基于元胞自动机模型的自动驾驶汽车比例对交通效率影响的研究

孙雪东 于皓同 王明亮

(沈阳航空航天大学 机电工程学院,辽宁 沈阳110000)

1 概述

在现代化发展的进程中,交通拥堵日益加重。无论是哪种道路,其承载力是有一定限度的。近年来,随着交通流理论的研究与发展,复杂交通行为的描述分析也越来越困难。[1]此外,很多学者提出了各种方法来缓解交通拥堵,如改进车辆的换道规则,建立新的二维交通流CA；[2]增加车流中自动驾驶汽车所占的比例能够显著提高道路的实际通行能力。[3]

文章主要基于元胞自动机模型对自动驾驶汽车比例影响交通效率的问题进行研究,针对此问题,将分为以下两个方面进行研究:(1)建立基于元胞自动机的单车道模型,以“当道路流量为最大流量时”这一特殊情况作为切入点,在将车辆视为质点与考虑车身长度两种不同情况下,交通效率与自动驾驶之间的定性分析。将初始密度的差异作为不同交通任务,分析汽车在有人驾驶与无人驾驶的情况下的最小安全距离以及最大流量从而得出车辆的速度极值,应用元胞自动机模型建立1000 个元胞个数,通过引入当量随机慢化概率来表达不同自动驾驶汽车比例下的交通效率的大小,得出在不同交通任务条件下,车流中自动驾驶车辆的比例对交通效率的影响；(2)引入换道这一道路间的交互行为,构建出同向双车道的交通网络,以单向车道中的模型为基础,同样通过引入当量随机慢化概率,来最终表达交通效率。

2 模型的假设

根据元胞自动机模型的假设依据提出了如下适用于本文的模型假设:[3]