CN113626979A - 一种车辆换道执行过程仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆换道执行过程仿真方法及装置，通过换道车辆侧向位移计算换道完成度，获得车辆换道前、后所在车道的前方车辆的影响权重，进而计算换道车辆沿车道方向的加速度，并根据行驶方向与车道方向的夹角，计算换道车辆垂直车道方向的加速度，进而计算换道车辆的速度和位移。采用类似的方式，计算车辆换道前、后所在车道的后方车辆的加速度、仿真速度和位移。本发明可用于仿真车辆换道执行过程中换道车辆及其换道前所在车道后方车辆、换道后所在车道后方车辆的加速度、速度、位移，从而获得仿真车辆换道执行过程中相关车辆的运动细节，为缓解交通拥堵、消除安全隐患、测试管控措施提供帮助。

Description

一种车辆换道执行过程仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及交通仿真技术领域，特别是一种车辆换道执行过程仿真方法及装置。

背景技术

车辆换道行为是交通流领域的重要研究内容，是研究车辆行为、分析车辆状态、预测车流变化的重要基础。仿真是研究车辆换道行为的重要手段，但传统的车辆换道仿真大多着眼于车辆换道动机和条件，对车辆换道执行过程研究不充分，难以合理、准确地描述换道执行过程中换道车辆及其后车的具体行为，为相关领域的深入研究带来困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种车辆换道执行过程仿真方法及装置，通过车辆换道仿真常用的车速、位移、车道宽度、仿真步长数据，使用车辆换道完成度计算车辆换道执行过程中前方车辆的影响权重，进而获得车辆加速度、速度和位移数据，实现车辆换道执行过程仿真。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种车辆换道执行过程仿真方法，包括以下步骤：

步骤1、获取仿真数据，数据包括：待换道的车辆沿车道方向的速度v₁和位移x₁，车辆垂直车道方向的速度u₁和位移y₁，车辆换道前所在车道的第一前方车辆沿车道方向的速度v₂和位移x₂，车辆换道后所在车道的第二前方车辆沿车道方向的速度v₃和位移x₃，车辆换道前所在车道的第一后方车辆沿车道方向的速度v₄和位移x₄，车辆换道后所在车道的第二后方车辆沿车道方向的速度v₅和位移x₅，车道宽度d，仿真步长t；

步骤2、计算车辆的换道完成度r，r＝y₁/d；

步骤3、计算车辆沿车道方向的加速度a₁，

其中m₁为车辆的权重参数，m₁＞0，a₁₂为将车辆视为第一前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₁、v₂、x₁、x₂计算得到的车辆的加速度，a₁₃为将车辆视为第二前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₁、v₃、x₁、x₃计算得到的车辆的加速度；

步骤4、计算车辆的行驶方向与车道方向夹角θ，θ＝kr(1-r)，其中k为夹角参数，0＜k＜2π，π为圆周率；

步骤5、计算车辆的垂直车道方向的加速度b₁，b₁＝a₁tanθ；

步骤6、更新车辆的速度和位移；车辆的速度和位移包括：沿车道方向的速度v′₁，沿车道方向的位移x′₁，垂直车道方向的速度u′₁和垂直车道方向的位移y′₁；

步骤7、计算第一后方车辆沿车道方向的加速度a₄，

其中m₄为第一后方车辆的权重参数，m₄＞0，a₄₁为将第一后方车辆视为车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₄、v₁、x₄、x₁计算得到的第一后方车辆的加速度，a₄₂为将第一后方车辆视为第一前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₄、v₂、x₄、x₂计算得到的第一后方车辆的加速度；

步骤8、更新第一后方车辆速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₄，沿车道方向的位移x′₄；

步骤9、计算第二后方车辆沿车道方向的加速度a₅，

其中m₅为第二后方车辆的权重参数，m₅＞0，a₅₃为将第二后方车辆视为第二前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₅、v₃、x₅、x₃计算得到的第二后方车辆加速度，a₅₁为将第二后方车辆视为车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₅、v₁、x₅、x₁计算得到的第二后方车辆的加速度；

步骤10、更新第二后方车辆的速度和位移，包括：沿车道方向的速度v′₅，沿车道方向的位移x′₅；

步骤11、获取下一仿真步长第一前方车辆、第二前方车辆的速度和位移；

步骤12、当步骤2车辆的换道完成度r等于1时，车辆换道执行过程仿真完成；否则重复上述步骤2-步骤11。

作为本发明所述的一种车辆换道执行过程仿真方法进一步优化方案，步骤6中，更新车辆的速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₁＝v₁+a₁t，沿车道方向的位移

垂直车道方向的速度u′₁＝u₁+b₁t，垂直车道方向的位移

作为本发明所述的一种车辆换道执行过程仿真方法进一步优化方案，步骤8中，更新第一后方车辆速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₄＝v₄+a₄t，沿车道方向的位移

作为本发明所述的一种车辆换道执行过程仿真方法进一步优化方案，步骤10中，更新第二后方车辆的速度和位移，包括：沿车道方向的速度v′₅＝v₅+a₅t，沿车道方向的位移

基于上述的一种车辆换道执行过程仿真方法的装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述的一种车辆换道执行过程仿真方法。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本发明公开的一种车辆换道执行过程仿真方法及装置，可通过车辆换道仿真常用的车速、位移、车道宽度、仿真步长数据，实现对换道车辆、换道车辆换道前所在车道的后车、换道车辆换道后所在车道的后车的加速度、速度、位移的计算，实现对车辆换道执行过程中各相关车辆具体运动行为的仿真，对于完善仿真细节、研究车辆行为、分析车辆状态、预测车流变化具有实际意义，并为缓解交通拥堵、消除安全隐患、测试管控措施提供帮助。

附图说明

图1为本发明实施例的车辆换道执行过程仿真流程图。

图2为本发明实施例的车辆换道示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。

以下：车辆2、前方车辆2均是指第一前方车辆；

车辆3、前方车辆3均是指第二前方车辆；

车辆4、后方车辆4均是指第一后方车辆；

车辆5、后方车辆5均是指第二后车车辆。

如图2所示，换道车辆1换道开始时位置为A，换道结束时位置为B，A、B位置均位于车道中央，A、B位置车头中点垂直车道方向距离等同于车道宽度d。

如图1所示，本发明实施例提供的一种车辆换道执行过程仿真方法，具体实施步骤如下：

(1)获取仿真所需数据，包括：换道车辆1沿车道方向速度v₁＝10m/s和位移x₁＝50m，车辆1垂直车道方向速度u₁＝0.5m/s和位移y₁＝2m，车辆1换道前所在车道的前方车辆2沿车道方向速度v₂＝9m/s和位移x₂＝70m，车辆1换道后所在车道的前方车辆3沿车道方向速度v₃＝11m/s和位移x₃＝80m，车辆1换道前所在车道的后方车辆4沿车道方向速度v₄＝12m/s和位移x₄＝20m，车辆1换道后所在车道的后方车辆5沿车道方向速度v₅＝11m/s和位移x₅＝10m，车道宽度d＝3.5m，仿真步长t＝0.2s。

(2)计算车辆1的换道完成度r，r＝y₁/d＝0.571。

(3)计算车辆1沿车道方向加速度a₁，

其中m₁＝1为车辆1的权重参数，a₁₂为将车辆1视为车辆2的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆1加速度，a₁₃为将车辆1视为车辆3的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆1加速度。本发明实施例所用的IDM跟驰模型为

其中a为跟驰车辆沿车道方向加速度，A＝4m/s²为最大加速度，v_f＝15m/s为期望车速，δ＝2为加速度指数，s₀＝2m为静止安全距离，s₁＝0为系数参数，T＝1s为安全时间间隔，B＝6m/s²为舒适减速度绝对值，v_i为跟驰车辆沿车道方向速度，x_i为跟驰车辆沿车道方向位移，l_i-1＝5m为跟驰车辆的前方车辆车长，v_i-1为跟驰车辆的前方车辆沿车道方向速度，x_i为跟驰车辆前方车辆沿车道方向位移。根据本发明实施例中数据计算得到，a₁₂＝-0.427m/s²，a₁₃＝1.332m/s²，a₁＝0.577m/s²。

(4)计算车辆1行驶方向与车道方向夹角θ，θ＝kr(1-r)，其中k＝2为夹角参数，计算得θ＝0.490。

(5)计算车辆1垂直车道方向加速度b₁，b₁＝a₁tanθ＝0.283m/s²。

(6)更新车辆1速度和位移，包括：沿车道方向速度v′₁＝v₁+a₁t＝10.115m/s，沿车道方向位移

垂直车道方向速度u′₁＝u₁+b₁t＝0.557m/s，垂直车道方向位移

(7)计算车辆4沿车道方向加速度a₄，

其中m₄＝1.2为车辆4的权重参数，a₄₁为将车辆4视为车辆1的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆4加速度，a₄₂为将车辆4视为车辆2的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆4加速度。根据本发明实施例中数据计算得到，a₄₁＝0.094m/s²，a₄₂＝1.010m/s²，a₄＝0.562m/s²。

(8)更新车辆4速度和位移，包括：沿车道方向速度v′₄＝v₄+a₄t＝12.112m/s，沿车道方向位移

(9)计算车辆5沿车道方向加速度a₅，

其中m₅＝0.8为车辆5的权重参数，a₅₃为将车辆5视为车辆3的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆5加速度，a₅₁为将车辆5视为车辆1的同车道跟驰车辆、根据IDM跟驰模型计算得到的车辆5加速度。根据本发明实施例中数据计算得到，a₅₃＝1.689m/s²，a₅₁＝1.277m/s²，a₄＝1.426m/s²。

(10)更新车辆5速度和位移，包括：沿车道方向速度v′₅＝v₅+a₅t＝11.285m/s，沿车道方向位移

(11)获取下一仿真步长车辆2、3的速度和位移。

(12)当步骤(2)所述车辆1换道完成度r等于1时，车辆换道执行过程仿真完成；否则重复上述步骤(2)-(11)。

基于相同的发明构思，本发明实施例提供的一种计算装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现上述的一种车辆换道执行过程仿真方法。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种车辆换道执行过程仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、获取仿真数据，数据包括：待换道的车辆沿车道方向的速度v₁和位移x₁，车辆垂直车道方向的速度u₁和位移y₁，车辆换道前所在车道的第一前方车辆沿车道方向的速度v₂和位移x₂，车辆换道后所在车道的第二前方车辆沿车道方向的速度v₃和位移x₃，车辆换道前所在车道的第一后方车辆沿车道方向的速度v₄和位移x₄，车辆换道后所在车道的第二后方车辆沿车道方向的速度v₅和位移x₅，车道宽度d，仿真步长t；

步骤2、计算车辆的换道完成度r，r＝y₁/d；

步骤3、计算车辆沿车道方向的加速度a₁，

其中m₁为车辆的权重参数，m₁＞0，a₁₂为将车辆视为第一前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₁、v₂、x₁、x₂计算得到的车辆的加速度，a₁₃为将车辆视为第二前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₁、v₃、x₁、x₃计算得到的车辆的加速度；

步骤4、计算车辆的行驶方向与车道方向夹角θ，θ＝kr(1-r)，其中k为夹角参数，0＜k＜2π，π为圆周率；

步骤5、计算车辆的垂直车道方向的加速度b₁，b₁＝a₁tanθ；

步骤6、更新车辆的速度和位移；车辆的速度和位移包括：沿车道方向的速度v′₁，沿车道方向的位移x′₁，垂直车道方向的速度u′₁和垂直车道方向的位移y′₁；

步骤7、计算第一后方车辆沿车道方向的加速度a₄，

其中m₄为第一后方车辆的权重参数，m₄＞0，a₄₁为将第一后方车辆视为车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₄、v₁、x₄、x₁计算得到的第一后方车辆的加速度，a₄₂为将第一后方车辆视为第一前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₄、v₂、x₄、x₂计算得到的第一后方车辆的加速度；

步骤8、更新第一后方车辆速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₄，沿车道方向的位移x′₄；

步骤9、计算第二后方车辆沿车道方向的加速度a₅，

其中m₅为第二后方车辆的权重参数，m₅＞0，a₅₃为将第二后方车辆视为第二前方车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₅、v₃、x₅、x₃计算得到的第二后方车辆加速度，a₅₁为将第二后方车辆视为车辆的同车道跟驰车辆、根据跟驰模型和v₅、v₁、x₅、x₁计算得到的第二后方车辆的加速度；

步骤10、更新第二后方车辆的速度和位移，包括：沿车道方向的速度v′₅，沿车道方向的位移x′₅；

步骤11、获取下一仿真步长第一前方车辆、第二前方车辆的速度和位移；

步骤12、当步骤2车辆的换道完成度r等于1时，车辆换道执行过程仿真完成；否则重复上述步骤2-步骤11。

2.根据权利要求1所述的一种车辆换道执行过程仿真方法，其特征在于，步骤6中，更新车辆的速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₁＝v₁+a₁t，沿车道方向的位移

垂直车道方向的速度u′₁＝u₁+b₁t，垂直车道方向的位移

3.根据权利要求1所述的一种车辆换道执行过程仿真方法，其特征在于，步骤8中，更新第一后方车辆速度和位移；具体包括：沿车道方向的速度v′₄＝v₄+a₄t，沿车道方向的位移

4.根据权利要求1所述的一种车辆换道执行过程仿真方法，其特征在于，步骤10中，更新第二后方车辆的速度和位移，包括：沿车道方向的速度v′₅＝v₅+a₅t，沿车道方向的位移

5.基于权利要求1所述的一种车辆换道执行过程仿真方法的装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述计算机程序被加载至处理器时实现权利要求1所述的一种车辆换道执行过程仿真方法。

Images