文档介绍：第五讲车辆跟驰理论
第一节交通流理论研究回顾
交通流理论是运用数学、物理学和力学原理描述交通流特性的一门边缘科学,目的是为了阐述交通现象形成的机理,使城市道路与公路的规划设计和营运管理发挥最大的功效。
1933年金蔡()首次论述了泊松分布应用于交通流分析的可能性,随后亚当斯(Adams .)于1933年发表了数值例题,标志着交通流理论的诞生;
1950年赫尔曼(Herman)博士运用动力学方法建立跟车模型,进而提出了跟车理论。
1955年,莱脱希尔(Lighthill)和惠特汉(Whitham)提出了流体动力学模拟理论。
随着小汽车进入家庭时代的到来,汽车保有量迅猛增加,人们的出行观念和时效观念均发生了深刻的变化,交通拥挤、交通安全及交通管理等问题急切需要通过理论加以诠释和解决,于是交通波理论和车辆排队理论等相继问世。
1975年,丹尼尔(Daniel .)和马休(Matthow .)合作出版了《交通流理论》一书,1998年出版了修订版。该书全面系统地阐述了交通流理论的研究内容和成果,成为交通流理论的经典论著。
此后,从20世纪70年代中期起,交通流理论逐渐由纯理论转向应用研究。世界各国趋向于综合运用各种现代高科技方法和手段,致力交通大系统研究。1994年在日本横滨召开的国际学术会议正式确立了将美国提出的智能交通系统ITS(Intelligent Transportation Systems)作为现代交通运输系统的发展方向和主流进行开发和研究。交通流理论的发展开始朝着不同学科的融合及传统理论创新等方向发展。
伴随着计算机技术的飞速发展以及模糊论、灰论、突变论、混沌论、分形论、负熵论、协同论等现代数学分支理论的诞生、发展和完善,交通流理论研究领域得到进一步拓展。
第二节跟驰理论概述
国内外的研究者发表了数量众多的论著。
1950年赫尔曼(Herman)博士运用动力学方法建立跟车模型,进而提出了跟驰理论。随后,Reuschel 和Pipes 研究了跟驰理论的解析方法。
北京工业大学张智勇应用混沌论开展了城市快速道路车辆跟驰模型研究,董佩明进行了快速路交通流行为阈值模型研究。吉林大学研究了模糊跟驰行为等等。
车辆跟驰模型是运用动力学方法,探究在无法超车的单一车道列队行驶时,车辆跟驰状态的理论。
车辆跟驰模型从交通流的基本元素—人车单元的运动和相互作用的层次上分析车道交通流的特性。
通过求解跟驰方程,不仅可以得到任意时刻车队中各车辆的速度、加速度和位置等参数,还可以通过进一步推导,得到平均速度、密度、流率等参数,描述交通流的宏观特性。
车辆跟驰模型是交通系统仿真中最重要的动态模型,用来描述交通行为即人—车单元行为。
车辆跟驰模型的研究对于了解和认识交通流的特性,进而把这些了解和认识应用于交通规划、交通管理与控制,充分发挥交通设施的功效,解决交通问题有着极其重要的意义。
一、跟驰状态的判定
跟驰状态临界值的判定是车辆跟驰研究中的一个关键,现有的研究中,对跟驰状态的判定存在多种观点。
国外的研究中,美国1994年版的《道路通行能力手册》规定当车头时距小于等于5s时,车辆处于跟驰状态;
Paker在研究货车对通行能力的影响时,采用了6s作为判定车辆跟驰状态的标准;
《Traffic flow theory》认为跟驰行为发生在两车车头间距为0~100m或0~125m的范围内;
Weidman的研究则认为车头间距小于等于150m时,车辆处于跟驰状态。
在跟驰理论中,目前常用的判定跟驰状态的方法有两种。
一种是基于期望速度的判定方法,它是通过判断前车速度是否小于后随车的期望车速来判定车辆是否处于跟驰状态;
另一种是基于相对速度绝对值的判定方法,它是利用前后车速度差的绝对值随车头时距变化规律定量地判定车辆行驶的状态。
这两种方法都存在一定的缺陷。因此,又有学者提出利用前后车速度的相关系数随车头时距变化的规律来确定车辆跟驰状态临界值。这一方法考虑的信息更为全面,与现实结合更为紧密,能有效解决现有方法的不足。
单车道车辆跟驰理论认为,车头间距在100~125m以内时车辆间存在相互影响。
二、车辆跟驰特性
跟驰状态下车辆的行驶具有以下特性:
制约性
延迟性
传递性
制约性、延迟性及传递性构成了车辆跟驰行驶的基本特征,同时也是车辆跟驰模型建立的理论基础。
1、制约性
紧随要求:在后车跟随前车运行的车队中,出于对旅行时间的考虑,后车驾驶员总不愿意落后很多,而是紧随前车前进。
车速条件:后车的车速不能长时间大于前车的车速,而只有在前车速度附近摆动,否则会发生追尾碰撞
间距条件:车与车之间必须保持一个安全距离,即前车制动时,两车之间有足够的距离,从而有足够的时间供后车驾驶员做出反应,采取制动措施。