入口匝道自适应巡航车流交通特性及控制策略研究

Serious traffic congestion at some bottlenecks in urban road network has become a common problem generally exists in large or medium-sized cities, the popularity of ACC-equipped vehicles will change the existing traffic characteristics of vehicle flow, it is possible to develop scientific traffic management and control measures to relieve traffic congestion. In this project, we take the on-ramp bottleneck and ACC-equipped vehicle as the sample objects of study, and mainly focus on studying the properties of the on-ramp under different traffic densities of ACC-equipped vehicle, and the strategies of the dynamic control based on the communication environment of internet of vehicles. Firstly, we build microscopic models for ACC-equipped vehicle considering the influence of the lower-level control structure, and lane changing models describing the operational characteristic of ACC-equipped vehicle stream at on-ramp bottleneck, based on the investigation and analysis of the control structure of the actual ACC vehicle adaptive cruise control system. Secondly, we will calibrate the proposed ACC-equipped vehicle models and the lane-changing models by use of the field survey data, and conduct the simulations of on-ramp under different ACC-equipped vehicle stream density with exploring the root causes of traffic congestion at on-ramp bottlenecks. Finally, according to the traffic characteristics of on-ramp bottleneck, we will put forward the dynamic strategies of management control for the on-ramp bottleneck, and analyze the effect of the dynamic strategies of management control on the ACC-equipped vehicle stream at the bottlenecks, the evolution of the traffic congestion and the traffic current at the bottlenecks. This project will help us to deepen the understanding of the on-ramp bottlenecks, and to provide theoretical basis and scientific basis for the use of automatic driving technology to alleviate traffic congestion and improve operating efficiency.

交通瓶颈拥堵问题已成为诸多大中型城市的痛点，自适应巡航控制（ACC）车辆的大量普及将改变现有的交通流演化特征，基于车联网发布控制措施缓解瓶颈处交通拥堵已成为可能。本项目以ACC车辆和入口匝道为研究对象，重点研究在不同自适应巡航车流密度下的入口匝道交通流特性及动态管理控制策略。在调研和分析实际ACC车辆自适应巡航系统控制结构的基础上，建立考虑下层控制结构影响的ACC车辆微观模型和换道模型；利用实测数据标定所建模型的参数，并研究瓶颈处交通拥堵的形成机理；根据入口匝道瓶颈拥堵形成机制，提出在不同自适应巡航车流密度下的动态管理控制策略，研究管理控制策略对入口匝道瓶颈处交通流特性，交通拥堵的演化、以及交通瓶颈处通行能力的影响机理。本项目的研究有助于加深人们对ACC车辆通行入口匝道瓶颈的认识，为利用自动驾驶技术缓解交通拥堵、提高运行效率提供理论基础和科学依据。

根据自适应巡航控制车辆的上层和下层控制结构原理，建立能够客观表征ACC 车辆自适应巡航控制行驶的微观仿真模型。通过理论分析研究所建模型的线性稳定性以及在小扰动情形下交通流密度波的演化特征；充分利用现有交通流理论研究成果，通过仿真分析的方法来探讨模型中的影响要素对道路交通流的影响机理。本项目按照研究计划完成了任务书要求的研究内容，在此基础上，还扩展了相关的研究，针对其它影响因素的微观和宏观交通流进行了建模和分析，在本项目的支持下，已发表论文9篇，另1篇被录用，被SCI检索9篇，研究成果在国际会议上交流4人次，在国内会议上交流4人次；协助培养博士生1名，培养硕士生5名。进行了多次交通观测, 对对影响自适应巡航控制车辆控制和延迟等因素特征有了清晰的了解。本项目针对基于自适应巡航控制车辆动力学控制进行了建模及分析，提出了 4个与自适应巡航控制车辆动力学模型。本项目针对其它影响因素的微观和宏观交通流进行了建模和分析，提出了8个微观和宏观模型。本项目还也通过基于CMEM的仿真实验探究了ACC系统的使用对交通流运行过程中的环境影响造成的变化，通过基于CMEM的实验表明，ACC车辆在减轻交通流环境污染方面起到积极作用，且ACC车辆的比例越高，位置离干扰点越近，引导车辆的加速度越大，ACC车辆在减轻交通流环境污染方面起到的积极作用越强。此外，本项目还发现了引入了车间距自控的ACC车辆能够一定程度上减少燃油消耗，同时扩大道路交通通行能力。这些成果丰富了现代交通流理论，为交通工程部门规划、设计和完善ACC车辆设计、制造以及未来在智能交通系统环境下车辆驾驶行为分析提供科学依据。在实践中形成了年轻有活力的研究队伍，为后续的深入研究奠定了基础。