何世宇+孔凡備+徐翔宇+門曉君

摘 要：針對引入無人駕駛汽車來緩解道路通行的可行性問題，本文建立了基于元胞自動(dòng)機(jī)的實(shí)際通行能力模型。首先以車流量、基本通行力、車速、道路交織系數(shù)為模型參數(shù)，在此模型的基礎(chǔ)上，考慮無人駕駛汽車所占比例對道路通行能力的影響，引入跟馳時(shí)間和安全避讓系數(shù)對模型進(jìn)行修正，構(gòu)建了實(shí)際通行能力的動(dòng)態(tài)模型。

關(guān)鍵詞：無人駕駛汽車；元胞自動(dòng)機(jī)；實(shí)際通行能力；動(dòng)態(tài)模型；

1基于元胞自動(dòng)機(jī)的實(shí)際通行能力動(dòng)態(tài)模型

1.1實(shí)際通行能力模型

1.1.1基本通行能力

基本通行能力即基本通行量，指的是單位時(shí)間內(nèi)通過道路斷面的最大車輛數(shù)，又稱理論通行能力。單車道的基本通行能力為單位時(shí)間內(nèi)通過該車道的最大車流量，與車輛間的安全距離有關(guān)。行駛車輛間的安全距離為：

s（t）=d1+d2+d3+d4 （1）

上式中：d1 車輛間的安全車距；d2 車輛平均長；d3 車輛的制動(dòng)距離；d4 司機(jī)在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)車輛行駛。

1.1.2平均車流量

車流量指的是單位時(shí)間內(nèi)通過某路段的汽車數(shù)量，而平均車流量可以反映出各個(gè)時(shí)間段通過該道路的車輛平均數(shù)目，從而更好地對道路通行情況進(jìn)行評判。其計(jì)算公式為：

（2）

2.無人駕駛汽車對道路通行的影響

2.1跟馳時(shí)間

假設(shè)無人駕駛車在車輛密度大且車輛間距小的道路條件下行駛，那么無人駕駛車的行駛狀況勢必會(huì)受到一定的制約，考慮到汽車的整體運(yùn)行情況，為確保行車安全，駕駛員通常會(huì)采取制動(dòng)措施來控制合理車速。此時(shí)，司機(jī)的反應(yīng)越快，車輛行駛受到的條件約束就越小，而對于無人駕駛汽車來說，由于其內(nèi)部采用智能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、外部采用智能傳感器，因此無人駕駛汽車的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間與普通汽車相比更短。

2.2安全規(guī)避系數(shù)

對于普通的有人駕駛汽車，其行駛狀況在很大程度上受到司機(jī)主觀因素的影響。例如司機(jī)自身的駕駛技術(shù)和情緒波動(dòng)會(huì)對車輛行駛速度產(chǎn)生較大的影響，在車輛密度大的車道上就很容易發(fā)生交通事故，導(dǎo)致交通擁堵從而影響道路的通行情況。然而對于無人駕駛汽車，采用智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和外部傳感器控制車輛，能更好的進(jìn)行障礙規(guī)避，識別紅綠燈，變換車道，控制車速以及調(diào)整前后車間距，大大提高了行車安全性。

3.實(shí)例分析

修改行駛在公路上的無人駕駛汽車的比例，將元胞自動(dòng)機(jī)仿真模擬得到的結(jié)果帶入實(shí)際實(shí)際通行能力模型中，可以分別得到5號、90號和405號洲際公路以及520號國道通行能力隨無人駕駛車所占比例的變化擬合圖，擬合結(jié)果見下圖：

由圖3可以直觀清晰地看出，對于5號洲際公路，當(dāng)無人駕駛車所占比例為10%時(shí)，該公路的實(shí)際通行能力值為750pcu/h，比例為50%時(shí)，實(shí)際通行能力增加到1500pcu/h，90%時(shí)達(dá)到1950pcu/h。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)無人駕駛車所占比例從10%增加到50%的過程中，該公路的實(shí)際通行能力呈上升趨勢并且在30%時(shí)，實(shí)際通行能力存在一個(gè)變化明顯的臨界點(diǎn)，但是所占比例從50%增加到90%的過程中，實(shí)際通行能力增加到85%后逐漸趨于平衡即85%為其平衡點(diǎn)。

對于90號洲際公路，與5號類似，當(dāng)無人駕駛車所占比例為10%時(shí)，該公路的實(shí)際通行能力值為650pcu/h，比例為50%時(shí)，實(shí)際通行能力增加到1050pcu/h，90%時(shí)達(dá)到1250pcu/h。對圖象作進(jìn)一步研究可以發(fā)現(xiàn)，無人駕駛車所占比例從10%增加到50%的過程中，該公路的實(shí)際通行能力呈上升趨勢并且在30%時(shí)，實(shí)際通行能力存在一個(gè)變化明顯的臨界點(diǎn)，然而從50%增加到90%的過程中，實(shí)際通行能力增加到74%后逐漸趨于平衡即74%為其平衡點(diǎn)。

由圖4（a） 可以看出，當(dāng)無人駕駛車所占比例為10%時(shí)，該公路的實(shí)際通行能力值為1600pcu/h，比例為50%時(shí)，實(shí)際通行能力增加到2500pcu/h，90%時(shí)達(dá)到2900pcu/h。同樣的可以看出無人駕駛車所占比例從10%增加到50%的過程中，該公路的實(shí)際通行能力呈上升趨勢并且在14%時(shí)，實(shí)際通行能力存在一個(gè)變化明顯的臨界點(diǎn)，但是所占比例從50%增加到90%的過程中，實(shí)際通行能力增加到78%后逐漸趨于平衡即78%為其平衡點(diǎn)。

根據(jù)圖4（b） 可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)無人駕駛車所占比例為10%時(shí)，該公路的實(shí)際通行能力值為1550pcu/h，比例為50%時(shí)，實(shí)際通行能力增加到1850pcu/h，90%時(shí)達(dá)到1900pcu/h。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)無人駕駛車所占比例從10%增加到50%的過程中，該公路的實(shí)際通行能力呈上升趨勢并且在32%時(shí)，實(shí)際通行能力存在一個(gè)變化明顯的臨界點(diǎn)，但是所占比例從50%增加到90%的過程，實(shí)際通行能力增加到78%后逐漸趨于平衡即70%為其平衡點(diǎn)。

4.結(jié)論

研究不同比例無人駕駛汽車在道路中投放的目的是提供一個(gè)能緩解道路通行壓力的策略，減少道路交通安全事故的發(fā)生。本文運(yùn)用基于元胞自動(dòng)機(jī)的實(shí)際通行能力模型，仿真美國西雅圖4條高速公路的道路狀況，計(jì)算在不同比例無人駕駛汽車投放的情況下，道路通行能力的變化并分析得出四條公路的最佳投放比例分別為：85%、74%、78%、70%。

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