載運工具跟馳關(guān)系的確定與行為調(diào)整實施方法
【專利摘要】載運工具跟馳關(guān)系的確定與行為調(diào)整實施方法，該發(fā)明屬于載運工具追蹤運行控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到動態(tài)運輸環(huán)境中和當(dāng)前技術(shù)條件下基于絕對和相對制動模式的車輛跟馳關(guān)系計算問題，提出了確定跟馳關(guān)系的計算方法，并將車輛追蹤運行狀態(tài)細(xì)分為非跟馳狀態(tài)、臨界跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)共6個子狀態(tài)，然后根據(jù)具體狀態(tài)確定并進(jìn)行后車行為調(diào)整方案的實施，以實現(xiàn)安全、高效和平穩(wěn)（舒適）追蹤運行的目的。
【專利說明】載運工具跟馳關(guān)系的確定與行為調(diào)整實施方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于交通運輸系統(tǒng)載運工具跟馳控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到同一線路、同一方向載運工具追蹤運行過程中跟馳關(guān)系的確定原則和確定方法，以及如何利用載運工具之間是否具有跟馳關(guān)系，細(xì)分車輛跟馳狀態(tài)，并在車輛跟馳系統(tǒng)運行過程中根據(jù)具體跟馳狀態(tài)，進(jìn)行載運工具跟馳行為的調(diào)整，以實現(xiàn)其安全、高效和平穩(wěn)(舒適)運行的目的?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]載運工具跟馳運行，在鐵路、公路、甚至航空、航天等交通運輸領(lǐng)域司空見慣(為論述方便，本申請均以“車輛”表述“載運工具”)?！巴痪€路、同一運行方向的相鄰車輛之間即存在“跟馳關(guān)系”，而無論其間距是怎樣的”，這樣的前提條件顯得過于寬泛，不利于載運工具在安全性、高效性和平穩(wěn)(舒適)性方面得到更好地控制。例如:1995年Bando等提出的最優(yōu)速度模型(Optimal Velocity Model，0VM)會出現(xiàn)過高的加速度和不切實際的減速度；為了消除上述問題，1998年Helbing和Tilch將速差控制引入跟馳系統(tǒng)，建立了 GFM(Generalized Force Model)模型,2001年Jiang等又建立了前后車的全速差模型(FullVelocity Difference Model, FVDM)來克服GFM模型在時滯、交通流相變和阻塞演化方面的缺陷；Zhao and Gao于2005年將“加速度差”引入FVDM模型建立了能夠描述緊急情況下駕駛員行為的FVADM模型，可以有效避免追尾事故和FVDM模型中的不切實際的減速度；0kumura, Tadaki和Gong等學(xué)者提出了一個非對稱全速差跟馳模型(Asymmetric FullVelocity Difference Car-following Model)以避免 GFM 和 FVDM 模型中可能出現(xiàn)的車輛
沖突，但它可能會導(dǎo)致一個情形發(fā)生------即使實際車距非常小后車也不減速。Peng等
幾位學(xué)者與2011年對速差控制進(jìn)行了改進(jìn)，提出一種最優(yōu)速差模型(Optimal VelocityDifference Model, OVDM),旨在消除負(fù)速度問題,但對前、后車之間無速差的情形仍然無能為力，如果前、后車的加速度差為0，加速度控制同樣起不到任何作用。針對上述問題，很多學(xué)者嘗試從車距控制和時隙(Time Gap)控制來解決這個問題。Somda和Cormerais利用相對制動模式計算安全車距，以作為后車行為調(diào)整的依據(jù)；Kesting等運用智能駕駛模型來描述車輛的自適應(yīng)巡航控制(AdaptiveCruise Control, ACC),但對如何科學(xué)地動態(tài)標(biāo)定時隙則語焉不詳；考慮到時隙對行車組織的重要性，Lin對裝備有自適應(yīng)巡航系統(tǒng)的車輛駕駛性能做了非常有益的討論，毫無疑問，時隙越大后車跟馳運行的安全裕量越大，但行車效率也會隨之降低；Lu和Madanat針對卡車，基于停車距離和安全風(fēng)險評估，提出了具有建設(shè)性的跟馳車距。理論上來講，時隙控制可以在某種程度上實現(xiàn)跟馳車距的控制，但是沒有更多地關(guān)注實際跟馳車距的長度對后車跟馳行為的影響。顯然，若車距太長或太短(譬如無窮大或無窮小)，后車以“安全”、“高效”行車為目的的行為調(diào)整就極可能失去平穩(wěn)性或舒適性，從而造成旅客不舒服或貨物遭受損壞。從這個意義上來說，必須將前、后車的跟馳行為，根據(jù)車輛性能、運行狀態(tài)，限定在某一特定的時空范圍內(nèi)，并在這個范圍內(nèi)對車輛跟馳行為實施控制，并始終以最佳的行為調(diào)整方式，使得前、后車輛構(gòu)成的跟馳系統(tǒng)始終處于這個特定的時空范圍內(nèi)。[0003]Traffic flow theory認(rèn)為跟馳行為發(fā)生在兩車頭間距為O-1OOm或0_125m的范圍內(nèi)，Weidman則認(rèn)為車頭間距小于等于150m時車輛處于跟馳狀態(tài)，這與載運工具高速運行時的制動距離相比顯然過小，不僅限制后車性能的發(fā)揮，而且難以避免沖突事件的發(fā)生。美國《道路通行能力手冊》規(guī)定當(dāng)車頭時距小于等于5s時車輛處于跟馳狀態(tài)，Paker采用了 6s作為判定車輛跟馳狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)。Parker和Chishaki等認(rèn)為，車輛處于跟馳狀態(tài)的基本條件是前車車速低于后車的期望車速，通過判斷前車速度是否小于后隨車的期望車速來判定車輛是否處于跟馳狀態(tài)，經(jīng)實踐驗證與實際有較大出入。何民、榮建和任福田提出利用相對速度絕對值隨車頭時距變化的規(guī)律定量地判定車輛行駛狀態(tài)的新方法，驗證了美國《道路通行能力手冊》規(guī)定的跟馳狀態(tài)判定標(biāo)準(zhǔn)。楊小寶和張寧在此基礎(chǔ)上提出一種“利用前后車速度的相關(guān)系數(shù)隨車頭時距變化的規(guī)律來確定車輛跟馳狀態(tài)的臨界值”的改進(jìn)方法。以車頭時距確定跟馳關(guān)系存在的主要問題在于根據(jù)當(dāng)前車輛跟馳速度情況確定判定跟馳狀態(tài)是否存在的車頭時距標(biāo)準(zhǔn)，忽視了車輛性能的充分發(fā)揮和主動建立跟馳關(guān)系有助于提高線路通過能力的客觀現(xiàn)實，因此有必要根據(jù)車輛性能所決定的其跟馳能力，以及智能化賦予車輛安全運行并提高跟馳效率的自主性和積極性，來確定跟馳關(guān)系存在的時空邊界。
[0004]顯然，只有具有跟馳關(guān)系的車輛跟馳系統(tǒng)，才能通過后車安全、高效和平穩(wěn)(舒適)的行為調(diào)整，重新建立一個新的安全、高效跟馳穩(wěn)態(tài)；不具有跟馳關(guān)系的車輛跟馳系統(tǒng)，只能通過后車非平穩(wěn)(舒適)的行為調(diào)整方式來建立這個安全、高效跟馳穩(wěn)態(tài)，或者限于車輛性能完全無法建立一個新的安全、高效跟馳穩(wěn)態(tài)。由于車輛跟馳系統(tǒng)的時、空范圍，在車輛性能、運行狀態(tài)確定條件下，可以通過數(shù)學(xué)或工程計算相互轉(zhuǎn)換而得，故本申請以“車距”計算來闡述載運工具跟馳關(guān)系和跟馳類型的確定方法，載運工具跟馳行為調(diào)整實施方案也正是在此基礎(chǔ)上提出，以其更強的針對性實現(xiàn)最佳的跟馳效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了克服當(dāng)前載運工具跟馳控制領(lǐng)域存在的“跟馳關(guān)系的界定”過于寬泛的缺陷，在確定跟馳關(guān)系時對“車輛跟馳能力和智能化賦予車輛建立跟馳關(guān)系的主動性”重視不夠的弊端，提供一種新的確定載運工具跟馳關(guān)系的有效方法，以及載運工具追蹤運行過程中一種行為調(diào)整的實施方案。
[0006]本發(fā)明思路:以前、后車輛的性能、運行狀態(tài)為約束條件，根據(jù)車輛在不同技術(shù)條件下所采取的制動模式，首先確定前、后車輛之間是否存在跟馳關(guān)系以及跟馳的類型，細(xì)分車輛追蹤運行狀態(tài)后，再以此為依據(jù)決定后車應(yīng)采取的控制方式，是自由行駛還是相應(yīng)的跟馳控制。自由行駛條件下，盡管當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下前、后車不存在跟馳關(guān)系，但應(yīng)根據(jù)追蹤運行狀態(tài)的動態(tài)變化，實時判斷前、后車輛之間是否存在跟馳關(guān)系，及時調(diào)整后車行為的控制方式。
[0007]給出的技術(shù)方案:
[0008]一種載運工具跟馳關(guān)系的確定與行為調(diào)整實施方法，其特征在于，包括如下步驟: [0009]步驟1:根據(jù)動態(tài)運輸環(huán)境中當(dāng)前技術(shù)條件下所行采取的制動模式，計算當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下判斷車輛跟馳關(guān)系的臨界值



^jAbsolute_Boundary ^Eelat ive_Boundary:其中:L
Absolute—Bolmdary是絕對制動模式下的跟馳關(guān)系臨界值，乃是根據(jù)車輛絕對制動模式，以車輛性能為約束條件計算出而得，用以判斷當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下前、后車輛是否存在跟馳關(guān)系；LMativeBolmdary是相對制動模式下的跟馳關(guān)系臨界值，乃是根據(jù)車輛相對制動模式，以車輛性能為約束條件，考慮最不利跟馳情形，計算出的當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下前、后車輛跟馳關(guān)系的判斷依據(jù)。
[0010]步驟2:后車根據(jù)自身所采取的制動模式，在當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下，基于前、后車是否存在跟馳關(guān)系的準(zhǔn)確判斷，進(jìn)而細(xì)分車輛追蹤運行狀態(tài)為非跟馳狀態(tài)、臨界跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)，共6個子狀態(tài)，進(jìn)而以具體跟馳狀態(tài)為依據(jù)對自身行為采取相應(yīng)的控制措施，以達(dá)到安全、高效和平穩(wěn)(舒適)運行的目的。具體說，后車在追蹤前車運行過程中，對實際車距LActual和跟馳關(guān)系臨界值LAb——B_toy
^Relative—Boundary
行實時比較分析，若實際車距小于或等于跟馳關(guān)系的臨界值，前、后車之間具有相應(yīng)的跟馳關(guān)系，根據(jù)具體跟馳情況按所述的臨界跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)來處理，后車的行為調(diào)整必須考慮前車行為和車距的約束，以實現(xiàn)安全、高效和平穩(wěn)(舒適)運行。
[0011]步驟3:轉(zhuǎn)步驟1，后車循環(huán)往復(fù)地根據(jù)所能采取的制動模式，以及實際車距與跟馳關(guān)系臨界值的比較分析結(jié)果，進(jìn)行跟馳關(guān)系的判斷，進(jìn)而采取相應(yīng)的行為調(diào)整措施。
[0012]進(jìn)一步說明所述步驟I中，絕對制動模式下車輛跟馳關(guān)系及其類型的計算方法
[0013]前、后車輛絕對跟馳關(guān)系的臨界值計算，見式(I)所示
【權(quán)利要求】
1.一種載運工具跟馳關(guān)系的確定與行為調(diào)整實施方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:根據(jù)動態(tài)運輸環(huán)境中當(dāng)前技術(shù)條件下所行采取的制動模式，計算當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下判斷車輛跟馳關(guān)系的臨界值LAbs()lute—B_toy^Eelative_Boundary? 其中 * ^Ab s ο I ut e_B ound ar y 是絕對制動模式下的跟馳關(guān)系臨界值，是根據(jù)車輛絕對制動模式，以車輛性能為約束條件，計算出的當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下判斷前、后車輛跟馳關(guān)系的臨界值^jAbsolute Boundary 山Relative—Boundary是相對制動模式下的跟馳關(guān)系臨界值，是根據(jù)車輛相對制動模式，以車輛性能為約束條件，考慮最不利跟馳情形，計算出的當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下判斷前、后車輛跟馳關(guān)系的臨界值LRelative—Boundary ? 步驟2:后車根據(jù)自身所采取的制動模式，在當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)下，基于前、后車是否存在跟馳關(guān)系的準(zhǔn)確判斷，進(jìn)而細(xì)分車輛追蹤運行狀態(tài)為非跟馳狀態(tài)、臨界跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)，共6個子狀態(tài)，進(jìn)而以跟馳狀態(tài)為依據(jù)對自身行為采取相應(yīng)的控制措施； 后車在追蹤前車運行過程中，對實際車距Liktual和跟馳關(guān)系臨界值LAb——B_toy或LRelativeJoundary進(jìn)行實時比較分析，若實際車距大于跟馳關(guān)系臨界值，前、后車之間按無跟馳關(guān)系處理，后車行為不受前車行為和車距的約束，否則，前、后車之間具有跟馳關(guān)系，根據(jù)具體跟馳情況按所述的臨界跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、絕對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下安全跟馳狀態(tài)、相對制動條件下非安全跟馳狀態(tài)來處理，后車的行為調(diào)整必須考慮前車行為和車距的約束，以實現(xiàn)安全、高效和平穩(wěn)運行； 步驟3:轉(zhuǎn)步驟1，后車循環(huán)往復(fù)地獲取進(jìn)行制動模式，并根據(jù)新的檢測結(jié)果進(jìn)行跟馳關(guān)系的判斷，進(jìn)而采取相應(yīng)的行為調(diào)整措施。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中，絕對制動模式下車輛跟馳關(guān)系的計算方法，見下式(I)所示
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟I中，相對制動模式下車輛跟馳關(guān)系的計算方法，見式(3)所示L^elative—Boundary ^jAbsolut e_Boundary(3) 其中:LR———y為當(dāng)前追蹤運行狀態(tài)和相對制動模式下前、后車輛跟馳關(guān)系的臨界
，^Actual ^^-jEelat ive_Boundary
時，前、后車之間不存在跟馳關(guān)系，后車以自由行駛為主，同時實時檢測與前車的跟馳關(guān)系，并根據(jù)新的檢測結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的行為優(yōu)化，LArtual LMatiTC—B_toy時，前、后車之間存在跟馳關(guān)系，后車必須在前車行為和車距的約束下，以安全、高效追蹤運行為目的，不斷優(yōu)化自身行為，同時確保行為調(diào)整過程中的平穩(wěn)性或舒適性；Lp為前車在當(dāng)前運行速度下采取相應(yīng)的控制策略所行使的距離，一般以最不利條件下的安全行車為第一考量，前車的控制策略取為緊急制動時的控制策略。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟2，具體實施步驟如下: a)首先，獲取動態(tài)運輸環(huán)境中當(dāng)前技術(shù)條件下后車所采取的制動模式； b)然后，運用相應(yīng)的跟馳關(guān)系計算方法，對實際車距Liktual和跟馳關(guān)系的臨界值^Ab s ο I ut e_B ound ar y ^Eelat ive_Boundary
進(jìn)行比較分析，確定與前車之間是否存在跟馳關(guān)系； C)后車根據(jù)與前車之間存在跟馳關(guān)系與否，以安全、高效和平穩(wěn)(舒適)運行為優(yōu)化目標(biāo)，確定自身行為調(diào)整應(yīng)采取的最佳控制措施； d)后車實施最佳控制措施，調(diào)整自身行為； e)后車行為調(diào)整過程中，轉(zhuǎn)步驟a)繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行，以根據(jù)瞬息萬變的車輛追蹤運行狀態(tài)，實現(xiàn)后車行為動態(tài)、實時調(diào)整。
【文檔編號】G06F17/50GK103886127SQ201410052572
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】潘登, 夏易君 申請人:同濟(jì)大學(xué)