车辆跟驰特性的分子动力学解析及其模型研究

选择"道路运行车辆之间的跟驰现象"这一交通特性问题，从分子动力学角度，进行系统相似性分析，并阐述分子跟驰理论；研究车辆跟驰的需求安全距离及其应用模型；应用数学物理方法，建立单车道车辆分子跟驰模型；研究车辆行驶中的变道机理，建立跟驰车辆的变道模型；研究变道模型和分子跟驰模型的交叉影响，建立综合驾驶行为影响下的多车道分子跟驰模型,进而推导基于分子力学的交通流速度-流量-密度模型，研究成果将完善交通流跟驰理论，为我国道路交通安全评价、仿真分析、车辆自动驾驶和自适应控制提供更坚实的理论基础和方法依据。

从分子动力学角度研究车辆跟驰特性和换道行为机理，微观描述车辆跟驰与换道的动态交互行为，揭示交通流时空运行特性，为车辆自动驾驶系统、车路协同系统和交通系统优化提供理论基础和方法依据。. 运用分子动力学研究了车辆跟驰特性，建立了基于需求安全距离的车辆跟驰理论模型；通过赋予传统跟驰模型多个刺激项的反应权重，应用数学演绎方法，推导出驾驶行为针对各种刺激反应同向性的状态方程，建立了系统描述跟驰变化过程的分子跟驰模型。研究车辆行驶中的变道机理，建立自由换道、强制换道和协作换道模型；系统分析车辆换道的动力学特性，研究了换道交互行为特性及其模型，建立了具体换道场景中不发生任何碰撞的最小安全距离定量模型，并界定了安全区域和非安全区域。研究换道模型和分子跟驰模型的交叉影响，对车辆横向位置分布进行了实地调查，分析了周边交通场景对跟随车的横向干扰特性，引入最大转移速度和疏散路径参数，建立了交叉跟驰模型和综合驾驶行为影响下的多车道分子跟驰模型，并进行了交通仿真。基于分子动力学，应用微扰法从微观和宏观方面对交通流进行了稳定性分析；基于Lyapunov稳定性判别方法进行了车辆跟驰单元的局部稳定性分析和宏观交通流渐近稳定性分析。针对复杂交通场景中车辆综合驾驶行为的分子跟驰特性，以实现驾驶行为决策效用最大化为目标，建立车辆综合驾驶行为的分层logit模型。. 研究过程中进行了单车道和多车道复杂交通场景下的驾驶行为特性测试和交通流特性数据调查。通过大量的示范路段交通调查，应用Matlab数据分析和Vissim交通仿真分析，对数据资料进行拟合分析、验证分析和可靠性分析。. 研究表明，车辆分子跟驰特性行为取决于反应时间、前后车间距、前后车速度、车辆制动减速度等因素；跟驰车与前导车的侧向间距增大超车速度变大，当侧向间距在2-2.6m，容易发生交叉跟驰；当两辆车的横向分离为2.8m或者更大，则不会存在明显的动力学关系。分子跟驰模型系统考虑了影响车辆行驶状态变化的多重因素，与车流的稳定性分析之间存在着关联性，即车流运行的“波粒二象性”。