摘 要

驾驶行为不当是造成中国高速公路高事故率的重要原因，高速公路的高危险性又导致无法在实际交通环境下开展驾驶员培训。用驾驶模拟系统训练驾驶员是既方便有效又安全经济的方法，但由于缺乏交通环境的真实感，达不到理想的培训效果。本研究基于模糊理论和高速公路交通规则，构建跟驰、换道和超车三类智能自主车模型，从理论和方法上解决驾驶模拟系统中的交通环境真实感问题。

高速公路驾驶行为主要可分为三种：跟驰、换道和超车。本文重点研究跟驰和换道行为，对超车行为只做简单介绍。目前，国内外对跟驰、换道的研究也逐渐形成体系，具有较完整的研究方法和理论，但是缺乏符合我国高速公路交通实情的研究，本文的研究填补了这方面的空缺，希望对后面这方面的研究有所启发和裨益。

本文以驾驶员在高速公路上的跟驰、换道行为为主线，分析了目前的国内外研究现状，回顾了相关的模型理论，并引入模糊理论，构建了基于模糊逻辑的高速公路跟驰模型和基于模糊逻辑的高速公路换道模型，其中对高速公路换道的情形分析研究后，建立了3个换道子模型，分别是：基于模糊逻辑的强制换道模型、基于模糊逻辑的追求速度优势的自由换道模型和基于模糊逻辑的追求空间优势的自由换道模型。在Simulink中分别对跟驰模型和追求空间优势的自由换道模型进行了模拟仿真并对仿真结果进行了分析，表明本文建立的模型具有较高的准确度和较强的适应性。

本研究成果不仅可以用于驾驶员培训，提高中国高速公路安全运行水平，还可以用于交通事故的再现分析和智能交通仿真等研究，具有重要的经济社会意义和广泛的应用前景。

关键词：驾驶行为；高速公路；跟驰；换道；模糊逻辑

Abstract

Improper driving behavior is an important reason for the high accident rate in China highway, high-risk highways has led unable to carry out driver training in real traffic environment. With driving simulation training system driver is both effective and safe convenient and economical method, but the lack of realistic traffic environment, the training effect is not ideal. This study was based on fuzzy theory and highway traffic rules, build with Chi, lane changing and overtaking three intelligent autonomous vehicle model, driving simulation system to solve the traffic environment realistic problems from the theory and methods.

Highway driving behavior can be divided into three types: - following, lane changing and overtaking. This paper focuses on car-following and lane-changing behavior, overtaking only in brief. Currently, with the study of Chi, lane changing domestic and gradually form a system with a more complete study of methods and theories, but the lack of research in line with the facts of China's highway transportation, this study fills a gap in this area, we want to back Research in this area has been enlightening and helpful.

In this paper, the driver on the highway - following, lane changing behavior of the main line, analyzes the current research status, review the relevant model theory and fuzzy theory, a fuzzy logic based highway following Model after the case and based on fuzzy logic highway lane change model, in which the highway lane change analysis and research, the establishment of three sub-models lane change are: mandatory lane changing model based on fuzzy logic, fuzzy logic based on the pursuit of speed advantage free lane change model based on the pursuit of freedom and space advantages of fuzzy logic model of the lane change. In the Simulink model of car - and the pursuit of free space superiority lane change simulation models were simulated and the simulation results are analyzed, it shows that the model established in this paper has high accuracy and strong adaptability.

This results not only can be used for driver training and improve highway safety level of Chinese operation can also be used to study the traffic accident reproduction and intelligent traffic simulation analysis has important economic and social significance and broad application prospects.

KeyWords：driving behavior；highway；car following；lane change；fuzzy logic

目 录

第1章 绪论 1

1.1论文选题背景及研究意义 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国内研究现状 2

1.2.2国外研究现状 2

1.3本文主要研究内容 3

第2章 中国高速公路发展及驾驶行为研究概述 5

2.1我国高速公路发展现状 5

2.2我国高速公路交通规则特点 5

2.3基于我国高速公路的驾驶行为研究分析 7

2.4本章小结 7

第3章 车辆跟驰和换道行为分析及建模研究 9

3.1跟驰行为分析 9

3.2跟驰模型回顾与总结 10

3.2.1刺激—反应型：GM模型 10

3.2.2安全距离模型 11

3.2.3理想速度模型 11

3.2.4生理-心理模型 12

3.2.5人工智能模型 12

3.3换道行为分析 13

3.3.1基于我国高速公路实情的换道行为分析 13

3.3.2强制换道的换道意图与可行性分析方法概述 14

3.3.3自由换道的换道意图与可行性分析方法概述 18

3.4换道模型回顾与总结 19

3.4.1 Gipps模型 19

3.4.2 Netsim和Fresim模型 20

3.4.3 MITSIM模型 20

3.4.4 MRS模型 21

3.4.5元胞自动机模型 21

3.5本文研究方法 22

3.6本章小结 24

第4章 基于模糊逻辑的高速公路跟驰模型 25

4.1跟驰问题的回顾 25

4.2跟驰问题的分析 25

4.3跟驰模型假设 26

4.4符号说明 26

4.5基于模糊推理的高速公路跟驰模型 27

4.5.1模型建立 27

4.5.2模型评价与改进 31

4.6本章小结 32

第5章 基于模糊逻辑的高速公路换道模型 33

5.1换道问题的回顾 33

5.2换道问题的分析 33

5.3换道模型假设 34

5.4符号说明 34

5.5基于模糊推理的高速公路换道模型 35

5.5.1模型建立 35

5.5.2模型评价与改进 59

5.6本章小结 60

第6章 跟驰和换道模型的建模仿真与结果分析 61

6.1基于模糊逻辑的跟驰模型仿真测试 61

6.1.1模型仿真测试环境Simulink简介 61

6.1.2跟驰模型Simulink建模仿真 62

6.1.3模型的准确度与适用性分析 68

6.2基于模糊逻辑的换道模型仿真测试 68

6.2.1换道模型Simulink建模仿真 68

6.2.2模型的准确度与适用性分析 79

6.3本章小结 79

第7章 总结与展望 81

7.1论文研究工作总结 81

7.2论文的主要创新点 81

7.3研究展望 82

参考文献 83

附 录 85

致 谢 99

第1章 绪论

1.1论文选题背景及研究意义

目前，我国汽车行业发展迅猛，我国人口基数大，对汽车的需求量也巨大，汽车行业的发展对我国工业具有强劲的带动作用，汽车行业的经济对我国的经济发展有着举足轻重的作用。在这样的产业发展背景下，我国对汽车技术研究和投入不断增加，技术的研究领域不断扩大，技术理论研究不断拓展深入，逐渐形成比较完整的研究体系和理论成果。虽然在汽车技术领域总体上，我国与德国、欧美、日本等存在较大差距，但是在汽车的新能源、智能车联网等领域我国也能进入国际前沿。我国现阶段汽车行业的发展，既要深扎汽车传统工业基础，也要把握新机遇—在汽车新能源和智能汽车方面取得突破，并以此为契机，找到突破口，实施跨越发展，使我国汽车行业雄健发展。

随着汽车行业发展迅速、汽车保有量逐年增加，我国的交通安全问题也日渐突出，交通事故发生率居高不下，对我国人民的生命财产安全造成严重威胁。目前发生的高速公路交通事故中，绝大部分是人为因素造成的。驾驶员的驾驶行为对行车安全具有决定作用，尤其是在高速行驶的高速公路上。提高驾驶员的驾驶技能，使驾驶员的驾驶行为更加理智娴熟，对提高行车安全、降低交通事故发生率具有重要作用。因此，本文在这样的背景下，提出了相应的研究课题《基于驾驶模拟的中国高速公路驾驶行为研究》，对驾驶员在高速公路行驶时的驾驶行为进行研究和建模，为驾驶模拟系统的研发提供技术支持和理论知识储备，并以此来训练驾驶员的驾驶技能，提高驾驶员的驾驶行为熟练程度，减小人为因素的交通事故。