混入自动驾驶汽车高速公路入口匝道合流区的通行效率研究

Traffic efficiency is the result of the interaction between drivers, vehicles, roads and environment, while autonomous vehicles are thought to be very useful in improving efficiency by changing the inherit features of freeway traffic flow. This program focuses on the on-ramp merging area concerning traffic flow mixed by autonomous vehicles. The research, considering the difference between autonomous and normal vehicles, will research on the novel gaps model, mandatory lane changing models and discretionary lane-changing models based on lane utility. Then, the simulation way will be studied, including the demand and supply in lane-changing and the parameters selection. Furthermore， we will found a model combining the kinetic wave features and moving bottle neck theory, which will be used to analysis the traffic efficiency in the on-ramp merging area. Our research will be helpful for revealing the effects of autonomous vehicles in freeway traffic.

高速公路的通行效率是“人—车—路—环境”相互作用的结果，自动驾驶汽车被认为是未来通过改善交通流内在特性来提升交通系统效率的一种极具发展潜力的新型交通方式。本项目以自动驾驶汽车与常规人工汽车的混行交通为背景环境，对入口匝道合流区的通行效率问题进行研究。考虑到自动驾驶汽车在状态感知与响应延迟方面的差异，研究其在加速车道与合流区的可变间距模型、强制换道模型、主线上基于车道效用的自由换道模型等。然后结合我国高速公路的车流特性，研究入口匝道合流区的混合交通流微观仿真方法，如主线可插入间隙产生、分配机制及参数标定方法。进而建立入口匝道合流区的通行效率分析模型，避免传统间隙接受模型换道频率过低的缺陷，研究不同负荷条件下自动驾驶汽车混入比率对通行效率的影响。本研究为量化评估自动驾驶汽车对高速公路交通的影响及现有交通设施的适应性提供了依据

高速公路的通行效率是“人—车—路—环境”相互作用的结果。本项目以自动驾驶汽车与常规人工汽车的混行交通为背景环境，研究了高速公路上的交织区——如入口匝道和主线交织区域，自动驾驶汽车的行驶特点对交通流的影响和适应性。项目研究发现，总体上，具备车间通信协同行动的自适应巡航控制车辆（Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC）或不具备协同行动ACC车辆（自适应巡航控制Adaptive Cruise Control，ACC），对高速道路交通流的影响是非线性的，受到进出匝道上下游车流、道路几何参数、人工驾驶特性的影响，对其分析的模型和方法应该结合混合异质交通流总体框架展开。其次，随着混合异质交通流中智能车辆比率的提高，总的趋势是高速公路主线、合流、分流区域的交通流更加稳定、通行效率更高，但在该过程中通行效率会有波动，影响范围会有变化，依赖于自动驾驶或人工驾驶的跟驰与换道策略。项目研究了异质混合交通流各类车辆分布占比估计与通行能力，发现同等环境下智能车辆的使用，相较于人工驾驶车辆，可以提高车道的通行能力，但由于其相对流量高，进入拥堵态时，其实际通行能力下降也更为迅速。进一步的，项目采用模拟仿真的方法研究了异质混合交通流，引入风险系数平衡安全与效率，确定了自动驾驶汽车的强制换道模型的仿真步骤，研究了不同场景下的换道特点。在此基础上，根据车辆进入、离开匝道的需要，将交通流交织区域根据自动驾驶车辆在主线的换道许可的控制分为三类：自由换道、许可换道、限制换道区域，以及对应三种策略：阶梯策略、全域策略和混合策略。模拟仿真结果显示，三种策略中，全域策略的成本最小，但阶梯策略的稳定性表现最好。总体而言，在相同的交通流量分布下,自动驾驶车辆的引入可以有效降低合流等交通事件对于交通流运行的影响，提高交通流的平均速度和流量，提升交通系统对意外事件的干扰能力，有效降低交通拥堵发生的时间长度与空间范围。