时滞车辆跟驰模型及其分岔现象的研究综述.pdfVIP

时滞车辆跟驰模型及其分岔现象研究综述1) * *,2) 徐荣改 ，徐 鉴 * （同济大学航空航天与力学学院，上海200092 ） 摘要：交通流车辆跟驰理论中，由于司机生理因素，在处理信息和采取应对措施之间存在时间滞后。即使 是自动巡航系统和智能交通系统，由于信息传输和车辆动力学行为对控制指令的时间延迟，时滞也不可避 免。故交通流跟驰理论的数学模型本质上含有时滞。时滞的存在对各种交通状态及其相互演化产生怎样的 影响？这是值得关注的问题。本文首先综述了各类时间和空间连续的时滞车辆跟驰模型。其次探究此类模 型中存在的分岔现象的研究进展，并指出目前交通流理论研究中存在的问题及分歧。最后引出我们的观点， 即必须深入研究时滞跟驰模型中蕴含的各种非线性动力学特性，才可以更好解释真实交通中的各种堵塞现 象的形成及其演化机制，为交通控制策略的制定提供科学的理论依据。 关键词：交通流；车辆跟驰模型；时滞；交通堵塞；分岔 引 言 随着社会经济的发展和科技的进步，交通运输系统已成为人类活动的重要组成部分。良好的交通运输 系统和高效个人出行能力逐渐成为一个国家现代化发展水平的重要标志。但一方面有限的交通资源已经不 能满足日益增加的交通需求，加上交通设施设置不合理和交通管理措施的不当。交通堵塞问题就应运而生。 交通堵塞不但降低出行效率，而且加剧交通污染。因此交通堵塞问题不容忽略。解决交通堵塞问题不能盲 目的增加交通供给。虽然这在一定程度上缓解了交通堵塞，但由于潜在交通需求的存在，以及受到城市经 济、地理等因素的制约，片面增加交通不能从根本上改变交通堵塞的现状， 所以我们应该实行科学的交 通控制，使得有限的交通资源发挥最大潜力，达到交通畅通的目的。 交通流理论研究目标正是要寻求最恰当的模型描述各种交通状态，研究如何利用交通流特征来 描述不同状态交通流的演化规律，以揭示交通堵塞产生的机理，为制定合理的交通规划、建设、运行和管 理方案提供依据。现有的交通流模型大体上可以分为三类，基于宏观方法建立的连续模型、基于中观方法 [16] 建立的气体动理论模型以及基于微观方法建立的跟驰模型和元胞自动机模型 。其中跟驰模型的研究可 以获知单个司机的特征和车辆的运行特性，不仅对于车辆自主巡航控制系统具有重要意义，而且是评估智 能交通系统策略的有效工具。在车辆跟驰理论中，影响跟随车司机的因素有很多，比如道路的实际设计、 车辆自身的特性以及司机自身的心理因素等。本文主要关心时滞因素在跟驰模型中所产生的影响。为此必 [711] 须清楚时滞是以何种形式出现在数学模型中的。根据时滞来源可以将其分为三类 。第一类是生理上的 时滞(司机反应时滞) ，即司机在收到刺激信号到做出控制行动之间的时间周期，在数学模型中可以用纯时 滞量来表示。第二类是机械时滞(理想时间间距)，即驾驶员做出控制行动(踩油门或脚刹闸)到车辆执行命令 (加速或减速)之间的时间周期，在数学模型中也可以用纯时滞量来表示。第三类是车辆运动时滞，即车辆 1) 国家自然科学基金重点项目 2) E-mail ：xujian@tongji.edu.cn 1 从开始执行命令到达到预期目标的时间周期，它不作为一个纯时滞量出现在模型中。 在Greenshields 早期的交通实测中[1213]，反应时滞就被记录用来说明司机个人特征在驾驶当中的重要 性。Chandler 首次将时滞作为一个重要的参数添加到车辆跟驰模型中。由于反应时滞受到很多因素的影响， 难免在参数大小的辨识上存在困难。Davis [14 ]通过数值模拟测得司机在受到刺激后的反应时滞在 0.75~ 1.0s 之间. Green[8 ]根据司机受到的刺激信号强弱程度进行分类，通过大量的数据分析，得到了各自强度下的司 机反应时滞的大小。Mehmood [15 ]按照司机的反应种类进行分类，分为刹车反应时滞和加(减)速反应时滞， 估计了司机