曲大義, 陳文嬌, 楊萬(wàn)三, 萬(wàn)孟飛, 曹俊業(yè)

(青島理工大學(xué)　汽車與交通學(xué)院,山東　青島　266520)

車輛換道交互行為分析和建模

曲大義, 陳文嬌, 楊萬(wàn)三, 萬(wàn)孟飛, 曹俊業(yè)

(青島理工大學(xué)汽車與交通學(xué)院,山東青島266520)

摘要：運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)理論與方法，以換道過(guò)程中目標(biāo)車道上的跟隨車為研究對(duì)象，對(duì)跟隨車與換道車之間的交互行為進(jìn)行分析，建立了自由換道、強(qiáng)制換道和協(xié)作換道過(guò)程中跟隨車與換道車之間的最小安全距離模型。利用汽車駕駛電子學(xué)習(xí)室對(duì)不同狀態(tài)的交通進(jìn)行了仿真分析，并進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明:所建模型可以對(duì)實(shí)際交通車輛換道進(jìn)行合理描述; 在試驗(yàn)與實(shí)際道路交通場(chǎng)景中，車輛換道需求間距存在一定的誤差，主要原因是在實(shí)際交通場(chǎng)景下，駕駛行為是綜合考慮多種因素后的結(jié)果；在交通流密度較高的道路上，協(xié)作換道可以大大地提高車輛行駛安全性、交通流穩(wěn)定性及道路通行效率。

關(guān)鍵詞：交通工程；最小安全距離；車輛動(dòng)力學(xué)；換道交互行為；交通仿真

0引言

車輛換道是車輛行駛過(guò)程中的一種基本操作，主要是指在周邊交通場(chǎng)景的影響下，駕駛員為盡快完成自己的駕駛目標(biāo)而變換車道的操作過(guò)程。在實(shí)際情況下，車輛的換道行為是在不同交通場(chǎng)景下進(jìn)行的，換道車與周圍車之間的交互行為容易引起交通擾動(dòng)，交通流運(yùn)行狀態(tài)、道路通行能力、服務(wù)水平等都會(huì)受到影響，特別是在瓶頸路段和事故多發(fā)區(qū)表現(xiàn)得尤為突出[1-2]。因此，研究車輛的不同換道行為對(duì)分析交通流特性、提高道路通行能力和保障道路交通安全都有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為探究車輛換道運(yùn)行機(jī)理，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼建立了大量的換道模型來(lái)描述車輛運(yùn)行這一微觀交通現(xiàn)象。其中，Gipps模型[3]是換道模型研究與發(fā)展的奠基石，之后各領(lǐng)域?qū)W者在此基礎(chǔ)上對(duì)換道行為進(jìn)行了較為深入細(xì)致的研究。國(guó)外學(xué)者Ahmed[4-5]基于離散選擇建立了車輛換道概率模型來(lái)描述換道行為決策過(guò)程；Toledo[6-7]同時(shí)考慮強(qiáng)制換道和自由換道過(guò)程建立了車輛換道整合模型，并通過(guò)最大似然估計(jì)的方法對(duì)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，驗(yàn)證了模型的有效性；Kesting 等[8]利用車輛加速?zèng)Q策代替間隙接受建立了車輛換道模型，以權(quán)衡換道決策對(duì)車輛運(yùn)行的利弊關(guān)系。國(guó)內(nèi)學(xué)者王崇倫等[9]根據(jù)不同換道需求提出了一種基于不同速度及不同司機(jī)類型的車輛換道模型；楊志剛等[10]通過(guò)對(duì)自由換道過(guò)程中的軌跡規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了一種新的車輛換道函數(shù)并建立了相關(guān)模型；魏麗英等[11]對(duì)交叉口上游車輛換道行為進(jìn)行分析，以元胞自動(dòng)機(jī)理論為基礎(chǔ)建立了進(jìn)口道附近路段的綜合換道模型。但隨著道路建設(shè)的不斷拓寬及車道數(shù)的增加，車輛受周圍交通因素的影響更為明顯，其運(yùn)行機(jī)理也更為復(fù)雜。而大多數(shù)元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)車輛采用固定順序進(jìn)行狀態(tài)遍歷[12]，服從相同的轉(zhuǎn)換規(guī)則，這顯然與實(shí)際交通場(chǎng)景中車輛的運(yùn)行狀況相悖，從而導(dǎo)致模型中車輛換道規(guī)則存在較大的局限性。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)車輛換道行為主要是從換道車的角度進(jìn)行分析建模，對(duì)換道車與周圍車輛之間的交互行為研究較少，且沒(méi)有考慮目標(biāo)車道上跟隨車在換道過(guò)程中的主動(dòng)減速避讓行為，只能反映理想條件下的車輛換道行為，不能很好地反映飽和流狀況下的換道行為。因此，本文以換道車和目標(biāo)車道的跟隨車為研究對(duì)象，運(yùn)用動(dòng)力學(xué)理論與方法對(duì)其換道過(guò)程中的交互行為進(jìn)行分析，建立其最小安全距離模型，并通過(guò)交通仿真驗(yàn)證模型有效性。

1車輛換道交互行為分析

車輛在行駛過(guò)程中，若其所在車道前方有大型車、重型車或障礙物時(shí)，為駕駛安全或完成超車行為，或避免出、入口匝道交織區(qū)冗亂的車流等情況都容易產(chǎn)生換道動(dòng)機(jī)而發(fā)生換道。傳統(tǒng)換道類型的分類方法主要是以駕駛員的換道需求為前提，將其分為判斷性換道和強(qiáng)制性換道[13-14]。但是這類換道模型并不能真正模擬出實(shí)際交通場(chǎng)景中車輛換道的復(fù)雜性以及換道車與周圍車之間的交互行為，尤其在交通流密度很高甚至擁堵時(shí)更無(wú)法真實(shí)地體現(xiàn)車輛換道的交互性。

如圖1所示，依據(jù)車輛之間的交互行為以及動(dòng)態(tài)博弈過(guò)程，將車輛換道行為分為3種類型：自由換道、強(qiáng)制換道和協(xié)作換道[13]。其區(qū)別在于換道車與跟隨車之間交互行為的性質(zhì)。在交通流運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定且路況較好的自由換道過(guò)程中，車輛之間無(wú)需進(jìn)行溝通與交流，沒(méi)有交互行為。在強(qiáng)制換道的過(guò)程中，換道車強(qiáng)制插入間隙，跟隨車被迫減速。在協(xié)作換道過(guò)程中，車輛之間的交互行為非常明顯，可以說(shuō)換道車與跟隨車之間進(jìn)行了一次友好的“協(xié)作談判”，結(jié)果以跟隨車減速避讓，允許換道車駛?cè)敫S車前面的間隙而完結(jié)。換道車首先表明換道意圖，跟隨車決定協(xié)作換道，就會(huì)主動(dòng)減速擴(kuò)大換道間隙，而換道車在判斷間隙能夠滿足自己安全換道要求時(shí)開始執(zhí)行換道操作。由此看出，在換道車執(zhí)行換道操作時(shí)，換道車與跟隨車之間的交互關(guān)系最為明顯，前導(dǎo)車在換道過(guò)程中通常是被動(dòng)的，是對(duì)換道車和跟隨車的限制，因此本文僅對(duì)換道車與目標(biāo)車道跟隨車的交互行為進(jìn)行詳細(xì)分析，其他車輛暫不做探討。

圖1　車輛換道的基本場(chǎng)景Fig.1　Basic vehicle lane-changing scene

2換道行為建模

2.1模型假設(shè)

如圖1所示，假設(shè)F車始終在目標(biāo)車道上行駛，其橫向加速度為0，即行駛過(guò)程橫向位移為0；M車在t=0時(shí)刻進(jìn)行換道操作，θ(t)為t時(shí)刻換道車中心線與道路縱向的夾角，可得：

(1)

式中，y(t)和x(t)分別為M車的橫向位移和縱向位移；vy和vx分別為M車的橫向速度和縱向速度。

為保證換道車F安全換道，應(yīng)該保證F車與M車在換道過(guò)程不發(fā)生碰撞。假設(shè)O點(diǎn)為M車左上角點(diǎn)，C點(diǎn)為F車與M車的臨界碰撞點(diǎn)。通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)車與M車在C點(diǎn)之前易發(fā)生斜向碰撞與斜向刮擦；M車換道完成時(shí)，易與F車發(fā)生追尾事故，其臨界狀態(tài)如圖2所示。

圖2　F車與M車碰撞示意圖Fig.2　Schematic diagram of collision between vehicle F and vehicle M

用tc表示M車從換道起始位置行駛至臨界碰撞點(diǎn)C所用的時(shí)間，T表示車輛完成換道的時(shí)間，那么當(dāng)t=tc時(shí)，M車左上角(O點(diǎn))的橫向位移應(yīng)滿足：

(2)

式中，LM為M車的車長(zhǎng)；S為相鄰車道上車輛走過(guò)的橫向距離。

聯(lián)立式(1)和式(2)，可得：

(3)

考慮車輛換道過(guò)程中所有潛在的碰撞，則F車與M車避免碰撞的條件為：

(4)

式中，xF(t)，xM(t) 分別為F車、M車的縱向位移；ΔD為初始狀態(tài)兩車車頭間距。

那么，當(dāng)t≥tc時(shí)，cos[θ(t)]取最大值，式(4)可以簡(jiǎn)化為：

(5)

設(shè)F車的頭部與M車尾部之間的縱向距離Sx(t)為：

(6)

那么在t≥tc時(shí)，只要保證Sx(t)>0， 就不會(huì)發(fā)生任何碰撞。因此，可將式(6)轉(zhuǎn)化為：

(7)

式中，aF(τ)，aM(t)分別為F車和M車的縱向加速度；vF(0)，vM(0)分別為F車和M車的縱向速度；Sx(0)=xM(0)-xF(0)-LM為F車和M車的初始縱向間距。

那么，F(xiàn)車與M車不發(fā)生任何碰撞的Sx(0)最小值就是要求車輛換道時(shí)F車和M車的最小縱向安全距離Smlsd，可表示為：

(8)

從式(8)發(fā)現(xiàn)，兩車之間的相對(duì)縱向加速度、相對(duì)縱向速度和換道時(shí)間t決定了F車和M車之間的最小縱向安全距離。

2.2模型建立

車輛的換道行為是駕駛員為滿足自己的駕駛意圖，根據(jù)自身的駕駛特性，通過(guò)對(duì)本車周圍的交通場(chǎng)景，包括相鄰車輛的速度及間距等因素進(jìn)行綜合分析，將車輛駛到交通場(chǎng)景更優(yōu)越的車道上的決策過(guò)程。在換道過(guò)程中，跟隨車F易與換道車M發(fā)生斜向碰撞或斜向刮擦；在換道完成時(shí)，F(xiàn)車與M車易發(fā)生追尾。由于車輛換道交通場(chǎng)景較為復(fù)雜，跟隨車F與換道車M在3種換道類型中所表現(xiàn)的特性不同。M車根據(jù)交通狀況，在換道過(guò)程中一般采取縱向速度恒定和加速換道兩種換道方式。F車在3種換道類型中采取的措施與M車采取的換道方式密切相關(guān)。針對(duì)3種不同的換道類型，本文對(duì)F車與M車在車輛換道過(guò)程中的交互行為以及安全換道進(jìn)行分析。

2.2.1自由換道過(guò)程

自由換道過(guò)程中，交通流較穩(wěn)定，目標(biāo)車道交通流不會(huì)因?yàn)閾Q道車的匯入而產(chǎn)生波動(dòng)，換道車M約束條件較小，F(xiàn)車可以保持初始狀態(tài)勻速行駛，F(xiàn)車與M車之間的交互行為主要取決于M車的行為變化。所以，為保證F車勻速行駛時(shí)，當(dāng)vM(0)-vF(0)≥0時(shí)，只需兩車初始間距大于0即可；當(dāng)vM(0)-vF(0)<0時(shí)，若M車恒速行駛，保證式(9)成立，即：

(9)

因此，有：

(10)

此時(shí)，F(xiàn)車和M車的相對(duì)速度恒為常數(shù)， 則式(10)可轉(zhuǎn)化為：

(11)

當(dāng)M車加速換道時(shí)，得：

(12)

為保證換道的安全性，M車在加速換道完成后，其速度應(yīng)該同目標(biāo)車道上的車速保持一致，則M車在tduring時(shí)間過(guò)后的車速等于vF，此后加速度為0。假設(shè)M車做勻變速運(yùn)動(dòng)，則車輛M變道時(shí)的縱向加速度aM為：

(13)

結(jié)合式(8)、式(12)，則F車與M車不發(fā)生碰撞的條件為：

(14)

2.2.2強(qiáng)制換道過(guò)程

強(qiáng)制換道過(guò)程中，M車插入F車前面，F(xiàn)車需以最大的減速度緊急減速，相當(dāng)于一個(gè)緊急制動(dòng)的過(guò)程，圖3所示為F車制動(dòng)過(guò)程中減速度隨時(shí)間的變化。設(shè)tr為駕駛員接收到信號(hào)到車輛運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變的時(shí)間，一般取值為0.8～1.0 s[15]；ti為F車減速度的增長(zhǎng)時(shí)間，一般取值為0.1～0.2 s；td為制動(dòng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間。

圖3　F車在強(qiáng)制換道過(guò)程中減速度變化圖Fig.3　Deceleration variation of vehicle F during mandatory lane-changing process

在tr階段，駕駛員處于反應(yīng)階段，此過(guò)程中車輛速度不變，則F車行駛的路程為：

(15)

根據(jù)圖3，可求出ti任意時(shí)段F車的速度：

(16)

式中amax為F車制動(dòng)過(guò)程中的最大加速度。

對(duì)式(15)積分，可得F車在此階段的路程為：

(17)

在車輛處于td階段時(shí)，制動(dòng)加速度恒定，假設(shè)在td階段末，車輛剛好完成制動(dòng)過(guò)程，可得td=vF(0)/amax-ti/2，則該階段F車行駛的路程為：

(18)

所以F車總的制動(dòng)距離為前3階段所行駛的距離之和，大小為：

(19)

(1)若M車以恒定的縱向速度換道，由式(7)可得：

(20)

(2)若M車加速換道，由式(7)可得：

(21)

2.2.3協(xié)作換道過(guò)程

協(xié)作換道過(guò)程中，跟隨車為避讓換道車需減速，但是考慮到行車效率的因素,跟隨車無(wú)需同強(qiáng)制換道一樣以最大減速度減速，只需以一定的減速度做減速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)車會(huì)主動(dòng)減速，為M車創(chuàng)造更大的換道空間協(xié)助其完成換道操作。但此時(shí)，F(xiàn)車為保證自己的行車效率，無(wú)需以amax減速，結(jié)合式(16)～(19)得：

(1)若M車以恒定的縱向速度換道，則由式(7)可得：

(22)

式中aF為協(xié)助換道過(guò)程中F車采取的加速度。

(2)若M車加速換道，則由式(7)可得：

(23)

3交通仿真分析

基于上述研究，利用汽車駕駛電子學(xué)習(xí)室(宣愛QJ-4B1)進(jìn)行交通仿真分析。選擇9名有兩年以上駕駛經(jīng)驗(yàn)操作熟練的駕駛員，隨機(jī)3人1組，分別在單車道交通量為600，900，500 pcu/h的情況下進(jìn)行仿真試驗(yàn)，車輛平均期望速度分別為70，60，40 km/h，道路為雙向六車道，設(shè)置中央分隔帶，在平直路段允許車輛超車，道路等級(jí)為城市主干路。試驗(yàn)中，駕駛員分別駕駛試驗(yàn)車輛按照交通規(guī)則行車，并且要求在路段某特定區(qū)間內(nèi)必須換道到目標(biāo)車道行駛，目標(biāo)車道設(shè)置為最左側(cè)車道，在進(jìn)入換道區(qū)域時(shí)車輛禁止在目標(biāo)車道行駛，并且記錄在換道過(guò)程中目標(biāo)車道上跟隨車(類似F車)的標(biāo)號(hào)。試驗(yàn)后，對(duì)試驗(yàn)車和目標(biāo)車道跟隨車的行駛數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和適用性。

圖4～圖6分別為駕駛員在單車道交通量為600，900，500 puc/h情況下完成試驗(yàn)的車輛行駛數(shù)據(jù)。橫坐標(biāo)表示試驗(yàn)車車頭進(jìn)入換道區(qū)域的時(shí)間，縱坐標(biāo)表示車輛在要求換道區(qū)域內(nèi)的行駛距離。M車表示試驗(yàn)車即換道車，F(xiàn)車表示目標(biāo)車道的跟隨車。

圖4　單車道交通量為600 puc/h情況下的車輛行程試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.4　Vechicle travel test data under traffic volume of 600 puc/h in signal lane

由圖4可知，此種情況下交通處于自由流狀態(tài)，試驗(yàn)車輛的換道行為基本不對(duì)目標(biāo)車道的跟隨車造成影響，而且車輛速度基本保持在一個(gè)小范圍內(nèi)波動(dòng)，交通流整體保持穩(wěn)定。M1車、M2車、M3車在進(jìn)入換道區(qū)域后立即開始換道，并且在很短的時(shí)間內(nèi)完成換道。M1車換道時(shí)速度基本保持不變，主要原因是M1車在進(jìn)入換道區(qū)域后，F(xiàn)1車在其后方行駛，并且速度基本相同，所以M1車選擇恒速換道；M2車和M3車選擇加速換道，主要原因是駕駛員意識(shí)到F2車和F3車速度較慢，并且在試驗(yàn)車前方，所以駕駛員選擇超越F2車、F3車并順勢(shì)完成換道。無(wú)論選擇哪種換道方式，跟隨車的行為基本不受換道車的影響。

由圖5可知，此種情況下交通流處于齊頭并進(jìn)的同步流狀態(tài)，道路通行效率較高。M1車在進(jìn)入換道區(qū)域4 s左右時(shí)發(fā)生換道行為，速度略有提高；F1車速度略有減小，完成換道后兩車保持合理間距行車；M2車在進(jìn)入換道區(qū)域6.5 s后發(fā)生換道行為，速度迅速提高，F(xiàn)2車速度也迅速降低，在完成換道后，兩車速度逐漸恢復(fù)同步狀態(tài)；M3車與F3車的換道交互行為與M1車和F1車相似?？梢缘弥?，M1車和M3車在換道過(guò)程中發(fā)生了協(xié)作換道，換道車與跟隨車之間進(jìn)行了一次友好的協(xié)作，跟隨車在盡量對(duì)自己減少影響的條件下適當(dāng)減速進(jìn)行避讓，換道車輛以適當(dāng)速度進(jìn)行換道，整個(gè)過(guò)程安全順利。而M2車發(fā)生了強(qiáng)制換道，M2車駕駛員在發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)車即將駛出換道要求區(qū)域的情況下，通過(guò)加速手段進(jìn)行強(qiáng)制換道，致使目標(biāo)車道跟隨車采取緊急制動(dòng)措施，以確保不發(fā)生追尾事故，交通流發(fā)生嚴(yán)重波動(dòng)。

圖5　單車道交通量為900 puc/h情況下的車輛行程試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.5　Vechicle travel test data under traffic volume of 900 puc/h in signal lane

由圖6可知，此種情況為交通流處于擁擠狀態(tài)，車流整體速度較慢，車間距較小。M1車和M2車在發(fā)生換道行為時(shí)，目標(biāo)車道的跟隨車速度驟降，并且換道車與目標(biāo)車之間的間距非常小，當(dāng)換道車完成換道后，跟隨車逐步恢復(fù)初始速度，可知換道車發(fā)生了強(qiáng)制換道行為，其主要原因是此種交通狀態(tài)下，交通流密度較大，駕駛員很難選擇合適的機(jī)會(huì)進(jìn)行換道；M3車與F3車完成協(xié)作換道行為，F(xiàn)3車只需做適當(dāng)減速，然后迅速恢復(fù)初始狀態(tài)。

圖6　單車道交通量為500 puc/h情況下的車輛行程試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.6　Vechicle travel test data under traffic volume of 500 puc/h in signal lane

通過(guò)分析可知，當(dāng)交通處于自由流狀態(tài)(600 pcu/h)時(shí)，換道車基本完成自由換道行為，其換道行為對(duì)目標(biāo)車道的跟隨車影響較小，當(dāng)換道車速度不小于跟隨車速度時(shí)，換道車只需行駛在跟隨車前方，并且保持恒速或加速換道即可安全完成自由換道行為；當(dāng)換道車速度較小時(shí)，它不會(huì)選擇超越前方車輛，而是等待后方換道安全間距的到來(lái)適時(shí)完成換道。當(dāng)交通處于齊頭并進(jìn)的同步流(900 pcu/h)狀態(tài)時(shí)，換道車與跟隨車之間可發(fā)生強(qiáng)制換道和協(xié)作換道，但是發(fā)生協(xié)作換道的概率更大，換道車對(duì)目標(biāo)車道交通流產(chǎn)生的影響較小，交通流逐步恢復(fù)原始狀態(tài)，換道較為安全。當(dāng)交通處于高密度的擁擠流狀態(tài)(500 pcu/h)時(shí)，換道車與跟隨車可發(fā)生強(qiáng)制換道和協(xié)作換道，但發(fā)生強(qiáng)制換道的概率更大，換道車對(duì)目標(biāo)車道交通流影響較大，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生交通事故，主要原因是高密度條件下，車間距較小，車輛為按規(guī)定條件完成換道，必須采取強(qiáng)制性換道行為，這與實(shí)際交通場(chǎng)景是比較相似的。依據(jù)表1的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)交通流處于同步流或擁擠流時(shí)，駕駛員采用協(xié)作換道可提高車輛平均行程速度，減少延誤，提高道路通行效率。

表1　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

無(wú)論發(fā)生何種換道方式，車輛換道需求間距往往比所計(jì)算的距離要小，其原因主要是在實(shí)際交通場(chǎng)景中，駕駛員往往不僅觀察緊隨的前車和目標(biāo)車輛的交通狀況，而且還同時(shí)觀察前方與其他車輛、道路條件以及遠(yuǎn)方信號(hào)燈等交通信息，可以在綜合判斷多種信息的基礎(chǔ)上及時(shí)做出反應(yīng)，故而實(shí)際上，駕駛員在小于換道安全間距條件的很多情況下完成換道行為。本次試驗(yàn)全部符合本文所研究的換道行為，并且實(shí)際換道間距與模型計(jì)算的安全換道間距誤差較小，很好地驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性與適用性。

4結(jié)論

本文以換道過(guò)程中目標(biāo)車道上的跟隨車為研究對(duì)象，考慮換道車周邊交通場(chǎng)景，建立了自由換道、強(qiáng)制換道和協(xié)作換道過(guò)程中跟隨車與換道車之間的最小安全距離模型，它更加符合實(shí)際情況的換道過(guò)程。用宣愛QJ-4B1型電子學(xué)習(xí)室進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明，在不同交通狀態(tài)下駕駛員選擇的換道方式是不同的。在自由流狀態(tài)下，駕駛員采用自由換道；在同步流狀態(tài)下，駕駛員主要采用協(xié)作換道；在高密度交通的擁擠狀態(tài)下，駕駛員主要采用強(qiáng)制換道。在同步流和擁擠流狀態(tài)下，協(xié)作換道不僅有利于車輛行駛安全和車流整體保持穩(wěn)定，并且可以有效提高道路交通效率。為了更好地描述實(shí)際交通場(chǎng)景中車輛的運(yùn)行狀況，可將本文對(duì)車輛交互行為的分析融入元胞自動(dòng)機(jī)模型中，并對(duì)換道規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)更新，以闡述車輛在不同換道類型等多種因素共同作用下運(yùn)行的差異性。而結(jié)合車輛間交互信息技術(shù)——車路協(xié)同技術(shù)，制訂更符合實(shí)際交通場(chǎng)景的車輛換道模型，將是未來(lái)研究工作的重點(diǎn)。

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Analysis and Modeling of Vehicle Interactions during Lane-changing Process

QU Da-yi，CHEN Wen-jiao，YANG Wan-san，WAN Meng-fei，CAO Jun-ye

(School of Automobile and Traffic，Qingdao Technological University，Qingdao Shandong 266520，China)

Abstract：By the theory and method of dynamics, the interaction between the following vehicle and the lane-changing vehicle is analyzed regarding the following vehicle in the target lane as the research object during lane-changing process, and the models of the minimum safety distance in different lane-changing process (free, forced and cooperative) are respectively established. The different traffic states is simulated by vehicle driving e-learning room, and the mathematical analysis is also conducted. The result shows that (1) the developed models can rationably elaborate the actual lane-changing situation; (2) there exist some errors of the lane-changing required distance between the experiments and the actual traffic scenes, which are resulted from the fact that the driving behavior is the result considering various factors; (3) on the road with higher traffic flow density, the cooperative lane-changing can greatly improve the safe driving of vehicles, the stability of traffic flow and the efficiency of roads.

Key words：traffic engineering；minimum safe distance；vehicle dynamics；lane-changing interaction behavior；traffic simulation

收稿日期：2014-04-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51178231)；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2009BAG13A03)；山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2012EEL28)

作者簡(jiǎn)介：曲大義(1973-)，男，山東青島人，教授，博士生導(dǎo)師.(dyqu@263.net)

doi:10.3969/j.issn.1002-0268.2016.06.014

中圖分類號(hào)：U491

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-0268(2016)06-0088-07