車輛跟馳模型研究綜述

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1、第五部分：載運工鼻設(shè)計制造及運用工程岢r，‘’

2、7F一∽。^-?’'’Ⅷ神●一’，伊∥，一礦一～。．“}■。彳o～’一一。。；?，車輛跟馳模型研究綜述賈洪飛，潘玲(吉林大學交通學院，吉林長春130025)摘要：在查閱和收集了國內(nèi)外大量研究文獻的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地綜述和分析車輛跟馳行為仿真模型的國內(nèi)外研究進展，并提出存在的主要問題和迸一步開展該項研究的建議，根據(jù)認知心理學和人機工程學的知識，論證建立新—代基于駕駛員多源信息協(xié)同認知行為的智能化車輛跟馳仿真模型的必要性。關(guān)鍵詞：跟馳模型；認知心理學；人機工程學；協(xié)同0引言車輛跟馳模型是運用動力學方法，探究在單—{i道匕車輛排隊行駛時，后

3、車跟隨前車的行駛狀態(tài)，并用數(shù)學瞻劫日以分析闡明自g_-種理論，此狀態(tài)的車隊具有制約性、延遲性和傳遞性等特點，這些特點決定了交通信息沿車隊向后傳遞不是平滑連續(xù)而是像脈沖—樣間斷連續(xù)的【l】。因此，車輛跟馳模型的研究對于了解和認識交通流的特征，進而j吧：這些了解和認識應(yīng)用與交通規(guī)劃、交通管理與控制，充分發(fā)揮交通設(shè)施的功效，解決交通問題有著極其重要的意義。車輛跟馳模型已被研究了將近半個世紀(1950年ReuschelA．和1953年P(guān)ipesLA．對跟馳過程的研究，標志著跟馳理論解析方法研究的開始)o之后，車輛跟馳虞型的研究又經(jīng)歷了控制工程、感知和心理學九個階段。近，1年來，車輛跟馳

4、模型在交通工程和安全等研究領(lǐng)域變得更加重要。交i百工程人員逐步認識到對跟車過程中駕駛員刺激一反應(yīng)過程研究進—步深入的=監(jiān)擂I性，認為道路交通系統(tǒng)不能簡單的視為—種純機誠系統(tǒng)，而應(yīng)該被看成是—種由物理(等價于其中的運動)和心理(等價于人的感知和處理)相互作用的系統(tǒng)，人的主觀因素在系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。因此，對在跟馳過程中駕駛員的行為動機及其b理、生理特性包括駕駛技能、駕駛的傾向性、對于安全感的需求、感知交通環(huán)境變化的能力、5t,]-襄J激的反應(yīng)靈敏度、最大加減速度的接受值等諸方面作了深入研究。另—方面，隨著研究手段和數(shù)據(jù)采集手段的多}孝I化發(fā)展，在跟馳模型的研究過程中，不斷地吸

5、收了新的研究方法，從傳統(tǒng)的經(jīng)典物理學、心理學到控制論、統(tǒng)計學、模糊數(shù)學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)都得到廣泛應(yīng)用。1早期車輛跟馳模型研究綜述l。1Pipes與Forbes的跟馳模型Pipes的車輛跟馳模型源于加利福尼亞機動車法規(guī)中對駕駛員跟馳行駛的建議：在跟隨行駛過程中，安全距離至少為—個車身長度，并隨速度每增加16km／h，就增加—個車長。Pipes與Forbes的跟馳模型是早期的研究成果，其工作具有開創(chuàng)的意義，雖然隨著對這—領(lǐng)域的深入研究，其模型精度已不能令人滿意。但其形式簡單，物理意義明確，在實際當中仍然得到了廣泛應(yīng)用。1．2刺激—反應(yīng)模型刺激-反應(yīng)模型重在描述駕駛環(huán)境中各種刺激對駕

6、駛員行為的影響，包括GM模型和線性跟車模型。GM模型最早是1958年由美國通用汽車研究／j、組的Chandler，Herman和Montroll提出的，它是由駕駛動力學陵型(DrivingDynamicModel)推導(dǎo)麗來，并引入如下理念Response=f(sensitivity,stimuli)9972005·8中國·大連中國交通研究與探索(2005)一第六聲全目交通遠輪領(lǐng)域寺牟學術(shù)會議論文善·?，r?t’rt，『．·m’．5r"’產(chǎn)d。9∥艫∥M●式中，Response為后車在時刻t+Tl簦Y)Jl速度或減速度；sensitivity為后車對刺激的敏感度；stimuli為

7、在時刻t后車與前車的相對速度；T是后車駕駛員的反應(yīng)時間。這個模型的基本假設(shè)為：駕駛員的加速度與兩車之間的速度差成正比；與兩車的車頭間距成反比；同時與自身的速度也存在直接的關(guān)系。GM模型清楚地反映出車輛跟馳行駛的制約性、延遲性及傳遞性。GM跟馳模型形式簡單，物理意義明確。作為早期的研究成果，具有開創(chuàng)意義，許多后期的跟馳睫墅研究都是以其建立的刺激_反應(yīng)的方程為基礎(chǔ)，在前車緊急剎車時，后車維持不致發(fā)生尾撞的最小安全距離為前提推導(dǎo)而得的。然而，由于對敏感度的考慮不阿——認為是常量或是變量，刺激的內(nèi)涵不同——表現(xiàn)為速度、距離或速度與距離，推導(dǎo)過程的假設(shè)不同—_反應(yīng)時間內(nèi)行駛距離與減速行駛

8、距靜拍￡號法不同，從而產(chǎn)生了多種多樣的車輛跟馳模型。但是，GM模型的通用性較差，現(xiàn)在較少使用GM模型，這是因為在確定m和，的過程中存在大量的矛盾之處。造成矛盾的原因可能有：(1)車輛跟馳行為非常易于隨著交通條件和交通運行狀態(tài)的變化而變化，前車的刺激與后車的反應(yīng)并非是——對應(yīng)的關(guān)系。(2)大量的研究和試驗是癌桶速度和停停走走的交通運行狀態(tài)中進行的，而這種狀態(tài)的交通流不能彳良好地反映—般的跟馳行為。(3)根據(jù)GM模型，無論前后車相距多遠，都存在影響關(guān)系，這不符合車輛跟馳模型的基本概念。(4)但前