及同一渗透率、不同车列数对于混驾交通流特性的影响。主要结论如下：1）在人工驾驶车流发生交通堵塞的情况下，每辆车的车辆停车时间间隔及速度震荡向车队后方传播且不断扩大；2）混驾交通流中智能网联车辆渗透率越高，车队抵抗扰动，平抑速度震荡的能力越强；3）混驾交通流中同一智能网联车辆渗透率下，智能网联车列数目越多，车队平抑速度震荡的能力越强。

关键词：混驾交通流；智能网联车；跟驰模型；数值仿真

Abstract

In the near future, it is bound to face the initial stage of the mixed flow when the traditional manual driving vehicle flow completely transfers to the intelligent connected vehicle flow,. Compared with the purely manual driving flow, the car-following characteristics of different driving subjects in the mixed-driving traffic flow are much more complex. This dissertation researches the car-following mechanism of the intelligent connected vehicles in the mixed driving subject traffic flow, which is conducive to mastering the macroscopic characteristics and microscopic car-following characteristics of traffic flow under mixed driving conditions, and ensuring the safety and smooth operation of mixed driving subject traffic flow.

This dissertation firstly considers the difference between the technical performance of intelligent connected vehicles and traditional manual driving vehicles, and discusses the macro-characteristics of mixed driving subject traffic flow under different conditions. After that, the car-following mechanism of the intelligent connected vehicles under mixed driving subject traffic environment was studied. Then it proposes the concept of ICV troops and discuss the different car-following patterns and laws of the internal and external of ICV troops. The microscopic car-following characteristics of mixed driving subject traffic flow are analyzed. Finally, based on the classic improved car-following models and the car-following characteristics of the mixed driving subject traffic flow, a nested car-following model of the intelligent connected vehicles under mixed driving subject traffic flow was established; Finally this dissertation utilizes MATLAB2017a software to design numerical simulations and find out some concludes.

Key words: mixed driving subject traffic flow; intelligent connected vehicle; car-following model; numerical simulation experiment.

目 录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的与意义 1

1.2.1研究目的 1

1.2.2研究意义 2

1.3国内外研究现状分析 2

1.3.1传统跟驰模型研究现状 2

1.3.2智能网联车跟驰模型研究现状 3

1.3.3混驾交通流特性分析研究现状 3

1.3.4现状分析和存在的不足 4

1.4基本内容和技术方案 4

1.4.1基本目标 4

1.4.2研究内容 4

1.4.3技术路线 5

1.5本章小结 6

第2章 智能网联车辆相关研究 7

2.1自动驾驶汽车的近年发展 7

2.2智能网联车辆的定义及战略地位 9

2.3智能网联汽车的技术体系 10

2.3.1技术发展 10

2.3.2技术分级 12

2.3.3性能特点 14

2.4本章小结 14

第3章 混驾交通流宏观特性分析 16

3.1传统交通流特性 16

3.2混驾交通流特性 18

3.2.1不同密度条件下的跟驰特征 18

3.2.2混驾交通流特征参数 19

3.3本章小结 21

第4章 混驾交通流微观跟驰特性研究 22

4.1传统车辆跟驰机理 22

4.2智能网联车跟驰机理 22

4.2.1智能网联车辆跟驰机理 23

4.2.2智能网联车列跟驰机理 25

4.3混驾交通流微观跟驰特性 26

4.4本章小结 26

第5章 智能网联车辆跟驰模型 27

5.1经典改进跟驰模型 27

5.1.1拥堵控制类跟驰模型 27

5.1.2优化速度类跟驰模型 28

5.1.3改进跟驰模型总结 30

5.2 考虑混驾交通环境的智能网联车辆跟驰模型 31

5.2.1建模思路 31

5.2.2智能网联车辆嵌套跟驰模型 32

5.3本章小结 33

第6章 混驾交通流仿真建模与分析 34

6.1仿真建模 34

6.1.1仿真平台 34

6.1.2仿真模型及其参数标定 35

6.1.3仿真实验方案 36

6.2仿真结果与分析 38

6.2.1仿真实验结果 38

6.2.2结果分析 42

6.3本章小结 42

第7章 结论与展望 43

7.1主要工作总结 43

7.2主要创新点 43

7.3研究展望 43

参考文献 44

附 录 47

致 谢 50

第1章 绪论

1.1研究背景

IBM公司于2009年提出“智慧地球”的概念，在此之后欧盟、美国以及中国等多个国家和地区迅速将物联网列为国家战略新兴发展产业，车联网作为物联网在智能交通系统当中的重要体现，近10 年来取得了飞速的发展与进步。与此同时，谷歌公司于2012年率先启动了无人驾驶汽车计划，随后我国北汽 乐视、上汽 阿里、百度等企业也相继启动了无人驾驶汽车计划。2017年12月14日，国家工业和信息化部印发了《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划(2018-2020年)》，该计划中将智能网联车（intelligent and connected vehicle，ICV，车路协同条件下的无人驾驶车辆）列为了头等培育目标，《中国制造2025》国家战略的制定也为智能网联车产业的发展保驾护航。2018年3月1日，我国首批智能网联汽车开放道路测试号牌在上海发放。

可以预见在不久的将来，道路上可能形成由智能网联车、智能辅助驾驶车辆以及人工驾驶车辆等多种驾驶主体操作的车辆混合构成的“混驾交通流”。由混驾交通流构成的道路交通系统是一个涉及到人、车、路（设施）、信息与规则的复杂动态系统，该系统的平稳性有两个方面的含义，即交通流速度的平滑性和交通流系统的稳定性。交通流速度的平滑性主要描述构成交通流的各车辆速度的波动特性和离散程度，反映了交通流总体的通行效率，因为速度的波动会带来整体空间平均车速的降低；交通流系统的稳定性主要表现在交通流对于扰动的抵抗能力，反映了交通系统抑制拥堵的能力。然而不同驾驶主体、多种跟驰规则的交互作用导致混驾交通流与单一驾驶主体构成的交通流相比具有显著差异。